CN114278524A - 风电机组机舱与干式变压器的连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组机舱与干式变压器的连接结构，包括:机舱底座、干式变压器、第一弹性支撑件、箱变底座和斜拉组件；所述干式变压器的底部通过第一弹性支撑件和箱变底座与机舱底座进行连接，所述机舱底座上设有支架，所述干式变压器的顶部通过斜拉组件与所述支架的顶部进行连接，即完成干式变压器在风电机组机舱中的安装。本发明的风电机组机舱与干式变压器的连接结构通过弹性支撑件和斜拉组件将干式变压器的顶部和底部均与机舱进行柔性连接，既实现了干式变压器与机舱的连接固定，又能够为干式变压器提供一定的柔性调整空间，使得干式变压器能够在机舱的动态环境中安全、可靠、稳定的工作。

Description

风电机组机舱与干式变压器的连接结构

技术领域

本发明主要涉及风电设备技术领域，尤其涉及一种风电机组机舱与干式变压器的连接结构。

背景技术

双馈风力发电机组变压器的功能是将位于风力发电机组机舱中的发电机输出的690V电能升压后输送至电网。随着风电行业评价时代的到来，双馈风力发电机组变压器位于塔架底部外面的布置方式主要存在以下问题：

1)发电机在塔架顶部机舱内，变流器在塔架底部平台，随着塔架逐步升高，部分高塔已达到160m，导致发电机至变流器间电缆也越来越长，电损越来越大，电缆成本越来越高；

2)随着双馈风力发电机组单机容量逐渐增大，目前市场上已出现6MW/8MW单机风电机组，使得发电机至变流器间690V电缆根数越来越多，导致在马鞍桥处扭缆和解缆出现困难且塔筒内电缆固定成本急剧增长；

3)随着分散式风力发电机组应用越来越广泛，已经不仅仅是布置在山区、草原等人烟稀少的地方，在人员驻扎的郊区或市区均存在布置风电机组的情况，此时机组对征地面积要求就越来越严苛，而原有油浸式变压器安装需额外征地的需求也越来越难以满足，征地成本急剧上升；

4)变压器(升压系统)在塔架底部外面，在运维、防火、防盗、防叶片落冰砸坏等方面的附加成本较高。

为解决上述问题，需要将变压器和变流器转移到机舱中。而分散式风力发电机组新型集成式机舱的核心，是将变压器由塔架底部外侧以及将变流器由塔架底部均转移到机舱中，并在机舱中将叶片传输过来的风能转化为35kV中压电后输送至集电线路。变压器由塔架底部外侧转移到机舱中，工作环境由“静态”变为“动态”，则急需一种连接固定方法以解决变压器在机舱中的振动、晃动及空间装配等问题，使变压器适用于机舱的“动态”工作环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、原理简单、能够大大提高干式变压器在机舱动态环境中安全、可靠、稳定的工作的风电机组机舱与干式变压器的连接结构。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种风电机组机舱与干式变压器的连接结构，包括：机舱底座、干式变压器、第一弹性支撑件、箱变底座和斜拉组件；所述干式变压器的底部通过第一弹性支撑件和箱变底座与机舱底座进行连接，所述机舱底座上设有支架，所述干式变压器的顶部通过斜拉组件与所述支架的顶部进行连接，即完成干式变压器在风电机组机舱中的安装。

作为本发明的进一步改进，所述斜拉组件包括第一U型块、单头螺柱、第二U型块和第一螺母；所述单头螺柱的一端与第二U型块焊接，另一端通过第一螺母与第一U型块连接；所述第一U型块与第二U型块的U型开口朝向相反，且第一U型块与第二U型块相互垂直。

作为本发明的进一步改进，所述斜拉组件上设有第二弹性支撑件，所述第二弹性支撑件通过螺栓与斜拉组件连接；所述第一U型块和第二U型块的U型开口内侧均设有第二弹性支撑件，所述第二弹性支撑件在U型开口内侧沿径向转动0°～360°。

