一种用于降低风力机风荷载的装置及风力机的制作方法

本发明涉及一种用于降低风力机风荷载的装置及风力机，属于风力机降低风荷载装置技术领域。

背景技术：

随着风电产业的快速发展，风力机逐渐变得大功率化和高耸化，同时伴随着大荷载和超高柔细塔筒的特点。对于此类典型的风敏感结构，风力机塔筒在不大量增加耗材的情况下要保证其刚度、强度和稳定性，同时还要防止风力机整体倒塌。因此对风力机采取适当的工程结构构造措施，在塔筒极易折损或者可能倒塌的地方进行局部加厚，降低塔筒材料损耗，同时减少尾部绕流和涡旋的不利影响，进而降低结构所受整体风荷载，最大程度的防止风力机整体倒塌，是结构工程师努力的方向。

就目前来说，加大塔筒尺寸、壁厚以及改变塔筒形状是主要方案之一，但加大塔筒尺寸和壁厚会大量增加耗材，此外改变塔筒形状也有诸多缺点，例如需要制作异型模板，增大了施工难度，最为严重的是，由于塔筒不随风向变动，因此风向的随机性有时会增大新型塔筒结构的风荷载作用，甚至会导致风力机失稳倒塌，对社会经济及安全造成不利的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于降低风力机风荷载的装置及风力机，能够降低风力机风荷载，保护塔筒，延长风力机使用寿命。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一方面，本发明提供一种用于降低风力机风荷载的装置，包括用于设于风力机塔筒外侧的迎风板、尾流导板和固定座，所述迎风板通过若干加固件与尾流导板固接，所述固定座用于设于风力机的基准座上，所述迎风板与固定座转动连接。

作为一种优选实施方式，还包括与迎风板固接的前连接板和与尾流导板固接的后连接板，所述前连接板、后连接板用于与风力机的机舱固接。

作为一种优选实施方式，还包括与尾流导板固接的过渡板，所述过渡板与固定座转动连接。

作为一种优选实施方式，所述固定座上设有沿圆周方向上布设的凹槽，所述迎风板、过渡板与固定座转动连接处设有凸起，所述凸起与凹槽相匹配。

作为一种优选实施方式，所述固定座上还设有环形轨道，所述环形轨道设于凹槽底部，所述环形轨道内设有多个用于带动迎风板与过渡板相对固定座转动的滚轮。

作为一种优选实施方式，所述凹槽设于固定座的内侧。

作为一种优选实施方式，所述加固件为加劲肋条，所述加固件的横截面为矩形。

作为一种优选实施方式，所述迎风板为与塔筒相适配的圆弧形板，所述尾流导板的横截面为流线型。

作为一种优选实施方式，所述迎风板和尾流导板的厚度相同，所述固定座的厚度大于迎风板的厚度。

另一方面，本发明还提供一种风力机，包括所述的用于降低风力机风荷载的装置。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1、本发明提供一种用于降低风力机风荷载的装置，包括迎风板、尾流导板和固定座，所述迎风板通过若干加固件与尾流导板固接，所述固定座用于设于风力机的基准座上，所述迎风板与固定座转动连接，通过在风力机的塔筒上设置该装置，能够有效降低风力机风荷载，保护塔筒，从而延长其使用寿命。

2、本发明提供一种用于降低风力机风荷载的装置，能够加固塔筒的迎风区，同时在塔筒的背风区引风导涡，降低风荷载，进而减少塔筒的材料损耗，以提高风力机机舱-塔筒-基准座的整体稳固性，避免风力机整体倒塌，具有构造简单、施工方便的优点，适合推广使用。

3、本发明提供一种风力机，所述风力机上设有用于降低风力机风荷载的装置，通过在塔筒上设置该装置，能够显著降低风力机的风荷载，从而能够保护塔筒，增加风力机机舱-塔筒-基准座的整体稳固性，进而延长风力机的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的设于风力机上的用于降低风力机风荷载的装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的前连接板处的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的后连接板处的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的加固件处的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的固定座处的结构示意图；

