一種具有模塊化桁架增強(qiáng)的風(fēng)電塔筒的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒結(jié)構(gòu)，屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能資源在世界范圍內(nèi)非常豐富，幾乎所有的地區(qū)和國(guó)家都有可觀的風(fēng)能儲(chǔ)量。近年石油危機(jī)頻發(fā)，世界各國(guó)的石油儲(chǔ)量、煤儲(chǔ)量都將在數(shù)百年內(nèi)耗竭，因此，中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、西班牙等國(guó)家都逐漸將注意力轉(zhuǎn)移到新能源的開(kāi)發(fā)與利用當(dāng)中。風(fēng)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(shí)，也得到了各國(guó)政府的大力支持。
[0003]從上世紀(jì)70年代到現(xiàn)代，世界風(fēng)電取得了驚人的發(fā)展。1996年的世界風(fēng)電總發(fā)電量?jī)H為12.2TWh;十年后，2008年全世界風(fēng)電發(fā)電量即達(dá)到約219TWh，占當(dāng)年世界總發(fā)電量20261TWh的1.1%，在三年之間，全世界風(fēng)電的發(fā)電量達(dá)到了的460TWh(2011年)，占當(dāng)年世界發(fā)電總量22018TWh的2.1 %。
[0004]上世紀(jì)90年代初，德國(guó)設(shè)計(jì)制造的200kW的風(fēng)機(jī)大規(guī)模投產(chǎn)，這種風(fēng)機(jī)的風(fēng)輪直徑為25m，塔架高度30111。2011年3月，維斯塔斯(Vestas)發(fā)布了風(fēng)輪直徑達(dá)到164m的7MW海上風(fēng)機(jī)。三菱電力系統(tǒng)歐洲(MPSE)則發(fā)布了風(fēng)輪直徑165m的7麗海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，西門(mén)子、阿爾斯通、Nordex也在2011年推出6MW的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，葉片的大型化能夠顯著提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)裝機(jī)容量，顯著提升風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)能的利用效率;加長(zhǎng)葉片可以增大葉輪掃風(fēng)面積，但必然帶來(lái)葉片設(shè)計(jì)和制造上的難度，在材料的強(qiáng)度、剛度等方面會(huì)提出很高的要求，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。從風(fēng)能公式E = 0.5pV3ACp來(lái)看，除增加葉片的長(zhǎng)度(即增大葉輪掃風(fēng)面積A)外，提高來(lái)流風(fēng)速V也可以更有效地增加所獲得的風(fēng)能，由于風(fēng)能正比于來(lái)流風(fēng)速的三次方，提高來(lái)流風(fēng)速所獲得的效益會(huì)更大。目前3MW的風(fēng)機(jī)的塔筒高度可以達(dá)到80m、90m或105m，塔筒的高度每增高10m，來(lái)流風(fēng)速可以提高3%?5%左右，而單位橫截面面積的風(fēng)能增加量就將提高15%以上，可以看出，增加風(fēng)機(jī)的塔架高度具有以下的好處:一是可以大幅度提高風(fēng)能的資源利用率;二是超高塔筒風(fēng)機(jī)可以充分利用風(fēng)場(chǎng)較高高位置的風(fēng)力資源，在風(fēng)場(chǎng)中若安裝不同高度的風(fēng)機(jī)還可以在一定程度上規(guī)避前排風(fēng)機(jī)的尾流干擾;三是超高塔筒風(fēng)機(jī)可以降低對(duì)地面環(huán)境的影響(如對(duì)建筑物、草場(chǎng)、農(nóng)作物)。當(dāng)然，增加風(fēng)機(jī)塔架的高度必然對(duì)塔架的強(qiáng)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(lái)大尺寸塔筒制造上的難度，并大幅度增加塔筒的重量。風(fēng)力發(fā)電機(jī)所處的位置愈高，所利用的風(fēng)資源就愈多，由于風(fēng)能正比于來(lái)流風(fēng)速的三次方，提高來(lái)流風(fēng)速所獲得的效益將會(huì)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(qiáng)度問(wèn)題，以及由此帶來(lái)的制造、安裝及塔筒重量等問(wèn)題，對(duì)超高塔筒的發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)超高塔筒中的剛度、強(qiáng)度以及制造安裝問(wèn)題，提出一種具有模塊化桁架增強(qiáng)的風(fēng)電塔筒，使其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力合理、剛度增強(qiáng)、建造方便、成本低廉的特點(diǎn)，以適用于大中型風(fēng)機(jī)塔筒的增高與增強(qiáng)。
[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(qiáng)的風(fēng)電塔筒，其特征在于:該風(fēng)電塔筒由上部的常規(guī)塔筒及下部的桁架增強(qiáng)塔筒組成;桁架增強(qiáng)塔筒為模塊化結(jié)構(gòu)，模塊化結(jié)構(gòu)至少包括一級(jí)模塊;每一級(jí)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(duì)稱布置;每組縱向桁架的內(nèi)側(cè)與內(nèi)筒的外壁通過(guò)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(guò)桁架環(huán)向拉桿聯(lián)接;相鄰各級(jí)模塊中的內(nèi)筒相互之間固定聯(lián)接，相鄰各級(jí)模塊中的桁架相互之間固定聯(lián)接;最上一級(jí)模塊的內(nèi)筒與上部的常規(guī)塔筒固定聯(lián)接;最下一級(jí)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(jí)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(guò)多根連接桿進(jìn)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(guò)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(diǎn)及突出效果:①對(duì)于模塊化的增強(qiáng)塔筒，由于桁架增強(qiáng)的作用，可以大幅度提高塔筒的抗彎剛度，②增強(qiáng)塔筒的內(nèi)筒可以采用較小尺寸的內(nèi)筒，使得整個(gè)塔筒具有較低的重量，③采用模塊化的增強(qiáng)塔筒，可以通過(guò)拼裝的方式簡(jiǎn)便地安裝出較高的塔架，使得制造及安裝較為簡(jiǎn)便。本發(fā)明所述的一種具有模塊化桁架增強(qiáng)的風(fēng)電塔筒具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力合理、制造簡(jiǎn)易等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明提供的一種具有模塊化桁架增強(qiáng)的風(fēng)電塔筒示意圖。