作为本发明的进一步改进，所述斜拉组件以两个为一组，所述干式变压器顶部相对的两侧均通过一组斜拉组件与所述支架连接；一组斜拉组件与干式变压器和支架形成三角形连接结构，所述三角形连接结构的三个顶点均设有第二弹性支撑件。

作为本发明的进一步改进，所述干式变压器的顶部设有转动组件，所述转动组件包括法兰盘、双头螺柱，套筒和第二螺母；所述法兰盘上设有通孔，所述法兰盘上带有通孔的一端设置在第二U型块的U型开口中，所述转动组件通过通孔法兰盘上的通孔与第二U型块连接；所述法兰盘的另一端与套筒焊接成整体，所述双头螺柱穿设在套筒中，且双头螺柱的两端分别通过第二螺母与干式变压器固定连接。

作为本发明的进一步改进，在干式变压器的安装过程中，所述套筒绕着双头螺柱在轴向上转动0°～270°，法兰盘与第二U型块的连接点在轴向上的转动角度为0°～180°。

作为本发明的进一步改进，所述第一弹性支撑件为锥形弹性支撑件，所述第二弹性支撑件为双环形弹性支撑件。

作为本发明的进一步改进，所述箱变底座包括法兰板、主梁、安装座和连接横梁；所述主梁通过所述连接横梁进行连接；所述主梁顶部设有安装座，用于安装所述第一弹性支撑件，所述干式变压器通过第一弹性支撑件垂直安装在箱变底座上；所述主梁侧部设有法兰板，通过法兰板实现箱变底座与机舱底座的连接。

作为本发明的进一步改进，所述支架包括右支架和左支架，所述机舱底座上设有右横梁、左横梁和立柱；所述干式变压器的顶部两端分别通过斜拉组件与右支架和左支架连接，所述右支架和左支架分别通过右横梁和左横梁与立柱连接。

作为本发明的进一步改进，右支架和左支架上均设有两个连接法兰，两个连接法兰相对设置，连接法兰与支架的夹角β为35°±5°；干式变压器的顶部两端分别通过斜拉组件与连接法兰连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，通过弹性支撑件和斜拉组件将干式变压器的顶部和底部均与机舱进行柔性连接，既实现了干式变压器与机舱的连接固定，又能够为干式变压器提供一定的柔性调整空间，使得干式变压器能够在机舱的动态环境中安全、可靠、稳定的工作。本发明实现了分散式风力发电机组的全集成式风电机组机舱将位于塔架底部外侧的油浸式变压器改为位于机舱中的干式变压器的目标，有效解决了现有的双馈风力发电机组存在的随着塔架增高、单机容量增大以及征地困难而产生的成本问题，大大降低了风力发电机组的运行和维护成本。

2.本发明的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，通过在斜拉组件上设置两个开口朝向相反且相互垂直的U型块，使得斜拉组件、干式变压器顶部与支架三者之间形成了稳定的三角形连接结构；在U型块的开口内侧设置了可沿径向旋转360°的第二弹性支撑件，使得三角形连接结构的三个顶点均设有第二弹性支撑件，形成了柔性连接结构；与此同时，干式变压器顶部的转动组件可沿轴向上下翻转0°～270°，通过转动组件与斜拉组件的配合，为干式变压器提供了柔性缓冲空间，提高了干式变压器对机舱动态环境的适应性，也提高了干式变压器在机舱中的使用寿命。

3.本发明的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，干式变压器底部通过第一弹性支撑件垂直安装在箱变底座上，将第一弹性支撑件设置为锥形弹性支撑件，既能够满足承载力的需求，又能够获得较小的垂向刚度，防止干式变压器在机舱振动过程中横向失稳，提高干式变压器的运行稳定性。与此同时，箱变底座采用了倒悬悬臂梁结构设计，整体采用焊接成型，具有结构简单牢固、强度高、抗弯抗扭性能强且重量轻的特点，很好地满足了风电机组在各种运行工况下的载荷强度要求以及机舱运输需求。

