CN219865334U - 塔架组件和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种塔架组件和风力发电机组，其包括塔架和基础，还包括传力件，所述塔架安装在所述基础上，所述传力件的一端与塔架连接，所述塔架组件还包括支撑部，所述支撑部一端连接至所述基础，并设置在所述基础的周侧，所述传力件的另一端与所述支撑部连接。通过在基础的周侧设置支撑部及传力件，减小塔架下方的弯矩，在传力件与塔架连接位置不变的情况下，传力件与塔架的轴线之间的夹角增大，塔架下方的弯矩更小，支撑部和基础的受力更合理，避免将基础的尺寸设置过大，进而使得相同的塔架和基础可以支撑更大容量的风力发电机，降低塔架和基础的成本，保证风力发电机组的经济性。

Description

塔架组件和风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及风力发电领域，具体涉及一种塔架组件和风力发电机组。

背景技术

塔架和基础是风力发电机组的主要承载部件，其重要性随着风力发电机组的容量和高度增加，愈来愈明显。在风力发电机组中塔架的重量占风力发电机组总重的50％左右，其成本也占风力发电机组制造成本的50％左右。

塔架主要分为桁架型和圆筒型，桁架型塔架在早期的风力发电机组中大量使用，其主要优点为制造简单、成本低、运输方便，其主要缺点为不美观，通向塔顶的上下梯子不好安排，上下时安全性差。圆筒型塔架在当前风力发电机组中大量采用，其优点是美观大方，上下塔架安全可靠。另外，塔架以结构材料可分为钢结构塔架和钢筋混凝土塔架，钢筋混凝土塔架在早期风力发电机组中被大量应用，后来由于风力发电机组大批量生产，从批量生产的需要而被钢结构塔架所取代。风力发电机的基础均为现浇钢筋混凝土独立基础，陆上机组主要采用实体重力式块状基础，具体按形状有圆形、方形及多边形基础。

目前，大量使用的塔架仍旧是锥形钢筒结构，其中，塔底直径最大，钢板壁厚也最厚；越往上，直径越小，钢板壁厚也越薄。为降低整体投资成本，风力发电机组容量越来越大，相应地，为提高风电机组的可靠性、可利用率及发电量，塔架越来越高，塔架的直径越来越大，塔架壁厚相应增大，由于塔架直径的增大，导致运输困难，又有以钢筋混凝土塔架取代钢结构塔架的苗头，同时又出现桁架-圆筒以及钢筋混凝土-圆筒型混合塔架。

由于风力发电机组容量的增大，导致塔架的弯矩以及基础承受的载荷增大，而塔架和基础的结构强度所限，塔架和基础的支撑难以保证风力发电机的正常运转，若增加塔架和基础的尺寸，又会导致运输和安装成本增大，经济性下降。

实用新型内容

本实用新型可以用于克服或缓解现有技术中随着风力发电机的容量的增大，塔架和基础的支撑效果不佳的缺陷，提供一种塔架组件和风力发电机组。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种塔架组件，其包括塔架和基础，还包括传力件，所述塔架安装在所述基础上，所述传力件的一端与塔架连接，所述塔架组件还包括支撑部，所述支撑部一端连接至所述基础，并设置在所述基础的周侧，所述传力件的另一端与所述支撑部连接。

在本方案中，通过在基础的周侧设置支撑部，塔架的载荷可以通过传力件和支撑部传递至基础，在传力件与塔架连接位置不变的情况下，传力件与塔架的轴线之间的夹角增大，使得塔架底部及作用于基础上的弯矩降低，支撑部和基础的受力更合理，基础不容易发生损坏，避免将基础的尺寸设置过大，进而使得相同的塔架和基础可以支撑更大容量的风力发电机，降低塔架和基础的成本，降低运输和安装难度，保证风力发电机组的经济性。

较佳地，所述支撑部和所述传力件均为至少三个，以所述塔架在地面上的投影为参考圆，至少其中一个所述传力件与其他的所述传力件在地面上的投影位于所述参考圆的任意不同半圆的一侧。

