CN114396362A - 一种多叶轮风力发电系统及其承载框架与联接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多叶轮风力发电系统及其承载框架与联接装置。通过第一多边形结构和第二多形结构平行布置，两个多边形结构的边数相同，第一多边形结构的每个顶点引出两根连接杆分别与第二多边形结构的顶点相连接，第二多边形结构的每个顶点分别引入两根连接杆，每个顶点构成所述承载框架的结构节点，每两根连接杆与多边形结构的一个边构成单个三角形结构，最终构成绕所述多边形结构一周的外围多个三角形结构，其中三角形结构与三角桁架梁相连接，多边形结构与风力发电单元相连接，实现了多叶轮风电系统中的节点连接需求以及节点的轻量化设计。

Description

一种多叶轮风力发电系统及其承载框架与联接装置

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种多叶轮风力发电系统及其承载框架与联接装置。

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。

随着风力发电的单机发电能力的增长，对作为支撑系统的塔筒也提出了更高的设计要求，传统塔筒支撑的缺点也逐渐被扩大，主要体现在材料的整体利用率不高，塔筒过高后顶部侧移等。格构式钢结构塔架在高度超过100m的风力发电机组中重新受到重视，主要原因在于，在高度和刚度设计要求相同的情况下，格构式塔架比传统塔筒的材料利用率更高，且格构式塔架的构件尺寸小，大幅降低运输成本。

而对于多叶轮风电系统，传统的塔筒支撑更满足不了多叶轮风电机组的需求，需要采用桁架支撑结构。多个风力发电单元采用多层分布的形式分布在桁架支撑结构上，多叶轮风电系统的联接节点同时要实现多个方向桁架梁之间的连接，又要实现与风力发电单元的连接，现有技术中还没有比较好的连接方案。

CN 202020753557.3，提出了一种多叶轮风力发电系统中小机组与支撑结构的联接节点的技术方案，此方案采用承重联接接口结构与辅助联接接口结构，小机组的轴承座与承重联接接口结构相联接，辅助联接接口结构联接承重联接接口结构与支撑结构。此方案虽然能解决小机组与支撑结构的联接问题，但是为了满足联接刚度，承重联接接口结构和辅助联的重量很难降低，同时也没有提出与多个方向桁架梁之间的连接方案。CN201720888638.2，提出了一种钢管桁架式赛车车架的前舱，此方案采用钢管桁架式结构，但是其应用与赛车领域，与风电领域完全不同，此方案的杆件结构解决不了多叶轮发电机组与桁架支撑结构之间的复杂联接以及受载问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种多叶轮风力发电系统及其承载框架与联接装置，以解决背景技术中的至少一个技术问题。

为达上述目的，本发明提供一种多叶轮风力发电系统的承载框架，所述承载框架包括：第一多边形结构、第二多边形结构、外围多个三角形结构；

所述第一多边形结构和第二多边形结构的边数相同；所述第一多边形结构具有多个第一顶点，所述第二多边形结构具有多个第二顶点；

每个所述第一顶点引出两根连接杆分别与两个所述第二顶点相连接，两个所述第二顶点为与所述第一顶点距离最近的两个顶点，所述第二多边形结构的每个顶点分别引入两根连接杆，每个所述第一顶点和每个所述第二顶点构成所述承载框架的结构节点；

每所述两根连接杆与所述第一多边形结构或第二多边形结构的一个边构成单个三角形结构，所有所述单个三角形结构构成绕所述第一多边形结构和第二多边形结构一周的外围多个三角形结构；

所述外围多个三角形结构用于通过多个所述承载框架的结构节点与桁架支撑结构相连接。

进一步地，所述第一多边形结构和第二多边形结构的边数为3-8个，所述第二多边形结构的边长大于所述第一多边形结构的边长。

进一步地，所述第一多边形结构和第二多边形结构内部分别设置有第一多边形加强结构和第二多边形加强结构，所述连接杆连接所述多边形结构内部的至少两个顶点构成所述第一多边形加强结构和第二多边形加强结构。