附图说明

图1为本发明风电机组机舱与干式变压器的连接结构的结构原理示意图之一。

图2为本发明风电机组机舱与干式变压器的连接结构的结构原理示意图之二。

图3为图2中A处的结构原理示意图。

图4为本发明风电机组机舱与干式变压器的连接结构的俯视结构原理示意图。

图5为图4中B处的结构原理示意图。

图6为图4中B处另一视角的结构原理示意图。

图7为本发明风电机组机舱与干式变压器的连接结构中箱变底座的结构原理示意图。

图8为本发明风电机组机舱与干式变压器的连接结构中斜拉组件的结构原理示意图。

图9为本发明风电机组机舱与干式变压器的连接结构中斜拉组件另一视角的结构原理示意图。

图10为本发明风电机组机舱与干式变压器的连接结构中转动组件的结构原理示意图。

图11为本发明风电机组机舱与干式变压器的连接结构中支架的结构原理示意图。

图例说明：

1、机舱底座；2、干式变压器；3、第一弹性支撑件；4、箱变底座；4.1、法兰板；4.2、主梁；4.3安装座；4.4、连接横梁；5、右横梁；6、右支架；7、左横梁；8、左支架；9、斜拉组件；9.1、第一U型块；9.2、单头螺柱；9.3、第二U型块；9.4、第一螺母；10、连接法兰；11、第二弹性支撑件；12、转动组件；12.1、法兰盘；12.11、通孔；12.2双头螺柱；12.3、套筒；12.4、第二螺母；13、立柱。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例

如图1至图11所示，本发明的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，包括：机舱底座1、干式变压器2、第一弹性支撑件3、箱变底座4和斜拉组件9；干式变压器2的底部通过第一弹性支撑件3和箱变底座4与机舱底座1进行连接，机舱底座1上设有支架，干式变压器2的顶部通过斜拉组件9与所述支架的顶部进行连接，即完成干式变压器2在风电机组机舱中的安装。

本实施例中，通过弹性支撑件和斜拉组件9将干式变压器2的顶部和底部均与机舱进行柔性连接，既实现了干式变压器2与机舱的连接固定，又能够为干式变压器2提供一定的柔性调整空间，使得干式变压器2能够在机舱的动态环境中安全、可靠、稳定的工作。本发明实现了分散式风力发电机组的全集成式风电机组机舱将位于塔架底部外侧的油浸式变压器改为位于机舱中的干式变压器的目标，有效解决了现有的双馈风力发电机组存在的随着塔架增高、单机容量增大以及征地困难而产生的成本问题，大大降低了风力发电机组的运行和维护成本。

如图8和图9所示，本实施例中，斜拉组件9包括第一U型块9.1、单头螺柱9.2、第二U型块9.3和第一螺母9.4；单头螺柱9.2的一端与第二U型块9.3焊接，另一端通过第一螺母9.4与第一U型块9.1连接；第一U型块9.1与第二U型块9.3的U型开口朝向相反，且第一U型块9.1与第二U型块9.3相互垂直。可以理解，通过调整第一螺母9.4与第一U型块9.1之间的连接位置，即可调整第一U型块9.1与第二U型块9.3之间的距离；也可以通过调整第一U型块9.1与第二U型块9.3之间的安装夹角，以适应不同工况下干式变压器2的安装需求，提高干式变压器2在机舱中的稳定性。

进一步的，本实施例中，斜拉组件9上设有第二弹性支撑件11，第二弹性支撑件11通过螺栓与斜拉组件9连接；第一U型块9.1和第二U型块9.3的U型开口内侧均设有第二弹性支撑件11，第二弹性支撑件11在U型开口内侧沿径向转动0°～360°。通过螺栓组件即可实现第二弹性支撑件11与U型块之间的活动连接，既方便快捷，也为后期的维护提供了便利。

