本發(fā)明屬于風(fēng)電系統(tǒng)的建筑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有導(dǎo)風(fēng)板的自適應(yīng)風(fēng)向新型風(fēng)力機(jī)。

背景技術(shù)：

作為新能源產(chǎn)業(yè)的先驅(qū)者，風(fēng)力機(jī)逐漸朝著大功率化發(fā)展，同時(shí)伴隨著塔筒結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出超高細(xì)的特點(diǎn)。作為典型的風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)，風(fēng)力機(jī)塔筒的結(jié)構(gòu)形式既要保證風(fēng)力發(fā)電的工藝要求，同時(shí)必須具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。因此采取適當(dāng)?shù)墓こ虡?gòu)造措施，調(diào)整風(fēng)力機(jī)塔筒表面風(fēng)壓分布，降低整體結(jié)構(gòu)所受風(fēng)荷載并減小耗材，同時(shí)減弱上游尾流對下游風(fēng)力機(jī)所處風(fēng)場的不利影響，是結(jié)構(gòu)工程師努力的方向。

就目前來說，風(fēng)力機(jī)塔筒外側(cè)豎向加導(dǎo)風(fēng)措施是主要方案之一，但塔筒外側(cè)加導(dǎo)風(fēng)措施也有諸多缺點(diǎn)。例如需要制作異型模板，增大了施工難度，增加了施工措施費(fèi)用，最為嚴(yán)重的是，風(fēng)向的隨機(jī)性有時(shí)會(huì)增大帶導(dǎo)風(fēng)措施塔筒的風(fēng)荷載作用，極端情況下甚至?xí)?dǎo)致塔筒失穩(wěn)倒塌，對社會(huì)經(jīng)濟(jì)及安全造成不利的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有的技術(shù)缺陷與工程實(shí)際難題，本發(fā)明提出了一種構(gòu)造新穎、施工方便、顯著提升結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能、減少自身耗材并減弱上游尾流對下游風(fēng)力機(jī)所處風(fēng)場不利影響的自適應(yīng)風(fēng)向的新型風(fēng)力機(jī)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種帶有導(dǎo)風(fēng)板的自適應(yīng)風(fēng)向新型風(fēng)力機(jī)，其特征在于，包括：塔筒、機(jī)艙、風(fēng)輪、旋轉(zhuǎn)裝置和基座；所述塔筒安裝在基座上，塔筒的迎風(fēng)面與背風(fēng)面均安裝有一塊豎直導(dǎo)風(fēng)板，所述豎直導(dǎo)風(fēng)板固定在塔筒的徑向上，兩塊豎直導(dǎo)風(fēng)板相對于塔筒的中心軸對稱安裝；所述機(jī)艙固定安裝在塔筒的頂部，機(jī)艙中設(shè)有偏航系統(tǒng)，所述風(fēng)輪安裝在機(jī)艙上；所述旋轉(zhuǎn)裝置安裝在塔筒的底部，旋轉(zhuǎn)裝置受偏航系統(tǒng)控制，驅(qū)動(dòng)塔筒在基座上進(jìn)行自適應(yīng)風(fēng)向旋轉(zhuǎn)。

為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

所述塔筒和基座之間由上至下依次設(shè)有上磁鐵、底部滾輪和下磁鐵，所述上磁鐵和下磁鐵為相對設(shè)置的一對同極環(huán)形磁鐵，上磁鐵與塔筒的底面固定連接，下磁鐵固定安裝在基座上，下磁鐵中設(shè)有環(huán)形的滾輪槽，所述底部滾輪均勻分布在滾輪槽中并向上凸出于滾輪槽，上磁鐵布置在底部滾輪上。

所述塔筒的底部外周由上至下依次固定安裝有上卡板和下卡板，所述上卡板和下卡板的外周還設(shè)有環(huán)形的限制外殼，所述限制外殼的頂面位于豎直導(dǎo)風(fēng)板的下方，限制外殼的底面固定在基座上，限制外殼的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有環(huán)形的凹槽，上卡板和下卡板均位于凹槽中，上卡板和下卡板之間的塔筒外壁上均勻分布有多個(gè)側(cè)滾輪，所述側(cè)滾輪同時(shí)還與凹槽相接觸，其中，限制外殼與豎直導(dǎo)風(fēng)板、上卡板、下卡板均不接觸。

