塔架及风力发电机组件的制作方法

本实用新型涉及风电塔架领域，具体涉及一种支撑塔架结构，特别地，涉及一种包括塔架的风力发电机组件。

背景技术：

随着科技的发展，设置塔架进行高空作业或者由塔架支撑设备在高空运行，已经是当今社会的常规现象。这样的塔架，由于高度较高，受到所处环境(例如大风、大雨、雷电)的影响以及所支撑的高空作业舱的稳定性的要求，塔架的整体质量非常大，塔架底部的占地面积也相应地非常大。

尤其是，风电塔架用于风电设备中高空设备的安装，由于风电设备的能量转换部件运行高度高，质量大，故对风电塔架的支撑强度等有较高的要求。目前，现有的陆上风电塔架多采用混凝土塔筒或钢结构塔筒两种，均与风机基础相连实现安装紧固。

进一步地，基于大型风电机组适用场合的更普适性研究，越来越多的厂商也致力于分散式风机的推广使用研究。对于分散式风机，风电场以小规模的形式分散应用在农田、社区、乡村、道路等场景中，接入当地的电网，发电量实现就地消纳。但上述分散式风机在应用过程中，采用上述风电塔架和基础会占用较多的耕地、道路，增加了土地征收难度和成本，不利于该类型的风机的推广使用。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种塔架及风力发电机组件，以在保证风电塔架安装可靠性的同时，解决现有技术中风电塔架在安装过程中需要占用大量的土地，土地征收难度和成本较大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种塔架，包括塔架本体，所述塔架还包括：支撑结构，设置在所述塔架本体下方，用于将所述塔架本体底部离地架空并支撑所述塔架本体；第一转换结构，其为中空结构，设置在所述塔架本体底部与所述支撑结构之间，所述支撑结构在第一转换结构的水平方向厚度范围内支撑所述塔架本体。

本实用新型中的塔架为风电塔架，应用在对塔架的稳定性要求较高的大型风机上。

可选地，所述支撑结构包括：第一支撑部分，其露出地面之上；第二支撑部分，其埋于地面之下；以及第二转换结构，其连接第一支撑部分以及第二支撑部分以将所述第一支撑部分的载荷分散至第二支撑部分。

可选地，所述第一转换结构为转换层，所述转换层将所述塔架本体底部与所述支撑结构的上端连接，使得所述支撑结构的上端与所述转换层的下端之间的连接处到所述塔架本体的轴线之间的距离大于所述塔架本体的半径。

可选地，所述转换层为下端口径大于上端口径的旋转体结构。

可选地，所述转换层为中空的圆台结构。

可选地，所述圆台结构的竖向倾斜度在5度至50度之间。

可选地，所述圆台结构的竖向倾斜度在8度至40度之间。

可选地，所述圆台结构的竖向倾斜度在10度至30度之间。

可选地，所述圆台结构的竖向倾斜度在15度至25度之间。

可选地，所述第一转换结构为混凝土结构，所述塔架本体为混凝土塔架本体，所述塔架本体与所述第一转换结构整体浇筑成型。

可选地，所述第一支撑部分为柱式结构，包括若干支撑柱，支撑柱的数量为稳固定良好，并占用空间较小的四根。

可选地，所述支撑柱与竖直线呈一夹角倾斜设置。

可选地，所述支撑柱与竖直线之间的夹角在0度至15度之间。

可选地，所述支撑柱与竖直线之间的夹角在0度至10度之间。

可选地，所述支撑柱与竖直线之间的夹角在0度至8度之间。

可选地，所述支撑柱沿竖直方向的高度在4m-10m之间。

可选地，所述支撑柱沿竖直方向的高度在5m-8m之间。

可选地，所述塔架还包括与所述第一转换结构锚固的环梁，所述支撑结构与所述环梁浇筑成型。

可选地，所述第二转换结构为承台，其在竖直方向具有一定厚度以分散载荷。

可选地，所述承台位于地面之下。

可选地，所述第二支撑部分为基桩，其数量多于支撑柱。

本实用新型还提供一种风力发电机组件，包括塔架和安装在所述塔架上的能量转换设备，所述塔架为如上所述的塔架。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的塔架及风力发电机组件中，通过在塔架本体下方设置支撑结构将塔架本体底部离地架空，同时在塔架本体底部与支撑结构之间设置中空的第一转换结构，支撑结构在第一转换结构的水平方向厚度范围内支撑塔架本体，支撑结构设置在第一转换结构的水平方向厚度范围内，使得支撑结构不会占用过多面积，下方可预留足够的空间用于耕地的使用、道路的通行等，减小该部分空间占用的同时，第一转换结构可以有效的实现将塔架本体施加的载荷分散，提升了架空的支撑结构对塔架本体支撑的可靠性，兼顾了塔架占用的土地面积的减小和安装的可靠性。