图6是图5的剖视图；

图7是本发明实施例提供的固定座与迎风板、过渡板之间连接结构示意图；

图8是本发明实施例提供的滚轮与环形轨道之间的结构示意图；

图9是常规圆形塔筒横截面速度流线图；

图10是本发明附加尾流导板后的塔筒横截面速度流线图；

图中：1、叶片；2、轮毂；3、机舱；4、塔筒；5、前连接板；6、后连接板；7、迎风板；8、尾流导板；9、加固件；10、固定座；11、基准座；12、过渡板；13、滚轮；14、环形轨道；15、凸起。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

本发明提供一种用于降低风力机风荷载的装置，请参见图1，包括迎风板7、尾流导板8和固定座10，所示迎风板7、尾流导板8和固定座10设于风力机塔筒4的外侧，所述迎风板7与塔筒4的外形相适配，为圆弧形板，所述尾流导板8的横截面为流线型，所述迎风板7的长度可以大于尾流导板8的长度，也可以等于尾流导板8的长度。所述迎风板7和尾流导板8的厚度相同，但是，需要说明的是，本领域的技术人员可以将迎风板7的厚度设置成大于尾流导板8的厚度，也可以将迎风板7的厚度改换成小于尾流导板8的厚度，为了使得迎风板7能够与固定座10稳定地转动连接，所述固定座10的厚度可以大于迎风板7的厚度。

本实施例中，所述迎风板7和尾流导板8分别设于塔筒4的迎风区和背风区外表面，所述迎风板7为上下通长且厚度均匀的圆弧板，所述迎风板7采用钢材制成，所述迎风板7的长度为134.8m，壁厚为0.04m，圆弧角度为60°。所述尾流导板8设于塔筒4背风面外表面，与圆形截面相比，流线型板可以改变塔筒4周围风压，排风导涡，以降低风荷载的作用。所述尾流导板8也是上下通长且厚度均匀钢材，具体地，所述尾流导板8的长度为133.3m，壁厚为0.04m。本领域技术人员可改变迎风板7、尾流导板8的厚度、长度和壁厚。

所述迎风板7通过多个加固件9与尾流导板8固定连接，请参见图4、图5，具体地，所述加固件9与迎风板7和尾流导板8之间的连接方式为焊接，以使迎风板7和尾流导板8固定为一个整体，提高风力机的整体性。所述加固件9为加劲肋条，所述加固件9的横截面为矩形，所述迎风板7与尾流导板8之间的加固件9束可以根据实际需要进行设置，应该理解，加固件9的横截面也可以是其他形状，例如圆形或三角形。本实施例中，所述加固件9分别设于塔筒4的两侧，与迎风板7和尾流导板8连接，所述加固件9沿塔筒4高度方向上布置3层，高度分别为20m、75m和120m，且每个高度处在塔筒4两侧面各布置1个，所述加固件9的圆弧角度为100°，所述加固件9采用钢材制成，所述加固件9的截面形状为0.1m×0.1m的矩形加劲肋条。

所述固定座10设于风力机的基准座11上，所述固定座10为钢材，绕塔筒4外表面一圈布置，所述固定座10的高度为3m，厚度为1m，外径为4m，所述迎风板7与固定座10转动连接。本实施例中，所述固定座10上设有沿圆周方向上布设的凹槽，所述迎风板7与固定座10转动连接处设有凸起15，其中，所述凸起15与凹槽相匹配，所述迎风板7与过渡板12能够相对固定座10转动。为了使得迎风板7与过渡板12能够相对固定座10转动得更顺畅。

所述固定座10上还设有环形轨道14，请参见图8，所述环形轨道14截面上部呈矩形，所述环形轨道14设于凹槽底部，所述环形轨道14的半径为0.08m。所述迎风板7的凸起15宽度为0.25m，便于迎风板7上的凸起15卡入凹槽内。

所述环形轨道14内设有多个用于带动迎风板7相对固定座10转动的滚轮13，所述滚轮13为复合刚性材料，其为半径为0.08m的球体，所述滚轮13能够嵌合到环形轨道14内，所述滚动能够使得凸起15转动，从而使得迎风板7转动，大大减少与滚轮13连接支撑着迎风板7和过渡板12环形在滚动时的摩擦力。本领域技术人员可以将凹槽设于固定座10的内侧，也可以将凹槽设于固定座10的外侧，或者将凹槽设于固定座10的上部，只要保证迎风板7能够相对固定座10转动即可。

