CN112145362A - 塔筒和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种塔筒和风力发电机组。所述塔筒包括：圆柱顶段，圆柱顶段的上端用于与机舱连接；异形段，连接到圆柱顶段的下端，具有第一前缘部分和与第一前缘部分相对的第一后缘部分，异形段沿塔筒的圆周方向可转动，并且，异形段相对于第一前缘部分至第一后缘部分的弦线为轴对称图形，第一后缘部分沿远离第一前缘部分的方向呈流线型向外凸出以形成第一凸出部分。根据本发明，可减小涡激振动，提高风力发电机整体的稳定性和安全性，防止风力发电机出现共振和失稳。同时，可节约钢材、节省制造工艺并可采用常规法兰进行连接。

Description

塔筒和风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种塔筒和风力发电机组。

背景技术

风力发电机组包括用于支撑机舱和叶轮的塔筒。现有的塔筒一般为规则的圆柱体形状，当塔筒为圆柱体形状时，无论是陆上风力发电机还是海上风力发电机，都会发生涡激振动。

对于陆上风力发电机组而言，随着风力发电机高度的不断增加，圆柱形塔筒受到空气层流和湍流的涡激振动效应不断增加，给风力发电机的运行造成了安全隐患。另外，由于每年定期都会出现台风等恶劣天气，因此对于离海岸较近的陆上风力发电机来说，海水和强风等流体对塔筒的作用力很强，圆柱形塔筒抗风和抗浪的流体力学性能较差，不利于安全性、稳定性设计。

对于海上风力发电机而言，海风经过海上风力发电机的圆柱形塔筒时，同样会产生涡激振动等效应。当遭遇台风等恶劣天气时，海上风力发电机受到的流体阻力、振动等显著提高。此外，风力发电机的水下结构长期处于洋流和海浪作用下，流体(海水)在流经圆柱形塔筒的水下结构时会产生卡门涡街等现象，不对称涡系产生的周期性侧向力会造成水下基础结构的振动，降低水下基础的稳定性，对海上风机的平稳运行有不利的影响。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能够减小风力发电机组的涡激振动的塔筒和包括该塔筒的风力发电机组。

本发明的另一目的在于提供一种能够降低成本、提高通用性的塔筒和包括该塔筒的风力发电机组。

根据本发明的一方面，提供一种塔筒，所述塔筒包括：圆柱顶段，所述圆柱顶段的上端用于与机舱连接；异形段，连接到所述圆柱顶段的下端，具有第一前缘部分和与所述第一前缘部分相对的第一后缘部分，所述异形段沿所述塔筒的圆周方向可转动，并且，所述异形段相对于所述第一前缘部分至所述第一后缘部分的弦线为轴对称图形，所述第一后缘部分沿远离所述第一前缘部分的方向呈流线型向外凸出以形成第一凸出部分。

可选地，所述异形段的顶端面可以为圆形，以与所述圆柱顶段的下端连接，所述第一凸出部分的第一内顶角沿竖直方向自上至下可逐渐减小。

可选地，所述第一前缘部分沿远离所述第一后缘部分的方向呈流线型向外凸出以形成第二凸出部分。

可选地，所述第二凸出部分的第二内顶角沿竖直方向上自上至下逐渐增小。

可选地，所述异形段的底端面上的所述第一内顶角和所述第二内顶角为30°～70°。

可选地，所述塔筒还可包括设置在所述异形段之下的圆柱底段，所述异形段相对于所述圆柱底段沿所述圆周方向可转动，或者所述圆柱底段和所述异形段沿所述圆周方向整体可转动。

可选地，所述塔筒还可包括偏航轴承以及驱动所述偏航轴承的外圈相对于内圈转动的偏航电机，其中，所述偏航轴承设置在所述异形段与所述圆柱底段之间以将所述异形段与所述圆柱底段彼此连接，或者，所述偏航轴承设置在所述圆柱底段之下。

