一種側(cè)梯行走支撐的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架系統(tǒng)及其構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種側(cè)梯行走支撐的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架系統(tǒng)及其構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能作為綠色清潔能源，以前所未有的速度在快速發(fā)展，截止到2014年末，我國風(fēng)電裝機(jī)容量已躍居世界第一。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量也越來越大，桿塔也越來越高。目前國內(nèi)容量最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為國電聯(lián)合動(dòng)力有限公司的8MW。目前4.5MW的風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度100余米，風(fēng)機(jī)輪轂高度已達(dá)120米。根據(jù)風(fēng)機(jī)發(fā)展的統(tǒng)計(jì)規(guī)律預(yù)測(cè)，到2020年時(shí)單臺(tái)風(fēng)機(jī)容量有望達(dá)到20MW。
[0003]隨著風(fēng)機(jī)容量的增大，塔架高度也越來越高。從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度，作為唯一垂直支撐的鋼塔，不僅承受著整個(gè)風(fēng)機(jī)的巨大重力，還承受著風(fēng)機(jī)的橫向拉力。整個(gè)風(fēng)機(jī)的重力和橫向拉力最終全部集中在鋼塔底座和基礎(chǔ)上，這就對(duì)基礎(chǔ)和鋼塔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度帶來了巨大挑戰(zhàn)，基礎(chǔ)必將越來越大，鋼塔也越來越粗大，不利于充分利用風(fēng)能，也不利于降低風(fēng)電機(jī)組造價(jià)，提高風(fēng)電競(jìng)爭(zhēng)力。如果將風(fēng)機(jī)塔架由目前的單個(gè)鋼塔改為垂直支撐和斜向支撐構(gòu)成的垂直三角形構(gòu)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(chǔ)的要求，從而大大降低工程造價(jià)。不僅如此，只要塔架穩(wěn)固性解決了，還可增加迎風(fēng)面風(fēng)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(chǔ)上，風(fēng)能利用率成倍提高。
[0004]此外，從對(duì)風(fēng)電機(jī)組本身的功能要求來看，偏航控制是保證風(fēng)機(jī)正面迎風(fēng)、發(fā)揮風(fēng)機(jī)最佳出力的主要措施，是必不可少的自我控制功能。目前風(fēng)機(jī)的偏航控制靠伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)頂部機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。目前4.5MW容量的機(jī)艙重量達(dá)到了 400噸，驅(qū)動(dòng)機(jī)艙旋轉(zhuǎn)的電機(jī)需要很大的驅(qū)動(dòng)力。如果將偏航控制牽引桿加長(zhǎng)，從力學(xué)原理上，則需要的驅(qū)動(dòng)力與牽引桿的垂直投影長(zhǎng)度成反比，偏航驅(qū)動(dòng)力可大大縮小，偏航驅(qū)動(dòng)也更加靈巧。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種側(cè)梯行走支撐的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架系統(tǒng)及其構(gòu)建方法，本發(fā)明能夠使風(fēng)塔的抗風(fēng)強(qiáng)度大大增加，提高風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能利用率。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種側(cè)梯行走支撐的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架系統(tǒng)，包括垂直桿塔、機(jī)艙、側(cè)面支撐梯、行走機(jī)構(gòu)和導(dǎo)軌，其中，機(jī)艙設(shè)置于垂直桿塔的頂端，機(jī)艙一端固定有風(fēng)機(jī)，垂直桿塔底端設(shè)有導(dǎo)軌，側(cè)面支撐梯的底端通過行走機(jī)構(gòu)連接在導(dǎo)軌上，側(cè)面支撐梯的頂端連接機(jī)艙的尾部。
[0008]進(jìn)一步的，所述行走機(jī)構(gòu)為行走齒輪，行走齒輪的承重面與導(dǎo)軌的承重面通過軸承支撐，行走齒輪的邊緣與導(dǎo)軌槽邊緣上的齒輪嚙合，伺服電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)行走齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，使側(cè)面支撐梯沿導(dǎo)軌行走，從而牽引機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0009]所述垂直桿塔與機(jī)艙為旋轉(zhuǎn)鍥合連接，機(jī)艙在垂直桿塔頂部水平面自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]優(yōu)選的，所述導(dǎo)軌設(shè)置在以垂直桿塔為中心的圓弧線上。
[0011]所述側(cè)面支撐梯的底端沿導(dǎo)軌行走。
