一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构的制作方法

1.本实用新型属于风力发电机组结构稳定性技术领域，特别是涉及一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构。


背景技术：

2.塔筒作为风轮的主要支撑部件，其结构稳定性直接影响风电机组的发电效能。高耸化是塔筒的发展趋势，风轮为捕获更多风能资源，要求塔筒高度不断增加，导致塔筒在极端工况下面临的稳定性问题更为突出。同为高耸薄壁结构的竹子在复杂的载荷作用下不易发生失稳破坏。为提高塔筒结构稳定性，可以对其进行仿竹结构设计，实现最佳风力发电机组载荷配置。
3.近年来仿竹结构的研究为提高塔筒稳定性提供了新方法。自然界中竹节可有效提升竹秆的承载能力。而工程应用中，具备仿竹节设计的薄壁结构其轴向抗冲击能力也提升明显，相关文献中，仿竹节设计已被证明可以有效提升结构静态和动态性能，此外，文献中也证明竹节可以提升仿生结构的轴向抗冲击性能。
4.然而，上述研究均集中于薄壁结构的轴向抗冲击研究，但塔筒工况复杂，破坏原因多为屈曲破坏导致塔筒结构不稳定，该问题可通过应用竹维管束仿生设计加以解决，借鉴竹维管束结构的仿生设计已被证明可将薄壁结构稳定性提升124.8%。但目前研究多局限于单一竹结构的仿生设计，将竹节及维管束结构综合考虑并应用至风力发电机组塔筒尚未见报道。
5.综上所述，本申请以2mw锥筒型塔筒为研究对象，通过仿竹结构设计出几何模型，采用有限元数值分析方法对其静态和动态性能进行研究，提出一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构，以解决上述背景技术中所提出的问题。
7.为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
8.本实用新型为一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构，包括基础环，所述基础环的顶部装配有承载机构，所述承载机构用于增强塔筒稳定性，所述承载机构包括第一锥形钢筒、第二锥形钢筒、第三锥形钢筒、第四锥形钢筒、第五锥形钢筒和第六锥形钢筒，所述基础环的顶部装配有第一锥形钢筒，所述第一锥形钢筒的顶部固定有第二锥形钢筒，所述第二锥形钢筒的顶部固定有第三锥形钢筒，所述第三锥形钢筒的顶部固定有第四锥形钢筒，所述第四锥形钢筒的顶部固定有第五锥形钢筒，所述第五锥形钢筒的顶部固定有第六锥形钢筒。
9.进一步地，所述基础环的顶部通过螺钉固定有底部法兰，所述第一锥形钢筒的底部固定有顶部法兰，所述底部法兰通过螺栓与顶部法兰固定。
10.进一步地，所述第一锥形钢筒的顶部也固定有底部法兰，所述第二锥形钢筒、第三锥形钢筒、第四锥形钢筒、第五锥形钢筒和第六锥形钢筒的顶部也均固定有底部法兰，所述第二锥形钢筒、第三锥形钢筒、第四锥形钢筒、第五锥形钢筒和第六锥形钢筒的底部也均固定有顶部法兰。
11.进一步地，所述第一锥形钢筒的内侧均布固定有多个加劲肋。
12.进一步地，所述第一锥形钢筒通过焊接与加劲肋固定。
13.进一步地，所述加劲肋的数量为四个。
14.进一步地，所述第一锥形钢筒的一侧开设有门洞。
15.本实用新型具有以下有益效果：
16.本实用新型通过承载机构和加劲肋的结构设计，根据结构仿生设计原理，实现仿生塔筒最佳载荷配置，使得极端工况下的结构应力响应减少，可显著提高极端工况下结构的稳定性，保证风力发电机组安全运行。
附图说明
17.图1为本实用新型的结构示意图；
18.图2为本实用新型俯视示意图；
19.图3为本实用新型的第一锥形钢筒和门洞的连接结构示意图；
20.图4为本实用新型的底部法兰和顶部法兰的连接结构示意图。
21.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
22.1、基础环；2、第一锥形钢筒；3、第二锥形钢筒；4、第三锥形钢筒；5、第四锥形钢筒；6、第五锥形钢筒；7、第六锥形钢筒；8、加劲肋；9、底部法兰；10、顶部法兰；11、螺栓；12、门洞。
具体实施方式
23.请参阅图1-4所示，本实用新型为一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构，包括基础环1，基础环1的顶部装配有承载机构，承载机构用于增强塔筒稳定性，承载机构包括第一锥形钢筒2、第二锥形钢筒3、第三锥形钢筒4、第四锥形钢筒5、第五锥形钢筒6和第六锥形钢筒7，基础环1的顶部装配有第一锥形钢筒2，第一锥形钢筒2的顶部固定有第二锥形钢筒3，第二锥形钢筒3的顶部固定有第三锥形钢筒4，第三锥形钢筒4的顶部固定有第四锥形钢筒5，第四锥形钢筒5的顶部固定有第五锥形钢筒6，第五锥形钢筒6的顶部固定有第六锥形钢筒7。
24.基础环1的顶部通过螺钉固定有底部法兰9，第一锥形钢筒2的底部固定有顶部法兰10，底部法兰9通过螺栓11与顶部法兰10固定，基础环1与第一锥形钢筒2之间通过底部法兰9、顶部法兰10和螺栓11之间的配合进行固定。
25.第一锥形钢筒2的顶部也固定有底部法兰9，第二锥形钢筒3、第三锥形钢筒4、第四锥形钢筒5、第五锥形钢筒6和第六锥形钢筒7的顶部也均固定有底部法兰9，第二锥形钢筒3、第三锥形钢筒4、第四锥形钢筒5、第五锥形钢筒6和第六锥形钢筒7的底部也均固定有顶部法兰10，便于各个锥形钢筒之间的连接与拆卸，第一锥形钢筒2、第二锥形钢筒3、第三锥形钢筒4、第四锥形钢筒5、第五锥形钢筒6和第六锥形钢筒7均为变截面变厚度结构。
26.第一锥形钢筒2的内侧均布固定有多个加劲肋8，加劲肋8的几何形状由“一”字形钢板构成，依据钢结构设计规范，宽度与第一锥形钢筒2等宽，长宽比为25:1，在第一锥形钢筒2内侧对称布置。
27.第一锥形钢筒2通过焊接与加劲肋8固定，使得第一锥形钢筒2与加劲肋8之间的连接更为牢固。
28.加劲肋8的数量为四个，加劲肋8的设计遵循结构仿生原理和钢结构设计规范，按照竹节维管束的径向分布规律，设计仿生塔筒的仿维管束结构的几何形状及尺寸；
29.第一锥形钢筒2的一侧开设有门洞12。


