一種具有模塊化桁架增強的風電塔筒的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大型風力發(fā)電機塔筒結(jié)構(gòu)，屬于風力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]風能資源在世界范圍內(nèi)非常豐富，幾乎所有的地區(qū)和國家都有可觀的風能儲量。近年石油危機頻發(fā)，世界各國的石油儲量、煤儲量都將在數(shù)百年內(nèi)耗竭，因此，中國、美國、英國、西班牙等國家都逐漸將注意力轉(zhuǎn)移到新能源的開發(fā)與利用當中。風能作為可再生能源的重要組成部分之一，在引起研究者廣泛關(guān)注的同時，也得到了各國政府的大力支持。
[0003]從上世紀70年代到現(xiàn)代，世界風電取得了驚人的發(fā)展。1996年的世界風電總發(fā)電量僅為12.2TWh;十年后，2008年全世界風電發(fā)電量即達到約219TWh，占當年世界總發(fā)電量20261TWh的1.1%，在三年之間，全世界風電的發(fā)電量達到了的460TWh(2011年)，占當年世界發(fā)電總量22018TWh的2.1 %。
[0004]上世紀90年代初，德國設(shè)計制造的200kW的風機大規(guī)模投產(chǎn)，這種風機的風輪直徑為25m，塔架高度30111。2011年3月，維斯塔斯(Vestas)發(fā)布了風輪直徑達到164m的7MW海上風機。三菱電力系統(tǒng)歐洲(MPSE)則發(fā)布了風輪直徑165m的7麗海上風力發(fā)電機組，西門子、阿爾斯通、Nordex也在2011年推出6MW的大型風力發(fā)電機組，葉片的大型化能夠顯著提升風力發(fā)電機的單機裝機容量，顯著提升風場中風能的利用效率;加長葉片可以增大葉輪掃風面積，但必然帶來葉片設(shè)計和制造上的難度，在材料的強度、剛度等方面會提出很高的要求，對結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟性帶來極大的挑戰(zhàn)。從風能公式E = 0.5pV3ACp來看，除增加葉片的長度(即增大葉輪掃風面積A)外，提高來流風速V也可以更有效地增加所獲得的風能，由于風能正比于來流風速的三次方，提高來流風速所獲得的效益會更大。目前3MW的風機的塔筒高度可以達到80m、90m或105m，塔筒的高度每增高10m，來流風速可以提高3%?5%左右，而單位橫截面面積的風能增加量就將提高15%以上，可以看出，增加風機的塔架高度具有以下的好處:一是可以大幅度提高風能的資源利用率;二是超高塔筒風機可以充分利用風場較高高位置的風力資源，在風場中若安裝不同高度的風機還可以在一定程度上規(guī)避前排風機的尾流干擾;三是超高塔筒風機可以降低對地面環(huán)境的影響(如對建筑物、草場、農(nóng)作物)。當然，增加風機塔架的高度必然對塔架的強度及剛度提出更高的要求，若塔架為塔筒型，也就是要大幅度增加塔筒的尺寸，帶來大尺寸塔筒制造上的難度，并大幅度增加塔筒的重量。風力發(fā)電機所處的位置愈高，所利用的風資源就愈多，由于風能正比于來流風速的三次方，提高來流風速所獲得的效益將會更大，這就需要采用超高塔架或塔筒;如何解決超高塔筒的剛度及強度問題，以及由此帶來的制造、安裝及塔筒重量等問題，對超高塔筒的發(fā)展提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對超高塔筒中的剛度、強度以及制造安裝問題，提出一種具有模塊化桁架增強的風電塔筒，使其具有結(jié)構(gòu)簡單、受力合理、剛度增強、建造方便、成本低廉的特點，以適用于大中型風機塔筒的增高與增強。