一种自带耗能装置的风电塔

本发明涉及风电，更具体地说，本发明涉及一种自带耗能装置的风电塔。

背景技术：

1、风电产业是可循环新能源产业，大力发展风电产业，对调整能源结构、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设具有重要意义。近年来，在国家政策的大力扶持下，我国风电产业进入了黄金期，制造技术和生产能力快速发展，获得了技术和生产经验的积累，尤其是在国内的能源供需矛盾问题越来越严重和电力需求上升的情况下，风电产业得到迅速发展。

2、风力发电是目前可再生能源利用较成熟的技术之一，我国风能资源丰富，目前风电装机容量己位居世界首位，并实现风力发电装机容量200gw。由于风机其工作环境相对恶劣，故发生塔与基础的开裂、塔身疲劳断裂、螺栓疲劳松动、塔身失稳倒塌等屡见不鲜。每年这些问题的发生损失了巨大的经济财产，人们对风能的开发利用受到制约，一些像节能减排、低碳环保的能源战略目标实现受到阻碍。风力发电塔筒作为风电机组的支撑，一旦损坏会威胁整个风机、叶片等相关设备的安全。其中，钢塔筒筒身与基础连接方面的问题较为突出。

3、钢塔筒筒身与基础连接是风电结构方面的重中之重。在我国，目前风电塔筒筒身与基础连接方式主要有两种——基础环连接和预应力锚栓连接。基础环连接即在钢筋混凝土基础中预埋入钢制基础环，上部塔筒筒身再通过法兰等方式与基础环连接；预应力锚栓连接即在钢筋混凝土基础中埋置预应力锚栓笼，上部塔筒筒身再与预应力锚栓笼连接。

4、风电结构基础承受的荷载主要包括两类：第一类是上部结构的自重，属于静载；第二类是因风扇和筒身承受水平向风载引起的水平向风振及风扇在竖直面转动引起的竖向振动，属疲劳荷载。对风电基础造成较大影响甚至导致基础失效的主要是第二类荷载。在风电结构长期运行过程中，对于基础环式基础，上述疲劳荷载容易导致基础混凝土出现拉裂或局部压溃，使得基础环与基础混凝土之间松动出现缝隙(见附图11)及基础环内外侧基础混凝土之间出现贯穿裂缝(见附图12)，进而导致基础失效；对于预应力锚栓式基础，上述疲劳荷载容易引起预应力损失甚至锚栓失效，进而导致基础失效。

5、因此，有必要提出一种自带耗能装置的风电塔，以至少部分地解决风力发电结构中，因疲劳荷载导致基础失效的问题。

技术实现思路

1、在技术实现要素：部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种自带耗能装置的风电塔，包括：

3、下塔筒、上塔筒、若干耗能链杆、若干竖向弹簧及若干水平向弹簧，上塔筒套设于下塔筒外侧，耗能链杆两端分别与下塔筒和上塔筒外壁连接，竖向弹簧沿竖直方向设置于下塔筒和上塔筒之间，水平向弹簧沿水平方向设置于下塔筒和上塔筒之间。

4、优选的，下塔筒包括：下塔筒筒身、环形板、反力筒、下反力环板、下耳板和底法兰，下塔筒筒身上口内侧与环形板连接，环形板顶面连接有反力筒，下塔筒筒身外壁沿圆周方向均匀分布有若干下耳板，下塔筒筒身下口与底法兰连接，底法兰沿圆周方向设置有若干螺栓孔，反力筒的直径小于下塔筒筒身的直径。