2.本实用新型提供的塔架及风力发电机组件中，通过设置具有第一支撑部分和第二支撑部分，以及第一转换结构和第二转换结构的支撑系统，有效分散塔架本体的载荷至地下，使得支撑结构在不增加占用面积的基础上，支撑的可靠性和安全裕度进一步得到提升，兼顾了塔架占用的土地面积的减小和安装的可靠性。

3.本实用新型提供的塔架及风力发电机组件中，第一转换结构具体为转换层，通过设置支撑结构的上端与转换层的下端之间的连接处到塔架本体的轴线之间的距离大于塔架本体的半径，支撑结构安装在扩径后的转换层底部，使得实现塔架在支撑结构将塔架本体架空，下方可预留足够的空间用于耕地的使用、道路的通行等，减小该部分空间占用的同时，而通过转换层进行扩径，使得塔架本体具有足够的空间便于支撑结构的安装，在不提高支撑结构占用面积的同时扩大了支撑结构的分布面积，提高了支撑结构的支撑面积，兼顾了塔架占用的土地面积的减小和安装的可靠性的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本实用新型实施例中塔架的立体结构示意图；

图2为图1所示塔架的主视结构示意图；

图3为图1所示塔架的俯视结构示意图。

其中，上述附图中的附图标记为：

10、塔筒；30、圆台结构；40、支撑柱；51、基桩；53、承台；60、环梁。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图3所示，本文中的塔架以风电塔架作为优选的说明实施例来作出说明。风力发电机的塔架，其用于风电设备的高空能量转换部件安装，尤其是应用在大型风机上，用于大吨位的大型风电设备的安装，而大型风机由于360度方向重复荷载和大偏心受力的特殊性，对塔架的稳定要求高。

本文中的塔架具体包括塔架本体、以及支撑塔架本体的支撑系统构成。支撑系统包括支撑结构以及转换结构。当应用于风力发电机组时，本文的塔架本体为塔筒10的结构形式，下面对本文中优选的实施方式，即用于支撑塔筒10的支撑系统进行说明。

支撑结构设置在塔筒10下方，用于将塔筒10底部离地架空并对塔筒10提供支撑；第一转换结构，其为中空结构，设置在塔筒底部与支撑结构之间，支撑结构在第一转换结构的水平方向厚度范围内支撑塔筒10，通过在塔筒10下方设置支撑结构将塔筒10底部离地架空，同时在塔筒10底部与支撑结构之间设置中空的第一转换结构，支撑结构在第一转换结构的水平方向厚度范围内支撑塔筒10，支撑结构设置在第一转换结构的水平方向厚度范围内，使得支撑结构不会占用过多面积，下方可预留足够的空间用于耕地的使用、道路的通行等，减小该部分空间占用的同时，第一转换结构可以有效的实现将塔筒10施加的载荷分散，提升了架空的支撑结构对塔筒10支撑的可靠性，兼顾了塔架占用的土地面积的减小和安装的可靠性，适于大吨位的大型风电设备的应用。

本实施中的第一转换结构具体为转换层，转换层设置在塔筒10底部与支撑结构之间，将塔筒10底部与支撑结构的上端连接，使得支撑结构的上端与转换层的下端之间的连接处到塔筒10的轴线之间的距离大于塔筒10的半径，进而使用本文中的塔架，通过在塔筒10下方设置支撑结构将塔筒10底部离地架空，使得塔筒10下方可预留足够的空间用于耕地的使用、道路的通行等，进而减小了该部分空间的占用，同时在塔筒10底部与支撑结构之间有设置的转换层连接，并设置支撑结构的上端与转换层的下端之间的连接处到塔筒10的轴线之间的距离大于塔筒10的半径，支撑结构安装在扩径后的转换层底部，使得实现塔架中支撑结构将塔筒10架空的同时，使得塔筒10具有足够的空间便于支撑结构的安装，并扩大了支撑结构的分布面积，提高了支撑结构的支撑面积，兼顾了塔架土地占用的减小和塔架安装的可靠性的提高，既减小了塔架占用整块土地的面积，又不会对大吨位的大型风电设备的安装产影响。