可选地，所述塔筒还可包括设置在所述异形段之下的异形底段，所述异形底段具有第二前缘部分和与所述第二前缘部分相对的第二后缘部分，所述异形底段相对于所述第二前缘部分至所述第二后缘部分的弦线为轴对称图形，所述第二后缘部分沿远离第二前缘部分的方向呈流线型向外凸出以形成第三凸出部分。

可选地，所述第二前缘部分沿远离第二后缘部分的方向呈流线型向外凸出以形成第四凸出部分。

可选地，所述第三凸出部分的第三内顶角在竖直方向上为恒量，所述第四凸出部分的第四内顶角在竖直方向上为恒量，所述第三内顶角和所述第四内顶角为30°～70°。

可选地，所述异形段相对于所述异形底段沿所述圆周方向可转动。

可选地，所述塔筒还可包括偏航轴承以及驱动所述偏航轴承的外圈相对于内圈转动的偏航电机，其中，所述偏航轴承可设置在所述异形段与所述异形底段之间以将所述异形段与所述异形底段彼此连接。

可选地，所述异形底段可包括构成圆柱体的一部分的主体部，所述主体部沿竖直方向被分成对称的两部分，所述第三凸出部分可包括连接到所述主体部的自由端并形成为平板状的两个延伸片。

可选地，异形底段的顶端面与异形段的底端面具有相同的形状。

可选地，所述异形段在竖直方向上被分成多个子段，每个子段的第一凸出部分的第一内顶角相等，并且，在多个子段中，上面的子段的第一凸出部分的第一内顶角大于下面的子段的第一凸出部分的第一内顶角。

可选地，每个子段沿所述圆周方向被分成多片。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的塔筒。

根据本发明，可减小涡激振动，提高风力发电机整体的稳定性和安全性，防止风力发电机出现共振和失稳。同时，可节约钢材、节省制造工艺并可采用常规法兰进行连接。

根据本发明，对于陆上风力发电机而言，塔筒可包括圆柱顶段、异形段和圆柱底段，可节省制造塔筒的工艺，可利用普通法兰连接圆柱底段和基础，并可提高圆柱底段内的平台和其它附件的通用性。

根据本发明，异形段的顶端面为圆形，第一凸出部分的第一内顶角沿竖直方向自上至下逐渐减小。通过这样设计，异形段可通过常规法兰与圆柱顶段进行连接。

根据本发明，对于海上风力发电机而言，塔筒可包括圆柱顶段、异形段和异形底段。因此，可减小由海风、海水潮汐和海浪引起的涡激振动，可节约钢材、节省制造工艺并可采用常规法兰连接圆柱顶段和机舱。

根据本发明，在异形段的底端面上，第一凸出部分的第一内顶角为30°～70°，第二凸出部分的第二内顶角、第三凸出部分的第三内顶角和第四凸出部分的第四内顶角为30°～70°，因此可有效减小涡激振动效应，可保证塔筒结构强度，并可提高塔筒内平台、附件等结构的通用性。

根据本发明，异形底段在圆周方向上可分片设计，异形段在竖直方向上可分成多个子段，并且每个子段在圆周方向上可分片设计，因此，可便于运输和生产装配。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的风力发电机组的示意图；

