CN111779623A - 增速型风机管筒支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增速型风机管筒支撑结构，其包括支承平台、第一支撑柱、第二支撑柱、第一芯轴、第二芯轴、第一支撑杆组件、第一拉索组件、第二支撑杆组件和第二拉索组件，支承平台的顶部并列设置第一支撑柱和第二支撑柱，支承平台的底部安装在塔筒的顶部，第一芯轴固定在第一支撑柱的顶部，第一芯轴的内侧通过若干第一支撑杆组件连接增速管筒，第一芯轴的外侧通过若干第一拉索组件连接增速管筒，第二芯轴固定在第二支撑柱的顶部，第二芯轴的内侧通过若干第二支撑杆组件连接增速管筒，第二芯轴的外侧通过若干第二拉索组件连接增速管筒。本发明具有结构合理、重量轻、强度高、便于安装运输的有益效果。

Description

增速型风机管筒支撑结构

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体涉及一种增速型风机管筒支撑结构。

背景技术

风能属于可再生清洁能源，蕴量巨大、分布广泛。但是也有很多大弱点比如：①密度低。这是风能的一个重要缺陷。由于风能来源于空气的流动，而空气的密度是很小的，因此风力的能量密度也很小，只有水力的1/816。②不稳定。由于气流瞬息万变，因此风的脉动、日变化、季变化以至年际的变化都十分明显，波动很大，极不稳定。③地区差异大。由于地形的影响，风力的地区差异非常明显。一个邻近的区域，有利地形下的风力，往往是不利地形下的几倍甚至几十倍。

虽然增速管筒型风力发电机组，通过管筒增速可以提高风力的能量密度、管筒导流稳定风脉动、在低风速地区也能适应，拓宽了风力机风速适用范围，具有较高的经济和社会效益。但是由于风轮外部设有增速管筒，外部风速不稳定性，导致大功率增速管筒机组受风面积很大，因此对整机结构设计提出了新的要求和挑战。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种结构合理、重量轻、强度高、便于安装运输增速型风机管筒支撑结构。

根据本发明的一个方面，提供了增速型风机管筒支撑结构，其包括支承平台、第一支撑柱、第二支撑柱、第一芯轴、第二芯轴、第一支撑杆组件、第一拉索组件、第二支撑杆组件和第二拉索组件，支承平台的顶部并列设置第一支撑柱和第二支撑柱，支承平台的底部安装在塔筒的顶部，第一芯轴固定在第一支撑柱的顶部，第一芯轴的内侧通过若干第一支撑杆组件连接增速管筒，第一芯轴的外侧通过若干第一拉索组件连接增速管筒，第二芯轴固定在第二支撑柱的顶部，第二芯轴的内侧通过若干第二支撑杆组件连接增速管筒，第二芯轴的外侧通过若干第二拉索组件连接增速管筒。

在一些实施方式中，支承平台上设有第一基座、第二基座和偏航机舱，第一支撑柱安装在第一基座内，第二支撑柱安装在第二基座内，偏航机舱内设置偏航机连接塔筒。

在一些实施方式中，第一芯轴的内侧设有若干第一法兰，第一法兰设有4-24个，第一支撑杆组件与第一法兰之间设有螺栓高度调节部，第一芯轴的外侧设有固定法兰，固定法兰上设有若干安装孔，第一拉索组件通过安装孔连接第一芯轴和增速管筒。

在一些实施方式中，第一支撑杆组件包括主支撑杆和次支撑杆，主支撑杆的一端通过螺栓高度调节部连接第一法兰，主支撑杆的另一端通过第二法兰固定增速管筒，主支撑杆之间设有弹性垫片并通过第三法兰设有次支撑杆，第三法兰与次支撑杆之间设有弹性垫片。

在一些实施方式中，第一拉索组件包括钢索和收紧部，钢索上设有收紧部，收紧部能够控制钢索的长度，钢索的一端通过锁紧部连接安装孔，钢索的另一端通过第四法兰连接增速管筒。

