CN105545608B - 一种具有模块化桁架增强的风电塔筒 - Google Patents

一种具有模块化桁架增强的风电塔筒 Download PDF

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Abstract

一种具有模块化桁架增强的风电塔筒，由上部的常规塔筒及下部的多级模块化桁架增强塔筒组成，每一级模块包括内筒以及至少三组纵向桁架，多组纵向桁架与内筒的中心轴线成对称布置，每组纵向桁架的内侧与内筒的外壁固定联接，各组纵向桁架的外侧之间通过桁架环向拉杆联接，最上一级模块的内筒与上部的常规塔筒固定联接；最下一级模块的桁架的下部固定在地基上；采用所提供的结构可以在现有塔筒的基础上进行桁架增强的改造，从而大幅度增加塔筒高度，有利于接受更多风能；所提供的模块化桁架增强风电塔筒具有结构简单、受力合理、刚度增强、建造方便、成本低廉的特点，适用于大中型风机塔筒的增高与增强。

Description

一种具有模块化桁架增强的风电塔筒
技术领域
本发明涉及大型风力发电机塔筒结构，属于风力发电设备领域。
背景技术
风能资源在世界范围内非常丰富，几乎所有的地区和国家都有可观的风能储量。近年石油危机频发，世界各国的石油储量、煤储量都将在数百年内耗竭，因此，中国、美国、英国、西班牙等国家都逐渐将注意力转移到新能源的开发与利用当中。风能作为可再生能源的重要组成部分之一，在引起研究者广泛关注的同时，也得到了各国政府的大力支持。
从上世纪70年代到现代，世界风电取得了惊人的发展。1996年的世界风电总发电量仅为12.2TWh；十年后，2008年全世界风电发电量即达到约219TWh，占当年世界总发电量20261TWh的1.1％，在三年之间，全世界风电的发电量达到了的460TWh(2011年)，占当年世界发电总量22018TWh的2.1％。
上世纪90年代初，德国设计制造的200kW的风机大规模投产，这种风机的风轮直径为25m，塔架高度30m。2011年3月，维斯塔斯(Vestas)发布了风轮直径达到164m的7MW海上风机。三菱电力系统欧洲(MPSE)则发布了风轮直径165m的7MW海上风力发电机组，西门子、阿尔斯通、Nordex也在2011年推出6MW的大型风力发电机组，叶片的大型化能够显著提升风力发电机的单机装机容量，显著提升风场中风能的利用效率；加长叶片可以增大叶轮扫风面积，但必然带来叶片设计和制造上的难度，在材料的强度、刚度等方面会提出很高的要求，对结构的安全性、经济性带来极大的挑战。从风能公式E＝0.5ρV3ACp来看，除增加叶片的长度(即增大叶轮扫风面积A)外，提高来流风速V也可以更有效地增加所获得的风能，由于风能正比于来流风速的三次方，提高来流风速所获得的效益会更大。目前3MW的风机的塔筒高度可以达到80m、90m或105m，塔筒的高度每增高10m，来流风速可以提高3％～5％左右，而单位横截面面积的风能增加量就将提高15％以上，可以看出，增加风机的塔架高度具有以下的好处：一是可以大幅度提高风能的资源利用率；二是超高塔筒风机可以充分利用风场较高高位置的风力资源，在风场中若安装不同高度的风机还可以在一定程度上规避前排风机的尾流干扰；三是超高塔筒风机可以降低对地面环境的影响(如对建筑物、草场、农作物)。当然，增加风机塔架的高度必然对塔架的强度及刚度提出更高的要求，若塔架为塔筒型，也就是要大幅度增加塔筒的尺寸，带来大尺寸塔筒制造上的难度，并大幅度增加塔筒的重量。风力发电机所处的位置愈高，所利用的风资源就愈多，由于风能正比于来流风速的三次方，提高来流风速所获得的效益将会更大，这就需要采用超高塔架或塔筒；如何解决超高塔筒的刚度及强度问题，以及由此带来的制造、安装及塔筒重量等问题，对超高塔筒的发展提出了严峻的挑战。
发明内容
本发明针对超高塔筒中的刚度、强度以及制造安装问题，提出一种具有模块化桁架增强的风电塔筒，使其具有结构简单、受力合理、刚度增强、建造方便、成本低廉的特点，以适用于大中型风机塔筒的增高与增强。
本发明的技术方案如下：
一种具有模块化桁架增强的风电塔筒，其特征在于：该风电塔筒由上部的常规塔筒及下部的桁架增强塔筒组成；桁架增强塔筒为模块化结构，模块化结构至少包括一级模块；每一级模块包括内筒以及至少三组纵向桁架；多组纵向桁架与内筒的中心轴线成对称布置；每组纵向桁架的内侧与内筒的外壁通过固定连接装置固定联接，各组纵向桁架的外侧之间通过桁架环向拉杆联接；相邻各级模块中的内筒相互之间固定联接，相邻各级模块中的桁架相互之间固定联接；最上一级模块的内筒与上部的常规塔筒固定联接；最下一级模块的桁架的下部固定在地基上。
本发明的技术特征还在于：每一级模块包括内筒和三组纵向桁架；每组纵向桁架采用双排纵向桁架。
本发明的技术特征还在于：双排纵向桁架由第一排桁架及第二排桁架平行组成，两排之间通过多根连接杆进行联接，第一排桁架中的纵向斜拉杆与第二排桁架中的纵向斜拉杆的布置成交叉状结构；两排纵向桁架通过双排桁架之间斜拉杆联接。
本发明与现有的技术相比，具有以下特点及突出效果：①对于模块化的增强塔筒，由于桁架增强的作用，可以大幅度提高塔筒的抗弯刚度，②增强塔筒的内筒可以采用较小尺寸的内筒，使得整个塔筒具有较低的重量，③采用模块化的增强塔筒，可以通过拼装的方式简便地安装出较高的塔架，使得制造及安装较为简便。本发明所述的一种具有模块化桁架增强的风电塔筒具有结构简单、受力合理、制造简易等特点。
附图说明
图1为本发明提供的一种具有模块化桁架增强的风电塔筒示意图。
图2为下部的桁架增强塔筒示意图。
图3为桁架增强塔筒的模块化结构示意图。
图4为桁架增强塔筒的模块化结构俯视图。
图中：1-常规塔筒；1a-内筒；2-叶轮；3-风机机舱；4-桁架增强塔筒；4a-第一级模块；4b-第二级模块；4c-第三级模块；5-第一组双排纵向桁架；6-第二组双排纵向桁架；7-第三组双排纵向桁架；8-固定连接装置；9-桁架环向拉杆；10-第一排桁架；11-第二排桁架；12-双排桁架之间斜拉杆；13-连接杆；14-第一排桁架中的纵向斜拉杆；15-第二排桁架中的纵向斜拉杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构及具体实施方式作进一步的说明：
图1为本发明提供的一种具有模块化桁架增强的风电塔筒示意图。可以将风机的整个塔筒分为两大部分，即：常规塔筒1以及桁架增强塔筒4；常规塔筒采用已有技术进行制造和拼装。而对于桁架增强塔筒，首先参照图3进行桁架增强模块的制造，图4为桁架增强塔筒的模块化结构俯视图，模块化结构至少包括一级模块组成；每一级模块包括内筒1a以及至少三组纵向桁架，优选为三组纵向桁架；多组纵向桁架与内筒的中心轴线成对称布置；每组纵向桁架的内侧与内筒1a的外壁通过固定连接装置8固定联接，各组纵向桁架的外侧之间通过桁架环向拉杆9联接；然后，将相邻各级模块中的内筒相互之间固定联接，相邻各级模块中的桁架相互之间固定联接，这样就可以组装出具有多级模块的桁架增强塔筒，如图2所示。在风机的安装现场，首先安装多级模块的桁架增强塔筒4，其最下一级模块的桁架的下部固定在地基上；然后，吊装常规塔筒1，安装在桁架增强塔筒4之上，并使得两部分的内筒进行固定连接。
为增强下部桁架塔架的刚度，每组纵向桁架还可以采用双排纵向桁架，双排纵向桁架由平行布置的第一排桁架10及第二排桁架11组成，两排之间通过多根连接杆13进行联接，第一排桁架中的纵向斜拉杆14与第二排桁架中的纵向斜拉杆15的布置成交叉状结构；两排纵向桁架通过双排桁架之间斜拉杆12联接。
可以看出：对于模块化的增强塔筒，由于桁架增强的作用，可以大幅度提高塔筒的抗弯刚度；在有桁架增强的情况下，还可以采用较小尺寸的内筒，大大减低整个塔筒的重量；采用模块化的增强塔筒，可以通过拼装的方式来简便地安装出较高的塔架，使得制造及安装较为简便。