图2是图1中的异形段的示意图；

图3是图2中的异形段的水平截面示意图；

图4和图5是根据现有技术的圆柱形过渡段和根据本发明的异形段的涡激振动的示意图；

图6至图8是示出异形段的变型示例的水平截面图；

图9是根据本发明的实施例的图1中的异形段和圆柱底段之间的连接的示意图；

图10是根据发明的另一实施例的风力发电机组的示意图；

图11是示出图10中的异形底段的示意图；

图12是示出图11中的异形底段的分片结构的示意图；

图13是图12的异形底段的水平截面图；

图14是示出根据本发明的实施例的主体部的分段的示意图；

图15是示出根据本发明的实施例的延伸片的分段的示意图；

图16至图19是示出延伸片的连接方式的变型示例的示意图；

图20和图21是示出设置在异形段中的支撑梁的示意图。

具体实施方式

以下，将参照图1至图21详细描述根据本发明的实施例的塔筒和风力发电机组。

如图1所示，风力发电机组1000可包括塔筒100、由塔筒100支撑的机舱200和安装在机舱200的端部的叶轮300。

根据本发明的实施例，如图1和图3所示，塔筒100可包括：圆柱顶段10，圆柱顶段10的上端用于与机舱连接；异形段20，连接到圆柱顶段10的下端，具有第一前缘部分20a和与第一前缘部分20a相对的第一后缘部分20b，异形段20沿塔筒100的圆周方向可转动，并且异形段20相对于第一前缘部分20a至第一后缘部分20b的弦线为轴对称图形，第一后缘部分20b沿远离第一前缘部分20a的方向呈流线型向外凸出以形成第一凸出部分22。

根据本发明的实施例，如图1所示，塔筒100可包括圆柱顶段10。本发明的发明人发现，由于顶段塔筒处于风的尾流中，因此即使将顶段塔筒设计成圆柱形塔筒，其产生的涡激振动效应也较小。然而，如果将顶段塔筒设计成圆柱形塔筒，可节约制造顶段塔筒的钢材，可节省塔筒的制造工艺，并有利于圆柱顶段10与机舱的连接，例如，通过常规的法兰即可连接圆柱顶段10和机舱。

根据本发明的实施例，塔筒100可包括连接在圆柱顶段10下端的异形段20。

异形段20可具有异形体形状，而不是传统的圆柱形形状。具体地，如图3所示，异形段20可具有第一前缘部分20a和与第一前缘部分20a相对的第一后缘部分20b。

第一前缘部分20a指的是塔筒100的迎风的部分，第一后缘部分20b指的是塔筒100的背风的部分。异形段20沿塔筒100的圆周方向可转动，以确保第一前缘部分20a始终迎风。

根据本发明的实施例，如图3所示，异形段20相对于第一前缘部分20a至第一后缘部分20b的弦线L1为轴对称图形。其中，在图3的截面图中，弦线L1连接第一前缘部分20a的顶点和第一后缘部分20b的顶点。第一后缘部分20b沿远离第一前缘部分20a呈流线型向外凸出以形成第一凸出部分22。因此，如图3所示，异形段20的一个水平截面图类似为水滴状。

另外，如图3所示，异形段20可包括主体部21，第一凸出部分22可从主体部21沿远离第一前缘部分20a的方向向外凸出。

主体部21可包括在竖直方向上被均分为对称的两个主体部分21a和21b，第一凸出部分22可包括分别从两个主体部分21a和21b的自由端延伸的两个延伸片22a和22b。两个延伸片22a和22b在连接处形成第一内顶角A1。另外，主体部分21a和21b的自由端和塔筒的轴心的连线L3与垂直于弦线L1的线L2之间形成夹角B。

根据本发明的实施例，主体部21可以为圆柱形主体的一部分，其可具有与圆柱顶段10的直径相等的直径D。在图3的截面图中，第一凸出部分22的两个延伸片22a和22b分别是两个主体部分21a和21b的自由端的切线，因此延伸片22a和22b可呈平板状。另外，在图3的截面图中，第一内顶角A1即为这两条切线的夹角。根据本发明的实施例，通过将主体部21设计成圆柱形主体的一部分、将延伸片22a和22b设计呈平板状，有利于在塔筒内应用通用型平台和附件，另外，可更容易地制造塔筒。然而，本发明的异形段20的形状不限于此。

根据本发明的实施例，异形段20的厚度t不受具体限制，例如，异形段20的厚度t可与圆柱顶段10的厚度相同。

图4和图5是根据现有技术的圆柱形过渡段1和根据本发明的异形段20在风场中产生的涡激振动的对比图。

如图4所示，当风吹过根据现有技术的圆柱形过渡段1时，会在圆柱形过渡段1的后缘部分处发生强烈的涡激振动。如图5所示，当风吹过根据本发明的异形段20时，与图4相比，涡激振动显著减小。因此，根据本发明，当塔筒100包括异形段20时，可减小涡激振动效应。

