CN114396361B - 一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置，包括：上端圆环法兰、下端圆环盘、内承载结构件、中间承载结构件、外承载结构件、底部连接节点。内承载结构件、中间承载结构件和外承载结构件将上端圆环法兰与下端圆环盘连接起来，形成一个完整的环台状空间结构。上端圆环法兰与上部塔筒底法兰连接，底部连接节点固定在下端圆环盘的底部，构成与下部桁架塔支腿连接的接口。本发明主要通过中间承载结构件交错连接及其与内、外承载结构件的连接来传递载荷，将塔筒的分布载荷传递至有限个底部连接节点处，形成由塔筒到多节点的平缓过渡。这种转接装置传力合理、便于制造和运输、成本较低，可应用于塔筒与桁架塔的转接，有效降低增加塔架高度带来的成本。

Description

一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置。

背景技术

风电是可再生能源领域中最具大规模开发价值和商业化发展前景的发电方式，可利用的风能在全球范围内分布广泛、储量巨大。在利用风力发电时，增加风电机组塔架的高度可以显著提高发电量，传统的单塔筒因为成本问题和运输问题已经遇到瓶颈，而目前采用的塔筒与桁架组合式塔架，既能节约用钢量减少成本，又能解决运输问题。但是目前塔筒与桁架组合式塔架之间的转接装置依然存在较大的问题，现有的转接装置大多由塔筒直接过渡到四个桁架支点，转变过快，受力不均匀，且转接装置中存在结构突变，应力集中明显，结构疲劳问题突出，可靠性差。

CN2011011330994.2提出了一种用于连接风机塔架上部塔筒与下部肢腿的节点构造，该结构主要是通过斜柱间支撑结构或/和斜柱内支撑结构与支撑梁结构共同构成受力体系，其中大部分支撑结构由钢管构成，这样导致整体结构较为复杂，且结构不够稳定，传力效果较差，容易形成应力集中，整体可靠性较差。

发明内容

在有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置，以解决传统转接装置的结构突变、应力集中、可靠性差等问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置，其特征在于，所述转接装置包括：上端圆环法兰、下端圆环盘、内承载结构件、中间承载结构件、外承载结构件、底部连接节点；所述上端圆环法兰通过所述内承载结构件、所述中间承载结构件、所述外承载结构件、所述下端圆环盘连接至所述底部连接节点上，形成由所述上端圆环法兰到所述底部连接节点的承载结构；所述底部连接节点包括多个主节点和多个辅节点，所述主节点的数量为4的N倍，N为大于等于2的正整数，所述辅节点的数量与所述主节点的数量相同；所述中间承载结构件与所述下端圆环盘连接，所述中间承载结构件从所述下端圆环盘的外缘连接至所述下端圆环盘的内缘，所述中间承载结构件与所述上端圆环法兰连接；所述主节点在所述下端圆环盘上的投影区域为主节点投影区域，所述辅节点在所述下端圆环盘上的投影区域为辅节点投影区域，所述中间承载结构件在所述下端圆环盘上从每一个所述主节点投影区域连接至相邻的两个所述辅节点投影区域；所述外承载结构件与所述上端圆环法兰、所述下端圆环盘以及相邻的两个所述中间承载结构件连接。

进一步，所述主节点分布于所述下端圆环盘的底部外缘，所述辅节点分布于所述下端圆环盘的底部内缘，所述下端圆环盘的外径大于所述上端圆环法兰的外径，所述下端圆环盘的内径等于所述上端圆环法兰的内径。

进一步，所述辅节点分布于相邻的两个所述主节点连线的水平面中垂线上。

进一步，所述上端圆环法兰与所述中间承载结构件的连接区域数量等于所述主节点的数量。

进一步，所述上端圆环法兰和所述中间承载结构件的连接区域在水平面上的投影位置处于所述辅节点投影区域的范围内。

进一步，所述内承载结构件的两侧连接相邻的两块所述中间承载结构件，所述内承载结构件的上侧与所述上端圆环法兰连接，所述内承载结构件的下侧与所述下端圆环盘连接。

进一步，所述内承载结构件的数量与所述主节点的数量相同，所述内承载结构件的内表面与所述塔筒内壁圆相切。

进一步，所述外承载结构件包括多个第一外承载结构件和第二外承载结构件，所述第一外承载结构件与所述第二外承载结构件交替布置环绕一周。

进一步，所述转接装置为一体式或分瓣式。

本发明的有益效果在于：

1.将圆形塔筒的分布载荷通过转接装置传递至有限个底部连接节点上，形成了塔架载荷由上端圆环法兰到多个底部连接节点的平稳过渡，避免了载荷转换过快导致结构受力不均匀的问题。