优选地，所述尾流导板8上还固定连接有过渡板12，请参见图6、图7，所述过渡板12与固定座10转动连接，所述过渡板12与迎风板7类似，也是由圆弧板钢材制成，所述过渡板12的长度为5m，壁厚为0.04m，圆弧角度为100°，所述过渡板12上的凸起15宽度为0.25m，与固定座10上的凹槽相匹配。具体地，所述过渡板12上与固定座10转动连接处也设有凸起15，所述凸起15也与凹槽相匹配，所述过渡板12上的凸起15能够在滚轮13的转动下，与固定座10的凹槽转动连接。所述尾流导板8通过焊接的方式与过渡板12固定连接，以使尾流导板8能够与固定座10转动连接，同时能够防止尾流导板8过重，出现滑落等现象。

作为一种优选实施方式，所述装置还包括前连接板5和后连接板6，请参见图2、图3，所述前连接板5用于与风力机的机舱3固定连接，所述后连接板6也用于与风力机的机舱3固定连接，所述前连接板5和后连接板6的形状与前连接板5、后连接板6相适配。本实施例中，所述前连接板5与迎风板7采用焊接的方式固定连接，所述前连接板5有钢材制成，所述前连接板5尺寸可以为2m×2m×0.1m。所述后连接板6与尾流导板8也采用焊接的方式固定连接，同样，所述后连接板6由钢材制成，其由截面形状为0.1m×0.2m的矩形对折而成，并绕尾流导板8外沿一圈与尾流导板8固定连接。前连接板5和后连接板6分别与机舱3固定连接，连接方式为焊接。

实施例二

本发明还提供一种风力机，所述风力机采用实施例一所述的用于降低风力机风荷载的装置。

具体地，所述风力机由基准座11、设于基准座11上的塔筒4和设于塔筒4上的风力机主体构成，所述风力机主体采用3mw水平轴风力机，所述风力机主体包括叶片1、轮毂2、机舱3，所述用于降低风力机风荷载的装置包括前连接板5、后连接板6、迎风板7、尾流导板8、加固件9、固定座10和过渡板12。所述叶片1数为3个，长度为68.8m，所述叶片1采用玻璃纤维增强环氧树脂制成，均安装在轮毂2上，每个所述叶片1间隔120°。所述轮毂2采用钢材制成，其中心高度为140m，所述轮毂2远离叶片1端与机舱3连接，所述机舱3的外表面类长方体，所述机舱3采用钢材制成，所述机舱3的尺寸为10m×4.3×4.3m，所述机舱3内设置有偏航装置，可控制机舱3连接着轮毂2和叶片1进行自适应对风旋转。

所述塔筒4固定在基准座11上，所述固定座10也与基准座11固定连接，所述塔筒4为厚度均匀的通长圆筒状结构，所述塔筒4采用钢材制成，具体地，所述塔筒4为高度为137.9m，外壁半径为2.1m，壁厚为0.04m。所述基准座11为现浇c40钢筋混凝土，基底直径为20.0m圆形承台，承台总厚度为4.0m，共分为三节：下节为直径20.0m、高1.2m的圆柱体，中节为底部直径20.0m、上部直径8.0m、高1.6m的圆锥台，上节为直径8.0m、高1.2m的圆柱体。本领域技术人员可将基准座11设置成其他形状和规格。

所述用于降低风力机风荷载的装置与机舱3连接，所述机舱3能够自适应对风旋转而带动装置上的迎风板7、尾流导板8转动，此时塔筒4始终固定不动，通过在塔筒4上设置迎风板7、尾流导板8和固定座10，能够有效保护塔筒4，降低风力机风荷载，防止风力机整体倒塌。

图9是现有常规圆形塔筒4横截面速度流线图，图10是本发明附加流线型尾流导板8后的塔筒4横截面速度流线图。分析可知，通过在塔筒4上设置用于降低风力机风荷载的装置，能够使得尾流导板8后塔筒4尾部涡旋显著减少，起到导风引流减涡的作用，进而改变塔筒4环向分压分布，最终可有效减小塔筒4整体结构风荷载。同时，本发明提高了风力机机舱3-塔筒4-基准座11的整体稳固性，能够有效防止风力机整体倒塌，具有重大的社会和经济效益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。