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種具有模塊化桁架增強的風電塔筒，其特征在于:該風電塔筒由上部的常規(guī)塔筒及下部的桁架增強塔筒組成;桁架增強塔筒為模塊化結(jié)構(gòu)，模塊化結(jié)構(gòu)至少包括一級模塊;每一級模塊包括內(nèi)筒以及至少三組縱向桁架；多組縱向桁架與內(nèi)筒的中心軸線成對稱布置;每組縱向桁架的內(nèi)側(cè)與內(nèi)筒的外壁通過固定連接裝置固定聯(lián)接，各組縱向桁架的外側(cè)之間通過桁架環(huán)向拉桿聯(lián)接;相鄰各級模塊中的內(nèi)筒相互之間固定聯(lián)接，相鄰各級模塊中的桁架相互之間固定聯(lián)接;最上一級模塊的內(nèi)筒與上部的常規(guī)塔筒固定聯(lián)接;最下一級模塊的桁架的下部固定在地基上。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)特征還在于:每一級模塊包括內(nèi)筒和三組縱向桁架;每組縱向桁架采用雙排縱向桁架。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)特征還在于:雙排縱向桁架由第一排桁架及第二排桁架平行組成，兩排之間通過多根連接桿進行聯(lián)接，第一排桁架中的縱向斜拉桿與第二排桁架中的縱向斜拉桿的布置成交叉狀結(jié)構(gòu);兩排縱向桁架通過雙排桁架之間斜拉桿聯(lián)接。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下特點及突出效果:①對于模塊化的增強塔筒，由于桁架增強的作用，可以大幅度提高塔筒的抗彎剛度，②增強塔筒的內(nèi)筒可以采用較小尺寸的內(nèi)筒，使得整個塔筒具有較低的重量，③采用模塊化的增強塔筒，可以通過拼裝的方式簡便地安裝出較高的塔架，使得制造及安裝較為簡便。本發(fā)明所述的一種具有模塊化桁架增強的風電塔筒具有結(jié)構(gòu)簡單、受力合理、制造簡易等特點。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明提供的一種具有模塊化桁架增強的風電塔筒示意圖。
[0012]圖2為下部的桁架增強塔筒示意圖。
[0013]圖3為桁架增強塔筒的模塊化結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4為桁架增強塔筒的模塊化結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0015]圖中:！-常規(guī)塔筒；Ia-內(nèi)筒;2-葉輪;3_風機機艙;4_桁架增強塔筒;4a_第一級模塊;4b-第二級模塊;4c-第三級模塊;5-第一組雙排縱向桁架;6-第二組雙排縱向桁架;7-第三組雙排縱向桁架;8-固定連接裝置;9-桁架環(huán)向拉桿；10-第一排桁架；11-第二排桁架；12-雙排桁架之間斜拉桿；13-連接桿；14-第一排桁架中的縱向斜拉桿;15-第二排桁架中的縱向斜拉桿。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及【具體實施方式】作進一步的說明:
[0017]圖1為本發(fā)明提供的一種具有模塊化桁架增強的風電塔筒示意圖。可以將風機的整個塔筒分為兩大部分，即:常規(guī)塔筒I以及桁架增強塔筒4;常規(guī)塔筒采用已有技術(shù)進行制造和拼裝。而對于桁架增強塔筒，首先參照圖3進行桁架增強模塊的制造，圖4為桁架增強塔筒的模塊化結(jié)構(gòu)俯視圖，模塊化結(jié)構(gòu)至少包括一級模塊組成;每一級模塊包括內(nèi)筒Ia以及至少三組縱向桁架，優(yōu)選為三組縱向桁架;多組縱向桁架與內(nèi)筒的中心軸線成對稱布置;每組縱向桁架的內(nèi)側(cè)與內(nèi)筒Ia的外壁通過固定連接裝置8固定聯(lián)接，各組縱向桁架的外側(cè)之間通過桁架環(huán)向拉桿9聯(lián)接;然后，將相鄰各級模塊中的內(nèi)筒相互之間固定聯(lián)接，相鄰各級模塊中的桁架相互之間固定聯(lián)接，這樣就可以組裝出具有多級模塊的桁架增強塔筒，如圖2所示。在風機的安裝現(xiàn)場，首先安裝多級模塊的桁架增強塔筒4，其最下一級模塊的桁架的下部固定在地基上;然后，吊裝常規(guī)塔筒I，安裝在桁架增強塔筒4之上，并使得兩部分的內(nèi)筒進行固定連接。