进一步地，所述第一多边形加强结构和第二多边形加强结构为正三角形结构、叉形结构、五角星结构、六角星结构、七角星或八角星结构。

进一步地，所述第一多边形结构和第二多边形结构采用管材或型材拼接焊接的方式形成，或者采用一体成型的方式形成。

进一步地，所述连接杆采用管材或者型材，所述连接杆与所述第一多边形结构和第二多边形结构之间采用焊接的方式连接或者采用一体成型的方式形成。

进一步地，所述第一多边形结构和第二多边形结构的拼接处分别设置有搭接板，所述搭接板分别搭接在所述第一多边形结构和所述第二多边形结构的焊缝处，所述连接杆焊接在所述搭接板上。

本发明还提供一种多叶轮风力发电系统的联接装置，其特征在于，所述联接装置包括：

根据权利要求1-7中任意一项所述的承载框架、第一联接接口结构、多个第二联接接口结构；

所述第一联接接口结构设置于所述第一多边形结构和/或第二多边形结构的端面上；所述多个第二联接接口结构分别设置于所述承载框架的多个结构节点处；

所述第一联接接口结构用于连接风力发电单元；

所述多个第二联接接口结构用于连接所述桁架支撑结构。

本发明还提供一种多叶轮风力发电系统，其特征在于，所述风力发电系统包括：

多个根据权利要求8所述的联接装置、多个风力发电单元和桁架支撑结构；

所述桁架支撑结构上设置有多个联接节点，所述多个联接节点分别连接多个所述联接装置；

所述多个风力发电单元分别与多个所述联接装置的第一联接接口结构连接。

上述技术方案的有益效果包括：

本发明实施例通过第一多边形结构和第二多形结构平行布置，两个多边形结构的边数相同，第一多边形结构的每个顶点引出两根连接杆分别与第二多边形结构的顶点相连接，第二多边形结构的每个顶点分别引入两根连接杆，每个顶点构成所述承载框架的结构节点，每两根连接杆与多边形结构的一个边构成单个三角形结构，最终构成绕所述多边形结构一周的外围多个三角形结构，其中三角形结构与三角桁架梁相连接，多边形结构与风力发电单元相连接，实现了多叶轮风电系统中的节点连接需求以及节点的轻量化设计；

本发明实施例中的第一多边形结构的六个顶点在第二多边形结构上的投影点分别位于第二多边形结构每条边的中垂线上，外围多个三角形结构中的单个三角形绕所述第一、第二六边形结构的外围均匀排布，更均匀地分配来自风力发电单元的推力，提升承载框架的抗轴向变形的能力，且外围均匀分布的等腰三角形结构进一步提升整个承载框架的抗扭强度。

附图说明

图1为本发明实施例的多叶轮风力发电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的多叶轮风力发电系统联接装置的结构示意图；

图3为本发明实施例的多叶轮风力发电系统承载框架的示意图；

图4为本发明实施例的多叶轮风力发电系统承载框架的第一多边形结构和第二多边形结构的示意图；

图5为本发明实施例的多叶轮风力发电系统承载框架的外围多个三角形结构的示意图；

图6为本发明实施例的多叶轮风力发电系统联接装置的第一联接接口结构示意图；

图7为本发明实施例的多叶轮风力发电系统联接装置的第二联接接口结构示意图。

附图标号说明：

1桁架支撑结构；1-1联接节点；2联接装置；

2-1承载框架；2-1-1第一多边形结构；2-1-1-1第一多边形加强结构；2-1-1-2第一多边形结构搭接板；2-1-1-3第一顶点；2-1-2第二多边形结构；2-1-2-1第二多边形加强结构；2-1-2-2第二多边形结构搭接板；2-1-2-3第二顶点；2-1-3外围多个三角形结构；