在本方案中，该结构设置，使得传力件在塔架的周向上均能传递力，减少塔架及其与基础的连接处的弯矩，基础和塔架的受力更合理，提高整体结构的稳定性。

较佳地，各个支撑部均位于同一平面上，该平面垂直于所述塔架的高度方向；任意两个相邻的所述支撑部的轴线之间的夹角均相等，任意两个所述传力件的轴线之间的夹角均相等。

在本方案中，该结构设置，使得各传力件和支撑部承受的载荷更均匀，同时，基础各方向上的载荷也更均匀，避免单个传力件、支撑部或者基础的某个方向上承受较大载荷，传力件、支撑部和基础不容易损坏。

较佳地，所述支撑部包括与所述基础连接的近端以及与所述近端相对的远端，所述传力件与所述支撑部连接的一端连接在所述远端。

在本方案中，该结构设置，增大传力件与塔架的轴线之间的夹角，降低塔架底部及作用于基础上的弯矩，进一步提高整体结构的稳定性。

较佳地，所述远端用于与地面连接。

在本方案中，该结构设置，传力件的受力可以通过远端传递到地面，从而降低支撑部传递到基础的弯矩，使得基础可以承受更大的载荷。

较佳地，从远离所述基础的方向所述塔架依次包括支撑段和应力集中段，所述应力集中段的直径大于所述支撑段的直径，所述传力件连接在所述应力集中段。

在本方案中，该结构设置，由于采用了传力件，使得塔架应力集中段下方塔架承受的弯矩大幅减小，主要承受竖向轴向力，从而充分利用材料的强度，减小塔架直径，降低基础承受的载荷，进而使得相同直径的塔架和基础可以支撑更大容量的风力发电机，提高塔架和基础的支撑能力。

较佳地，所述塔架组件包括固定在所述塔架上的固定件，所述固定件固定在所述应力集中段处，所述固定件具有连接部，所述传力件与塔架连接的一端连接在所述连接部上。

在本方案中，该结构设置，传力件通过固定件进行转接，降低安装难度，便于安装传力件。

较佳地，所述固定件呈环形，所述固定件套设在所述塔架上。

在本方案中，该结构设置，增大固定件与塔架的接触面积，固定件和塔架更好地受力，减少应力集中。

较佳地，所述传力件为斜拉索或者支撑杆。

在本方案中，该结构设置，斜拉索成本较低，方便安装；支撑杆既能受压也能受拉。

本实用新型公开了一种风力发电机组，其包括上述的所述塔架组件，所述风力发电机组还包括叶片，所述叶片安装在所述塔架上，所述固定件与地面的高度小于所述叶片的叶尖与地面的最小高度。

在本方案中，该结构设置，对于上风向的发电机组，风力发电机的叶片通常要进行预弯，风力发电机在工作时，叶片受力后会变形并靠近塔架，使得塔尖更靠近地面，通过将叶片的叶尖与地面的最小高度高于固定件与地面的高度，避免了叶片在变形后，叶尖与传力件发生干涉，保证风力发电机组的正常运转。

本实用新型的积极进步效果在于：通过在基础的周侧设置支撑部及传力件，减小塔架的应力集中段下方的弯矩，在传力件与塔架连接位置不变的情况下，传力件与塔架的轴线之间的夹角增大，塔架的应力集中段的下方承受的弯矩更小，支撑部和基础的受力更合理，基础不容易发生损坏，避免将基础的尺寸设置过大，使得相同的塔架和基础可以支撑更大容量的风力发电机，降低塔架和基础的成本，降低运输和安装难度，保证风力发电机组的经济性。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的风力发电机组的立体结构示意图。