所述旋轉(zhuǎn)裝置包括電機(jī)和旋轉(zhuǎn)盤，所述電機(jī)安裝在基座上，所述旋轉(zhuǎn)盤固定安裝在塔筒的底部內(nèi)側(cè)壁上，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)輸出軸穿過旋轉(zhuǎn)盤的中部并與旋轉(zhuǎn)盤固定連接。

所述旋轉(zhuǎn)盤的邊緣設(shè)有齒槽，塔筒的底部內(nèi)側(cè)壁設(shè)有加勁環(huán)，所述加勁環(huán)上設(shè)有與齒槽相契合的齒牙。

所述豎直導(dǎo)風(fēng)板采用實(shí)心鋼板制成。

所述豎直導(dǎo)風(fēng)板在塔筒外表面徑向伸長1m，環(huán)向厚度為0.05m。

所述豎直導(dǎo)風(fēng)板通過在塔筒筒壁外表面預(yù)埋螺栓進(jìn)行固定。

所述基座為半徑6m、高度1m的圓柱體結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果是：可在提升風(fēng)力機(jī)整體結(jié)構(gòu)抗風(fēng)及穩(wěn)定性能的同時(shí)，減小整體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載、降低塔筒的自身耗材并顯著減弱上游塔筒尾流對下游風(fēng)力機(jī)所處風(fēng)場的不利影響，且具有構(gòu)造簡單、施工方便的優(yōu)點(diǎn)，適合推廣使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明塔筒底部的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明塔筒底部的剖視圖。

圖4是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)盤的局部示意圖。

圖5是本發(fā)明電機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出軸的局部示意圖。

圖6是光滑的和帶導(dǎo)風(fēng)板塔筒的典型高度處壓力系數(shù)及阻力系數(shù)的對比示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1-3所示的自適應(yīng)風(fēng)向的新型風(fēng)力機(jī)，采用3mw水平軸大型風(fēng)力機(jī)，主要包括塔筒1、機(jī)艙2、風(fēng)輪3、旋轉(zhuǎn)裝置4和基座5。

塔筒1安裝在基座5上，為厚度線性變化的圓臺(tái)形筒狀結(jié)構(gòu)，材料為鋼材，高85m，頂部半徑2m，底部半徑2.5m，頂壁厚0.03m，底壁厚0.06m。塔筒1的迎風(fēng)面與背風(fēng)面均安裝有一塊豎直導(dǎo)風(fēng)板6，導(dǎo)風(fēng)板6通過預(yù)埋螺栓固定在塔筒1的徑向上，兩塊導(dǎo)風(fēng)板6相對于塔筒1的中心軸對稱安裝，導(dǎo)風(fēng)板6為長方體鋼板，在塔筒1外表面徑向伸長可為1m，環(huán)向厚度可為0.05m?；?為鋼筋混凝土圓柱結(jié)構(gòu)，高度為1m，半徑為6m。

機(jī)艙2固定安裝在塔筒1的頂部，尺寸為12m×4m×4m，材料為鋼材，機(jī)艙2中設(shè)有偏航系統(tǒng)。風(fēng)輪3安裝在機(jī)艙2上，長度為44.5m，由復(fù)合材料構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)裝置4安裝在塔筒1的底部，受偏航系統(tǒng)控制，驅(qū)動(dòng)塔筒1在基座5上進(jìn)行自適應(yīng)風(fēng)向旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)裝置4的具體結(jié)構(gòu)參見圖3，包括電機(jī)16和旋轉(zhuǎn)盤17，電機(jī)16安裝在基座5上，旋轉(zhuǎn)盤17固定安裝在塔筒1的底部內(nèi)側(cè)壁上，電機(jī)16的旋轉(zhuǎn)輸出軸穿過旋轉(zhuǎn)盤17的中部并與旋轉(zhuǎn)盤17固定連接，如圖6所示，旋轉(zhuǎn)輸出軸上部環(huán)向固定連接有4個(gè)齒結(jié)構(gòu)，與旋轉(zhuǎn)盤17緊密契合。旋轉(zhuǎn)盤17為厚度0.15m、半徑2.15m的實(shí)心鋼板，如圖4所示，旋轉(zhuǎn)盤17周邊均勻布置有36個(gè)齒槽，旋轉(zhuǎn)盤17下面由厚度為0.6m、徑向長度為0.2m的內(nèi)部加勁環(huán)18支撐，加勁環(huán)18也采用鋼材，加勁環(huán)18上部沿環(huán)向均勻固定連接有36個(gè)齒牙，齒牙與齒槽一一契合。

