CN107882689B - 一种引入中间支撑件的风电塔架 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种引入中间支撑件的风电塔架，包括塔架，具有中通内腔；中间支撑件，设置在中通内腔内部，中部具有连接通孔，四周与塔架的内壁刚性连接；本发明的引入中间支撑件的风电塔架，在塔架中设有中间支撑件,中间支撑件将塔架内部分层能够起到对塔架的层层固定,提高塔架的刚度；同时具有预应力拉索,穿过中间支撑件对中间支撑件施加朝向塔架的预应力,进一步提高塔架的刚度；通过调整中间支撑件的数量和预应力拉索的拉力能够改变塔架的刚度,从而改变塔架的自振频率,以避免与外界干扰力产生共振,提高塔架的使用寿命。

Description

一种引入中间支撑件的风电塔架

技术领域

本发明涉及风电塔架技术领域，具体涉及一种引入中间支撑件的风电 塔架。

背景技术

风电塔架是指风力发电机组的支撑结构，其主要功能是支承风力发电 部件的重力荷载，并承受风轮的作用力和风作用在塔架上的力。目前风电 塔架最多的结构是实腹式圆筒，或是格构柱式塔架，塔架本身比较笨重， 尤其是实腹式圆筒塔身，直径往往做到4米以上，大大增加了塔架自身重量，且加工困难，运输不便，增加了发电成本。

中国专利文献CN102182645A公开了一种使用智能拉索的风力发电高 塔，包括塔架和安装于塔架中的智能拉索，智能拉索包括，顶部锚环、中 部锚环、滑轮、SMA筋和预应力索，预应力索一端连接顶部锚环，另一端固定于塔架的底部，预应力索中间穿过依次相间隔安装的中部锚环和滑轮， 顶部锚环与中部锚环之间、中部锚环与滑轮之间的预应力索都穿设有SMA 筋；上述方案的发明构思为，依靠SMA筋的弹性形变产生反方向拉力，提 高耗能，减少和控制塔架水平方向的振动。

然而，上述方案具有如下缺点：1、没有考虑共振对塔架产生的影响； 塔架在受到外界干扰力后会产生位移或振动，外界干扰力消失后塔架将在 平衡位置附近继续振动，塔架的自振频率只与塔架自身的刚度和质量有关，当塔架的自振频率ω与干扰力的频率θ很接近时(0.75≤θ/ω≤1.25区 段)，将会产生共振，为了避免共振，应使塔架的自振频率远离风荷载或风 轮转动引起的干扰力的频率，而上述方案并没有考虑到这一点；上述对比文件中，虽然在预应力索的顶部锚环与中部锚环之间、中部锚环与滑轮之 间穿设有SMA筋，然而由于SMA筋具有较强的弹性形变，其作用仅在于当 塔架受到强风、强浪冲击时消耗能量，这种具有弹性形变的连接方式，使得拉索的应力对于塔架的刚度影响较小，以致不能使塔架的自振频率发生 明显改变；2、中部锚环与滑轮将预应力索约束为S形，预应力索从塔架顶 部到底部经过多道折弯，使预应力索的整体刚性较差；3、中部锚环悬空设 置在塔架内部，当塔架受到外界干扰力时，中部锚环会随着预应力索的拉 力变化产生左右和上下的窜动，容易导致预应力索在中部锚环处发生错乱。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的塔架在外界干 扰力的频率与塔架自振频率接近时容易产生共振，导致容易损坏的技术缺 陷，从而提供一种能够改变塔架刚度，进而改变塔架的自振频率，使得塔 架的自振频率与风荷载或风轮转动引起干扰力的振动频率明显错开，以避 免共振的风电塔架。