在一些实施方式中，第二支撑柱的顶部设有传动链支撑平台，传动支撑平台远离第二支撑柱的一端设有斜支撑杆且斜支撑杆连接传动支撑平台和第二支撑柱，第二芯轴通过传动链支撑平台设置在第二支撑柱的顶部，第二芯轴包括内固定法兰、外固定法兰和固定杆，内固定法兰设在传动链支撑平台上靠近增速管筒的一端，外固定法兰设置在传动链支撑平台上远离增速管筒的一端，固定杆连接内固定法兰和外固定法兰。

在一些实施方式中，内固定法兰通过螺栓高度调节部连接第二支撑杆组件的一端，第二支撑杆组件的另一端通过第五法兰连接增速管筒，第二拉索组件连接外固定法兰和增速管筒。

在一些实施方式中，第二支撑杆组件的结构与第一支撑杆组件的结构相同，第二拉索组件的结构与第一拉索组件的结构相同。

在一些实施方式中，第一支撑柱靠近增速管筒的一侧固定设置第一副支撑柱，第一副支撑柱的底部固定连接增速管筒的底部，第二支撑柱靠近增速管筒的一侧固定设置第二副支撑柱，第二副支撑柱的底部固定连接增速管筒的底部。

在一些实施方式中，第二副支撑柱上设有攀爬梯。

由于大功率增速管筒直径往往达到几十米，增速管筒的受风面积很大，在极限风速工况下会产生很大的应力应变，一般支撑结构很难满足强度和刚度要求，本发明通过管内支撑杆结构很好的保证了管筒圆柱度，管筒所受风载通过管内支撑结构传递到其前后芯轴上，然后由芯轴传递到前后支撑杆上，最后由前后支撑杆传递到支撑平台上；芯轴前端还均布连接钢缆进一步拉牢管筒，提高机组抗风性能。

附图说明

图1是本发明增速型风机管筒支撑结构的结构示意图；

图2是本发明增速型风机管筒支撑结构的主视图；

图3是图2中A的局部放大图；

图4是图2中B的局部放大图；

图5是图2中C的局部放大图；

图6是本发明增速型风机管筒支撑结构的支承平台的结构示意图；

图7是本发明增速型风机管筒支撑结构的第一支撑柱和第二支撑柱的安装示意图；

图8是本发明增速型风机管筒支撑结构的第一拉索组件的结构示意图；

图9是本发明增速型风机管筒支撑结构的连接组件的结构示意图；

图10是本发明增速型风机管筒支撑结构的螺栓高度调节部的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。

如图1所示，本发明所述一种增速型风机管筒支撑结构，其包括支承平台1、第一支撑柱2、第二支撑柱3、第一芯轴4、第二芯轴5、第一支撑杆组件6、第一拉索组件7、第二支撑杆组件8和第二拉索组件9，支承平台1的顶部并列设置第一支撑柱2和第二支撑柱3，支承平台1的底部安装在塔筒的顶部，第一芯轴4固定在第一支撑柱2的顶部，第一芯轴4的内侧通过若干第一支撑杆组件6连接增速管筒，第一芯轴4的外侧通过若干第一拉索组件7连接增速管筒，第二芯轴5固定在第二支撑柱3的顶部，第二芯轴5的内侧通过若干第二支撑杆组件8连接增速管筒，第二芯轴5的外侧通过若干第二拉索组件9连接增速管筒。

