CN217300759U - 增速型风机管筒结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种增速型风机管筒结构，其包机舱平台、前支撑柱、后支撑柱、风机平台、芯轴、前环组件、后环组件、桁架组件和筒壁组件，机舱平台的一端竖直固定前支撑柱，机舱平台的另一端固定后支撑柱，前支撑柱的顶部设有芯轴，后支撑柱的顶部安装风机平台，前支撑柱上固定设置前环组件，后支撑柱上固定设置后环组件，桁架组件环绕在风机平台的外侧且利用第一拉索连接后环组件，芯轴通过第二拉索连接前环组件，筒壁组件设有若干，筒壁组件固定连接前环组件和后环组件的外圆周，筒壁组件拼合成具有外扩圆弧的增速管筒。本实用新型具有结构合理、重量轻、强度高、便于安装运输的有益效果。

Description

增速型风机管筒结构

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，更具体涉及一种增速型风机管筒结构。

背景技术

风能属于可再生清洁能源，蕴量巨大、分布广泛。但是也有很多大弱点比如：①密度低。这是风能的一个重要缺陷。由于风能来源于空气的流动，而空气的密度是很小的，因此风力的能量密度也很小，只有水力的1/816。②不稳定。由于气流瞬息万变，因此风的脉动、日变化、季变化以至年际的变化都十分明显，波动很大，极不稳定。③地区差异大。由于地形的影响，风力的地区差异非常明显。一个邻近的区域，有利地形下的风力，往往是不利地形下的几倍甚至几十倍。

虽然增速管筒型风力发电机组，通过管筒增速可以提高风力的能量密度、管筒导流稳定风脉动、在低风速地区也能适应，拓宽了风力机风速适用范围，具有较高的经济和社会效益。但是由于风轮外部设有增速管筒，外部风速不稳定性，导致大功率增速管筒机组受风面积很大，因此对整机结构设计提出了新的要求和挑战。

现有技术中对于增速管筒的内壁均是采用金属板铆接形成增速涵道。通过现实生产、运输以及组装的过程中发现现已技术中的增速管筒具有以下的缺陷，1、组装好的增速管筒体积较大在运输过程中会占用较大的空间；2、由于是组装好的整体进行运输，由于颠簸容易造成整体变形；3、金属板重量较大，因此需要增速管筒的重量相对较轻。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供了一种结构合理、重量轻、强度高、便于安装运输的增速型风机管筒结构。

根据本实用新型的一个方面，提供了增速型风机管筒结构，其包括机舱平台、前支撑柱、后支撑柱、风机平台、芯轴、前环组件、后环组件、桁架组件和筒壁组件，机舱平台的一端竖直固定前支撑柱，机舱平台的另一端固定后支撑柱，前支撑柱的顶部设有芯轴，后支撑柱的顶部安装风机平台，前支撑柱上固定设置前环组件，后支撑柱上固定设置后环组件，桁架组件环绕在风机平台的外侧且利用第一拉索连接后环组件，芯轴通过第二拉索连接前环组件，筒壁组件设有若干，筒壁组件固定连接前环组件和后环组件的外圆周，筒壁组件拼合成具有外扩圆弧的增速管筒。

在一些实施方式中，筒壁组件包括张拉膜、支承杆、拉杆和撑杆，支承杆为弧形，拉杆连接支承杆的两端，撑杆的一端固定连接支承杆的中间，撑杆的一端固定连接拉杆的中间，张拉膜通过固定组件包覆在支承杆的底部。

在一些实施方式中，拉杆包括杆体、连接头和螺旋扣，杆体的两端固定设置连接头，杆体的中间设有螺旋扣，螺旋扣调整杆体的长度，连接头通过螺栓固定连接支承杆的两端。

在一些实施方式中，固定组件包括膜压板、承压板和高强螺栓，膜压板设置在张拉膜的外侧，承压板设置在膜压板的外侧，高强螺栓穿过承压板、膜压板、张拉膜和支承杆将张拉膜固定在支撑杆上；

固定组件设有若干；

膜压板采用铝合金制成，膜压板进行表面阳极氧化处理；

高强螺栓采用SUS304不锈钢制成。

在一些实施方式中，前环组件为若干前环段首尾相接固定而成的圆环，第二拉索的一端固定连接芯轴，所述第二拉索的一端固定连接前环段，前支撑柱固定连接前环段。

在一些实施方式中，桁架组件包括桁架外环、桁架内环和桁架杆，桁架外环和桁架内环同心设置，桁架外环和桁架内环之间通过若干桁架杆固定连接，桁架外环和桁架内环固定连接风机平台，后支撑柱的顶部固定连接桁架外环、桁架内环和风机平台。