2.中间承载结构件交错布置，在水平面上形成多角星状，这种结构更加稳定，承载能力更强，可靠性高。

3.内承载结构件连接上端圆环法兰和下端圆环盘，增大接触面积，减少了应力集中问题。

4.整体结构较为简单，高度尺寸小，便于制造和运输。

附图说明

图1为本发明实施例的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置轴测图；

图2为本发明实施例的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置主视图（此视图中虚线为隐藏线）；

图3为本发明实施例的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置仰视图；

图4为本发明实施例的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置后视图；

图5为本发明实施例的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置连接示意图；

附图标号说明：

1、上端圆环法兰；2、下端圆环盘；3、内承载结构件；4、中间承载结构件； 5、外承载结构件；5.1、第一外承载结构件；5.2、第二外承载结构件；6、底部连接节点；6.1、主节点；6.2、辅节点；7、主节点投影区域；8、辅节点投影区域；9、上部塔筒；10、下部桁架塔支腿。

值得注意的是上述附图是用于说明本发明的特征，并非旨在展示任何实际结构或反映各种部件的尺寸，相对比例等等细节信息。为了更清楚的展示本发明的原理，并且为了避免不必要的细节使本发明的原理变得模糊，各图中示例已经经过简化处理。这些图示对于相关领域的技术人员在理解本发明时不会带来不便，而实际的转接装置可以包括更多的部件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例的相关附图，对本发明实施例进行完整的描述。本专利描述的仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置包括：1、上端圆环法兰；2、下端圆环盘；3、内承载结构件；4、中间承载结构件； 5、外承载结构件；5.1、第一外承载结构件；5.2、第二外承载结构件；6、底部连接节点；6.1、主节点；6.2、辅节点；7、主节点投影区域；8、辅节点投影区域。

本发明是用于塔筒与桁架组合式塔架的转接装置。如图5所示，上端圆环法兰1与上部塔筒9连接，将上部塔筒9的载荷均匀承接下来。

下端圆环盘2与内承载结构件3、中间承载结构件4以及外承载结构件5相连，起到稳固各个承载结构件的作用。

内承载结构件3的投影位置处于辅节点投影区域8范围内，且其内表面与上部塔筒9的内壁圆相切。如图1所示，内承载结构件3为矩形状平板（具体形状可以变化，本实施例中取矩形状），其上下两边分别连接上端圆环法兰1和下端圆环盘2，左右两边则连接相邻的中间承载结构件4，如此连接可以增大与上端圆环1和下端圆环盘2的接触面积，有效的解决应力集中问题。

中间承载结构件4，将上端圆环法兰1和下端圆环盘2连接起来。具体地，如图2所示，中间承载结构件4为直角梯形状平板（具体形状可以变化，本实施例中取直角梯形状），其短边与上端圆环法兰1连接，长边与下端圆环盘2连接，长边与斜边交汇端的投影位置处于主节点投影区域7范围内，长边与直角边交汇端的投影位置处于辅节点投影位置8范围内。中间承载结构件4交错连接，形成如图2所示的多角星状，这样的结构更加稳定，传力效果更好。

外承载结构件5将上端圆环法兰1、下端圆环盘2、相邻的中间承载结构件4连接起来。外承载结构件5类型有两种，一种是第一外承载结构件5.1，为等腰梯形状平板（具体形状可以变化，本实施例中取等腰梯形状），其短边与上端圆环法兰1连接，长边与下端圆环盘2相连，两腰分别与相邻的中间承载结构件4连接。另一种是第二外承载结构件5.2，为等腰三角形状平板（具体形状可以变化，本实施例中取等腰三角形状），其底边与上端圆环法兰1连接，两腰分别与相邻的中间承载结构件4连接。多块第一、第二外承载结构件依次连接环绕一周，这样连接能够将上端圆环法兰1的载荷传递至下端圆环盘2上，同时又能起到稳固相邻中间承载结构件4的作用。