另外，根据本发明，通过使塔筒100包括圆柱顶段10和异形段20，既可起到减小涡激振动的效果，又可节约钢材、节省制造工艺并可采用常规法兰进行连接。

此外，根据本发明的实施例，如图2所示，异形段20的顶端面可以为圆形，以与圆柱顶段10的下端连接。另外，如图2和图3所示，第一内顶角A1沿竖直方向自上至下逐渐减小。也就是说，第一凸出部分22向外凸出的长度越来越大，以提高涡激振动减弱的效果。

应理解的是，“逐渐减小”并不表示第一内顶角A1绝对地连续变化。例如，异形段20在竖直方向上可被分成多个子段，每个子段的第一凸出部分22的第一内顶角A1相等，并且在多个子段中，上面的子段的第一凸出部分的第一内顶角大于下面的子段的第一凸出部分的第一内顶角。相邻子段之间可通过异形法兰彼此连接。例如，图9中示出了异形段20的最下面的子段，其顶端面上设置有异形法兰。

另外，第一内顶角A1越小，第一凸出部分22延伸的长度越大，流体产生的涡激振动效应逐渐降低，对于改善异形段20的流体阻力，提高塔筒稳定性越有利。然而，当第一内顶角A1过小时，可能无法保证塔筒的结构强度，并且可能需要额外制造塔筒内的平台和其它附件。

根据本发明，综合考虑涡激振动效应、塔筒结构强度以及塔筒内平台、附件等结构的通用性，在异形段20的底端面上，第一凸出部分22的第一内顶角A1为30°～70°。并且，在竖直方向上自下至上，第一内顶角A1的度数逐渐增大，直至第一内顶角A1为180°，此时，异形段20的顶端面形成圆形。

图6至图8是示出根据本发明的异形段20的变型示例的水平截面图。

如图6所示，异形段20在第一内顶角A1处为圆角过渡，该圆角的半径不受具体限制。

如图7所示，异形段20除了具有第一凸出部分22之外，还可具有第二凸出部分23。具体地，异形段20的第一前缘部分20a可沿远离第一后缘部分20b呈流线型向外凸出以形成第二凸出部分23。第二凸出部分23与第一凸出部分22可关于图7中的截面的中心对称，因此，异形段20的一个横截面类似为眼睛状。

类似地，第二凸出部分23的第二内顶角A2沿竖直方向自上至下逐渐减小。在异形段20的底端面上，第二凸出部分23的第二内顶角A2为30°～70°。另外，在同一水平截面，第一内顶角A1和第二内顶角A2可彼此相等或不相等，而不受具体限制。

如图8所示，异形段20在第一内顶角A1和第二内顶角A2处为圆角过渡，该圆角的半径不受具体限制。

根据本发明的实施例，通过在竖直方向上自下至上使第一内顶角A1的度数逐渐增大直至将异形段20的顶端面形成圆形截面，可通过常规法兰使异形段20与圆柱顶段10进行连接，并且还可减少制造异形段20所需的钢材。

根据本发明的实施例，如图1所示，塔筒100还可包括设置在异形段20下方的圆柱底段30。

根据本发明，由于陆上风力发电机的底段风力较小，产生的涡激振动效应较小，因此，可将塔筒100的底段设计成圆柱底段30，这并不会导致涡激振动过度增大。并且，将塔筒100的底段设计成圆柱底段30，可节省制造塔筒的工艺，可利用普通法兰连接圆柱底段30和基础，并可提高圆柱底段30内的平台和其它附件的通用性。

根据本发明的实施例，异形段20相对于圆柱底段30沿圆周方向可转动。

图9示出了圆柱底段30和异形段20之间的连接的示意图，在图9中，示出了圆柱底段30的一部分和异形段20的最下面的子段，并且最下面的子段的一半被去除，以清楚地示出圆柱底段30和异形段20之间的连接方式。