2-2第一联接口结构；2-2-1第一联接接口结构螺栓孔；

2-3第二联接接口结构；2-3-1第二联接接口结构螺栓孔；3风力发电单元。

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3所示，本发明实施例提供一种多叶轮风力发电系统的承载框架2-1，包括：第一多边形结构2-1-1；第二多边形结构2-1-2；外围多个三角形结构2-1-3；第一多边形加强结构2-1-1-1；第二多边形加强结构2-1-2-1。本实施例中的第二多边形结构2-1-2-1设置于第一多边形结构2-1-1-1的后方，且互相平行。

如图1中所示，多叶轮风力发电系统具有多个风力发电单元3，多个风力发电单元3采用多层分布的形式分布在桁架支撑结构1上，多叶轮风电系统桁架支撑结构1上的联接节点1-1即为桁架支撑结构1的三角桁架梁的部分交汇点，多叶轮风电系统桁架支撑结构1上的联接节点1-1同时要实现多个方向桁架梁之间的连接，又要实现与风力发电单元3的连接。本实施例中的桁架支撑结构1为由多层三角桁架梁组成的倒三角形状，多个方向互相成60度夹角的三角桁架梁将整个支撑结构内部分割成多个正三角形结构，提高整个桁架支撑结构1的稳定性，多个风力发电单元3通过联接装置2分别与联接节点1-1相连接，桁架支撑结构1的联接节点1-1与周围三角桁架梁之间的接合面最多为6个。

因此，如图4中所示，作为可选的实施方式，本实施例中第一多边形结构2-1-1和第二多边形结构2-1-2采用正六边形结构，第一六边形结构2-1-1与第二六边形结构2-1-2交错布置，第一六边形结构2-1-1的每个顶点引出两根连接杆分别与第二六边形结构2-1-2的顶点相连接，第二六边形结构2-1-2的每个顶点分别引入两根连接杆，第一、第二六边形结构的每个顶点构成承载框架的结构节点，所述的每个顶点即所述的第一顶点2-1-1-3和第二顶点2-1-2-3，每两根连接杆与六边形结构的一个边构成单个三角形结构，最终构成绕第一、第二六边形结构一周的外围多个三角形结构2-1-3；具体如图5中所示，三角形结构的个数为12，其中的六个三角形结构正好与六个方向的三角桁架梁的端面相对接，桁架梁的杆件与承载框架2-1通过承载框架2-1的多个结构节点相连接，桁架梁与承载框架2-1的连接点即为桁架支撑结构的联接节点，联接节点1-1与承载框架2-1的结构节点之间通过多个第二联接接口结构2-3相连接。

第一六边形结构2-1-1的六个顶点在第二六边形结构上的投影点分别位于第二六边形结构2-1-2的六条边的中垂线上，外围多个三角形结构2-1-3的12个三角形绕所述第一、第二六边形结构的外围均匀排布，更均匀地分配来自风力发电单元3的推力，提升承载框架2-1的抗轴向变形的能力，且外围均匀排布的等腰三角形结构进一步提升整个承载框架的抗扭强度。

作为可选择的实施方式，本发明中的第一多边形结构2-1-1和第二多边形结构2-1-2的边数为3-8个，第二多边形结构相对于第一多边形结构交错布置，第一多边形结构的第一顶点2-1-1-3在第二多边形结构上的投影点分别位于第二多边形结构每条边的中垂线上，第二多边形结构的边长可以大于第一多边形结构的边长，具体的多边形结构尺寸与桁架支撑结构1的桁架梁的尺寸相对应。

作为可选择的实施方式，第一多边形结构2-1-1和第二多边形结构2-1-2的边数也可以不同，也可以通过连杆连接前、后多边形结构的顶点形成外围的多个三角形结构，同样在本专利的保护范围内。

作为可选择的实施方式，第一多边形结构2-1-1和第二多边形结构2-1-2采用管材或型材，多边形结构采用拼接焊接而成，也可以采用铸造的方式一体成型或者采用型材切割而成。