在一些实施方式中，内后环组件为若干后环段首尾相接固定而成的圆环，第一拉索的一端固定连接桁架外环，第一拉索的一端固定连接后环段，后支撑柱固定连接后环段。

在一些实施方式中，筒壁组件之间的张拉膜通过焊剂热熔连接。

本实用新型所述的一种增速型风机管筒结构具有结构合理、重量轻、强度高、便于安装运输的有益效果。由于大功率增速管筒直径往往达到几十米，增速管筒的受风面积很大，在极限风速工况下会产生很大的应力应变，一般支撑结构很难满足强度和刚度要求，因此只能向两个方向发展1、增强支撑结构的强度；2、降低增速管筒的重量，本实用新型通过使用张拉膜取代现有技术在的金属板材，进而在保证强度需求的前提下大大的降低了增速管筒的重量。同时优化同比组件的结构，便于进行现场组装，减少运输所需的空间，且便于调整。

附图说明

图1是本实用新型增速型风机管筒结构的结构示意图；

图2是本实用新型增速型风机管筒结构的机舱平台的结构示意图；

图3是本实用新型增速型风机管筒结构的筒壁组件的结构示意图；

图4是本实用新型增速型风机管筒结构的拉杆的结构示意图；

图5是本实用新型增速型风机管筒结构的固定组件的结构示意图；

图6是本实用新型增速型风机管筒结构的前环组件的结构示意图；

图7是本实用新型增速型风机管筒结构的桁架组件的结构示意图；

图8是本实用新型增速型风机管筒结构的后环组件的结构示意图；

图9是本实用新型增速型风机管筒结构的支撑结构应力比图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。

如图1所示，本实用新型所述一种增速型风机管筒结构，其包括机舱平台1、前支撑柱2、后支撑柱3、风机平台4、芯轴5、前环组件6、后环组件7、桁架组件8和筒壁组件9，机舱平台1的一端竖直固定前支撑柱2，机舱平台1的另一端固定后支撑柱3，前支撑柱2的顶部设有芯轴5，后支撑柱3的顶部安装风机平台4，前支撑柱2上固定设置前环组件6，后支撑柱3上固定设置后环组件7，桁架组件8环绕在风机平台4的外侧且利用第一拉索10连接后环组件7，芯轴5通过第二拉索11连接前环组件6，筒壁组件9设有若干，筒壁组件9固定连接前环组件6和后环组件7的外圆周，筒壁组件9拼合成具有外扩圆弧的增速管筒。通过使用张拉膜91取代现有技术在的金属板材，进而在保证强度需求的前提下大大的降低了增速管筒的重量。同时优化同比组件的结构，便于进行现场组装，减少运输所需的空间，且便于调整。

如图2所示，机舱平台1固定在塔筒的顶部，在机舱平台1上再固定设置前支撑柱2和后支撑柱3。在现场进行安装时首先将塔筒与预先浇筑基台先进行固定，再将机舱平台1进行吊装固定在塔筒的顶部，然后将在现场组装的前环组件6、后环组件7、桁架组件8以及现场组装的筒壁组件9进行拼装，需要注意的是筒壁组件9之间的张拉膜91通过焊剂热熔连接，最后将增速涵道的滚筒主体进行吊装固定，最后利用第一拉索10和第二拉索11进行固定。

如图3所示，筒壁组件9包括张拉膜91、支承杆92、拉杆93和撑杆94，支承杆92为弧形，拉杆93连接支承杆92的两端，撑杆94的一端固定连接支承杆92的中间，撑杆94的一端固定连接拉杆93的中间，张拉膜91通过固定组件95包覆在支承杆92的底部。通过将筒壁组件9模块化，便于在运输过程中减少所需的空间，同时防止整件被压坏变形。

如图4所示，拉杆93包括杆体931、连接头932和螺旋扣933，杆体931的两端固定设置连接头932，杆体931的中间设有螺旋扣933，螺旋扣933调整杆体931的长度，连接头932通过螺栓固定连接支承杆92的两端。利用螺旋扣933的旋转调节杆体931的长度，进而便于在整体连接中调整支承杆92的位置。

如图5所示，固定组件95包括膜压板951、承压板952和高强螺栓953，膜压板951设置在张拉膜91的外侧，承压板952设置在膜压板951的外侧，高强螺栓953穿过承压板952、膜压板951、张拉膜91和支承杆92将张拉膜91固定在支撑杆94上；