根据本发明的实施例，为了使异形段20可沿圆周方向转动，塔筒100还可包括偏航轴承40以及驱动偏航轴承40的外圈相对于内圈转动的偏航电机(未示出)。因此，与传统的风力发电机将偏航轴承设置在叶轮部分不同，根据本发明的实施例，偏航轴承40可被设置在塔筒处。

可选地，如图9所示，偏航轴承40可设置在异形段20与圆柱底段30之间，以将异形段20与圆柱底段30彼此连接。偏航轴承40可包括外圈41、内圈42和设置在外圈41与内圈42之间的滚珠43。

根据本发明的实施例，异形段20可连接到偏航轴承40的外圈41。为了使偏航轴承40的外圈41更好地与异形段20的内表面匹配，可在偏航轴承40的外圈41与异形段20的异形部分之间设置匹配板2。

根据本发明的实施例，圆柱底段30可通过本领域公知的方式连接到偏航轴承40的内圈。例如，圆柱底段30可包括突出部31。突出部31从圆柱底段30的顶端面以比圆柱底段30的厚度小的厚度向上突出。偏航轴承40的内圈42连接到突出部31的外周。

根据本发明的实施例，偏航电机可驱动偏航轴承40的外圈41相对于内圈42转动。偏航电机可通过本领域已知的任何方式驱动偏航轴承40的外圈41相对于内圈42转动。

根据本发明的一个实施例，可设置结合到异形段20的内表面的圆形齿轮60。为了使圆形齿轮60更好地与异形段20的内周轮廓匹配，可在圆形齿轮60与异形段20的异形部分之间设置匹配板2。

根据本发明，偏航电机可设置在塔筒100内，偏航电机的齿轮轴可与圆形齿轮60啮合，从而带动异形段20相对于圆柱底段30转动。

虽然以上描述了偏航轴承40和偏航电机的具体设置方式，然而，本发明不限于此，只要保证偏航轴承40连接在异形段20与圆柱底段30之间且偏航电机能驱动偏航轴承40的外圈41相对于内圈42转动即可。例如，偏航电机也可通过齿牙连接带等将驱动力施加到异形段20。

以上描述了偏航轴承40设置在异形段20与圆柱底段30之间以使异形段20相对于圆柱底段30可转动的示例，然而，本发明不限于此。根据本发明的实施例，偏航轴承40可设置在圆柱底段30下方，例如，偏航轴承40可将下部基础与圆柱底段30彼此连接，从而塔筒100可实现整体转动。

如上所述，根据本发明的图1中示出的塔筒100可包括圆柱顶段10、圆柱底段30和设置在圆柱顶段10与圆柱底段30之间的异形段20。由于对于陆上风力发电机而言，风力主要集中在异形段20处，因此仅将异形段20设置成具有异形形状，可有效地减小涡激振动，同时可节约钢材、节省制造工艺，并可充分利用通用型的法兰、平台等。

以下，将参照图10描述根据本发明的另一实施例的塔筒100。

如图10所示，根据本发明的另一实施例的塔筒100与图1中示出的塔筒100相比，其区别在于，图10中示出的塔筒100包括异形底段50而不是圆柱形底段30。

对于海上风力发电机而言，塔筒底段处于海水中，受海水潮汐和海浪影响，塔筒底段也会产生一定的涡激振动现象。因此，图10中示出的塔筒100包括异形底段50以减小涡激振动现象。

如图11至图13所示，异形底段50可具有第二前缘部分50a和与第二前缘部分50a相对的第二后缘部分50b，异形底段50相对于第二前缘部分50a至第二后缘部分50b的弦线L4为轴对称图形。在水平方向上，第二后缘部分50b沿远离第二前缘部分50a呈流线型向外凸出以形成第三凸出部分52。