如图4中所示，第一六边形结构2-1-1和第二六边形结构2-1-2内部分别设置有第一多边形加强结构2-1-1-1与第二多边形加强结构2-1-2-1，采用连接杆分别连接第一六边形结构2-1-1和第二六边形结构2-1-2的内部顶点，在第一、第二六边形结构内部形成稳定的三角形或者六角星形加强结构，作为可选的实施方式，第一六边形结构2-1-1内部的连接杆分别连接第一六边形结构的三个顶点，每两个顶点之间间隔一个顶点，形成一个正三角形加强结构，进一步提升第一六边形结构的刚度以及抗径向变形的能力；对于第二六边形结构2-1-2，其尺寸大于第一六边形结构2-1-1，且第一六边形结构2-1-1的端面上设置有第一联接接口结构2-2用于连接风力发电单元3，第二六边形结构没有风力发电单元联接接口结构的进一步加强，更容易发生变形，第二六边形结构2-1-2内部的连接杆连接六边形的所有顶点，形成更加稳定的六角星形加强结构，第一六边形结构2-1-1和第二六边形结构2-1-2内部的加强结构进一步提升了整个承载框架2-1的抗径向变形以及抗扭强度。

作为可选择的实施方式，本发明中的第一多边形加强结构和第二多边形加强结构也可以直接连接在靠近多边形结构顶点的连接杆上，直接通过加强整个承载框架的内部刚度来提升多边形结构的刚度；第一多边形加强结构和第二多边形加强结构可以为正三角形结构、叉形结构、五角星结构、六角星结构、七角星或八角星结构。

作为可选择的实施方式，连接杆采用管材或者型材，连接杆与所述第一多边形结构和第二多边形结构之间采用焊接连接或者一体成型。

作为可选择的实施方式，第一多边形结构2-1-1和第二多边形结构2-1-2上还设置有第一多边形结构搭接板2-1-1-2和第二多边形结构搭接板2-1-2-2，搭接板搭接在多边形结构的焊缝处，搭接板的周边焊接在多边形结构上，连接杆焊接在搭接板上，避免对多边形结构的拼接焊缝的二次焊接，削弱其连接强度。

作为可选择的实施方式，整个承载框架也可以采用铸造一体成型。

作为可选择的实施方式，本发明中的承载框架同样适用于其他形式的桁架支撑结构，可以根据桁架支撑结构的形式以及桁架的截面尺寸进行相应调整。

如图2所示，本实施例中还提供一种多叶轮风力发电系统的联接装置，所述联接装置包括：承载框架2-1、第一联接接口结构2-2、多个第二联接接口结构2-3；第一多边形结构和/或第二多边形结构的端面上设置有第一联接接口结构2-2，用于连接风力发电单元3；具体如图6中所示，第一联接接口结构采用外周为六边形的法兰，通过第一联接接口结构螺栓孔2-2-1与风力发电单元上的法兰相连接。多个第二联接接口结构2-3分别设置于承载框架2-1的多个结构节点处，用于与桁架支撑结构1的联接节点相连接，实现联接装置与桁架支撑结构的连接。

如图1所示，本实施例中还提供一种多叶轮风力发电系统，所述风力发电系统包括：联接装置2、多个风力发电单元3和桁架支撑结构1；桁架支撑结构1上设置有多个联接节点1-1，多个联接节点分别连接多个联接装置2；多个风力发电单元3分别与多个所述联接装置2的第一联接接口结构2-2相连接。

本发明中所涉及的技术特征对应的技术效果有：

1.本发明实施例通过第一、第二正六边形结构平行交错布置，第一六边形结构的每个顶点引出两根连接杆分别与第二六边形结构的顶点相连接，第二六边形结构的每个顶点分别引入两根连接杆，每个顶点构成所述承载框架的结构节点，每两根连接杆与六边形结构的一个边构成单个三角形结构，最终构成绕第一、第二六边形结构一周的外围多个三角形结构，三角形结构的个数为12，其中至少两个三角形结构与三角桁架梁相连接，六边形结构与风力发电单元相连接，实现了多叶轮风电系统中的节点连接需求，同时实现节点的轻量化设计；