如图5和图6所示，本实施例中，斜拉组件9以两个为一组，干式变压器2顶部相对的两侧均通过一组斜拉组件9与支架连接。一组斜拉组件9与干式变压器2和支架形成三角形连接结构，三角形连接结构的三个顶点均设有第二弹性支撑件11，通过第二弹性支撑件11提供柔性缓冲，避免干式变压器2在刚性振动中发生松动或拉扯变形。进一步的，为了提高三角形连接结构的组合刚度，将第二弹性支撑件11设置为双环形弹性支撑件。

如图5、图6和图10所示，本实施例中，干式变压器2的顶部设有转动组件12，转动组件12包括法兰盘12.1、双头螺柱12.2，套筒12.3和第二螺母12.4；法兰盘12.1上设有通孔，法兰盘12.1上带有通孔的一端设置在第二U型块9.3的U型开口中，转动组件12通过通孔法兰盘12.1上的通孔与第二U型块9.3连接；法兰盘12.1的另一端与套筒12.3焊接成整体，双头螺柱12.2穿设在套筒12.3中，且双头螺柱12.2的两端分别通过第二螺母12.4与干式变压器2固定连接。

本实施例中，在干式变压器2的安装过程中，套筒12.3绕着双头螺柱12.2在轴向上转动0°～270°，斜拉组件9与转动组件12之间的连接角度可进行0°～180°调整。通过调整连接件之间的安装角度，使得干式变压器2能够更稳固的安装在机舱中，且不会影响到干式变压器2的正常运行。

本实施例中，通过在斜拉组件9上设置两个开口朝向相反且相互垂直的U型块，使得斜拉组件9、干式变压器2顶部与支架三者之间形成了稳定的三角形连接结构；在U型块的开口内侧设置了可沿径向旋转360°的第二弹性支撑件11，使得三角形连接结构的三个顶点均设有第二弹性支撑件，形成了柔性连接结构。与此同时，干式变压器2顶部的转动组件12可沿轴向上下翻转0°～270°，法兰盘12.1与第二U型块9.3的连接点在轴向上的转动角度为0°～180°，调整转动组件12、斜拉组件9与支架之间的连接角度，以更好地满足干式变压器2的安装要求。通过转动组件12与斜拉组件9的配合，为干式变压器2提供了柔性缓冲空间，提高了干式变压器2对机舱动态环境的适应性，也提高了干式变压器2在机舱中的使用寿命。此外，在干式变压器2顶部采用“软连接”的方式，既解决了干式变压器2在机舱中的晃动问题，又使得全集成式风电机组机舱结构更加紧凑，并且便于后期维护。

如图7所示，本实施例中，箱变底座4包括法兰板4.1、主梁4.2、安装座4.3和连接横梁4.4；主梁4.2通过所述连接横梁4.4进行连接；主梁4.2顶部设有安装座4.3，用于安装第一弹性支撑件3，干式变压器2通过第一弹性支撑件3垂直安装在箱变底座4上，并且安装后的干式变压器2与水平面相垂直；主梁4.2侧部设有法兰板4.1，通过法兰板4.1实现箱变底座4与机舱底座1的连接。进一步的，为了提高第一弹性支撑件3的承载能力、降低垂向刚度、防止干式变压器2横向失稳，将第一弹性支撑件3设置为锥形弹性支撑件。

进一步的，为更好地满足新型全集成式风电机组在各种运行工况下的载荷强度要求以及机舱的运输需求，本实施例中，箱变底座4采用倒悬悬臂梁结构设计。具体的，两根主梁4.2通过同两根连接横梁4.4连接在一起，在主梁4.1一端设置法兰板4.1，通过法兰板4.1与机舱底座1相连，在主梁4.1上表面设置了两个弹性支撑安装座4.3，用于安装第一弹性支撑件3。通过四个弹性支撑安装座4.3安装了四个第一弹性支撑件3，实现干式变压器底部四个顶点的固定安装。进一步的，主梁4.2通过一根H型钢和两块低合金的高强度机构钢板拼焊而成，横梁4.4采用空心矩形钢与两块低合金的高强度机构钢板拼焊而成，箱变底座4的整体采用焊接成型，具有结构简单牢固、强度好、抗弯抗扭性能强且重量轻等特点。

