CN211874654U - 一种气动翼型塔架及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气动翼型塔架，所述塔架本体的横截面为圆头尖尾的翼型结构，通过其翼型结构两侧受力不平衡进而产生扭矩驱动塔架本体转动至受力平衡，实现自动对风。本实用新型通过翼型结构的设计，使翼型塔架两侧面受力不平衡进而产生扭矩驱动翼型塔架转动至其受力平衡，实现自动对风，并有效防止涡激振动，从而无需配置偏航驱动装置，有效降低了塔架的设计成本和制造成本，提升了风力发电效率。本实用新型还公开了一种风力发电机组。

Description

一种气动翼型塔架及风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种气动翼型塔架及风力发电机组。

背景技术

随着社会的不断发展，能源短缺和环境污染问题日益突出，可再生能源的利用为解决这一问题提供给了有效的途径。风能作为一种绿色能源，是较为理想的能源形式之一，目前世界各国都在努力加大对风能的开发和利用。随着风电产业的不断扩张，风电机组的容量在逐渐增加，其设备的重量也越来越大，这就使材料消耗等因素对机组造价的影响越来越大。塔架作为风力发电机组的重要组成部分，成本约占风机总成本15％～20％左右，因此对塔架结构进行优化，对降低风电机组的制造成本，具有重大意义。

常规风力发电机组的塔架采用圆形截面。塔架固定在基础上，叶轮系统、机舱和偏航系统装于塔架顶部。偏航系统用于捕捉风向、控制机舱平稳对风。偏航系统主要包括偏航驱动装置、限位装置、轴承、齿圈、保持装置及风速风向仪等。由于风向的随机性，为保证风力发电机组发电效率，无论风从哪个方向吹来，偏航系统必须保证叶轮系统都能对风，因此塔架圆周各个方向上均有可能出现极大载荷。同时风绕过圆形截面的塔架时会形成漩涡，漩涡脱落激起塔架垂直于来风方向上的振动，称为涡激振动。当漩涡脱落频率与塔架固有频率重合时，塔架发生共振。该振动幅度大，会给结构造成较大的疲劳损伤，因此需要额外设计防止涡激振动方案，增加了设计和制造成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种气动翼型塔架及风力发电机组，通过气动翼型塔架的设计，使塔架左右两侧面受力不平衡进而产生扭矩驱动翼型塔架转动至其受力平衡，实现自动对风，并有效防止涡激振动，从而无需配置偏航驱动装置，有效降低了塔架的设计成本和制造成本，提升了风力发电效率。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种气动翼型塔架，包括塔架本体，所述塔架本体的横截面为圆头尖尾的翼型结构，通过其翼型结构两侧受力不平衡进而产生扭矩驱动塔架本体转动至受力平衡，实现自动对风。

进一步，所述塔架本体由多个横截面呈翼型结构的塔架筒节通过法兰和高强度螺栓依次连接组成。

进一步，所述塔架筒节由多片卷制钢板拼接组成。

进一步，所述塔架筒节翼型结构内靠近尖尾端部分处设有加固板，两个相邻塔架筒节之间的加固板通过法兰和高强度螺栓相连接。

一种风力发电机组，包括过渡塔架、筒状塔架、机舱、叶轮系统、不带有偏航驱动装置的偏航系统、基础和气动翼型塔架，所述气动翼型塔架的底部通过过渡塔架与筒状塔架相连接，由气动翼型塔架、过渡塔架和筒状塔架构成风力发电机组的塔架整体，所述机舱装于气动翼型塔架的顶部，且其前端与气动翼型塔架的圆头端朝向一致，其后端与气动翼型塔架的尖尾端朝向一致，所述叶轮系统装于机舱的前端，所述筒状塔架的底部通过不带有偏航驱动装置的偏航系统装于基础上，通过气动翼型塔架两侧受力不平衡从而产生偏航动力驱动塔架整体转动，进而使叶轮系统处于正对风角度。

进一步，所述过渡塔架为顶部和底部横截面形状不同的类管状结构，其中，其顶部横截面与气动翼型塔架横截面相匹配，其底部横截面与筒状塔架横截面相匹配。

进一步，所述基础为陆上基础或海上基础。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本实用新型通过气动翼型塔架的设计，当气动翼型塔架两侧面受力不平衡进而产生扭矩驱动整个塔架整体转动至气动翼型塔架两侧面受力平衡，实现叶轮系统的自动对风，并通过圆头尖尾的翼型结构有效防止涡激振动，从而无需配置偏航驱动装置，有效降低了塔架的设计成本和制造成本，提升了风力发电效率。

