一种海上漂浮式风力发电机组的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种海上漂浮式风力发电机组。


背景技术：

2.海上风力发电机组的塔架是支撑机组机舱、风轮及其他零部件的结构，塔架把风力发电机与基础连接，为风轮提供所需要的工作高度，将风轮所承受的荷载传至基础。塔架的设计水平将直接影响到风力发电机组的整体性能，因此，塔架的安全可靠直接关系到整个风机的安全运行和使用寿命。由于海上风资源较好，海上风力发电机组的风轮直径大，额定功率高，塔架所承受的载荷也更大，如图1所示，塔架01为普遍采用的锥段塔架，其受力形式为悬臂梁，其中f为风轮推力，m为塔架所示弯矩，塔架所受载荷变大，这就对塔架的安全可靠提出了更高的要求。当前海上风力发电机组塔架的成本占整个风力发电机组制造成本的20％左右，保证在极端风况条件下，不会使风力机倾倒，并有效降低风机塔架成本对海上风力发电技术的推广和应用具有重要意义。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海上漂浮式风力发电机组，通过合理的布置空间张拉系统并调节其预紧力，能够把机组所承受的风载直接传递到基础，直接降低塔架承载，降低了对塔架的设计要求，进而降低了塔架成本、降低整机成本，具有较明显的经济性优势。
4.为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种海上漂浮式风力发电机组，包括漂浮式基础、塔架、下风向风机及空间张拉系统；所述漂浮式基础包括有三个呈放射状布置的基础臂；所述塔架装于漂浮式基础的中心处；所述下风向风机通过其尾部的机舱装于塔架上，且所述机舱不带有机舱罩；所述空间张拉系统将多个基础臂与机舱相连接，且施加在其上的预紧力合力的方向与塔架轴线重合，通过该空间张拉系统将风轮载荷由机舱传递至漂浮式基础上，以降低塔架承载。
5.进一步，所述空间张拉系统包括三个张拉单元，其中一个位于上风向的为上风向张拉单元，另外两个位于下风向的为下风向张拉单元，该三个张拉单元的一端与机舱相连接，另一端分别与三个基础臂的末端相连接，且该三个张拉单元上的预紧力合力的方向与塔架轴线重合。
6.进一步，所述张拉单元包括一根或多根缆绳，所述缆绳的数量根据机组的实际需求确定。
7.进一步，所述缆绳为钢绞线或尼龙绳。
8.进一步，所述机舱为金属件，其外表面加工有多个用于与空间张拉系统连接的接口，且一个接口对应一个空间张拉系统的缆绳，该多个接口均布在机舱与塔架的连接接口周围。
9.一种海上漂浮式风力发电机组，包括漂浮式基础、塔架、下风向风机及空间张拉系
统；所述漂浮式基础包括有三个呈放射状布置的基础臂；所述塔架包括两个上部塔架和下部塔架，该两个上部塔架和下部塔架相连接构成y形结构，所述下部塔架与漂浮式基础的中心处相连接；所述下风向风机有两个，分别通过各自尾部的机舱装于两个上部塔架上，且两个机舱均不带有机舱罩；所述空间张拉系统有两个，分别与两个机舱一一对应，通过空间张拉系统将机舱与基础臂相连接，且每个空间张拉系统预紧力合力的方向与相应上部塔架的轴线重合，通过空间张拉系统将风轮载荷由机舱传递至漂浮式基础上，以降低塔架承载。
10.进一步，所述空间张拉系统包括三个张拉单元，分别为上风向张拉单元、下风向张拉单元和水平张拉单元；所述上风向张拉单元的一端与机舱相连接，其另一端与位于上风向位置的基础臂的末端相连接，所述下风向张拉单元的一端与机舱相连接，其另一端与位于下风向位置的基础臂的末端相连接，所述水平张拉单元的一端与机舱相连接，其另一端与另一个机舱相连接。
11.进一步，所述张拉单元包括一根或多根缆绳，所述缆绳的数量根据机组的实际需求确定。
12.进一步，所述缆绳为钢绞线或尼龙绳。
13.进一步，所述机舱为金属件，其外表面加工有多个用于与空间张拉系统连接的接口，且一个接口对应一个空间张拉系统的缆绳，该多个接口均布在机舱与塔架的连接接口周围。
14.本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
15.1、本实用新型通过合理的布置空间张拉系统并调节其预紧力，能够把机组所承受的风载直接传递到基础，直接降低塔架承载，降低了塔架的设计要求，有效降低了塔架成本；另外通过空间张拉系统的设计，降低了塔架的设计要求，可降低塔架结构质量，同时还可减少漂浮式基础所需浮力，降低漂浮式基础的设计要求，对降低整机成本，具有较明显的经济性优势。
16.2、本实用新型通过空间张拉系统的设计增加了塔架塔顶的约束，有效限制塔顶位移。
