[发明专利]一种具有模块化桁架增强的风电塔筒

说明书

一种具有模块化桁架增强的风电塔筒，由上部的常规塔筒及下部的多级模块化桁架增强塔筒组成，每一级模块包括内筒以及至少三组纵向桁架，多组纵向桁架与内筒的中心轴线成对称布置，每组纵向桁架的内侧与内筒的外壁固定联接，各组纵向桁架的外侧之间通过桁架环向拉杆联接，最上一级模块的内筒与上部的常规塔筒固定联接；最下一级模块的桁架的下部固定在地基上；采用所提供的结构可以在现有塔筒的基础上进行桁架增强的改造，从而大幅度增加塔筒高度，有利于接受更多风能；所提供的模块化桁架增强风电塔筒具有结构简单、受力合理、刚度增强、建造方便、成本低廉的特点，适用于大中型风机塔筒的增高与增强。

技术领域

本发明涉及大型风力发电机塔筒结构，属于风力发电设备领域。

背景技术

风能资源在世界范围内非常丰富，几乎所有的地区和国家都有可观的风能储量。近年石油危机频发，世界各国的石油储量、煤储量都将在数百年内耗竭，因此，中国、美国、英国、西班牙等国家都逐渐将注意力转移到新能源的开发与利用当中。风能作为可再生能源的重要组成部分之一，在引起研究者广泛关注的同时，也得到了各国政府的大力支持。

从上世纪70年代到现代，世界风电取得了惊人的发展。1996年的世界风电总发电量仅为12.2TWh；十年后，2008年全世界风电发电量即达到约219TWh，占当年世界总发电量20261TWh的1.1％，在三年之间，全世界风电的发电量达到了的460TWh(2011年)，占当年世界发电总量22018TWh的2.1％。

上世纪90年代初，德国设计制造的200kW的风机大规模投产，这种风机的风轮直径为25m，塔架高度30m。2011年3月，维斯塔斯(Vestas)发布了风轮直径达到164m的7MW海上风机。三菱电力系统欧洲(MPSE)则发布了风轮直径165m的7MW海上风力发电机组，西门子、阿尔斯通、Nordex也在2011年推出6MW的大型风力发电机组，叶片的大型化能够显著提升风力发电机的单机装机容量，显著提升风场中风能的利用效率；加长叶片可以增大叶轮扫风面积，但必然带来叶片设计和制造上的难度，在材料的强度、刚度等方面会提出很高的要求，对结构的安全性、经济性带来极大的挑战。从风能公式E＝0.5ρV³AC_p来看，除增加叶片的长度(即增大叶轮扫风面积A)外，提高来流风速V也可以更有效地增加所获得的风能，由于风能正比于来流风速的三次方，提高来流风速所获得的效益会更大。目前3MW的风机的塔筒高度可以达到80m、90m或105m，塔筒的高度每增高10m，来流风速可以提高3％～5％左右，而单位横截面面积的风能增加量就将提高15％以上，可以看出，增加风机的塔架高度具有以下的好处：一是可以大幅度提高风能的资源利用率；二是超高塔筒风机可以充分利用风场较高高位置的风力资源，在风场中若安装不同高度的风机还可以在一定程度上规避前排风机的尾流干扰；三是超高塔筒风机可以降低对地面环境的影响(如对建筑物、草场、农作物)。当然，增加风机塔架的高度必然对塔架的强度及刚度提出更高的要求，若塔架为塔筒型，也就是要大幅度增加塔筒的尺寸，带来大尺寸塔筒制造上的难度，并大幅度增加塔筒的重量。风力发电机所处的位置愈高，所利用的风资源就愈多，由于风能正比于来流风速的三次方，提高来流风速所获得的效益将会更大，这就需要采用超高塔架或塔筒；如何解决超高塔筒的刚度及强度问题，以及由此带来的制造、安装及塔筒重量等问题，对超高塔筒的发展提出了严峻的挑战。

发明内容

本发明针对超高塔筒中的刚度、强度以及制造安装问题，提出一种具有模块化桁架增强的风电塔筒，使其具有结构简单、受力合理、刚度增强、建造方便、成本低廉的特点，以适用于大中型风机塔筒的增高与增强。

本发明的技术方案如下：