5、优选的，上塔筒包括：上塔筒筒身、上反力环板和若干上耳板，上反力环板外周与上塔筒筒身内壁连接，上塔筒筒身外壁沿圆周方向均匀分布有若干上耳板。

6、优选的，若干耗能链杆一端与若干下耳板一一对应连接，另一端与若干上耳板一一对应连接。

7、优选的，若干竖向弹簧上端与上反力环板底面连接，下端与下反力环板顶面连接；若干水平向弹簧一端与反力筒外壁连接，另一端与上塔筒筒身内壁连接。

8、优选的，若干竖向弹簧和若干水平向弹簧均沿反力筒的圆周方向均匀布置，且竖向弹簧和水平向弹簧相互交错。

9、优选的，反力筒外壁与上反力环板内周之间设有间隙，下反力环板外周与上塔筒筒身内壁之间设有间隙，用于为下塔筒和上塔筒在水平方向预留相对运动空间。

10、优选的，上塔筒筒身上口与下塔筒筒身下口之间设有间隙，用于为下塔筒和上塔筒在竖直方向预留相对运动空间。

11、优选的，反力筒外壁与上反力环板内周之间的间隙，下反力环板外周与上塔筒筒身内壁之间的间隙设置为0.5cm。

12、优选的，上塔筒筒身上口与下塔筒筒身下口之间的间隙设置为1cm。

13、优选的，下塔筒筒身上口连接有柔性密封装置，柔性密封装置包括：

14、支撑环，支撑环连接于下塔筒筒身顶端，支撑环底端两侧连接有下环体，下塔筒筒身夹设于两个下环体之间并通过螺栓连接，支撑环和下环体之间连接有斜向支板；

15、柔性密封垫，柔性密封垫连接于支撑环顶端且呈u字型，柔性密封垫包围上塔筒筒身下口设置；

16、优选的，柔性密封垫内设置有辅助耗能单元，辅助耗能单元包括：

17、环形储气腔，环形储气腔设置于柔性密封垫中心，环形储气腔内容纳有预压气体，环形储气腔进气端与本体连接，当环形储气腔内气压低于预设值时自动向其内部充气；

18、耗能复位腔，柔性密封垫沿圆周方向设置有多个耗能复位腔组，每个耗能复位腔组包括两个耗能复位腔，并对称设置于柔性密封垫两侧；

19、导气管，导气管连接于耗能复位腔内并与柔性密封垫同心设置，导气管沿圆周方向均匀连接有多个辅助耗能组件，各辅助耗能组件分别对应位于各耗能复位腔内，导气管通过输气管路与环形储气腔出气端连接。

20、优选的，辅助耗能组件包括：

21、导向管，导向管连接于导气管靠近柔性密封垫中心的一侧，导向管至少设置为两个；

22、导向柱，导向柱滑动连接于导向管内并向柔性密封垫中心延伸；

23、支撑板，支撑板连接于导向柱端部，支撑板呈弧形设置，并贴合于耗能复位腔靠近柔性密封垫中心的一侧，导向柱和导向管上套设有弹簧，弹簧两端分别与支撑板和导气管连接。

24、优选的，耗能复位腔内设置有调流组件，调流组件包括：

25、通断阀管，通断阀管水平连接于输气管路上，且通断阀管位于耗能复位腔内；

26、通断杆，通断杆滑动连接于通断阀管内，通断杆上设置有截断部和调流部，截断部设置于通断杆一端，并与通断阀管端部直接连接有复位弹簧，截断部封堵输气管路设置，调流部连接于截断部和通断杆主体之间并形成斜面，通断杆的宽度小于输气管路的直径，通断杆另一端与支撑板抵接。

27、优选的，导气管内设置有泄压组件，泄压组件包括：

28、泄压管，泄压管连接于导气管远离柔性密封垫中心的一侧，并与任意一个导向管正对，泄压管内设置有泄压阀；

29、封堵杆，封堵杆连接于导向柱中心，当导向柱移动时，能够伸入泄压管内将其封堵。

30、优选的，辅助耗能单元还包括：

31、密封板，密封板底端连接于柔性密封垫中心，并位于环形储气腔上方，密封板顶端与上塔筒筒身下口贴合，密封板底端两侧设置有斜面；

32、随动杆，随动杆水平设置于耗能复位腔侧壁，耗能复位腔与随动杆连接位置设置为刚性，随动杆一端伸入密封板下方，且随动杆端部的楔形块与密封板斜面滑动连接；

33、拨片，拨片铰接于随动杆另一端，且拨片两侧设置有限制拨片转动的阻尼片，拨片位于支撑板的移动路径上。

34、优选的，柔性密封装置还包括：

35、加固环，加固环同心设置于柔性密封垫外侧，加固环沿圆周方向均匀设置有多个热缩段，热缩段加热后长度变短，热缩段设置于伸缩节内，热缩段中部与伸缩节中部固定，伸缩节内设有用于对热缩段加热的电加热丝，伸缩节与柔性密封垫连接。

36、相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

37、本发明提供的一种自带耗能装置的风电塔，采用设置于反力筒和上塔筒筒身之间的水平向弹簧，来削减因风扇和筒身承受水平向风载，引起的水平向风振向基础传递的振动能量；

38、采用设置于上反力环板底面和下反力环板顶面之间的竖向弹簧，以及两端分别与上耳板和下耳板连接的耗能链杆，来削减因风扇在竖直面转动，引起的竖向振动向基础传递的振动能量。

39、本发明提供的一种自带耗能装置的风电塔，通过置于塔筒筒身内的耗能装置和塔筒筒身外的耗能支撑，削减风电结构由上部向基础传递的，因风扇和筒身承受水平向风载引起的水平向风振，及风扇在竖直面转动引起的竖向振动能量，从而达到保护风电基础、延长基础使用寿命的目的。

40、本发明所述的一种自带耗能装置的风电塔，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。