CN110159496B - 一种抑制机顶前后摆动的风力机 - Google Patents
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Abstract
一种抑制机顶前后摆动的风力机，包括塔筒、机舱和风轮，机舱内安装有偏航系统，其特征在于，还设有弹簧装置和旋转装置，所述弹簧装置包括分别设置在风力机迎风面与背风面的若干弹簧；所述旋转装置呈筒套状，安装在塔筒的上部，旋转装置上设有环形凹槽，环形凹槽与塔筒的中心轴在同一条直线上，环形凹槽内安装有与弹簧一一对应多个滑体，弹簧的一端与机舱固定连接，另一端与滑体连接，所述滑体可在环形凹槽中沿着环形凹槽移动。本发明风力机可抑制风吹时机顶前后摆动的情况，降低机舱与塔筒之间的疲劳损伤，使风力机体系的一体性更强，在提升风力机体系整体结构抗风及稳定性能的同时，还具有构造简易、施工方便、易于实现的优点，适合推广使用。
Description
技术领域
本发明属于风电系统的结构技术领域，具体涉及一种抑制机顶前后摆动的风力机。
背景技术
作为新能源产业的先驱者，风力机逐渐朝着大功率化发展，同时伴随着塔筒结构呈现出高细的特点。作为风敏感结构，风力机的结构形式既要保证风力发电的工艺要求，同时必须具有足够的强度、刚度和稳定性。因此采取适当的工程构造措施，在风力机遭受吹风时抑制风力机顶部的前后摆动、降低机舱与塔筒之间的疲劳损伤并提高风力机体系的一体性和稳固性，是结构工程师努力的方向。
就目前来说，风力机塔筒顶部和机舱进行加固是主要方案之一，但采用该措施也有诸多缺点。例如需要制作异型模板，增多了材料损耗，增大了施工难度，增加了施工措施费用，最为严重的是，机顶自重过大会加剧结构的动力放大作用，极端情况下甚至会导致风力机体系失稳倒塌，对社会经济及安全造成不利的影响。
发明内容
本发明的技术目的是针对现有技术存在的缺陷与工程实际难题，提出一种可抑制机顶前后摆动的风力机，以提高风力机体系的一体性和稳固性。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种抑制机顶前后摆动的风力机，包括塔筒、机舱和风轮，机舱安装在塔筒顶部，所述风轮安装在机舱上，机舱内安装有偏航系统，其特征在于：
所述新型风力机还设有弹簧装置和旋转装置，所述弹簧装置包括分别设置在风力机迎风面与背风面的若干弹簧；所述旋转装置呈筒套状，安装在塔筒的上部，旋转装置上设有环形凹槽，所述环形凹槽与塔筒的中心轴在同一条直线上，环形凹槽内安装有多个滑体，所述滑体与所述弹簧一一对应，弹簧的一端与机舱固定连接，另一端穿过环形凹槽顶部的开口与嵌在凹槽内的滑体连接，所述滑体可在环形凹槽中沿着环形凹槽移动。
在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：
较佳的，所述旋转装置整体设计呈倒置的圆台状，中部设有容塔筒穿过的通孔，顶部为环绕塔筒一周的阶面，环形凹槽设置在旋转装置的顶部阶面上。
作为优选，所述滑体采用球形转珠。
相应的，所述环形凹槽槽腔的径向截面设计呈优弧型，球形转珠的直径大于槽腔开口的宽度，被限位在所述环形凹槽中，防止其在弹簧件的拉动下从滑槽中脱离。
较佳的，所述球形转珠由外直径0.3m，内直径0.2m的空心钢球制成。
作为优选，所述弹簧采用直径为0.03m的钢丝制成，与球形转珠通过焊接固定。
进一步的，所述弹簧装置通过连接器与机舱的壳体固定连接，所述连接器为一对通过预埋螺栓固定在机舱两侧的板体。
进一步的，所述板体为长4m，宽0.5m，高0.2m的矩形实心钢板。
有益效果：
本发明风力机可抑制风吹时机顶前后摆动的情况，降低机舱与塔筒之间的疲劳损伤，使风力机体系的一体性更强，在提升风力机体系整体结构抗风及稳定性能的同时，还具有构造简易、施工方便、易于实现的优点，适合推广使用。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明风力机中上部的局部结构示意图。
图3是本发明风力机中上部局部结构的剖视图。
图4是弹簧上部通过连接板与机舱固定的局部示意图。
图5是旋转装置的结构示意图。
图6是旋转装置的剖视图。
具体实施方式
为了进一步阐明本发明的工作原理，下面结合附图与具体实施例对本发明做详细的介绍。
如图1所示的一种抑制机顶前后摆动的新型风力机，为3MW水平轴大型风力机，主要由塔筒1、机舱2、风轮3、弹簧装置4和旋转装置5等部分组成。
塔筒1为厚度线性变化的圆台形筒状结构，材料为钢材，高90m，顶端半径2m，底端半径3m，顶端壁厚0.04m，底端壁厚0.09m。
机舱2安装在塔筒1顶部，尺寸为13m×4m×4m，材料为钢材，机舱2中设有偏航系统（对风装置）。
风轮3安装在机舱2的前侧，长度为45m，由复合材料构成。
所述弹簧装置4包括设置在风力机迎风面与背风面的两排弹簧4，每排各有5根弹簧。两排弹簧相对于塔筒1的中心轴对称安装，所述弹簧采用弹性较好、强度较大的钢丝制成，钢丝直径设为0.03m。