本文中的转换层为下端口径大于上端口径的旋转体结构，通过与架空的支撑结构配合，在实现架空减小土地占用的同时，旋转体结构的设计方便了转换层的设计，同时整个风机塔架的对称性更佳，稳定性会更好，进一步提高了塔架的稳定性和可靠性。

旋转体结构具体为中空的圆台结构30，中空的圆台结构30在保证塔架支撑的可靠性和强度的同时，其中空部位可用于风力发电机组件中箱变设备等零散设备的安装，进而进一步减小了箱变等设备对土地空间的占用，进一步地减小了土地的占用，减小了土地征收难度和成本。

本文中的圆台结构30为混凝土旋转体结构，塔筒10对应为混凝土塔筒10，塔筒10与混凝土旋转体结构通过整体浇筑成型，保证了圆台结构30与塔筒10的连接强度，进而保证了安装好后的塔架的安装强度和可靠性，同时采用混凝土材质并浇筑成型，无论是材料还是安装方式上，都能够极大的降低塔架的成本。

本文中的圆台结构30的竖向倾斜度在5度至50度之间，优选地在8度至40度之间，可以优选地在10度至30度之间，更优选地在15度至25度之间，进而保证了转换层扩径功能实现的同时，对塔筒10的支撑强度的影响较小。

本文中的支撑结构包括第一支撑部分，其露出地面之上；优选地，支撑结构还包括第二支撑部分，其埋于地面之下。

优选地，本文的塔架本体支撑系统还进一步包括第二转换结构，其连接第一支撑部分以及第二支撑部分以将第一支撑部分的载荷分散至第二支撑部分。

本文中支撑结构的第一支撑部分为柱式结构，包括若干支撑柱40，塔筒10通过与圆台结构30底部连接，分布在圆台结构30底部的支撑柱40实现塔筒10的支撑以及架空形成可容纳车辆通行或农业耕作的土地。

支撑柱40与竖直线呈夹角倾斜设置，进而可进一步提高支撑结构的支撑面积，提高塔架的稳定性。支撑柱40与竖直线之间的夹角在0度至15度之间，优选在0度至10度之间，更优选在0度至8度之间，在稳定性提高的同时，避免支撑强度的降低。

本文中的支撑柱40沿竖直方向的高度在4m-10m之间，优选为5m-8m之间，保证了塔架底部具有足够的空间，可用于车辆的通行，以及作为耕地的使用。

本文中支撑结构的第二支撑部分为多根向地基内延伸的基桩51，每根支撑柱40对应多根在地基内部布开的基桩51。

本文中的第二转换结构用于连接第一支撑部分以及第二支撑部分以将第一支撑部分的载荷分散至第二支撑部分，具体第二转换结构为承台53，承台53由水泥浇筑成型。优选地，其处于地面之下，在竖直方向具有一定厚度，进而可以有效的分散载荷，将载荷分布在第二支撑部分上。在不增加支撑结构的占地面积的基础上，提高了支撑结构支撑的安全裕度，适于大吨位的大型风电设备的应用推广。

优选本文中的基桩51和承台53之间通过钢筋混凝土一体浇筑成型，进而增设的基桩51可进一步提升支撑结构的稳固性。

对于支撑结构和转换层的连接安装，具体本文中的塔架还包括与转换层之间锚固的环梁60，支撑结构与环梁60浇筑成型，进而可保证支撑结构和转换层有足够的连接强度，保证塔筒具有足够的稳固性。

以风电塔架建设在田间道路为例，农用货车极限高度4.7米，当前的支撑结构下部净空可以为6.5m，净宽为9.2m，满足农用车通过要求。在施工过程中，需考虑临时占地问题。在建设风机时，需在道路旁边新建临时通道，待风机建设完成后，恢复原有道路。减少永久征地面积。

下面对本文中的柱式结构的受力进行分析。

柱式结构内力计算结果：

柱式结构截面计算结果

根据以上计算结果可知，采用本文的支撑系统的结构，支撑柱的受力状况有明显改善。并且，柱式结构的支撑柱40如选用钢管混凝土构件，相对于钢筋混凝土柱的安全裕度大，截面小，底部净跨大，因此，支撑柱40取用直径为D＝1000mm的钢管混凝土柱时，柱的安全裕度为1.43；采用扩径锥筒作为转换层，转换层的安全裕度为1.1。

本文还提供一种风力发电机组件，包括塔架和安装在塔架上的能量转换设备，塔架为如上所述的塔架，进而本文中塔架所具有的优点，本文中的风力发电机组件也具有，在此不再赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。