一种背风式风力发电机的制作方法

1.本实用新型属于风力发电机领域，具体地说，涉及一种背风式风力发电机，


背景技术：

2.目前大功率的水平轴风力发电机组，主要采用上风向式，即叶片在塔前的结构，这种结构不会受到塔筒后面湍流区域的影响。但为了保证风力机组在运行时，叶片不会打到塔架，上风向式结构存在叶尖与塔架的间隔距离限制，通常采用主轴向上翘起3～5
°
的方法来拉开叶片的端部与塔架的距离，这种方式会减小风轮的扫掠面积，导致一定的风能吸收损失；另外，上风式的机舱不能自动随着风向的变化进行偏航对风，则需要额外增加一套偏航对风装置和系统，不仅成本高，而且加重了机舱，影响系统动刚度。
3.有鉴于此特提出本实用新型。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种背风式风力发电机，以提高发电机的结构强度。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：
6.提供一种背风式风力发电机，包括：
7.基座，所述基座上转动连接有回转平台；
8.塔架，所述塔架的下端连接于所述回转平台上，所述塔架的上端设有发电机舱，多个叶片通过轮毂转动连接在所述发电机舱上，且多个所述叶片位于所述塔架的下风侧；
9.预拉件，所述预拉件的一端连接于所述塔架上，所述预拉件的另一端连接于所述回转平台上。
10.在本实用新型的一些实施例中，所述塔架的下风侧具有用于减轻气流在所述塔架的后方形成湍流的导流件。
11.在本实用新型的一些实施例中，所述导流件和所述塔架为一体件。
12.在本实用新型的一些实施例中，所述塔架的截面为非圆状。
13.在本实用新型的一些实施例中，所述塔架在靠近下风侧的方向上的截面积逐渐减小。
14.在本实用新型的一些实施例中，所述导流件在靠近下风侧的方向上的截面积逐渐减小。
15.在本实用新型的一些实施例中，多个所述叶片绕主轴线转动，所述主轴线与气流方向相平行。
16.在本实用新型的一些实施例中，所述预拉件位于所述塔架的上风侧。
17.在本实用新型的一些实施例中，所述预拉件包括多根预拉钢丝绳，每个所述预拉钢丝绳的上端均连接于所述塔架上，多个所述预拉钢丝绳的下端间隔设置在所述回转平台上。
18.在本实用新型的一些实施例中，所述塔架的上风侧间隔设有两根所述预拉钢丝绳。
19.采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。
20.通过使预拉件的两端分别连接在塔架和回转平台上，对预拉件施加一定的预拉力，可以改善塔架截面在风载作用下的的应力状态，且预拉件产生的拉伸可以抵消部分风力对塔架的弯矩，减小塔架的载荷，降低塔架的重量，提高塔架的稳定性，从而提高风力发电机整体结构的刚度和强度。
21.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
22.附图作为本技术的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：
23.图1是本实用新型风力发电机的立体结构示意图；
24.图2是本实用新型风力发电机的侧视图；
25.图3是本实用新型风力发电机的俯视图；
26.图4是本实用新型塔架的截面图；
27.图5是本实用新型两根预拉钢丝绳在任意方向的等效刚度示意图。
28.图中：1、基座；11、回转平台；2、塔架；21、发电机舱；22、轮毂；221、叶片；23、下风侧；24、导流件；25、上风侧；3、预拉件；31、预拉钢丝绳；x、气流方向；y、第一轴。
29.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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。
32.在本实用新型的描述中，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.如图1至图5所示，本实用新型提供了一种背风式风力发电机，包括：基座1，所述基座1上转动连接有回转平台11；塔架2，所述塔架2的下端连接于所述回转平台11上，所述塔
架2的上端设有发电机舱21，多个叶片221通过轮毂22转动连接在所述发电机舱21上，且多个所述叶片221位于所述塔架2的下风侧23；预拉件3，所述预拉件3的一端连接于所述塔架2上，所述预拉件3的另一端连接于所述回转平台11上。