底部连接节点6包括多个主节点6.1和辅节点6.2。如图4所示，主节点6.1分布于下端圆环盘2的底部外侧，与下部桁架塔支腿10连接，主节点的数量为4的N倍，N为大于等于2的正整数（本实施例中取数量为八），这样从上部塔筒9传递下来的力就被分成了八份或者更多，使得力的传递更加平稳。辅节点6.2分布于下端圆环盘2的底部内侧，辅节点6.2的数量与主节点6.1的数量相同，辅节点6.2也与下部桁架塔支腿10连接，在力的传递中起辅助作用。

本发明中所涉及的技术特征对应的技术效果有：

1．上端圆环法兰1能够有效传递上部塔筒9的载荷，并起到稳固内承载结构件3、中间承载结构4和外承载结构件5的作用；

2．下端圆环盘2为底部连接节点6的生根点，并起到稳固内承载结构件3、中间承载结构4和外承载结构件5的作用；

3．内承载结构件3能够增大与上端圆环法兰1和下端圆环盘2的接触面积，减少应力集中；

4．中间承载结构件4能够将上端圆环法兰1的载荷有效的传递至底部连接节点6，且能够起到一定的抗扭作用，结构稳定，可靠性好。

5．外承载结构件5能够将上端圆环法兰1的载荷传递至下端圆环盘2上，并起到稳固相邻中间承载结构件4的作用。

6．底部连接节点6能够将载荷分成八份或更多，再传递到下部桁架塔支腿10上，平稳过渡；

在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置，其特征在于，所述转接装置包括：上端圆环法兰、下端圆环盘、内承载结构件、中间承载结构件、外承载结构件、底部连接节点；

所述上端圆环法兰通过所述内承载结构件、所述中间承载结构件、所述外承载结构件、所述下端圆环盘连接至所述底部连接节点上，形成由所述上端圆环法兰到所述底部连接节点的承载结构；

所述底部连接节点包括多个主节点和多个辅节点，所述主节点的数量为4的N倍，N为大于等于2的正整数，所述辅节点的数量与所述主节点的数量相同；

所述中间承载结构件与所述下端圆环盘连接，所述中间承载结构件从所述下端圆环盘的外缘连接至所述下端圆环盘的内缘，所述中间承载结构件与所述上端圆环法兰连接；

所述主节点在所述下端圆环盘上的投影区域为主节点投影区域，所述辅节点在所述下端圆环盘上的投影区域为辅节点投影区，所述中间承载结构件在所述下端圆环盘上从每一个所述主节点投影区域连接至相邻的两个所述辅节点投影区域；

所述外承载结构件与所述上端圆环法兰、所述下端圆环盘以及相邻的两个所述中间承载结构件连接。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置，其特征是，所述主节点分布于所述下端圆环盘的底部外缘，所述辅节点分布于所述下端圆环盘的底部内缘，所述下端圆环盘的外径大于所述上端圆环法兰的外径，所述下端圆环盘的内径等于所述上端圆环法兰的内径。

3.根据权利要求2所述的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置，其特征是，所述辅节点分布于相邻的两个所述主节点连线的水平面中垂线上。

4.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置，其特征是，所述上端圆环法兰与所述中间承载结构件的连接区域数量等于所述主节点的数量。

5.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置，其特征是，所述上端圆环法兰和所述中间承载结构件的连接区域在水平面上的投影位置处于所述辅节点投影区域的范围内。

6.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置，其特征是，所述内承载结构件的两侧连接相邻的两块所述中间承载结构件，所述内承载结构件的上侧与所述上端圆环法兰连接，所述内承载结构件的下侧与所述下端圆环盘连接。

7.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置，其特征是，所述内承载结构件的数量与所述主节点的数量相同，所述内承载结构件的内表面与所述塔筒内壁圆相切。

8.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置，其特征是，所述外承载结构件包括多个第一外承载结构件和第二外承载结构件，所述第一外承载结构件与所述第二外承载结构件交替布置环绕一周。

9.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒与桁架组合式塔架的转接装置，其特征是，所述转接装置为一体式或分瓣式。

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