通过管筒内的主支撑杆61与管筒单板上的基座连接，主支撑杆61之间由次支撑杆62支撑拉牢，主支撑杆61底部与第一芯轴4和第二芯轴5连接，第一芯轴4和第二芯轴5与主支撑杆61底部之间通过调节螺栓调节高度保证管筒圆柱度及便于安装，管内主支撑杆61及次支撑各连接部件之间有弹性垫圈，起到缓冲作用避免共振；第一芯轴4与第一支撑柱2焊接，第一芯轴4前端均布多个连接法兰，用于连接钢缆结构一端，钢缆另一端与管筒进口上连接法兰连接，拉牢整个管筒；第二芯轴5与第二支撑柱3焊接，第二芯轴5后端均布多个连接法兰，用于连接钢缆结构一端，钢缆另一端与管筒出口连接法兰连接，拉牢整个管筒；第二芯轴5前后两个圆环之间有多个支撑杆拉牢，后部圆环与后支撑杆固接，前后圆环之间固接传动链支撑平台31，传动链支撑平台31与后支撑杆之间设有斜支撑杆32形成三角型稳定结构；第一支撑柱2与第二支撑柱3均设有第一副支撑柱21和第二副支撑柱32的结构，采用双圆管支撑结构，前后支撑杆之间通过管筒最下面一块单板形成闭环结构提高机组整体结构性能；第一支撑住与第二支撑柱3与支承平台1上基座连接；支承平台1中设有圆筒舱用于安装一些设备和作为休息平台，圆筒舱底部与偏航轴承连接，支撑平台支撑整个管筒重量，由各种型材固接生成。进而提供了一种增速型风机管筒支撑结构，由于大功率增速管筒直径往往达到几十米，增速管筒的受风面积很大，在极限风速工况下会产生很大的应力应变，一般支撑结构很难满足强度和刚度要求。本发明通过管内支撑杆结构很好的保证了管筒圆柱度，管筒所受风载通过管内支撑结构传递到其前后芯轴上，然后由芯轴传递到前后支撑杆上，最后由前后支撑杆传递到支撑平台上；芯轴前端还均布连接钢缆进一步拉牢管筒，提高机组抗风性能。

如图6所示，支承平台1上设有第一基座11、第二基座12和偏航机舱13，第一支撑柱2安装在第一基座11内，第二支撑柱3安装在第二基座12内，偏航机舱13内设置偏航机连接塔筒。支承平台1采用倒置的等腰梯形的结构，这样便于在支承平台1的顶部设有较大的安装空间，其中第一基座11和第二基座12以支承平台1的竖直方向的中轴线对称设置，以便于支承平台1受力均匀，其中偏航机舱13设置在支承平台1的中间，偏航机舱13中间设有分隔板，偏航机舱13的底部设偏航轴承连接偏航电机安装在塔筒的顶部，偏航机舱13的上部可以作为安装一些设备和作为休息平台的腔室。

如图2、图3、图4和图5所示，第一芯轴4的内侧设有若干第一法兰41，第一法兰41设有6-16个，第一支撑杆组件6与第一法兰41之间设有螺栓高度调节部42，第一芯轴4的外侧设有固定法兰43，固定法兰43上设有若干安装孔44，第一拉索组件7通过安装孔44连接第一芯轴4和增速管筒。按照增速管筒的大小来设置第一法兰41的数量，因为通过第一支撑杆组件6的来支撑增速管筒，进一步的利用螺栓高度调节部42来调节螺栓调节第一支撑杆组件6的位置保证增速管筒的圆柱度及便于安装。

如图10所示，其中螺栓高度调节部42包括连接法兰、螺栓和螺母，第一法兰41固定连接第一芯轴4，其中螺栓的底部用固定第一法兰41，然后利用螺母锁紧第一法兰41，进一步的螺栓的上部首先旋上一个螺母然后安装上部的连接法兰，再利用一个螺母固定上部的连接法兰，通过调整上部的两个螺母实现对两个法兰之间间距的调整。

第一支撑杆组件6包括主支撑杆61和次支撑杆62，主支撑杆61的一端通过螺栓高度调节部42连接第一法兰41，主支撑杆61的另一端通过第二法兰63固定增速管筒，主支撑杆61之间通过第三法兰64设有次支撑杆62。利用主支撑杆61支撑起增速管筒，利用螺栓高度调节部42调整主支撑杆61的一端与第一芯轴4的具体，进而实现对增速管筒圆柱度的调整。其中次支撑杆62通常设置在主支撑杆61的中间位置，第三法兰64通常焊接在主支撑杆61的中间，次支撑杆62安装在连接在相邻的两个主支撑杆61之间，其中次支撑杆62形成完整的环绕状。第三法兰64与次支撑杆62之间设有弹性垫片，利用弹性垫片起到缓冲作用避免共振。