本实施例中，支架包括右支架6和左支架8，机舱底座1上设有右横梁5、左横梁7和立柱13；干式变压器2的顶部两端分别通过斜拉组件9与右支架6和左支架8连接，右支架6和左支架8分别通过右横梁5和左横梁7与立柱13连接。进一步的，如图11所示，在右支架6和左支架8上均设有连接法兰10，并且两个连接法兰10是相对设置的，连接法兰10与支架之间的夹角β优选为35°。斜拉组件9的一端与连接法兰10连接，另一端与法兰盘12.1连接，即实现了干式变压器2顶部与支架的连接。通过在支架上设置带有锐角夹角的连接法兰10，并将第一U型块9.1通过螺栓组件与连接法兰10连接，且第一U型块9.1还能够以螺栓组件为转动轴，沿着连接法兰10外侧进行0°～180°的轴向转动，使得斜拉组件9与干式变压器2和支架之间形成了稳定的三角形连接结构，而且便于斜拉组件9、连接法兰10与转动组件12三者之间的角度调整，提高了干式变压器2与支架的连接稳定性。可以理解，右支架6和左支架8均通过高强度螺栓固定在机舱底座1上，连接法兰10焊接在右支架6和左支架8上，连接法兰10与支架之间的夹角也可以根据实际的安装需求进行适应性调整。右支架6、右横梁5、立柱13之间，以及左支架8、左横梁7、立柱13之间均通过高强度螺栓连接，或者焊接相连。

本实施例中，干式变压器2的长度为2.6米，宽度为0.9米，高度为2.4米，重量达到了8.5吨。将干式变压器2安装到机舱内主要分为两个步骤，第一个步骤是进行干式变压器2底部的安装：首先通过高强度螺栓将箱变底座4与机舱底座1进行连接，然后将第一弹性支撑件3安装在箱变底座4，最后再将干式变压器2底部的四个顶点分别固定在第一弹性支撑件3上，即完成干式变压器2底部与机舱底座1的稳定连接。第二个步骤是进行干式变压器2顶部的固定安装：首先，将斜拉组件9的第二U型块9.3与转动组件12的法兰盘12.1进行连接，但不完全拧紧，将斜拉组件9的第一U型块9.1与支架上的连接法兰10进行连接，但不完全拧紧。在连接的过程中，可以根据安装需求，通过高强度螺母9.4调整双头螺柱12.2伸入第一U型块9.1中的距离，实现第一U型块9.1与第二U型块9.3之间的距离调整，实现斜拉组件9与支架和干式变压器2之间的连接。然后，根据安装需求，调整套筒12.3、法兰盘12.1和第二U型块9.3的连接点、以及第一U型块9.1的转动角度，使得转动组件12、斜拉组件9和连接法兰10处于同一安装平面内。最后，拧紧第二U型块9.3与法兰盘12.1、第一U型块9.1与连接法兰10之间的螺栓组件，实现斜拉组件9与干式变压器2和支架的紧固连接。最终实现干式变压器2在机舱中的稳定安装。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种风电机组机舱与干式变压器的连接结构，其特征在于，包括：机舱底座(1)、干式变压器(2)、第一弹性支撑件(3)、箱变底座(4)和斜拉组件(9)；所述干式变压器(2)的底部通过第一弹性支撑件(3)和箱变底座(4)与机舱底座(1)进行连接，所述机舱底座(1)上设有支架，所述干式变压器(2)的顶部通过斜拉组件(9)与所述支架的顶部进行连接，即完成干式变压器(2)在风电机组机舱中的安装。