固定组件95设有若干；

膜压板951采用铝合金制成，膜压板951进行表面阳极氧化处理；

高强螺栓953采用SUS304不锈钢制成。

其中膜压板951直接和张拉膜91接触，因此膜压板951的两端需要具有较小的弯曲防止挤压压破张拉膜91，膜压板951中其他的部分均需要进行圆角处理。在具体实施的过程中承压板952的作用是挤压膜压板951承受高强螺栓953的力，同时最优将承压板952限定在膜压板951两端的弯曲之内。另外将膜压板951进行表面阳极氧化处理以及高强螺栓953采用SUS304不锈钢制成均是防止以上部件在室外环境中被锈蚀进而丧失强度。

需要额外进行说明的是由于大功率增速管筒直径往往达到几十米，增速管筒的受风面积很大，在极限风速工况下会产生很大的应力应变，一般支撑结构很难满足强度和刚度要求，因此只能向两个方向发展1、增强支撑结构的强度；2、降低增速管筒的重量，同时不能因为降低增速管筒的质量就降低张拉膜91的强度。虽然预张力对骨架式膜的“形”与“态”的影响不及张拉膜91，但仍必须引入足够大的张力，一般经纬双向2－4KN/m(PVC/PES)、4－6KN/m(PTFE/GF)以上，保证结构受力特性，避免在风载荷作用下膜面发生较大颤振或波浪、并由徐变松弛导致膜面凹陷。骨架式膜结构的膜面曲率一般较小，膜内张拉力对膜面变形非常敏感，徐变作用容易使初始预张力变小、膜松弛。因此，需要设计合适的临时或永久性的预张力二次调整引入机制。

本实用新型中所述的张拉膜91的材制包括：玻璃纤维织物为基材涂PTFE而成、玻璃纤维织物为基材涂PVC而成、以聚酯(涤纶)织物为基材涂PVC而成。当然涂层也包括：聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、橡胶等。

本实用新型整体的设计计算如下：

一、设计规范：

1.1膜结构：

《膜结构技术规程》：《CECS 158：2015》

1.2钢结构：《钢结构设计规范》(GB50017－2017)

二、荷重情况：

2.1恒荷载自重(DL)：

膜重1.05kg/m2；

cable及steel部分已由程序自动计算

2.2膜预力(PL)：

经向2.5KN/m

纬向2.5KN/m

2.3活荷载(LL)

LL＝0.30KN/m2

2.4风荷载基本风压：0.65KN/m2

B类地区

膜结构平均离地高度约为32M，风压高度变化系数：1.42；

风振系数：1.25；

风载体形系数：

WINDDN：0.8；

WINDUP：－0.8；

WINDH：－0.8/－0.5；

P1＝1.25X1.42X0.65X0.8＝0.923N/m2

(WINDN)＞0.30KN/m2；

P2＝1.25X1.42X 0.40X(－0.8)＝－0.923kN/m2；

P3＝1.25x1.42X 0.40X(0.8/0.5)＝0.923/0.577kN/m2；

2.5雪荷载

基本雪压：0.60kN/m2

不均匀积雪系数1.1/2.0；

SK＝0.60X1.1＝0.66kN/m2；

三、载重组合

COM(1)1.3(DL+PL)+1.5雪荷载；

COM(2)1.0(DL+PL)+1.5WINUP(风吸)；

COM(3)1.3(DL+PL)+1.5WINH(－Y向)；

COM(4)1.3(DL+PL)+1.5x0.7雪荷载+1.5x0.6WINDN；

COM(5)1.3(DL+PL)+1.5WINH(+X向)；

COM(6)1.3(DL+PL)+1.5WINDN；

四、分析模式

4.1分析软件

膜结构分析采用德国EASY10.1软件；

钢结构分析采用美国SAP2000(V20.1)软件。

4.2分析参数

(1)几何尺寸依据建筑规划与载荷按照业主要求确定.