如图8所示，第一拉索组件7包括钢索71和收紧部72，钢索71上设有收紧部72，收紧部72能够控制钢索71的长度，钢索71的一端通过锁紧部73连接安装孔44，钢索71的另一端通过第四法兰74连接增速管筒。其中锁紧部73为U型，中间具有对称的孔，利用螺栓穿过安装孔44和锁紧部73，实现固定。钢索71的两端都是通过锁紧部73进行固定。其中收紧部72能够缩短钢索71的长度。第一拉索组件7设有2-98个，根据单机机组功率大小设计要求，管筒可分多块制作，数量为拉索的整数倍，根据具体情况拉索数量适当增加或者减少，最优4-48均布管筒上。

在本发明中利用第一支撑杆组件6进行支撑，再利用第一拉索组件7进行拉紧，在利用一拉一顶的固定方式拉牢整个管筒，使增速管筒在使用过程中具有更加稳定的使用状态。

如图7所示，第二支撑柱3的顶部设有传动链支撑平台31，传动支撑平台远离第二支撑柱3的一端设有斜支撑杆32且斜支撑杆32连接传动支撑平台和第二支撑柱3，第二芯轴5通过传动链支撑平台31设置在第二支撑柱3的顶部，第二芯轴5包括内固定法兰51、外固定法兰52和固定杆53，内固定法兰51设在传动链支撑平台31上靠近增速管筒的一端，外固定法兰52设置在传动链支撑平台31上远离增速管筒的一端，固定杆53连接内固定法兰51和外固定法兰52。由于在第二支撑柱3的顶端需要安装风力发电机，因此需要在第二支撑柱3的顶部设置传动链支撑平台31，因此风力发电机和第二芯轴5都安装在传动链支撑平台31上。

内固定法兰51通过螺栓高度调节部42连接第二支撑杆组件8的一端，第二支撑杆组件8的另一端通过第五法兰81连接增速管筒，第二拉索组件9连接外固定法兰52和增速管筒。

第二支撑杆组件8的结构与第一支撑杆组件6的结构相同，第二拉索组件9的结构与第一拉索组件7的结构相同。通过在增速管筒的两端同时进行固定，便于增加增速管筒的强度，使增速管筒在使用过程中更加稳定。第二支撑杆组件8的设置数量最优和第一支撑杆组件6设置的数量相同；第二拉索组件9的数量与第一拉索组件7的数量相同。

如图9所示，第一支撑柱2靠近增速管筒的一侧固定设置第一副支撑柱21，第一副支撑柱21的底部固定连接增速管筒的底部，第二支撑柱3靠近增速管筒的一侧固定设置第二副支撑柱32，第二副支撑柱32的底部固定连接增速管筒的底部。第一支撑柱2与第二支撑柱3均设有第一副支撑柱21和第二副支撑柱32的结构，采用双圆管支撑结构，前后支撑杆之间通过管筒最下面一块单板形成闭环结构提高机组整体结构性能。

第二副支撑柱32上设有攀爬梯33。利用攀爬梯33便于维护人员能够进入传动链支撑平台31对风力发电机进行维护。

对本发明公开的技术方案中的技术方案进行结构强度分析，工况：来流风速0°&90°、36m/s、重力载荷作用机组整体强度分析。

风压计算公式为：P＝V2/1600Kpa

因此36m/s时风压大小为：8.1×10-4Mpa。应该尽可能的加强，第一副支撑柱21和第二副支撑柱32与增速管筒连接处的结构的强度，以及支承平台1必要的在横向或者纵向设置多个加强筋。