Claims (2)

1.一种具有模块化桁架增强的风电塔筒，其特征在于：该风电塔筒由上部的常规塔筒(1)及下部的桁架增强塔筒(4)组成；所述桁架增强塔筒(4)为模块化结构，该模块化结构至少包括一级模块；每一级模块包括内筒(1a)以及至少三组纵向桁架；多组纵向桁架与内筒的中心轴线成对称布置；每组纵向桁架的内侧与内筒(1a)的外壁通过固定连接装置(8)固定联接，各组纵向桁架的外侧之间通过桁架环向拉杆(9)联接；相邻各级模块中的内筒相互之间固定联接，相邻各级模块中的纵向桁架之间固定联接；最上一级模块的内筒与上部的常规塔筒(1)固定联接；最下一级模块的桁架的下部固定在地基上；
每组纵向桁架采用双排纵向桁架，双排纵向桁架由第一排桁架(10)及第二排桁架(11)平行组成，两排之间通过多根连接杆(13)进行联接，第一排桁架中的纵向斜拉杆(14)与第二排桁架中的纵向斜拉杆(15)的布置成交叉状结构；两排纵向桁架通过双排桁架之间斜拉杆(12)联接。
2.如权利要求1所述的一种具有模块化桁架增强的风电塔筒，其特征在于：每一级模块包括内筒(1a)和三组纵向桁架。
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