图2为本实用新型较佳实施例的风力发电机组的另一视角的结构示意图。

图3为现有技术的塔架和基础的受力分析图。

图4为本实用新型较佳实施例的塔架和基础的受力分析图。

附图标记说明

塔架1

应力集中段11

支撑段12

基础2

传力件3

支撑部4

近端41

远端42

固定件5

叶片6

远离基础的方向A

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

如图1和图2所示，本实施例公开了一种风力发电机组，其包括塔架组件和叶片6，叶片6安装在塔架组件上，其中，塔架组件包括塔架1、基础2和传力件3，塔架1安装在基础2上，塔架组件还包括支撑部4，支撑部4一端连接在基础2上并位于基础2的周侧，传力件3的两端分别连接塔架1和支撑部4，传力件3能够降低传统塔架1底部及作用于基础2上的弯矩。

如图3和图4所示，现有技术中的塔架1作用在基础2上的弯矩为M＝F1_x·L，本实施例的塔架组件，由于有传力件3的存在，塔架1作用在基础2上的弯矩为M^′＝F1_x·L-F3′·L′·sin(α)。支撑力F2_y和F2′_y是基础2对塔架1的支撑力。在本实施例中，通过在基础2的周侧设置支撑部4，及传力件3，可明显减小作用于基础2上的弯矩(M^′<M)。在传力件3与塔架1连接位置不变的情况下，传力件3与塔架1的轴线之间的夹角α、L′越大，作用于塔架1的基础2上的弯矩越小，通过合理的确定传力件3的受力及α、L′，避免将基础2的尺寸设置过大，使得塔架1和基础2可以支撑更大容量的风力发电机，同时降低塔架1和基础2的成本，降低运输和安装难度，保证风力发电机组的经济性。

如图2所示，支撑部4和传力件3均为三个，以塔架1在地面上的投影为参考圆，至少其中一个传力件3与其他的传力件3在地面上的投影位于参考圆的任意不同半圆的一侧。

具体地，传力件3在地面上的投影位于不同半圆的一侧，意味着，其中一个传力件3的整体与其他的传力件3的整体位于不同半圆的一侧，使得传力件3在塔架1的周向上均能传力，降低塔架1与基础2的连接处的弯矩，使基础2和塔架1的受力更合理，提高整体结构的稳定性。当然，在其他可替代的实施例中，支撑部4和传力件3的数量也可以均设置为三个以上。更多的支撑部4和传力件3能够更多的降低塔架1与基础2的连接处的弯矩。

如图1所示，各个支撑部4均位于同一平面上，该平面垂直于塔架1的高度方向；任意两个相邻的支撑部4的轴线之间的夹角均相等，任意两个传力件3的轴线之间的夹角均相等。

具体地，通过将支撑部4和传力件3均沿基础2和塔架1的周向均匀分布，使得各传力件3和支撑部4承受的载荷更均匀，同时，基础2各方向上的载荷也更均匀，避免单个传力件3、支撑部4或者基础2的某个方向上承受较大载荷，传力件3、支撑部4和基础2不容易损坏。

如图1所示，支撑部4包括与基础2连接的近端41以及与近端41相对的远端42，传力件3与支撑部4连接的一端连接在远端42。该结构增大了传力件3与塔架1的轴线之间的夹角，降低塔架1底部及作用于基础2上的弯矩，进一步提高整体结构的稳定性。

具体地，在本实施例中，远端42固定在地面上。传力件3的受力可以通过远端42传递到地面抵消，从而降低支撑部4传递到基础2的弯矩，使得基础2可以承受更大的载荷。

如图1和图2所示，塔架组件包括固定在塔架1上的固定件5，固定件5具有连接部(图中未示出)，传力件3与塔架1连接的一端连接在连接部上。传力件3通过固定件5进行转接，降低安装难度，便于安装传力件3。当然，在其他可替代的实施例中，传力件3也可以直接连接在塔架1上。

具体地，在本实施例中，固定件5呈环形，固定件5套设在塔架1上。该结构可以增大固定件5与塔架1的接触面积，使得固定件5和塔架1更好地受力，减少应力集中。当然，在其他可替代的实施例中，固定件5也可以是其他形状，通过其他的连接形式，例如焊接等固定在塔架1上。

