风力发电机组的涡激振动防护装置及风力发电机组的制作方法

本实用新型涉及风力发电设备领域，尤其涉及一种风力发电机组的涡激振动防护装置及风力发电机组。

背景技术：

随着风电产业的发展，单台风力发电机组的功率越来越大，所使用的塔筒也越来越高。相应地，塔筒柔性增大，低阶自然频率降低。这使得在现场吊装时，塔筒发生涡激振动的风险增大。一旦塔筒发生涡激振动，由于振动是自激振动，异常振动会持续很长时间，最多可达十几个小时。这会造成机舱长时间无法安装，同时涡激振动对塔筒及其连接紧固件产生不同程度的疲劳损伤，严重威胁到塔筒的寿命。

理论上，抑制塔筒这种圆形截面高耸结构的涡激振动的方式有：增加塔筒结构刚度或改变塔筒表面气流的流动情况。

增加塔筒的结构刚度通常可以通过增加截面直径、增加筒壁厚度、增加拉索装置(如在塔筒顶部和地面之间安装钢丝绳并进行预紧)等来实现。对于前两者，工程的经济性降低，会提高生产和运输成本。对于后者，受限于机组位置，工程实施很困难。实际工程中常通过在塔筒表面螺旋状固定扰流物，抑制塔筒背风面的气流漩涡的周期性脱落，进而抑制塔筒的涡激振动。

其中一种在塔筒上设置扰流物的方案是，在塔筒外表面沿轴向设置螺旋状立板结构，这种立板采用焊接或粘接或螺钉连接的形式固定在塔筒上。虽然理论上，这种结构可以有效地抑制涡激振动。但其存在不足：如加工性很差、螺旋立板的制作和固定工艺极其复杂。如果采用焊接的连接形式，增加的焊缝会对塔筒本身造成损害。如果每台机组的塔筒都装有这种螺旋状涡激振动抑制结构，整个项目的成本会增加不少。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种风力发电机组的涡激振动防护装置及风力发电机组，以解决塔筒容易产生涡激振动的问题。

为达到上述目的，本实用新型的实施例提供一种风力发电机组的涡激振动防护装置，涡激振动防护装置包括螺旋缠绕在至少一个塔筒段上的柔性连接件和设置在柔性连接件上的扰流件，扰流件包括多个扰流块，各扰流块沿柔性连接件的长度方向依次设置。

进一步地，柔性连接件包括连接绳。

进一步地，扰流块的中部设置有安装通孔，柔性连接件从安装通孔穿过扰流块，扰流块上还设置有多个减重孔，减重孔沿安装通孔的周向设置。

进一步地，扰流块包括第一端板、第二端板和连接杆，连接杆连接第一端板和第二端板，连接杆的中部设置有安装通孔，柔性连接件从安装通孔穿过扰流块，连接杆的外周间隔设置有多个扰流筋。

进一步地，扰流件的截面形状为正多边形。

根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，其包括塔筒，塔筒包括螺旋缠绕有上述涡激振动防护装置的防振塔筒段。

进一步地，塔筒包括多个防振塔筒段，各防振塔筒段依次连接时，各防振塔筒段上的涡激振动防护装置的柔性连接件依次连接。

进一步地，各涡激振动防护装置的柔性连接件的至少一端设置有连接扣，相应的防振塔筒段的连接法兰上设置有固定件，柔性连接件通过连接扣与固定件连接。

进一步地，固定件包括：固定板，固定板上设置有固定孔；安装板，安装板固定设置在固定板上，且与固定板之间具有夹角；安装吊耳，安装吊耳固定设置在安装板上，且设置有与连接扣配合的安装孔。

本实用新型的实施例的风力发电机组通过设置涡激振动防护装置可以防止塔筒产生涡激振动。柔性连接件可以将扰流件固定在塔筒上，且不破坏塔筒的结构，确保塔筒的结构强度，便于施工。

附图说明

图1为本实用新型的实施例的风力发电机组的塔筒段与涡激振动防护装置配合的立体结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为本实用新型的实施例的风力发电机组的涡激振动防护装置的第一种扰流块的立体结构示意图；