[0012]所述垂直桿塔頂端設(shè)有風(fēng)向羅盤，所述風(fēng)向羅盤包括風(fēng)向標(biāo)、LED燈、透光孔和感光羅盤，其中，風(fēng)向標(biāo)固定于感光羅盤軸心處，感光羅盤沿圓周均勻設(shè)置有多個(gè)透光孔，LED燈設(shè)置于風(fēng)向標(biāo)上，與透光孔位置相對(duì)應(yīng)。
[0013]所述側(cè)面支撐梯上設(shè)置有導(dǎo)軌羅盤，當(dāng)風(fēng)向羅盤與導(dǎo)軌羅盤指示一致時(shí)意味著正向迎風(fēng)，側(cè)面支撐梯停止行走，實(shí)現(xiàn)偏航控制。
[0014]所述導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)裝有光電式位置傳感器。
[0015]—種側(cè)梯行走支撐的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架的搭建方法，包括以下步驟:
[0016](1)安裝垂直桿塔，垂直桿塔與頂部的風(fēng)機(jī)機(jī)艙旋轉(zhuǎn)鍥合連接，保證機(jī)艙在桿塔頂部水平面自由轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0017](2)將側(cè)面支撐梯一端安裝于機(jī)艙兩側(cè)，一端安裝于地面上，地面導(dǎo)軌安裝于以垂直桿塔為中心的圓弧線上，使側(cè)面支撐梯沿導(dǎo)軌行走；
[0018](3)在垂直桿塔頂部和導(dǎo)軌處分別安裝風(fēng)向羅盤和導(dǎo)軌羅盤，側(cè)面支撐梯同時(shí)兼做機(jī)艙偏航控制的牽引桿，通過風(fēng)向羅盤與導(dǎo)軌位置反饋信息實(shí)現(xiàn)精確的偏航控制。
[0019]所述步驟(2)中，側(cè)面支撐梯的兩個(gè)支撐桿分別安裝于機(jī)艙的兩側(cè)，連接處在垂直方向自由轉(zhuǎn)動(dòng)，以使側(cè)面支撐梯與垂直桿塔按一定夾角安裝和調(diào)整，角度的大小取決于抗風(fēng)力的大小和地面導(dǎo)軌的半徑，側(cè)面支撐梯下端與導(dǎo)軌連接處安裝行走齒輪，側(cè)面支撐梯隨行走齒輪沿導(dǎo)軌行走。
[0020]所述步驟(3)中，導(dǎo)軌同時(shí)為側(cè)面支撐梯行走的導(dǎo)向槽和側(cè)面支撐梯的承重軌，側(cè)面支撐梯與導(dǎo)軌承重面通過軸承支撐滑動(dòng)，側(cè)面支撐梯的行走齒輪通過導(dǎo)軌邊沿的齒輪嚙合而行走。
[0021]所述步驟(3)中，當(dāng)風(fēng)向羅盤與導(dǎo)軌羅盤指示一致時(shí)為正向迎風(fēng)，側(cè)面支撐梯停止行走，實(shí)現(xiàn)偏航控制，感光羅盤上風(fēng)向標(biāo)尾部的紅外光燈經(jīng)過羅盤透光孔時(shí)，感光羅盤通過不同感光孔的編碼信息來測(cè)得風(fēng)向。
[0022]本發(fā)明的有益效果為:
[0023](1)本發(fā)明提出將風(fēng)機(jī)的垂直鋼塔結(jié)構(gòu)改為側(cè)面加梯型傾斜支撐的塔架結(jié)構(gòu)，且將偏航控制與塔架的側(cè)面支撐梯合二為一，側(cè)面支撐梯同時(shí)也是偏航控制的牽引桿，偏航控制裝置通過驅(qū)動(dòng)側(cè)面支撐梯的行走齒輪，驅(qū)動(dòng)側(cè)面支撐梯沿地面導(dǎo)軌做以垂直桿塔為中心的圓弧運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)風(fēng)輪正面迎風(fēng)；
[0024](2)本發(fā)明使風(fēng)塔的抗風(fēng)強(qiáng)度大大增加，使現(xiàn)有的風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能利用率成倍增加，便于集中建設(shè)更大容量的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；
[0025](3)將風(fēng)機(jī)所受的橫向拉力通過側(cè)面支撐梯轉(zhuǎn)移到導(dǎo)軌上，垂直桿塔主要承擔(dān)桿塔及風(fēng)機(jī)自身的重力，極大地增強(qiáng)了塔架的抗風(fēng)強(qiáng)度，且將偏航驅(qū)動(dòng)裝置安裝于地面，方便了裝置的維護(hù)；
[0026](4)大大降低了工程造價(jià)，為進(jìn)一步優(yōu)化風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)提高風(fēng)能利用率奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0027]圖1為側(cè)梯行走支撐風(fēng)力發(fā)電塔架整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為風(fēng)向羅盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]其中，1、垂直桿塔，2、機(jī)艙，3、支撐梯，4、行走機(jī)構(gòu)，5、導(dǎo)軌，6、風(fēng)向標(biāo)，7、紅外光LED，8、透光孔，9、感光羅盤。
【具體實(shí)施方式】
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[0030]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明提出了一種將風(fēng)機(jī)的單個(gè)鋼塔結(jié)構(gòu)改為側(cè)面加裝傾斜支撐梯3的塔架結(jié)構(gòu)，以及將偏航控制與側(cè)面支撐梯3合二為一的風(fēng)機(jī)塔架及偏航控制機(jī)構(gòu)新方法。側(cè)面支撐梯3同時(shí)也是偏航控制的牽引桿，偏航控制裝置通過驅(qū)動(dòng)側(cè)面支撐梯3與導(dǎo)軌5接觸的行走齒輪，在地面做以垂直桿塔1為中心的圓弧運(yùn)動(dòng)，且永遠(yuǎn)使風(fēng)輪正面迎風(fēng)。以下為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的五個(gè)步驟及方法。
[0032]步驟1:風(fēng)機(jī)塔架分為三部分，第一部分為垂直桿塔1，第二部分為側(cè)面支撐梯3，第三部分為地面導(dǎo)軌5。
[0033]步驟2:垂直桿塔1與頂部