[發明專利]一種側梯行走支撐的風力發電機組塔架系統及其構建方法

在審

• 申請號: 201510835337.9
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105332860A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 丁衛東;邱嶺
• 申請（專利權）人: 山東泰景電力科技有限公司
• 主分類號: F03D13/20
• 分類號: F03D13/20;F03D7/02;F03D1/00;E06C9/06;E06C7/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種側梯行走支撐的風力發電機組塔架系統及其構建方法。

背景技術

風能作為綠色清潔能源，以前所未有的速度在快速發展，截止到2014年末，我國風電裝機容量已躍居世界第一。風力發電機的單機容量也越來越大，桿塔也越來越高。目前國內容量最大的風力發電機為國電聯合動力有限公司的8MW。目前4.5MW的風機葉片長度100余米，風機輪轂高度已達120米。根據風機發展的統計規律預測，到2020年時單臺風機容量有望達到20MW。

隨著風機容量的增大，塔架高度也越來越高。從結構力學的角度，作為唯一垂直支撐的鋼塔，不僅承受著整個風機的巨大重力，還承受著風機的橫向拉力。整個風機的重力和橫向拉力最終全部集中在鋼塔底座和基礎上，這就對基礎和鋼塔結構和強度帶來了巨大挑戰，基礎必將越來越大，鋼塔也越來越粗大，不利于充分利用風能，也不利于降低風電機組造價，提高風電競爭力。如果將風機塔架由目前的單個鋼塔改為垂直支撐和斜向支撐構成的垂直三角形構造，將大大增加塔架的抗橫向力，如此可大大降低垂直塔架和基礎的要求，從而大大降低工程造價。不僅如此，只要塔架穩固性解決了，還可增加迎風面風能的利用率，將目前的單輪轂三葉片增加到雙輪轂六葉片等，在不增加塔架高度的基礎上，風能利用率成倍提高。

此外，從對風電機組本身的功能要求來看，偏航控制是保證風機正面迎風、發揮風機最佳出力的主要措施，是必不可少的自我控制功能。目前風機的偏航控制靠伺服電機驅動頂部機艙的旋轉實現。目前4.5MW容量的機艙重量達到了400噸，驅動機艙旋轉的電機需要很大的驅動力。如果將偏航控制牽引桿加長，從力學原理上，則需要的驅動力與牽引桿的垂直投影長度成反比，偏航驅動力可大大縮小，偏航驅動也更加靈巧。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種側梯行走支撐的風力發電機組塔架系統及其構建方法，本發明能夠使風塔的抗風強度大大增加，提高風電場風能利用率。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種側梯行走支撐的風力發電機組塔架系統，包括垂直桿塔、機艙、側面支撐梯、行走機構和導軌，其中，機艙設置于垂直桿塔的頂端，機艙一端固定有風機，垂直桿塔底端設有導軌，側面支撐梯的底端通過行走機構連接在導軌上，側面支撐梯的頂端連接機艙的尾部。

進一步的，所述行走機構為行走齒輪，行走齒輪的承重面與導軌的承重面通過軸承支撐，行走齒輪的邊緣與導軌槽邊緣上的齒輪嚙合，伺服電機通過驅動行走齒輪的轉動，使側面支撐梯沿導軌行走，從而牽引機艙轉動。

所述垂直桿塔與機艙為旋轉鍥合連接，機艙在垂直桿塔頂部水平面自由轉動。

優選的，所述導軌設置在以垂直桿塔為中心的圓弧線上。

所述側面支撐梯的底端沿導軌行走。

所述垂直桿塔頂端設有風向羅盤，所述風向羅盤包括風向標、LED燈、透光孔和感光羅盤，其中，風向標固定于感光羅盤軸心處，感光羅盤沿圓周均勻設置有多個透光孔，LED燈設置于風向標上，與透光孔位置相對應。

所述側面支撐梯上設置有導軌羅盤，當風向羅盤與導軌羅盤指示一致時意味著正向迎風，側面支撐梯停止行走，實現偏航控制。

所述導軌內側裝有光電式位置傳感器。

一種側梯行走支撐的風力發電機組塔架的搭建方法，包括以下步驟：

(1)安裝垂直桿塔，垂直桿塔與頂部的風機機艙旋轉鍥合連接，保證機艙在桿塔頂部水平面自由轉動；

(2)將側面支撐梯一端安裝于機艙兩側，一端安裝于地面上，地面導軌安裝于以垂直桿塔為中心的圓弧線上，使側面支撐梯沿導軌行走；

(3)在垂直桿塔頂部和導軌處分別安裝風向羅盤和導軌羅盤，側面支撐梯同時兼做機艙偏航控制的牽引桿，通過風向羅盤與導軌位置反饋信息實現精確的偏航控制。

所述步驟(2)中，側面支撐梯的兩個支撐桿分別安裝于機艙的兩側，連接處在垂直方向自由轉動，以使側面支撐梯與垂直桿塔按一定夾角安裝和調整，角度的大小取決于抗風力的大小和地面導軌的半徑，側面支撐梯下端與導軌連接處安裝行走齒輪，側面支撐梯隨行走齒輪沿導軌行走。

所述步驟(3)中，導軌同時為側面支撐梯行走的導向槽和側面支撐梯的承重軌，側面支撐梯與導軌承重面通過軸承支撐滑動，側面支撐梯的行走齒輪通過導軌邊沿的齒輪嚙合而行走。

所述步驟(3)中，當風向羅盤與導軌羅盤指示一致時為正向迎風，側面支撐梯停止行走，實現偏航控制，感光羅盤上風向標尾部的紅外光燈經過羅盤透光孔時，感光羅盤通過不同感光孔的編碼信息來測得風向。

本發明的有益效果為：