图4为本实用新型的实施例的风力发电机组的涡激振动防护装置的第一种扰流块的剖视图

图5为本实用新型的实施例的风力发电机组的涡激振动防护装置的第二种扰流块的立体结构示意图；

图6为本实用新型的实施例的风力发电机组的涡激振动防护装置的第二种扰流块的剖视图；

图7为本实用新型的实施例的风力发电机组的涡激振动防护装置的第三种扰流块的立体结构示意图；

图8为本实用新型的实施例的风力发电机组的涡激振动防护装置的第三种扰流块的侧视图；

图9为本实用新型的实施例的风力发电机组的涡激振动防护装置的第四种扰流块的立体结构示意图；

图10为本实用新型的实施例的风力发电机组的涡激振动防护装置的第四种扰流块的侧视图；

图11为本实用新型的实施例的风力发电机组的固定件的俯视图；

图12为本实用新型的实施例的风力发电机组的固定件的立体图；

图13为本实用新型的实施例的风力发电机组的固定件的主视图；

图14为本实用新型的实施例的风力发电机组的两个塔筒段的配合处的局部放大图；

图15为图14中B处放大图。

附图标记说明：

11、防振塔筒段；111、连接法兰；2、涡激振动防护装置；21、柔性连接件；22、扰流块；221、安装通孔；222、减重孔；223、第一端板；224、第二端板；225、扰流筋；226、连接杆；23、连接扣；3、固定件；31、固定板；32、安装板；33、固定孔；34、安装吊耳；341、安装孔；35、加强筋；4、绳索。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例的风力发电机组的涡激振动防护装置及风力发电机组进行详细描述。

在本实施例中，涡激振动防护装置应用于对风力发电机组的塔筒的防护，防止其产生涡激振动。尤其是，应用于在风力发电机组吊装时对塔筒的临时防护。当然，在其他实施例中，该涡激振动防护装置还可以应用在对塔筒的日常防护中，或其他需要进行涡激振动防护的环境中。

如图1和图2所示，风力发电机组的涡激振动防护装置，涡激振动防护装置包括螺旋缠绕在至少一个塔筒段上的柔性连接件21和设置在柔性连接件21上的扰流件，扰流件包括多个扰流块22，各扰流块22沿柔性连接件21的长度方向依次设置。柔性连接件21用于安装和承载扰流件，使扰流件可以可靠地固定在塔筒上。扰流块可以有效地抑制塔筒的背风面的气流漩涡，进而抑制涡激振动，以防止涡激振动对塔筒结构的破坏，提供塔筒的使用寿命和可靠性。

在本实施例中，柔性连接件21包括连接绳。连接绳具有很好的柔性，可以确保适应塔筒的外周面形状，以便能够将扰流件可靠地固定在塔筒上。连接绳可选用钢丝绳、塑料纤维编织绳等绳索类产品。

为了便于柔性连接件21与塔筒固定连接，在柔性连接件21的至少一端设置有连接扣23。连接扣23可以是绳套，也可以是其他便于拆卸和连接的结构，例如卸扣等。

在本实施例中，扰流块22的尺寸较小，更加便于加工和运输，可以减少生产成本。

为了便于将扰流块22安装在柔性连接件21上，扰流块22的中部设置有安装通孔221。柔性连接件21从安装通孔221穿过扰流块22。安装通孔221设置在扰流块22的中部可以使扰流块22的各处的强度和重量均衡。

在本实施例中，扰流件的截面形状为正多边形。即，各扰流块22的横截面形状为正三角形、正四边形或正五边形等。由于柔性连接件21通过安装通孔221穿过其上的多个扰流块22，因此扰流块22能够相对柔性连接件21转动，为了确保将扰流块22固定在塔筒上之后其防止涡激振动的效果，将扰流块22设置为正多边形。同时，这样也可以更加方便快速地将其固定在塔筒上。

如图3和图4所示，本实施例中的第一种扰流块22的横截面形状为正三角形，扰流块22包括第一端板223、第二端板224和连接杆226。连接杆226连接第一端板223和第二端板224。安装通孔221设置在连接杆226的中部(其位于截面中心)，安装通孔221的中心与三角形的中心重合。柔性连接件21从安装通孔221穿过扰流块22。

为了确保扰流效果，连接杆226的外周间隔设置有多个扰流筋225。这样既可以确保扰流效果，防止塔筒产生涡激振动，又可以减轻扰流块22的重量，降低生产成本。

柔性连接件21穿过扰流块22的安装通孔221后通过其两端的端板和轴向的扰流筋的支撑，将扰流块22紧紧贴在塔筒的外表面。扰流块22上的扰流筋225可以对塔筒表面的气流进行干扰，防止涡激振动的产生。

如图5和图6所示，本实施例中的第二种扰流块22除横截面形状为正四边形外，其他结构均与第一种扰流块22相同，在此不再赘述。

如图7和图8所示，本实施例中的第三种扰流块22的横截面形状为正三角形。其安装通孔221设置在三角形的中部，且安装通孔221的中心与三角形的中心重合。

优选地，扰流块22上还设置有多个减重孔222，减重孔222沿安装通孔221的周向间隔设置。这样既可以减轻重量，又能够保证扰流块22的强度均衡。

需要说明的是，减重孔222的数量可以根据扰流块22的形状和结构确定，并不限于图中的3个或4个，也可以为1个、2个或5个等。

如图9和图10所示，本实施例中的第四中扰流块22的横截面形状为正四边形。其上，在安装通孔221的外周均布有4个减重孔222。

对于风力发电机组的塔筒而言，高度越高的塔筒段的直径越小，产生涡激振动的情况越严重，在进行塔筒吊装时产生涡激振动造成的影响越大。

根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括塔筒，塔筒包括多个(两个或两个以上)塔筒段，其中至少一个塔筒段上螺旋缠绕有涡激振动防护装置2，该塔筒段为防振塔筒段11。