所述旋转装置5采用钢材制成，呈筒套状，安装在塔筒1的上部，靠近机舱2的位置。本实施例中，旋转装置5采用整体呈倒置圆台状的套筒，其中部设有容塔筒1穿过的通孔，顶部为环绕塔筒1一周的阶面，如图6所示，旋转装置5一侧的径向截面基本轮廓呈直角三角形（环形凹槽7设置在所述直角三角形内），所述直角三角形的顶部直边为1m，侧面直边为2.5m。旋转装置5顶部设有环形凹槽7，所述环形凹槽7与塔筒1的中心轴在同一条直线上，环形凹槽内安装有10个球形转珠8构成的滑体，球形转珠8与所述弹簧4为一一对应的关系，弹簧4的一端通过连接器6与机舱2的壳体固定连接，另一端穿过环形凹槽顶部的开口与嵌在环形凹槽内的球形转珠8连接。如图6所示，所述环形凹槽7槽腔的径向截面呈优弧型，其内径与球形转珠8尺寸适配，球形转珠8的直径大于槽腔开口的宽度，被限位在所述环形凹槽7中，使其可在环形凹槽7中自由转动，又能保证不被处于拉紧状态的弹簧拉拽出来。本实施例中，所述球形转珠8采用外直径0.3m，内直径0.2m的空心钢球制成，每个球形转珠8与弹簧底部采用焊接的方式连接。
所述连接器6为一对长4m，宽0.5m，高0.2m的矩形实心钢板，两块钢板分别通过预埋螺栓固定在机舱2壳体的前方底部和后方底部，与对应的弹簧固定连接。
当风吹向风力机时，风力机顶部极易发生前后摆动，可能造成机舱2与塔筒1的强度、刚度和稳定性破坏，同时也会加剧两者之间的疲劳损伤。当采用本发明时，风力机前后弹簧均处于拉紧状态，若风力机顶部发生前倾时，风力机后面的弹簧拉力大于前面的弹簧拉力，两者的拉力差会抑制风力机发生前倾。相似的是，若风力机顶部发生后仰时，风力机后面的弹簧拉力小于前面的弹簧拉力，两者的拉力差会抑制风力机发生后仰。通过弹簧装置4将机舱2与塔筒1的顶部进行了整体加固，降低了机舱2与塔筒1之间的疲劳损伤，增强了风力机体系的一体性与稳固性，提升了风力机整体结构抗风及稳定性能。
风力机工作过程中，采用电动的偏航系统来调整机舱2和风轮3的位置使其对准风向。偏航系统包括感应风向的风向标、信号处理系统和信号传输系统等，风向标作为感应元件将风向的变化用电信号传递到信号处理系统，经过比较后信号处理系统产生顺时针或逆时针的无线偏航指令，并通过信号传输系统无线发送给控制台，控制台根据无线偏航指令控制机舱2内电机旋转，旋转带动机舱2和风轮3转动，进而带动连接器6和弹簧围绕塔筒1旋转，而与弹簧连接的球形转珠8可在环形凹槽7内移动，以及时适应弹簧的旋转动作。当对风完成后，风向标失去电信号，机舱2内电机停止工作，偏航过程结束。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种抑制机顶前后摆动的风力机，包括塔筒（1）、机舱（2）和风轮（3），机舱（2）安装在塔筒（1）顶部，所述风轮（3）安装在机舱（2）上，机舱（2）内安装有偏航系统，其特征在于：
所述风力机还设有弹簧装置（4）和旋转装置（5），所述弹簧装置（4）包括分别设置在风力机迎风面与背风面的若干弹簧；所述旋转装置（5）呈筒套状，安装在塔筒（1）的上部，旋转装置（5）上设有环形凹槽（7），所述环形凹槽（7）与塔筒（1）的中心轴在同一条直线上，环形凹槽内安装有多个滑体，所述滑体与所述弹簧一一对应，弹簧的一端与机舱（2）固定连接，另一端穿过环形凹槽（7）顶部的开口与嵌在凹槽内的滑体连接，所述滑体可在环形凹槽（7）中沿着环形凹槽移动。
2.根据权利要求1所述的一种抑制机顶前后摆动的风力机，其特征在于，旋转装置（5）整体呈倒置的圆台状，中部设有容塔筒（1）穿过的通孔，顶部为环绕塔筒（1）一周的阶面，环形凹槽设置在旋转装置（5）的顶部。
3.根据权利要求1所述的一种抑制机顶前后摆动的风力机，其特征在于，所述滑体采用球形转珠（8）。
4.根据权利要求3所述的一种抑制机顶前后摆动的风力机，其特征在于，所述环形凹槽（7）槽腔的径向截面呈优弧型，球形转珠（8）的直径大于槽腔开口的宽度，被限位在所述环形凹槽（7）中。
5.根据权利要求3所述的一种抑制机顶前后摆动的风力机，其特征在于，所述球形转珠（8）由外直径0.3m，内直径0.2m的空心钢球制成。
6.根据权利要求5所述的一种抑制机顶前后摆动的风力机，其特征在于，所述弹簧的钢丝直径为0.03m，与球形转珠（8）通过焊接固定。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种抑制机顶前后摆动的风力机，其特征在于，所述弹簧装置（4）通过连接器（6）与机舱（2）的壳体固定连接，所述连接器（6）为一对通过预埋螺栓固定在机舱前后两侧底部的板体。
8.根据权利要求7所述的一种抑制机顶前后摆动的风力机，其特征在于，所述板体为长4m，宽0.5m，高0.2m的矩形实心钢板。
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