如图1和图2所示，从远离基础的方向A塔架1依次包括支撑段12和应力集中段11，应力集中段11的直径大于支撑段12的直径，传力件3连接在应力集中段11。

具体地，固定件5固定在应力集中段11处，以应力集中段11为分界线，塔架1的上部和下部均为锥形结构，由于采用传力件3，降低了塔架1下部的弯矩，塔架1的下部可以设置为倒锥形结构，塔架1的下部直径减小，进而减小塔架1整体的重量，降低基础2承受的载荷，进而使得相同的塔架1和基础2可以支撑更大容量的风力发电机。当然，在其他可替代的实施例中，固定件5也可以设置在塔架1上的其他位置。

具体地，在本实施例中，传力件3为斜拉索，斜拉索成本较低，方便安装；当然，在其他可替代的实施例中，传力件3也可以采用支撑杆，支撑杆既能受压也能受拉。

如图1和图2所示，固定件5与地面的高度小于叶片6的叶尖与地面的最小高度。

具体地，如图2所示，对于上风向的发电机组，风力发电机的叶片6通常要进行预弯，风力发电机在工作时，叶片6受力后会变形并靠近塔架1，使得塔尖更靠近地面，叶片6的叶尖的最小高度为叶片工作时叶尖转动至最低点时的高度，其高度为H，固定件5的高度为h，其中，h小于H，通过将叶片6的叶尖与地面的最小高度高于固定件5与地面的高度，避免了叶片6在变形后，叶尖与传力件3发生干涉，保证风力发电机组的正常运转。

具体地，在本实施例中，支撑部4采用支撑杆，支撑杆上设置有固定点，固定点用于与传力件3连接；其中，本实施例的周侧和周向均为相对于竖直方向(塔架1的轴向)，本实施例的塔架1结构和风力发电机组也可以设置在海上。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种塔架组件，其包括塔架和基础，其特征在于，还包括传力件，所述塔架安装在所述基础上，所述传力件的一端与塔架连接，所述塔架组件还包括支撑部，所述支撑部一端连接至所述基础，并设置在所述基础的周侧，所述传力件的另一端与所述支撑部连接。

2.如权利要求1所述的塔架组件，其特征在于，所述支撑部和所述传力件均为至少三个，以所述塔架在地面上的投影为参考圆，至少其中一个所述传力件与其他的所述传力件在地面上的投影不位于所述参考圆的任意半圆的一侧。

3.如权利要求2所述的塔架组件，其特征在于，各个支撑部均位于同一平面上，该平面垂直于所述塔架的高度方向；任意两个相邻的所述支撑部的轴线之间的夹角均相等，任意两个所述传力件的轴线之间的夹角均相等。

4.如权利要求1所述的塔架组件，其特征在于，所述支撑部包括与所述基础连接的近端以及与所述近端相对的远端，所述传力件与所述支撑部连接的一端连接在所述远端。

5.如权利要求4所述的塔架组件，其特征在于，所述远端用于与地面连接。

6.如权利要求1所述的塔架组件，其特征在于，从远离所述基础的方向所述塔架依次包括支撑段和应力集中段，所述应力集中段的直径大于所述支撑段的直径，所述传力件连接在所述应力集中段。

7.如权利要求6所述的塔架组件，其特征在于，所述塔架组件包括固定在所述塔架上的固定件，所述固定件固定在所述应力集中段处，所述固定件具有连接部，所述传力件与塔架连接的一端连接在所述连接部上。

8.如权利要求7所述的塔架组件，其特征在于，所述固定件呈环形，所述固定件套设在所述塔架上。

9.如权利要求1所述的塔架组件，其特征在于，所述传力件为斜拉索或者支撑杆。

10.一种风力发电机组，其特征在于，其包括如权利要求7-8任一项所述

的塔架组件，所述风力发电机组还包括叶片，所述叶片安装在所述塔架上，

所述固定件与地面的高度小于所述叶片的叶尖与地面的最小高度。