附图说明

图1为本实用新型的风力发电机组的立体结构图。

图2为本实用新型的风力发电机组的主视图。

图3为本实用新型的气动翼型塔架的结构示意图。

图4为本实用新型图3的A-A剖面图。

图5为本实用新型的塔架筒节的俯视图。

图6为本实用新型的两个相邻的塔架筒节的连接示意图。

图7为本实用新型的过渡塔架的立体结构图。

图8为本实用新型的偏航系统的立体结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1至图8所示，本实施例所述的风力发电机组，包括气动翼型塔架1、过渡塔架2、筒状塔架3、机舱4、叶轮系统5、偏航系统6和基础7；所述气动翼型塔架1的底部通过过渡塔架2与筒状塔架3相连接，其横截面为圆头尖尾的翼型结构，通过圆头尖尾的翼型结构能够有效避免涡激振动；所述过渡塔架2为顶部和底部横截面形状不同的类管状结构，其顶部横截面与气动翼型塔架1横截面相匹配，其底部横截面与筒状塔架3横截面相匹配，由气动翼型塔架1、过渡塔架2和筒状塔架3构成风力发电机组的塔架整体；所述机舱4装于气动翼型塔架1的顶部，且其前端与气动翼型塔架1的圆头端朝向一致，其后端与气动翼型塔架1的尖尾端朝向一致，所述叶轮系统5装于机舱4的前端；所述筒状塔架3的底部通过偏航系统6装于基础7上；该偏航系统6由偏航轴承、润滑系统、保持装置等常规的偏航系统部件组成，且不带有偏航驱动装置，除了需要满足必要的结构承载要求外，能够保证塔架整体灵活转动；当气动翼型塔架1和风向存在一定夹角时，气动翼型塔架1两侧面受力不平衡，此时会产生一个扭矩使塔架整体转动至气动翼型塔架1两侧面受力趋于平衡，此时叶轮系统5处于正对风角度，保证了气动翼型塔架1的抗弯模量最大的方向和载荷最大方向始终重合，这样可充分利用塔架材料，同等载荷条件下，比圆形截面的经济成本更低。

其中，所述气动翼型塔架1是由多个横截面呈翼型结构的塔架筒节101通过法兰和高强度螺栓依次连接组成，每个塔架筒节101由多片长度约2m～3m的卷制钢板通过焊接的方式拼接组成，且每个塔架筒节101根据不同的载荷要求选择不同厚度规格的卷制钢板制作，即塔架筒节101位置越高所受载荷越大，相应的卷制钢板越厚，每个塔架筒节101的长度不超过30m，其外观为扁平状，因此其通过性优于常规的圆形截面塔架，便于运输；同时为了使塔架筒节101翼型结构的尖尾端部分也能够承受较大载荷，因此在塔架筒节101翼型结构内侧靠近尖尾端部分处设有加固板102，两个相邻塔架筒节101之间的加固板102也是通过法兰和高强度螺栓相连接。

所述基础7不局限于陆上基础，也可为海上基础(如海上单桩、导管架等)。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种气动翼型塔架，包括塔架本体，其特征在于：所述塔架本体的横截面为圆头尖尾的翼型结构，通过其翼型结构两侧受力不平衡进而产生扭矩驱动塔架本体转动至受力平衡，实现自动对风。

2.根据权利要求1所述的一种气动翼型塔架，其特征在于：所述塔架本体由多个横截面呈翼型结构的塔架筒节通过法兰和高强度螺栓依次连接组成。

3.根据权利要求2所述的一种气动翼型塔架，其特征在于：所述塔架筒节由多片卷制钢板拼接组成。

4.根据权利要求2所述的一种气动翼型塔架，其特征在于：所述塔架筒节翼型结构内靠近尖尾端部分处设有加固板，两个相邻塔架筒节之间的加固板通过法兰和高强度螺栓相连接。

5.一种风力发电机组，其特征在于：包括过渡塔架、筒状塔架、机舱、叶轮系统、不带有偏航驱动装置的偏航系统、基础和权利要求1-4中任一项所述的气动翼型塔架，所述气动翼型塔架的底部通过过渡塔架与筒状塔架相连接，由气动翼型塔架、过渡塔架和筒状塔架构成风力发电机组的塔架整体，所述机舱装于气动翼型塔架的顶部，且其前端与气动翼型塔架的圆头端朝向一致，其后端与气动翼型塔架的尖尾端朝向一致，所述叶轮系统装于机舱的前端，所述筒状塔架的底部通过不带有偏航驱动装置的偏航系统装于基础上，通过气动翼型塔架两侧受力不平衡从而产生偏航动力驱动塔架整体转动，进而使叶轮系统处于正对风角度。

6.根据权利要求5所述的一种风力发电机组，其特征在于：所述过渡塔架为顶部和底部横截面形状不同的类管状结构，其中，其顶部横截面与气动翼型塔架横截面相匹配，其底部横截面与筒状塔架横截面相匹配。

7.根据权利要求5所述的一种风力发电机组，其特征在于：所述基础为陆上基础或海上基础。

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