仿真计算结果统计：

总结：①在36m/s风速下，可以看到整个管筒上部应力＜345MPA，其实整个管筒上部应力除其个别处大部分＜235MPA，管筒整体结构强度满足要求，管筒型材壁厚和大小还可以适当减小达到减重目的。②管筒骨架材料可以选择普通碳钢Q235或Q275等，或者改变型材和材料换成铝合金骨架进行对比分析。③管筒单板最下面一块需要单独设计强度，作为连接前后支撑杆的桥梁，使整机结构形成闭环。④支撑平台强度和刚度要保证，支撑平台微变形到管筒上部可能会放大成几十上百mm的大变形。⑤前后支撑结构抗侧风能力偏弱，整体结构变形较大，或可通过增加前后支撑杆刚度、增加管内钢丝绳数量解决。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.增速型风机管筒支撑结构，其特征在于，包括支承平台、第一支撑柱、第二支撑柱、第一芯轴、第二芯轴、第一支撑杆组件、第一拉索组件、第二支撑杆组件和第二拉索组件，所述支承平台的顶部并列设置第一支撑柱和第二支撑柱，所述支承平台的底部安装在塔筒的顶部，所述第一芯轴固定在第一支撑柱的顶部，所述第一芯轴的内侧通过若干第一支撑杆组件连接增速管筒，所述第一芯轴的外侧通过若干第一拉索组件连接增速管筒，所述第二芯轴固定在第二支撑柱的顶部，所述第二芯轴的内侧通过若干第二支撑杆组件连接增速管筒，所述第二芯轴的外侧通过若干第二拉索组件连接增速管筒。

2.根据权利要求1所述的增速型风机管筒支撑结构，其特征在于，所述支承平台上设有第一基座、第二基座和偏航机舱，所述第一支撑柱安装在第一基座内，所述第二支撑柱安装在第二基座内，所述偏航机舱内设置偏航机连接塔筒。

3.根据权利要求2所述的增速型风机管筒支撑结构，其特征在于，所述第一芯轴的内侧设有若干第一法兰，所述第一法兰设有4-24个，所述第一支撑杆组件与第一法兰之间设有螺栓高度调节部，所述第一芯轴的外侧设有固定法兰，所述固定法兰上设有若干安装孔，所述第一拉索组件通过安装孔连接第一芯轴和增速管筒。

4.根据权利要求3所述的增速型风机管筒支撑结构，其特征在于，所述第一支撑杆组件包括主支撑杆和次支撑杆，所述主支撑杆的一端通过螺栓高度调节部连接第一法兰，所述主支撑杆的另一端通过第二法兰固定增速管筒，所述主支撑杆之间设有弹性垫片并通过第三法兰设有次支撑杆，所述第三法兰与次支撑杆之间设有弹性垫片。

5.根据权利要求3所述的增速型风机管筒支撑结构，其特征在于，所述第一拉索组件包括钢索和收紧部，所述钢索上设有收紧部，所述收紧部能够控制钢索的长度，所述钢索的一端通过锁紧部连接安装孔，所述钢索的另一端通过第四法兰连接增速管筒。

6.根据权利要求1所述的增速型风机管筒支撑结构，其特征在于，所述第二支撑柱的顶部设有传动链支撑平台，所述传动支撑平台远离第二支撑柱的一端设有斜支撑杆且斜支撑杆连接传动支撑平台和第二支撑柱，所述第二芯轴通过传动链支撑平台设置在第二支撑柱的顶部，所述第二芯轴包括内固定法兰、外固定法兰和固定杆，所述内固定法兰设在传动链支撑平台上靠近增速管筒的一端，所述外固定法兰设置在传动链支撑平台上远离增速管筒的一端，所述固定杆连接内固定法兰和外固定法兰。

7.根据权利要求6所述的增速型风机管筒支撑结构，其特征在于，所述内固定法兰通过螺栓高度调节部连接第二支撑杆组件的一端，所述第二支撑杆组件的另一端通过第五法兰连接增速管筒，所述第二拉索组件连接外固定法兰和增速管筒。

8.根据权利要求6或7任一项所述的增速型风机管筒支撑结构，其特征在于，所述第二支撑杆组件的结构与第一支撑杆组件的结构相同，所述第二拉索组件的结构与第一拉索组件的结构相同。

9.根据权利要求1所述的增速型风机管筒支撑结构，其特征在于，所述第一支撑柱靠近增速管筒的一侧固定设置第一副支撑柱，所述第一副支撑柱的底部固定连接增速管筒的底部，所述第二支撑柱靠近增速管筒的一侧固定设置第二副支撑柱，所述第二副支撑柱的底部固定连接增速管筒的底部。

10.根据权利要求9所述的增速型风机管筒支撑结构，其特征在于，所述第二副支撑柱上设有攀爬梯。

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