17.3、本实用新型的机舱为金属材料制作，且机舱不带机舱罩，通过机舱为内部功能系统提供遮蔽的同时也可传递风轮工作载荷，使机组结构更紧凑，传力路径更简单可靠。
附图说明
18.图1为现有的海上风力发电机组的塔架的受力示意图。
19.图2为实施例一的海上漂浮式风力发电机组的结构示意图。
20.图3为实施例一中机舱的结构示意图。
21.图4为实施例二的海上漂浮式风力发电机组的结构示意图。
22.图5为实施例二中风机静止时机舱的受力示意图。
23.图6为实施例二中风机运行时机舱的受力示意图。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
25.实施例一
26.如图2、图3所示，本实施例所述的一种海上漂浮式风力发电机组，包括漂浮式基础1、塔架2、下风向风机3及空间张拉系统；所述漂浮式基础1包括有三个呈放射状布置的基础臂；所述塔架2装于漂浮式基础1的中心处；所述下风向风机3通过其尾部的机舱6装于塔架2上，且该机舱6是通过法兰与塔架2直接连接；所述机舱6由金属材料制作，且不带有机舱罩，通过机舱6能够为内部功能系统提供遮蔽，其外表面加工有多个用于与空间张拉系统连接的接口，该多个接口均布在机舱6与塔架2的连接接口周围，通过多个接口均布在机舱6周围，这样能够使机舱6和塔架2受力更加均匀，结构更加稳固；所述空间张拉系统包括三个张拉单元，其中一个位于上风向的为上风向张拉单元401，另外两个位于下风向的为下风向张拉单元402；每个张拉单元包括一根或多根缆绳，所述缆绳的数量根据机组的实际需求确定，本实施例中张拉单元的缆绳数量为一根，缆绳材料可以是钢绞线或尼龙绳，一根缆绳对应机舱上的一个接口，即所述上风向张拉单元401的缆绳与机舱上的位于上风向的接口601相连接，两根缆绳的另一端连接至位于上风向位置的基础臂的末端，下风向张拉单元402的缆绳与机舱上位于下风向的接口602相连接，另一端连接至位于下风向位置的基础臂的末端；该三个张拉单元上的预紧力合力的方向与塔架2轴线重合，通过三个张拉单元将风轮载荷由机舱6直接传递至漂浮式基础1上，使塔架2只承受压力而不受弯矩，最终降低塔架2承载。
27.实施例二
28.如图4所示，本实施例所述的另一种海上漂浮式风力发电机组，与实施例一的不同在于：所述塔架包括两个上部塔架501和下部塔架502，该两个上部塔架501和下部塔架502相连接构成y形结构；所述下部塔架502与漂浮式基础1的中心处相连接；所述下风向风机3有两个，分别通过各自尾部的机舱6装于两个上部塔架501上；所述空间张拉系统有两个，分别与两个机舱6一一对应；每个空间张拉系统由上风向张拉单元401、下风向张拉单元402和水平张拉单元403组成，且两个空间张拉系统共用一个水平张拉单元403，本实施例中每个张拉单元的缆绳数量为两根；其中，所述上风向张拉单元401的两根缆绳的一端分别与机舱6上的两个位于上风向的接口601相连接，另一端均连接至位于上风向位置的基础臂的末端；所述下风向张拉单元402的两根缆绳的一端分别与机舱6上的两个位于下风向的接口602相连接，另一端均连接至位于下风向位置的基础臂的末端；所述水平张拉单元403的两根缆绳的一端与机舱6上的另两个位于下风向的接口602相连接，另一端均连接至另一个机舱6上；三个张拉单元预紧力合力的方向与相对应的上部塔架501轴线重合，通过空间张拉系统将风轮载荷由机舱6直接传递至漂浮式基础1上，使塔架只承受压力而不受弯矩，最终降低塔架承载。
29.对实施例二中的机舱6在机组静止和运行状态时分别进行受力分析。
30.其中，当机组静止时，如图5所示，忽略机舱6和风轮的重力，则机舱6受上风向张拉单元401的拉力为f1，两个下方向张拉单元402的合力为f2，上部塔架501的压力为f3，f1和f2的合力的方向与f3相反，且与上部塔架501轴线基本重合。
31.当机组运行时，如图6所示，风轮推力会传递到机舱6，此时机舱6受上风向张拉单元401的拉力f1，下方向缆绳的拉力f2，风轮推力f4和上部塔架501压力f3。f1、f2和f4的合力方向与f3相反，且与上部塔架501轴向基本重合。故机舱6传递到塔架载荷仅为压力f3的反作用力，即塔架仅受一个轴向压力，弯矩载荷较小，所需结构质量较传统悬臂梁塔架大大
减少。
32.由以上分析可知，无论在机组静止或者运行工况，塔架主要载荷均为压力载荷，风轮推力载荷主要通过空间张拉系统传递到漂浮式基础，大大降低了塔架载荷。
33.以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。