CN111852785A - 一种风力发电机塔筒及带有其的塔基偏航式风力发电机组 - Google Patents

一种风力发电机塔筒及带有其的塔基偏航式风力发电机组 Download PDF

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邹荔兵
张启应
高文飞
周名军
霍仕环
段博志
孙加鹏
李学旺
刘凡鹰
赵春雨
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Abstract

本发明公开了一种风力发电机塔筒及带有其的塔基偏航式风力发电机组，所述塔筒的横截面为椭圆形结构，所述风力发电机组主机与塔筒顶部为固定安装，所述塔筒的椭圆形截面的长轴线在机组主机倾角为0°时与机组的主轴线保持平行，且所述机组的偏航系统装于塔筒的塔基位置，当机组偏航对风时，机组的机舱系统、叶轮、塔筒及塔筒连接螺栓能够作为整体绕塔筒的中轴线转动。本发明通过采用椭圆形结构的塔筒，在不改变塔筒制作材料、满足抗弯截面系数及塔筒承载要求的情况下，有效降低塔筒重量及成本，经济性好，尤其适用于下风向风力发电机组，能够有效改善机组的塔影效应，提高机组的发电性能。

Description

一种风力发电机塔筒及带有其的塔基偏航式风力发电机组
技术领域
本发明涉及塔筒及风力发电机组的技术领域，尤其是指一种风力发电机塔筒及带有其的塔基偏航式风力发电机组。
背景技术
现有技术中，风力发电机组偏航系统通常设计在塔架顶部，风机塔筒与基础采用完全固定的方式连接。由于风电机组实际运行中所受风向的不稳定性，其偏航系统必须根据风向的变化进行实时调整，由此风电机组的塔筒在全生命周期内需要承载来自不同方向的外载。为此，传统风力发电机组的塔筒多采用薄壁圆环结构，从而确保塔筒针对来自各个方位的载荷均具备较高的承载能力及设计强度。而针对塔基偏航式风电机组，其偏航系统安装于塔基位置，在偏航过程中塔筒与风电机组的主机相对固定且一起转动，此时塔筒与其所受主要外载(弯矩载荷)方向也将相对固定，如采用传统薄壁圆环结构的塔筒，受薄壁圆环塔筒结构固有的特性影响，塔筒在各个方位的设计强度需与塔筒最大受载方向保持一致，因此，无形中造成了塔筒制造材料的浪费。另外针对下风向风力发电机组，如采用薄壁圆环结构的塔筒，存在显著的塔影效应，当风电机组的单机功率、叶轮直径越大，塔筒外径也相应增大，此时塔影效应越显著，极大的降低了风电机组的发电性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风力发电机塔筒及带有其的塔基偏航式风力发电机组，通过采用椭圆形结构的塔筒，在不改变塔筒制作材料、满足抗弯截面系数及塔筒承载要求的情况下，有效降低塔筒重量及成本，经济性好，尤其适用于下风向风力发电机组，通过减少塔筒迎风面的面积，能够有效改善机组的塔影效应，提高机组的发电性能。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风力发电机塔筒，所述塔筒的横截面为椭圆形结构。
进一步，所述塔筒由多节塔筒段依次连接组成，两个相邻的塔筒段之间通过连接螺栓相连接。
进一步，所述塔筒段包括椭圆形薄壁环和椭圆形环状法兰，所述椭圆形环状法兰有两个，分别焊接于椭圆形薄壁环的顶部和底部。
一种塔基偏航式风力发电机组，包括以上任一项所述的风力发电机塔筒，所述风力发电机组主机与塔筒顶部为固定安装，所述塔筒的椭圆形截面的长轴线在机组主机倾角为0°时与机组的主轴线保持平行，且所述机组的偏航系统装于塔筒的塔基位置，当机组偏航对风时，机组的机舱系统、叶轮、塔筒及塔筒的连接螺栓能够作为整体绕塔筒的中轴线转动。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本发明的塔基偏航式风力发电机组根据塔筒所受弯矩载荷的方向较为固定的特征，采用优先保障塔筒主要受载方向抗弯截面系数的设计策略，利用椭圆形截面的长轴线方向与薄壁圆环截面具有相同抗弯截面系数时，椭圆形截面的面积可小于薄壁圆环状截面面积的优势，设计一种椭圆形截面结构的塔筒，且确保塔筒椭圆形截面的长轴线在机组主机倾角为0°时与机组的主轴线保持平行，实现塔筒承载性能最佳，且极大的降低塔筒重量及成本，获得良好的经济性。另外椭圆形截面的塔筒，尤其适用于下风向风力发电机组，具体为：使塔筒椭圆形截面的短轴与风向垂直，由于塔筒椭圆形截面的短轴尺寸小于传统圆形截面塔筒的直径，因此有效减小了塔筒迎风面的面积，能够有效改善机组的塔影效应，提高机组发电性能与载荷性能。
附图说明
图1为本发明的塔筒的横截面图。
图2为本发明的塔基偏航式风力发电机组的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本实施例所述的风力发电机塔筒及带有其的塔基偏航式风力发电机组，所述塔基偏航式风力发电机组包括叶轮系统1、机舱系统2、塔筒3、偏航系统4、基础5和连接螺栓6，所述叶轮系统1装于机舱系统2上，所述机舱系统2固定安装于塔筒3顶部，所述塔筒3的底部通过偏航系统4过渡安装于基础5上，该叶轮系统1、机舱系统2和塔筒3在机组偏航对风时能够作为整体绕塔筒3的中轴线转动，此时塔筒3上承受主要外载(弯矩载荷)的方向相对于机舱2较为固定，因此将塔筒3的横截面设计为椭圆形结构，使椭圆形结构的长轴线在机组主机倾角为0°时与机组的主轴线保持平行；其中，所述塔筒3由多节塔筒段依次连接组成，两个相邻的塔筒段之间通过连接螺栓6相连接，每节塔筒段由椭圆形薄壁环和焊接于椭圆形薄壁环顶部和底部的两个椭圆形环状法兰组成；通过椭圆形结构的塔筒3，在不改变塔筒3制作材料、满足抗弯截面系数及承载能力要求的情况下，能够有效减少塔筒3材料的使用，大大降低塔筒3的生产制造成本，同时椭圆形结构的塔筒3尤其适用于塔基偏航式下风向风电机组，通过减少塔筒3迎风面的面积，能够有效改善机组的塔影效应，提高机组发电性能与载荷性能。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种风力发电机塔筒，其特征在于：所述塔筒的横截面为椭圆形结构。
2.根据权利要求1所述的风力发电机塔筒，其特征在于：所述塔筒由多节塔筒段依次连接组成，两个相邻的塔筒段之间通过连接螺栓相连接。
3.根据权利要求2所述的风力发电机塔筒，其特征在于：所述塔筒段包括椭圆形薄壁环和椭圆形环状法兰，所述椭圆形环状法兰有两个，分别焊接于椭圆形薄壁环的顶部和底部。
4.一种塔基偏航式风力发电机组，其特征在于：包括权利要求1至3任一项所述的风力发电机塔筒，所述风力发电机组主机与塔筒顶部为固定安装，所述塔筒的椭圆形截面的长轴线在机组主机倾角为0°时与机组的主轴线保持平行，且所述机组的偏航系统装于塔筒的塔基位置，当机组偏航对风时，机组的机舱系统、叶轮、塔筒及塔筒的连接螺栓能够作为整体绕塔筒的中轴线转动。
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