与异形段20类似，异形底段50也可包括主体部51，第三凸出部分52可从主体部51沿远离塔筒100的轴线的方向向外凸出。

异形底段50的主体部51可包括沿竖直方向被分成对称的两个主体部分51a和51b，第三凸出部分52可包括分别从两个主体部分51a和51b的自由端延伸的两个延伸片52a和52b。两个延伸片52a和52b在其连接处可形成第三内顶角C。

根据本发明的实施例，与异形段20类似，主体部51可以为圆柱形主体的一部分。第三凸出部分52的两个延伸片52a和52b分别是两个主体部分51a和51b的自由端的切线，第三内顶角C即为这两条切线的夹角。

另外，与异形段20类似，异形底段50的第二前缘部分50a也可沿远离第二后缘部分50b呈流线型向外凸出以形成第四凸出部分(未示出)。

此外，与异形段20不同，第三凸出部分52的第三内顶角C在竖直方向上为恒量，第四凸出部分的第四内顶角在竖直方向上也为恒量，即，异形底段50的各个水平横截面可具有同样的形状。

根据本发明的实施例，综合考虑涡激振动效应、塔筒结构强度以及塔筒内平台、附件等结构的通用性，第三内顶角和第四内顶角可以为30°～70°。根据本发明的实施例，为了更好地与异形段20连接，异形底段50的顶端面与异形段20的底端面具有相同的形状。

根据本发明的实施例，与图1和图9中示出的示例类似，异形段20相对于异形底段50沿圆周方向可转动。根据本发明的实施例，由于海水潮汐和海浪的方向不会发生变化，因此异形底段50在圆周方向上可不转动。

根据本发明的实施例，偏航轴承40可设置在异形段20与异形底段50之间以将异形段20与异形底段50彼此连接，以使异形段20相对于异形底段50可转动。

根据本发明的一个实施例，偏航轴承40的外圈可通过与图9中示出的连接方式类似的连接方式与异形段20连接，偏航轴承40的内圈可通过与图9中示出的连接方式类似的连接方式与异形底段50连接，在此不进行冗余描述。

根据本发明的实施例，塔筒100还可包括驱动偏航轴承40的外圈相对于内圈转动的偏航电机(未示出)。

根据本发明的实施例，如图12至图15所示，异形底段50在圆周方向上可分片设计，以便于运输和生产装配。

根据本发明的实施例，异形底段50可包括两个主体部分51a和51b以及两个延伸片52a和52b。

由于两个主体部分51a和51b构成圆柱体的一部分，因此可通过传统的卷圆机进行制备。另外，延伸片52a和52b可呈平板状，因此可通过测量和切割设备进行制备。

根据本发明的实施例，可在异形底段50的两个主体部分51a和51b的两端分别设置竖直法兰53，在异形底段50的两个延伸片52a和52b的一端设置竖直法兰53，并在其另一端设置连接板54。延伸片52a的连接板54和延伸片52b的连接板54在竖直方向上错开设置，以在连接时彼此重叠。

主体部分51a可通过竖直法兰53与主体部分51b连接，并且主体部分51a和51b可通过竖直法兰53与两个延伸片52a和52b连接。此外，两个延伸片52a和52b之间可通过连接板54和穿过连接板54的紧固件(例如，螺栓)彼此连接。

根据本发明的实施例，可在连接部分处进行密封处理。另外，根据本发明的实施例，连接板54既可起到连接的作用，还可起到支撑和防止变形的作用。

虽然以上示出了主体部分51a和51b、延伸片52a和52b通过竖直法兰和连接板彼此连接的示例，但本发明不限于此。

图16至图19示出了延伸片52a和52b之间的连接方式的变型示例。在图16中，两个延伸片52a和52b可通过焊接而彼此连接。在图17中，两个延伸片52a和52b可通过外螺栓而彼此连接。在图18中，两个延伸片52a和52b可通过在水平方向上错开布置的连接板和穿过连接板的螺钉而彼此连接。在图19中，两个延伸片52a和52b可通过与图13中示出的连接板54不同形状的连接板而彼此连接。