2、本发明实施例中的第一六边形结构的六个顶点在第二六边形结构上的投影点分别位于第二六边形结构六条边的中垂线上，外围多个三角形结构中的单个三角形绕所述第一、第二六边形结构的外围均匀排布，更均匀地分配来自风力发电单元的推力，提升承载框架的抗轴向变形的能力，且外围均匀分布的等腰三角形结构进一步提升整个承载框架的抗扭强度；

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。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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)

1.一种多叶轮风力发电系统的承载框架，其特征在于，所述承载框架包括：

第一多边形结构、第二多边形结构、外围多个三角形结构；

所述第一多边形结构和第二多边形结构的边数相同；所述第一多边形结构具有多个第一顶点，所述第二多边形结构具有多个第二顶点；

每个所述第一顶点引出两根连接杆分别与两个所述第二顶点相连接，两个所述第二顶点为与所述第一顶点距离最近的两个顶点，所述第二多边形结构的每个顶点分别引入两根连接杆，每个所述第一顶点和每个所述第二顶点构成所述承载框架的结构节点；

每所述两根连接杆与所述第一多边形结构或第二多边形结构的一个边构成单个三角形结构，所有所述单个三角形结构构成绕所述第一多边形结构和第二多边形结构一周的外围多个三角形结构；

所述外围多个三角形结构用于通过多个所述承载框架的结构节点与桁架支撑结构相连接。

2.根据权利要求1所述的一种多叶轮风力发电系统的承载框架，其特征是，所述第一多边形结构和第二多边形结构的边数为3-8个，所述第二多边形结构的边长大于所述第一多边形结构的边长。

3.根据权利要求1所述的一种多叶轮风力发电系统的承载框架，其特征是，所述第一多边形结构和第二多边形结构内部分别设置有第一多边形加强结构和第二多边形加强结构，所述连接杆连接所述多边形结构内部的至少两个顶点构成所述第一多边形加强结构和第二多边形加强结构。

4.根据权利要求1或3所述的一种多叶轮风力发电系统的承载框架，其特征是，所述第一多边形加强结构和第二多边形加强结构为正三角形结构、叉形结构、五角星结构、六角星结构、七角星或八角星结构。

5.根据权利要求1所述的一种多叶轮风力发电系统的承载框架，其特征是，所述第一多边形结构和第二多边形结构采用管材或型材拼接焊接的方式形成，或者采用一体成型的方式形成。

6.根据权利要求1所述的一种多叶轮风力发电系统的承载框架，其特征是，所述连接杆采用管材或者型材，所述连接杆与所述第一多边形结构和第二多边形结构之间采用焊接的方式连接或者采用一体成型的方式形成。

7.根据权利要求1所述的一种多叶轮风力发电系统的承载框架，其特征是，所述第一多边形结构和第二多边形结构的拼接处分别设置有搭接板，所述搭接板分别搭接在所述第一多边形结构和所述第二多边形结构的焊缝处，所述连接杆焊接在所述搭接板上。

8.一种多叶轮风力发电系统的联接装置，其特征在于，所述联接装置包括：

根据权利要求1-7中任意一项所述的承载框架、第一联接接口结构、多个第二联接接口结构；

所述第一联接接口结构设置于所述第一多边形结构和/或第二多边形结构的端面上；所述多个第二联接接口结构分别设置于所述承载框架的多个结构节点处；

所述第一联接接口结构用于连接风力发电单元；

所述多个第二联接接口结构用于连接所述桁架支撑结构。

9.一种多叶轮风力发电系统，其特征在于，所述风力发电系统包括：

多个根据权利要求8所述的联接装置、多个风力发电单元和桁架支撑结构；

所述桁架支撑结构上设置有多个联接节点，所述多个联接节点分别连接多个所述联接装置；

所述多个风力发电单元分别与多个所述联接装置的第一联接接口结构连接。

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