[0012]圖2為下部的桁架增強(qiáng)塔筒示意圖。
[0013]圖3為桁架增強(qiáng)塔筒的模塊化結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4為桁架增強(qiáng)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(fēng)機(jī)機(jī)艙;4_桁架增強(qiáng)塔筒;4a_第一級(jí)模塊;4b-第二級(jí)模塊;4c-第三級(jí)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(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0017]圖1為本發(fā)明提供的一種具有模塊化桁架增強(qiáng)的風(fēng)電塔筒示意圖?？梢詫L(fēng)機(jī)的整個(gè)塔筒分為兩大部分，即:常規(guī)塔筒I以及桁架增強(qiáng)塔筒4;常規(guī)塔筒采用已有技術(shù)進(jìn)行制造和拼裝。而對(duì)于桁架增強(qiáng)塔筒，首先參照?qǐng)D3進(jìn)行桁架增強(qiáng)模塊的制造，圖4為桁架增強(qiáng)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(jí)模塊組成;每一級(jí)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(duì)稱布置;每組縱向桁架的內(nèi)側(cè)與內(nèi)筒Ia的外壁通過(guò)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(guò)桁架環(huán)向拉桿9聯(lián)接;然后，將相鄰各級(jí)模塊中的內(nèi)筒相互之間固定聯(lián)接，相鄰各級(jí)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(jí)模塊的桁架增強(qiáng)塔筒，如圖2所示。在風(fēng)機(jī)的安裝現(xiàn)場(chǎng)，首先安裝多級(jí)模塊的桁架增強(qiáng)塔筒4，其最下一級(jí)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(qiáng)塔筒4之上，并使得兩部分的內(nèi)筒進(jìn)行固定連接。
[0018]為增強(qiáng)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(guò)多根連接桿13進(jìn)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(guò)雙排桁架之間斜拉桿12聯(lián)接。
[0019]可以看出:對(duì)于模塊化的增強(qiáng)塔筒，由于桁架增強(qiáng)的作用，可以大幅度提高塔筒的抗彎剛度;在有桁架增強(qiáng)的情況下，還可以采用較小尺寸的內(nèi)筒，大大減低整個(gè)塔筒的重量;采用模塊化的增強(qiáng)塔筒，可以通過(guò)拼裝的方式來(lái)簡(jiǎn)便地安裝出較高的塔架，使得制造及安裝較為簡(jiǎn)便。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有模塊化桁架增強(qiáng)的風(fēng)電塔筒，其特征在于:該風(fēng)電塔筒由上部的常規(guī)塔筒(I)及下部的桁架增強(qiáng)塔筒(4)組成;所述桁架增強(qiáng)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(jí)模塊;每一級(jí)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(duì)稱布置;每組縱向桁架的內(nèi)側(cè)與內(nèi)筒(Ia)的外壁通過(guò)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(guò)桁架環(huán)向拉桿(9)聯(lián)接;相鄰各級(jí)模塊中的內(nèi)筒相互之間固定聯(lián)接，相鄰各級(jí)模塊中的縱向桁架之間固定聯(lián)接;最上一級(jí)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(jí)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(qiáng)的風(fēng)電塔筒，其特征在于:每一級(jí)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(qiáng)的風(fēng)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(qiáng)的風(fēng)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(guò)多根連接桿(13)進(jìn)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(guò)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(qiáng)的風(fēng)電塔筒，由上部的常規(guī)塔筒及下部的多級(jí)模塊化桁架增強(qiáng)塔筒組成，每一級(jí)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(duì)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(guò)桁架環(huán)向拉桿聯(lián)接，最上一級(jí)模塊的內(nèi)筒與上部的常規(guī)塔筒固定聯(lián)接；最下一級(jí)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(jìn)行桁架增強(qiáng)的改造，從而大幅度增加塔筒高度，有利于接受更多風(fēng)能；所提供的模塊化桁架增強(qiáng)風(fēng)電塔筒具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力合理、剛度增強(qiáng)、建造方便、成本低廉的特點(diǎn)，適用于大中型風(fēng)機(jī)塔筒的增高與增強(qiáng)。
【IPC分類(lèi)】F03D13/20
【公開(kāi)號(hào)】CN105545608
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510917767
【發(fā)明人】曾攀, 竇秉政, 雷麗萍
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月10日