为解决上述技术问题，本发明提供一种引入中间支撑件的风电塔架， 包括，

塔架，具有中通内腔；

中间支撑件，设置在所述中通内腔内部，中部具有连接通孔，四周与 所述塔架的内壁刚性连接。

作为优选方案，还包括,预应力拉索，一端与所述塔架顶端连接，另一 端与所述塔架底端连接，中部穿过所述连接通孔，且与所述连接通孔滑动 接触。

作为优选方案，所述塔架为圆筒结构。

作为优选方案，所述预应力拉索具有至少三根，沿所述中通内腔周向， 至少三根所述预应力拉索在所述中通内腔内部均匀分布。

作为优选方案，所述中间支撑件的所述连接通孔为正多边形，所述正 多边形的内角数与所述预应力拉索的根数相对应，所述预应力拉索与所述 正多边形的内角滑动接触。

作为优选方案，所述中间支撑件具有多个，沿所述塔架的高度方向均 匀分布。

作为优选方案，沿所述塔架从中部到两端的方向，所述中间支撑件的 所述连接通孔的孔径逐渐变大。

作为优选方案，所述中间支撑件包括，

环形拉索；

支撑杆件，具有多根，一端与所述环形拉索固定连接，另一端与所述 塔架的中通内腔的内壁固定连接；沿所述环形拉索的圆周方向，所述支撑 杆件均匀分布。

作为优选方案，所述中间支撑件包括，

环形拉索；

支撑板块，为环形结构，内圈形成多边形通孔，所述环形拉索设置在 所述支撑板块的内圈，形成所述连接通孔，外圈与所述塔架的内壁固定连 接。

作为优选方案，还包括覆盖所述中通内腔两端开口，使所述中通内腔 形成封闭内腔的封闭件。

本发明的技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的引入中间支撑件的风电塔架，在塔架中设有中间支撑 件,中间支撑件的中部具有连接通孔，四周与塔架的内壁刚性连接，中间 支撑件能够从内部对塔架进行刚性支撑，提高塔架自身的刚度；由于塔架的自振频率只与自身的刚度和质量有关，在塔架自身质量不变的情况下， 设置上述的中间支撑件结构，能够大幅度提升塔架自身刚度，从而改变塔 架自振频率；本发明的风电塔架，能够在作用于塔架的外界干扰力的频率 与塔架自振频率相近时，改变塔架的自振频率，从而避免共振，能够大幅 度提升塔架的使用寿命；通过调整中间支撑件的数量能够在一定范围内改 变塔架的刚度,从而改变塔架的自振频率,以避免与外界干扰力产生共振, 提高塔架的使用寿命。

2.本发明提供的引入中间支撑件的风电塔架，预应力拉索穿过中间支 撑件的连接通孔后，两端分别与塔架的顶端和底端连接，将预应力拉索拉 紧后，预应力拉索的两端向塔架中部拉紧塔架的两端，中部通过中间支撑 件作用在塔架的中通内腔内壁上，使得塔架整体绷紧，进一步增强了塔架自身的刚度。

3.本发明提供的引入中间支撑件的风电塔架，塔架为圆筒结构,塔架的 受力更均匀。

4.本发明提供的引入中间支撑件的风电塔架，预应力拉索具有至少三 根，沿中通内腔周向，至少三根预应力拉索在中通内腔内部均匀分布，从 而均匀地提高塔架的刚度。

5.本发明提供的引入中间支撑件的风电塔架，所述连接通孔为正多边 形，所述正多边形的内角数与所述预应力拉索的根数相对应，所述预应力 拉索卡在正多边形的内角处滑动,既使塔架产生晃动也能够避免预应力拉 索随意乱窜,保证预应力拉索相互之间不接触，能够避免乱线。

6.本发明提供的引入中间支撑件的风电塔架，设置多个中间支撑件沿 塔架高度方向均匀分布，能够将预应力拉索的力在塔架高度方向均匀分布， 使塔架各层高的刚度能够得到均匀性的提高。

7.本发明提供的引入中间支撑件的风电塔架，所述中间支撑件由塔架 中部向两端的延伸方向，其连接通孔的孔径逐渐变大，使预应力拉索构成 双曲线形，均衡各个中间支撑件受到预应力拉索的作用力，使塔架的刚度 能够得到均匀性的提高。

8.本发明提供的引入中间支撑件的风电塔架，中间支撑件采用环形拉 索和支撑杆件构成，支撑杆件沿所述环形拉索的圆周方向均匀分布，一端 与环形拉索固定，另一端与塔架的中通内腔的内壁固定，环形拉索受到预 应力拉索的作用力后通过支撑杆件将力均匀分散在塔架内壁上。

9.本发明提供的引入中间支撑件的风电塔架，中间支撑件采用环形拉 索和支撑板块构成，多块支撑板块构成环形结构，所述环形拉索的设置在 环形支撑板块的内圈，支撑板块的外圈与塔架的中通内腔的内壁固定，环 形拉索受到预应力拉索的作用力后通过支撑板块将力均匀分散在塔架内壁上。

10.本发明提供的引入中间支撑件的风电塔架，具有封闭件，覆盖中通 内腔两端开口，使所述中通内腔形成封闭内腔，避免外界不良环境的腐蚀， 塔架耐久性更强，减少维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下 面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。

图1为本发明的立体结构透视示意图。

图2为本发明的中间支撑件的俯视图。

附图标记说明：

1、塔架；2、预应力拉索；3、中间支撑件；4、中通内腔；5、连接通 孔；6、环形拉索；7、支撑杆件；8、支撑板块；9、封闭件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、 “水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或 位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指 的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术 语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接； 可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的 连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼 此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本实施例提供一种引入中间支撑件的风电塔架，如图1、图2所示，包 括塔架1、预应力拉索2、中间支撑件3和封闭件9。

塔架1为具有中通内腔4的圆筒结构。

中间支撑件3具有多个，设置在所述中通内腔4内部，沿所述塔架1 的高度方向均匀分布；所述中间支撑件3包括环形拉索6和支撑杆件7；支 撑杆件7具有多根，沿所述环形拉索6的圆周方向均匀分布，一端与所述环形拉索6固定连接，另一端与所述塔架1的中通内腔4的内壁固定连接； 中间支撑件3中部由环形拉索6构成连接通孔5，所述连接通孔5沿所述塔 架1由中部向两端的延伸方向其孔径逐渐变大。