2.根据权利要求1所述的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，其特征在于，所述斜拉组件(9)包括第一U型块(9.1)、单头螺柱(9.2)、第二U型块(9.3)和第一螺母(9.4)；所述单头螺柱(9.2)的一端与第二U型块(9.3)焊接，另一端通过第一螺母(9.4)与第一U型块(9.1)连接；所述第一U型块(9.1)与第二U型块(9.3)的U型开口朝向相反，且第一U型块(9.1)与第二U型块(9.3)相互垂直。

3.根据权利要求2所述的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，其特征在于，所述斜拉组件(9)上设有第二弹性支撑件(11)，所述第二弹性支撑件(11)通过螺栓与斜拉组件(9)连接；所述第一U型块(9.1)和第二U型块(9.3)的U型开口内侧均设有第二弹性支撑件(11)，所述第二弹性支撑件(11)在U型开口内侧沿径向转动0°～360°。

4.根据权利要求3所述的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，其特征在于，所述斜拉组件(9)以两个为一组，所述干式变压器(2)顶部相对的两侧均通过一组斜拉组件(9)与所述支架连接；一组斜拉组件(9)与干式变压器(2)和支架形成三角形连接结构，所述三角形连接结构的三个顶点均设有第二弹性支撑件(11)。

5.根据权利要求3所述的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，其特征在于，所述干式变压器(2)的顶部设有转动组件(12)，所述转动组件(12)包括法兰盘(12.1)、双头螺柱(12.2)，套筒(12.3)和第二螺母(12.4)；所述法兰盘(12.1)上设有通孔，所述法兰盘(12.1)上带有通孔的一端设置在第二U型块(9.3)的U型开口中，所述转动组件(12)通过通孔法兰盘(12.1)上的通孔与第二U型块(9.3)连接；所述法兰盘(12.1)的另一端与套筒(12.3)焊接成整体，所述双头螺柱(12.2)穿设在套筒(12.3)中，且双头螺柱(12.2)的两端分别通过第二螺母(12.4)与干式变压器(2)固定连接。

6.根据权利要求5所述的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，其特征在于，在干式变压器(2)的安装过程中，所述套筒(12.3)绕着双头螺柱(12.2)在轴向上转动0°～270°，所述法兰盘(12.1)与第二U型块(9.3)的连接点在轴向上的转动角度为0°～180°。

7.根据权利要求3至6中任意一项所述的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，其特征在于，所述第一弹性支撑件(3)为锥形弹性支撑件，所述第二弹性支撑件(11)为双环形弹性支撑件。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，其特征在于，所述箱变底座(4)包括法兰板(4.1)、主梁(4.2)、安装座(4.3)和连接横梁(4.4)；所述主梁(4.2)通过所述连接横梁(4.4)进行连接；所述主梁(4.2)顶部设有安装座(4.3)，用于安装所述第一弹性支撑件(3)，所述干式变压器(2)通过第一弹性支撑件(3)垂直安装在箱变底座(4)上；所述主梁(4.2)侧部设有法兰板(4.1)，通过法兰板(4.1)实现箱变底座(4)与机舱底座(1)的连接。

9.根据权利要求1至6中任意一项所述的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，其特征在于，所述支架包括右支架(6)和左支架(8)，所述机舱底座(1)上设有右横梁(5)、左横梁(7)和立柱(13)；所述右支架(6)和左支架(8)分别通过右横梁(5)和左横梁(7)与立柱(13)连接。

10.根据权利要求9所述的风电机组机舱与干式变压器的连接结构，其特征在于，所述右支架(6)和左支架(8)上均设有两个连接法兰(10)，两个所述连接法兰(10)相对设置，所述连接法兰(10)与支架的夹角β为35°±5°；所述干式变压器(2)的顶部两端分别通过斜拉组件(9)与连接法兰(10)连接。

Images