以上，描述了异形底段50沿圆周方向分成多片的情况。此外，异形底段50还可沿竖直方向上分成多个子段，多个子段之间也可通过异形法兰(例如，图12中示出的设置在异形底段50的一个子段的顶端面上的法兰)彼此连接。

另外，根据本发明的实施例，图1和图10中示出的异形段20除了可在竖直方向上分成多个子段之外，类似地，每个子段可沿圆周方向被类似地分成多片，多片之间也可通过类似的方式彼此连接。例如，图9示出了异形段20的最下面的子段沿圆周方向进行分片并彼此连接的情况。

图20和图21示出了异形底段50中的支撑梁55的两种布置情况。根据本发明的实施例，可根据异形底段50的异形形状合理地布置支撑梁55，以更好地支撑平台。根据本发明的实施例，当异形底段50的主体部对应于圆柱体的一部分时，可在异形底段50内设置通用型平台。然而，本发明不限于此，也可在异形底段50中设置与异形底段50的形状一致的平台。

应理解的是，图20和图21中的支撑梁55的布置仅为示例，本发明不限于此。另外，可基于同样的原理类似地设计异形段20内的支撑梁。

如上所述，根据本发明的图10中示出的塔筒100可包括圆柱顶段10、异形段20和异形底段50，该结构对于海上风力发电机是优选的。其中，异形段20可减小由海风引起的涡激振动，异形底段50可减小海水潮汐和海浪引起的涡激振动。

应理解的是，以上描述的塔筒不局限于钢筒式塔筒，也适用于混凝土式塔筒。对于混凝土式塔筒，可在生产时，通过设计相应形状的模具来制造。

如上所述，根据本发明，塔筒包括圆柱顶段和异形段，可减小涡激振动，提高风力发电机整体的稳定性和安全性，防止风力发电机出现共振和失稳。同时，可节约钢材、节省制造工艺并可采用常规法兰进行连接。

根据本发明，对于陆上风力发电机而言，塔筒可包括圆柱顶段、异形段和圆柱底段，可节省制造塔筒的工艺，可利用普通法兰连接圆柱底段和基础，并可提高圆柱底段内的平台和其它附件的通用性。

根据本发明，异形段的顶端面为圆形，第一凸出部分的第一内顶角沿竖直方向自上至下逐渐减小。通过这样设计，异形段可通过常规法兰与圆柱顶段进行连接。

根据本发明，对于海上风力发电机而言，塔筒可包括圆柱顶段、异形段和异形底段。因此，可减小由海风、海水潮汐和海浪引起的涡激振动，可节约钢材、节省制造工艺并可采用常规法兰连接圆柱顶段和机舱。

根据本发明，在异形段的底端面上，第一凸出部分的第一内顶角为30°～70°，第二凸出部分的第二内顶角、第三凸出部分的第三内顶角和第四凸出部分的第四内顶角为30°～70°，因此可有效减小涡激振动效应，可保证塔筒结构强度，并可提高塔筒内平台、附件等结构的通用性。

根据本发明，异形底段在圆周方向上可分片设计，异形段在竖直方向上可分成多个子段，并且每个子段在圆周方向上可分片设计，因此，可便于运输和生产装配。

虽然已表示和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (17)

1.一种塔筒，其特征在于，所述塔筒(100)包括：

圆柱顶段(10)，所述圆柱顶段(10)的上端用于与机舱(200)连接；

异形段(20)，连接到所述圆柱顶段(10)的下端，具有第一前缘部分(20a)和与所述第一前缘部分(20a)相对的第一后缘部分(20b)，所述异形段(20)沿所述塔筒(100)的圆周方向可转动，并且，

所述异形段(20)相对于所述第一前缘部分(20a)至所述第一后缘部分(20b)的弦线(L1)为轴对称图形，所述第一后缘部分(20b)沿远离所述第一前缘部分(20a)的方向呈流线型向外凸出以形成第一凸出部分(22)。