(2)钢材物理特性：

所有钢板采用：Q355B；钢管采用：Q355B；

4.3计算方法

膜片的分析采用德国EASY10.1软件的非线形有限元法找形，受荷分析，得出膜片的反力后再施加于钢结构利用SAP2000(V20.1)软件进行非线形分析，校核各构件的强度；如图9所示。

五、计算模型

如结构计算模型图所示，按三维整体结构计算，支撑结构立柱按压(拉)弯杆件验算；柱间联系杆按轴向二力(拉，压)杆件验算.立柱基础节点为刚性节点，无释放。

如图6所示，前环组件6为若干前环段61首尾相接固定而成的圆环，第二拉索11的一端固定连接芯轴5，所述第二拉索11的一端固定连接前环段61，前支撑柱2固定连接前环段61。最终将筒壁组件9均固定在前环组件6和后环组件7之间形成增速涵道管筒结构。

如图7所示，桁架组件8包括桁架外环81、桁架内环82和桁架杆83，桁架外环81和桁架内环82同心设置，桁架外环81和桁架内环82之间通过若干桁架杆83固定连接，桁架外环81和桁架内环82固定连接风机平台4，后支撑柱3的顶部固定连接桁架外环81、桁架内环82和风机平台4。由于后支撑柱3上顶部固定的风机平台4，第二拉索11进行固定时无法从风机平台4获得连接的支撑点，通过桁架外环81为第二拉索11提供支撑点，同时也增加风机平台4的强度。

如图8所示，内后环组件7为若干后环段71首尾相接固定而成的圆环，第一拉索10的一端固定连接桁架外环81，第一拉索10的一端固定连接后环段71，后支撑柱3固定连接后环段71。最终将筒壁组件9均固定在前环组件6和后环组件7之间形成增速涵道管筒结构。

筒壁组件9之间的张拉膜91通过焊剂热熔连接。将筒壁组件9之间的接缝全部连接形成密封的增速涵道。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.增速型风机管筒结构，其特征在于，包括机舱平台、前支撑柱、后支撑柱、风机平台、芯轴、前环组件、后环组件、桁架组件和筒壁组件，所述机舱平台的一端竖直固定前支撑柱，所述机舱平台的另一端固定后支撑柱，所述前支撑柱的顶部设有芯轴，所述后支撑柱的顶部安装风机平台，所述前支撑柱上固定设置前环组件，所述后支撑柱上固定设置后环组件，所述桁架组件环绕在风机平台的外侧且利用第一拉索连接后环组件，所述芯轴通过第二拉索连接前环组件，所述筒壁组件设有若干，所述筒壁组件固定连接前环组件和后环组件的外圆周，所述筒壁组件拼合成具有外扩圆弧的增速管筒。

2.根据权利要求1所述的增速型风机管筒结构，其特征在于，所述筒壁组件包括张拉膜、支承杆、拉杆和撑杆，所述支承杆为弧形，所述拉杆连接支承杆的两端，所述撑杆的一端固定连接支承杆的中间，所述撑杆的一端固定连接拉杆的中间，所述张拉膜通过固定组件包覆在支承杆的底部。

3.根据权利要求2所述的增速型风机管筒结构，其特征在于，所述拉杆包括杆体、连接头和螺旋扣，所述杆体的两端固定设置连接头，所述杆体的中间设有螺旋扣，所述螺旋扣调整杆体的长度，所述连接头通过螺栓固定连接支承杆的两端。

4.根据权利要求2述的增速型风机管筒结构，其特征在于，所述固定组件包括膜压板、承压板和高强螺栓，所述膜压板设置在张拉膜的外侧，所述承压板设置在膜压板的外侧，所述高强螺栓穿过承压板、膜压板、张拉膜和支承杆将张拉膜固定在支撑杆上；

所述固定组件设有若干；

所述膜压板采用铝合金制成，所述膜压板进行表面阳极氧化处理；

所述高强螺栓采用SUS304不锈钢制成。

5.根据权利要求1所述的增速型风机管筒结构，其特征在于，所述前环组件为若干前环段首尾相接固定而成的圆环，所述第二拉索的一端固定连接芯轴，所述第二拉索的一端固定连接前环段，所述前支撑柱固定连接前环段。

6.根据权利要求1所述的增速型风机管筒结构，其特征在于，所述桁架组件包括桁架外环、桁架内环和桁架杆，所述桁架外环和桁架内环同心设置，所述桁架外环和桁架内环之间通过若干桁架杆固定连接，所述桁架外环和桁架内环固定连接风机平台，所述后支撑柱的顶部固定连接桁架外环、桁架内环和风机平台。

7.根据权利要求6所述的增速型风机管筒结构，其特征在于，所述后环组件为若干后环段首尾相接固定而成的圆环，所述第一拉索的一端固定连接桁架外环，所述第一拉索的一端固定连接后环段，所述后支撑柱固定连接后环段。

8.根据权利要求1或7任一项所述的增速型风机管筒结构，其特征在于，所述筒壁组件之间的张拉膜通过焊剂热熔连接。

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