如图1和图2所示，为了便于防振塔筒段11与涡激振动防护装置2连接，在涡激振动防护装置2的柔性连接件21的两端均设置有连接扣23。为了能够方便地与柔性连接件21连接，防振塔筒段11的连接法兰111上设置有固定件3，柔性连接件21通过连接扣23与固定件3连接，实现将涡激振动防护装置2固定在塔筒段上的目的。

结合参见图11至图13，具体地，固定件3包括固定板31、安装板32和安装吊耳34。其中，固定板31上设置有固定孔33，其用于供紧固件(如螺栓或螺钉等)穿过，以将固定件3安装在防振塔筒段11的连接法兰111上。优选地，固定孔33有两个，且为斜腰形孔，以便于调节位置，方便安装。

安装板32固定设置在固定板31上，且与固定板31之间具有夹角。安装板32可以通过焊接、铆接等方式与固定板31固定连接，其与固定板31的夹角的范围可以大于0°并小于180°，优选为90°。

优选地，为了提高固定件3的结构强度，确保连接可靠，在安装板32和固定板31之间连接有加强筋35。

安装吊耳34固定设置在安装板32上，且设置有与连接扣23配合的安装孔341。安装吊耳34可以焊接在安装板32上，安装吊耳34为柔性连接件21提供固定点。

结合参见图14和15，在固定件3的安装吊耳34上设置有卸扣，该卸扣用于与柔性连接件21的绳套连接，实现柔性连接件21与防振塔筒段11的连接。

以包括5个塔筒段的塔筒为例，处于下方的两个塔筒段由于壁厚较厚、直径较大且高度较低，因而无需在这两个塔筒段上设置涡激振动防护装置2，仅需在这两个塔筒段上缠绕绳索4即可。

处于上方的三个塔筒段由于高度较高、壁厚较薄且直径较小，因此需要在这三个塔筒段上缠绕涡激振动防护装置2，以便防止涡激振动，确保塔筒可以快速吊装，防止在吊装过程塔筒段产生涡激振动影响吊装进度。

吊装之前，先在需要缠绕涡激振动防护装置2的塔筒段上缠绕好涡激振动防护装置2，使之形成防振塔筒段11。然后依次吊装塔筒段，并且在处于上方的一塔筒段吊装至处于下方的一塔筒段上之后，将两者上缠绕的绳索4或柔性连接件21连接，以方便后续吊装完成后拆除绳索4和涡激振动防护装置2。

吊装时，塔筒包括的多个防振塔筒段11依次连接时，各防振塔筒段11上的涡激振动防护装置2的柔性连接件21依次连接。

通过在塔筒段上预先缠绕足够的圈数的涡激振动防护装置2，再随着塔筒吊装过程中塔筒段的连接将涡激振动防护装置2连接，最后在机舱吊装完毕后，随主吊车将涡激振动防护装置2解下来。这样即实现了吊装过程中的防护，又巧妙地解决了施工难题。而且采用柔性连接件21将扰流块固定在塔筒外壁上，不会对塔筒本身造成损伤，同时易于实施，尤其适用于在塔筒吊装时使用，作为临时性涡激振动防护。

通过在塔筒吊装阶段使用临时性的涡激振动防护装置，可以有效抑制塔筒在吊装阶段可能发生的涡激振动，从而避免塔筒长时间振动造成的机舱无法吊装和振动对塔筒造成的疲劳损伤。

本实用新型的风力发电机组具有如下效果：

通过使用柔性连接件将若干个扰流块螺旋状分段固定在塔筒表面，形成类似螺旋立板式的防护结构，从而可以有效抑制涡激振动的发生。

扰流块可有效可以对塔筒表面的气流进行干扰，同时可做到使用的材料最省。

塔筒吊装前，塔筒段处于水平状态时，对处于上部的若干塔筒段进行防护。防护时，使用连接绳将扰流块螺旋状地缠绕固定在塔筒外表面，连接绳的两端固定在塔筒段的端部法兰的固定位置。塔筒吊装时，吊装塔筒段的下法兰与已安装的塔筒段的顶法兰相距一定距离时，将两个塔筒段对齐后，使用绳索(小段连接绳)将吊装塔筒段的下法兰上的连接绳与已安装塔筒段的顶法兰上的连接绳连接在一起，然后继续塔筒的正常安装。吊装机舱时，同样使用短绳索将主吊钩上的吊带与已安装塔筒段的顶法兰上的连接绳连接在一起，机舱吊具拆卸后，解开缠绕在塔筒上的连接绳，反向旋转，直至连接绳及其上面的扰流块从塔筒表面脱离，最后使用主吊将其吊运到地面。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。