2.根据权利要求1所述的塔筒，其特征在于，所述异形段(20)的顶端面为圆形，以与所述圆柱顶段(10)的下端连接，所述第一凸出部分(22)的第一内顶角(A1)沿竖直方向自上至下逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的塔筒，其特征在于，所述第一前缘部分(20a)沿远离所述第一后缘部分(20b)的方向呈流线型向外凸出以形成第二凸出部分(23)。

4.根据权利要求3所述的塔筒，其特征在于，所述第二凸出部分(23)的第二内顶角(A2)沿竖直方向上自上至下逐渐增小。

5.根据权利要求4所述的塔筒，其特征在于，所述异形段(20)的底端面上的所述第一内顶角(A1)和所述第二内顶角(A2)为30°～70°。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的塔筒，其特征在于，所述塔筒(100)还包括设置在所述异形段(20)之下的圆柱底段(30)，所述异形段(20)相对于所述圆柱底段(30)沿所述圆周方向可转动，或者所述圆柱底段(30)和所述异形段(20)沿所述圆周方向整体可转动。

7.根据权利要求6所述的塔筒，其特征在于，所述塔筒(100)还包括偏航轴承(40)以及驱动所述偏航轴承(40)的外圈(41)相对于内圈(42)转动的偏航电机，其中，

所述偏航轴承(40)设置在所述异形段(20)与所述圆柱底段(30)之间以将所述异形段(20)与所述圆柱底段(30)彼此连接，或者，

所述偏航轴承(40)设置在所述圆柱底段(30)之下。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的塔筒，其特征在于，所述塔筒(100)还包括设置在所述异形段(20)之下的异形底段(50)，所述异形底段(50)具有第二前缘部分(50a)和与所述第二前缘部分(50a)相对的第二后缘部分(50b)，所述异形底段(50)相对于所述第二前缘部分(50a)至所述第二后缘部分(50b)的弦线(L4)为轴对称图形，所述第二后缘部分(50b)沿远离第二前缘部分(50a)的方向呈流线型向外凸出以形成第三凸出部分(52)。

9.根据权利要求8所述的塔筒，其特征在于，所述第二前缘部分(50a)沿远离第二后缘部分(50b)的方向呈流线型向外凸出以形成第四凸出部分。

10.根据权利要求9所述的塔筒，其特征在于，所述第三凸出部分(52)的第三内顶角(C)在竖直方向上为恒量，所述第四凸出部分的第四内顶角在竖直方向上为恒量，所述第三内顶角(C)和所述第四内顶角为30°～70°。

11.根据权利要求8所述的塔筒，其特征在于，所述异形段(20)相对于所述异形底段(50)沿所述圆周方向可转动。

12.根据权利要求11所述的塔筒，其特征在于，所述塔筒(100)还包括偏航轴承(40)以及驱动所述偏航轴承(40)的外圈(41)相对于内圈(42)转动的偏航电机，其中，

所述偏航轴承(40)设置在所述异形段(20)与所述异形底段(50)之间以将所述异形段(20)与所述异形底段(50)彼此连接。

13.根据权利要求8所述的塔筒，其特征在于，所述异形底段(50)包括构成圆柱体的一部分的主体部(51)，所述主体部(51)沿竖直方向被分成对称的两部分，所述第三凸出部分(52)包括连接到所述主体部(51)的自由端并形成为平板状的两个延伸片(52a，52b)。

14.根据权利要求8所述的塔筒，其特征在于，所述异形底段(50)的顶端面与所述异形段(20)的底端面具有相同的形状。

15.根据权利要求1所述的塔筒，其特征在于，所述异形段(20)在竖直方向上被分成多个子段，每个子段的第一凸出部分的第一内顶角相等，并且，

在多个子段中，上面的子段的第一凸出部分的第一内顶角大于下面的子段的第一凸出部分的第一内顶角。

16.根据权利要求15所述的塔筒，其特征在于，每个子段沿所述圆周方向被分成多片。

17.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组(1000)包括如权利要求1-16中任一项所述的塔筒(100)。

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