[0018]為增強下部桁架塔架的剛度，每組縱向桁架還可以采用雙排縱向桁架，雙排縱向桁架由平行布置的第一排桁架10及第二排桁架11組成，兩排之間通過多根連接桿13進行聯(lián)接，第一排桁架中的縱向斜拉桿14與第二排桁架中的縱向斜拉桿15的布置成交叉狀結(jié)構(gòu)；兩排縱向桁架通過雙排桁架之間斜拉桿12聯(lián)接。
[0019]可以看出:對于模塊化的增強塔筒，由于桁架增強的作用，可以大幅度提高塔筒的抗彎剛度;在有桁架增強的情況下，還可以采用較小尺寸的內(nèi)筒，大大減低整個塔筒的重量;采用模塊化的增強塔筒，可以通過拼裝的方式來簡便地安裝出較高的塔架，使得制造及安裝較為簡便。
【主權(quán)項】
1.一種具有模塊化桁架增強的風電塔筒，其特征在于:該風電塔筒由上部的常規(guī)塔筒(I)及下部的桁架增強塔筒(4)組成;所述桁架增強塔筒(4)為模塊化結(jié)構(gòu)，該模塊化結(jié)構(gòu)至少包括一級模塊;每一級模塊包括內(nèi)筒(Ia)以及至少三組縱向桁架;多組縱向桁架與內(nèi)筒的中心軸線成對稱布置;每組縱向桁架的內(nèi)側(cè)與內(nèi)筒(Ia)的外壁通過固定連接裝置(8)固定聯(lián)接，各組縱向桁架的外側(cè)之間通過桁架環(huán)向拉桿(9)聯(lián)接;相鄰各級模塊中的內(nèi)筒相互之間固定聯(lián)接，相鄰各級模塊中的縱向桁架之間固定聯(lián)接;最上一級模塊的內(nèi)筒與上部的常規(guī)塔筒(I)固定聯(lián)接;最下一級模塊的桁架的下部固定在地基上。2.如權(quán)利要求1所述的一種具有模塊化桁架增強的風電塔筒，其特征在于:每一級模塊包括內(nèi)筒(Ia)和三組縱向桁架。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種具有模塊化桁架增強的風電塔筒，其特征在于:每組縱向桁架采用雙排縱向桁架。4.如權(quán)利要求3所述的一種具有模塊化桁架增強的風電塔筒，其特征在于:雙排縱向桁架由第一排桁架(10)及第二排桁架(11)平行組成，兩排之間通過多根連接桿(13)進行聯(lián)接，第一排桁架中的縱向斜拉桿(14)與第二排桁架中的縱向斜拉桿(15)的布置成交叉狀結(jié)構(gòu);兩排縱向桁架通過雙排桁架之間斜拉桿(12)聯(lián)接。
【專利摘要】一種具有模塊化桁架增強的風電塔筒，由上部的常規(guī)塔筒及下部的多級模塊化桁架增強塔筒組成，每一級模塊包括內(nèi)筒以及至少三組縱向桁架，多組縱向桁架與內(nèi)筒的中心軸線成對稱布置，每組縱向桁架的內(nèi)側(cè)與內(nèi)筒的外壁固定聯(lián)接，各組縱向桁架的外側(cè)之間通過桁架環(huán)向拉桿聯(lián)接，最上一級模塊的內(nèi)筒與上部的常規(guī)塔筒固定聯(lián)接；最下一級模塊的桁架的下部固定在地基上；采用所提供的結(jié)構(gòu)可以在現(xiàn)有塔筒的基礎(chǔ)上進行桁架增強的改造，從而大幅度增加塔筒高度，有利于接受更多風能；所提供的模塊化桁架增強風電塔筒具有結(jié)構(gòu)簡單、受力合理、剛度增強、建造方便、成本低廉的特點，適用于大中型風機塔筒的增高與增強。
【IPC分類】F03D13/20
【公開號】CN105545608
【申請?zhí)枴緾N201510917767
【發(fā)明人】曾攀, 竇秉政, 雷麗萍
【申請人】清華大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月10日