所述预应力拉索2具有三根，在所述塔架1的径向截面上均匀分布； 预应力拉索2一端与所述塔架1顶端连接，另一端与所述塔架1底端连接， 中部穿过所述连接通孔5，且预应力拉索2与所述连接通孔5滑动接触；所 述连接通孔5为正三边形，其三个内角用于容纳所述预应力拉索2，使三根预应力拉索2在三个内角处滑动。

所述封闭件9覆盖所述中通内腔4两端开口，使所述中通内腔4形成 封闭内腔。

工作原理

从自振频率计算公式:ω＝2πf＝2π/T

式中，表示2π个单位时间(秒)内振动的次数，单位为弧度/秒。

定义:ω＝(k/m)^(1/2),ω是体系固有的非常重要的动力特性。

在强迫振动中，当体系的自振频率ω与干扰力的频率θ很接近时(0.75 ≤θ/ω≤1.25区段)，将会产生共振。为避免共振，就必须使ω和θ远离。 从公式中可以看出，自振频率只与刚度和质量有关，因而改变塔架刚度能 够改变塔架1的自振频率，将塔架刚度提高到一定程度就能够避开外界干 扰力的频率，从而避免共振的发生，提高塔架的使用寿命。

通过在塔架1中设置中间支撑件3，将塔架1进行层层加固能够提高塔 架的刚度，而且设置的中间支撑件3个数越多，塔架1的刚度越大；通过 调整预应力拉索2的应力大小，能够提高中间支撑件3对塔架1的作用力， 从而更大程度的提高塔架1的刚度；因此，选择一定数量的中间支撑件3 并调整预应力拉索2的应力大小，能够将塔架1的刚度提高到使塔架1的 自振频率避开外界干扰力的频率，从而避免共振。

作为上述实施例的可替换方式，所述封闭件9可以省略。

作为上述实施例的可替换方式，所述中间支撑件3可以替换为包括环 形拉索6和支撑板块8；支撑板块8具有多块，并构成环形结构，内圈形成 多边形通孔；环形拉索6设置在所述支撑板块8的内圈，形成所述连接通 孔5；中间支撑件3外圈与所述塔架1的内壁固定连接。

作为上述实施例的可替换方式，所述中间支撑件3还可以替换为整体 结构。

作为上述实施例的可替换方式，所述连接通孔5的孔径可以不做变化。

作为上述实施例的可替换方式，所述中间支撑件3可以仅具有一个。

作为上述实施例的可替换方式，所述连接通孔5的形状可以替换为圆 形。

作为上述实施例的可替换方式，所述预应力拉索2的数量可以多于三 根，也可以具有对称的两根。

作为上述实施例的可替换方式，所述塔架1可以替换为锥形结构。

作为上述实施例的可替换方式，所述预应力拉索2可以省略。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方 式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予 以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保 护范围之中。

Claims (7)

1.一种引入中间支撑件的风电塔架，其特征在于，包括，

塔架(1)，具有中通内腔(4)；

中间支撑件(3)，至少为一个，设置在所述中通内腔(4)内部，中部具有连接通孔(5)，四周与所述塔架(1)的内壁刚性连接；

预应力拉索(2)，一端与所述塔架(1)顶端连接，另一端与所述塔架(1)底端连接，中部穿过所述连接通孔(5)，且与所述连接通孔(5)滑动接触；

所述中间支撑件(3)的所述连接通孔(5)为正多边形，所述正多边形的内角数与所述预应力拉索(2)的根数相对应，所述预应力拉索(2)与所述正多边形的内角滑动接触；

沿所述塔架(1)从中部到两端的方向，所述中间支撑件(3)的所述连接通孔(5)的孔径逐渐变大。

2.根据权利要求1所述的引入中间支撑件的风电塔架，其特征在于，所述塔架(1)为圆筒结构。

3.根据权利要求2所述的引入中间支撑件的风电塔架，其特征在于，所述预应力拉索(2)具有至少三根，沿所述中通内腔(4)周向，至少三根所述预应力拉索(2)在所述中通内腔(4)内部均匀分布。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的引入中间支撑件的风电塔架，其特征在于，所述中间支撑件(3)具有多个，沿所述塔架(1)的高度方向均匀分布。

5.根据权利要求1所述的引入中间支撑件的风电塔架，其特征在于，所述中间支撑件(3)包括，

环形拉索(6)；

支撑杆件(7)，具有多根，一端与所述环形拉索(6)固定连接，另一端与所述塔架(1)的中通内腔(4)的内壁固定连接；沿所述环形拉索(6)的圆周方向，所述支撑杆件(7)均匀分布。

6.根据权利要求1所述的引入中间支撑件的风电塔架，其特征在于，所述中间支撑件(3)包括，

环形拉索(6)；

支撑板块(8)，具有多块并构成环形结构，内圈形成多边形通孔，所述环形拉索(6)设置在所述支撑板块(8)的内圈，形成所述连接通孔(5)，外圈与所述塔架(1)的内壁固定连接。

7.根据权利要求1所述的引入中间支撑件的风电塔架，其特征在于，还包括覆盖所述中通内腔(4)两端开口，使所述中通内腔(4)形成封闭内腔的封闭件(9)。