34.可以理解的是，通过使预拉件3的两端分别连接在塔架2和回转平台11上，对预拉件3施加一定的预拉力，可以改善塔架2截面在风载作用下的应力状态，且预拉件3产生的拉伸可以抵消部分风力对塔架2的弯矩，减小塔架2的载荷，降低塔架2的重量，提高塔架2的稳定性，从而提高风力发电机整体结构的刚度和强度。
35.同时，由于叶片221位于塔架2的下风侧23，多个叶片221绕主轴线转动，所述主轴线与气流方向相平行，从而可以避免采用将主轴向上翘起3～5
°
的方法来拉开叶片221的端部与塔架2的距离，以保证多个叶片221的扫掠面积，避免风能吸收损失。需要说明的是，气流的方向可以是从塔架2的上风侧25流动至塔架2的下风侧23。也就是说，可减少叶片221与塔架2发生干涉的风险，发电机组安全性能提高。
36.另外，发电机舱21上的轮毂22和叶片221通过塔架2连接在转动平台上，转动平台可以通过支撑轴承转动设置在基座1上，基座1固定连接于地面上，当气流方向改变时，叶片221会随着气流摆动，以使气流通过叶片221带动塔架2和回转平台11在基座1上转动，从而无需安装偏航对风装置和系统，以降低成本，较少机舱重量，使得塔架2的结构更稳定。也就是说，可自动偏航对风，节省了偏航装置和系统的成本，且降低了机舱重量，提高了动刚度。
37.在本实用新型的一些实施例中，所述预拉件3位于所述塔架2的上风侧25。可以理解的是，通过将预拉件3设置在塔架2的上风侧25，从而可以抵消部分风力对塔架2向下风侧23的弯矩，减小塔架2的载荷。
38.在本实用新型的一些实施例中，所述预拉件3包括多根预拉钢丝绳31，每个所述预拉钢丝绳31的上端均连接于所述塔架2上，多个所述预拉钢丝绳31的下端间隔设置在所述回转平台11上。在一些实施例中，所述塔架2的上风侧25间隔设有两根所述预拉钢丝绳31。可以理解的是，使用两根以上预拉钢丝绳31分别施加预拉力拉住塔架2，相当于在四周任意方向施加了一定的力拉住了塔架2，增加了塔架2的稳定性。
39.如图5所示，在本实用新型的一些实施例中，在任意θ方向，两根钢丝绳的等效刚度公式为：
40.kθ＝k
·
cos2θ+k
·
cos2(θ+2β)
41.其中，kθ为等效刚度，k为两根钢丝绳的刚度。
42.在本实用新型的一些实施例中，通过预拉钢丝绳31，可以改变预拉钢丝绳31与塔架2连接点下方塔架2截面的初始应力状态，预拉所产生的预拉弯矩为：
[0043][0044]
其中，n为钢绳的数量，h为钢绳在塔架2上连接的位置高度，a
i
为每根钢绳在回转平台11上的连接点到塔架2的距离，β
i
为每根钢绳与机舱主轴中心线的夹角，i为第i根绳，i的取值为1～n，fti为第i根绳所施加的预拉力。
[0045]
预拉钢丝绳31数量n可任意选择，在回转平台11上的连接点可以任意设置，即每根预拉钢丝绳31可以取不同的a和β。特别的，n＝1时，β为0
°
，即预拉钢丝绳31与机舱主轴中心线在一个平面内；n＝2时，β取45
°
最理想，可以起到在任意方向拉住机架的作用。
[0046]
在本实用新型的一些实施例中，所述塔架2的下风侧23具有用于减轻气流在所述塔架2的后方形成湍流的导流件24。可以理解的是，导流件24作用一是防止或减轻气流在塔架2后方形成湍流，避免影响风机效率，其二是可以使叶片221在风力的作用下，带动机舱、塔架2和回转平台11在基座1中旋转，实现自动对风偏航。
[0047]
也就是说，通过设置导流件24，可以减少湍流对位于塔架2的下风侧23的叶片221的影响，从而增加叶片221受到的风力，以使叶片221可以更好地随着气流摆动，以使气流可以更好地通过叶片221带动塔架2和回转平台11在基座1上转动，实现自动对风偏航。
[0048]
在本实用新型的一些实施例中，所述导流件24和所述塔架2为一体件。可以理解的是，导流件24也可以直接是塔架2结构的组成部分，即，塔架2截面的可以直接做成具有导流功能的形状。例如，在本实用新型的一些实施例中，所述塔架2在靠近下风侧23的方向上的截面积逐渐减小。
[0049]
由此，使得导流件24的结构更简单可靠。在一些实施例中，塔架2截面只在第一轴方向(即最大抗弯刚度方向)具有最大尺寸，塔架2重量可以进一步降低。
[0050]
在本实用新型的一些实施例中，所述塔架2的截面为非圆状。可以理解的是，塔架2最大抗弯刚度(塔架2位于上风侧25的端面)与叶片221所受的最大弯矩方向保证平行，可减少塔架2截面在其他方向的尺寸，从而减少材料使用，降低塔架2重量。
[0051]
例如，在本实用新型的一些实施例中，所述导流件24在靠近下风侧23的方向上的截面积逐渐减小。或者，塔架2本身的截面为矩形，塔架2的下风侧23设有弧形的导流罩。
[0052]
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。