技术特征：
1.一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构，其特征在于，包括基础环（1），所述基础环（1）的顶部装配有承载机构，所述承载机构用于增强塔筒稳定性，所述承载机构包括第一锥形钢筒（2）、第二锥形钢筒（3）、第三锥形钢筒（4）、第四锥形钢筒（5）、第五锥形钢筒（6）和第六锥形钢筒（7），所述基础环（1）的顶部装配有第一锥形钢筒（2），所述第一锥形钢筒（2）的顶部固定有第二锥形钢筒（3），所述第二锥形钢筒（3）的顶部固定有第三锥形钢筒（4），所述第三锥形钢筒（4）的顶部固定有第四锥形钢筒（5），所述第四锥形钢筒（5）的顶部固定有第五锥形钢筒（6），所述第五锥形钢筒（6）的顶部固定有第六锥形钢筒（7）。2.根据权利要求1所述的一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构，其特征在于，所述基础环（1）的顶部通过螺钉固定有底部法兰（9），所述第一锥形钢筒（2）的底部固定有顶部法兰（10），所述底部法兰（9）通过螺栓（11）与顶部法兰（10）固定。3.根据权利要求2所述的一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构，其特征在于，所述第一锥形钢筒（2）的顶部也固定有底部法兰（9），所述第二锥形钢筒（3）、第三锥形钢筒（4）、第四锥形钢筒（5）、第五锥形钢筒（6）和第六锥形钢筒（7）的顶部也均固定有底部法兰（9），所述第二锥形钢筒（3）、第三锥形钢筒（4）、第四锥形钢筒（5）、第五锥形钢筒（6）和第六锥形钢筒（7）的底部也均固定有顶部法兰（10）。4.根据权利要求1所述的一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构，其特征在于，所述第一锥形钢筒（2）的内侧均布固定有多个加劲肋（8）。5.根据权利要求4所述的一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构，其特征在于，所述第一锥形钢筒（2）通过焊接与加劲肋（8）固定。6.根据权利要求4所述的一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构，其特征在于，所述加劲肋（8）的数量为四个。7.根据权利要求1所述的一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构，其特征在于，所述第一锥形钢筒（2）的一侧开设有门洞（12）。

技术总结
本实用新型公开了一种基于仿竹设计的风力发电机组塔筒结构，涉及风力发电机组结构稳定性技术领域。本实用新型包括基础环，基础环的顶部装配有承载机构，承载机构用于增强塔筒稳定性，承载机构包括第一锥形钢筒、第二锥形钢筒、第三锥形钢筒、第四锥形钢筒、第五锥形钢筒和第六锥形钢筒，基础环的顶部装配有第一锥形钢筒，第一锥形钢筒的顶部固定有第二锥形钢筒，第二锥形钢筒的顶部固定有第三锥形钢筒，第三锥形钢筒的顶部固定有第四锥形钢筒。本实用新型通过承载机构和加劲肋的结构设计，根据结构仿生设计原理，实现仿生塔筒最佳载荷配置，使得极端工况下的结构应力响应减少，可显著提高极端工况下结构的稳定性，保证风力发电机组安全运行。机组安全运行。机组安全运行。


技术研发人员：文鹏 武斌 寇永东 禄银儒
受保护的技术使用者：甘肃酒钢集团西部重工股份有限公司
技术研发日：2022.09.19
技术公布日：2022/12/6