風(fēng)力機(jī)采用電動(dòng)的偏航系統(tǒng)來調(diào)整塔筒1、風(fēng)輪3和導(dǎo)風(fēng)板6的位置并使其對準(zhǔn)風(fēng)向，偏航系統(tǒng)包括感應(yīng)風(fēng)向的風(fēng)向標(biāo)、信號處理系統(tǒng)和信號傳輸系統(tǒng)等，風(fēng)向標(biāo)作為感應(yīng)元件將風(fēng)向的變化用電信號傳遞到信號處理系統(tǒng)，經(jīng)過比較后信號處理系統(tǒng)產(chǎn)生順時(shí)針或逆時(shí)針的無線偏航指令，并通過信號傳輸系統(tǒng)無線發(fā)送給控制臺(tái)，控制臺(tái)根據(jù)無線偏航指令控制電機(jī)16的旋轉(zhuǎn)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)輸出軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤17轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)塔筒1旋轉(zhuǎn)。當(dāng)對風(fēng)完成后，風(fēng)向標(biāo)失去電信號，電機(jī)16停止工作，偏航過程結(jié)束。

塔筒1在旋轉(zhuǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力，并且由于自身的重力因素，容易產(chǎn)生傾斜和偏移現(xiàn)象，故在塔筒1底部設(shè)置有磁極滾輪裝置。具體結(jié)構(gòu)參見圖3-4，塔筒1和基座5之間由上至下依次設(shè)有上磁鐵7、底部滾輪8和下磁鐵9，上磁鐵7和下磁鐵9為相對設(shè)置的一對同極環(huán)形磁鐵，上磁鐵7與塔筒1的底面固定連接，下磁鐵9固定安裝在基座5上，下磁鐵9中設(shè)有環(huán)形的滾輪槽10，底部滾輪8均勻地分布在滾輪槽10中并向上凸出于滾輪槽10，上磁鐵7布置在底部滾輪8上。其中，上磁鐵7徑向長度0.56m，厚度0.25m，下磁鐵9內(nèi)含滾輪槽10，總厚度0.46m，徑向長度為0.78m，其中滾輪槽10深度0.25m，寬度0.50m，底部滾輪8為20個(gè)球體，采用剛性復(fù)合材料制成，厚度0.1m，半徑0.25m，內(nèi)嵌在滾輪槽10內(nèi)，環(huán)向均勻布置。

此外，塔筒1的底部外周由上至下還依次固定安裝有上卡板11和下卡板12，上卡板11和下卡板12的外周設(shè)有環(huán)形的限制外殼13，限制外殼13的頂面位于豎直導(dǎo)風(fēng)板6的下方，底面固定在基座5上，限制外殼13的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有環(huán)形的凹槽14，上卡板11和下卡板12均位于凹槽14中，上卡板11和下卡板12之間的塔筒1外壁上均勻分布有多個(gè)側(cè)滾輪15，側(cè)滾輪15同時(shí)還與凹槽14相接觸，限制外殼13與豎直導(dǎo)風(fēng)板6、上卡板11、下卡板12均不接觸。其中，上卡板11和下卡板12采用鋼材，共同起到固定塔筒1的作用，可將塔筒1固定在限制外殼13內(nèi)，提高風(fēng)力機(jī)整體穩(wěn)定性，上卡板11和下卡板12均外伸0.37m，高度0.37m，限制外殼13采用鋼材，高度為5m，上部厚度為1.5m，中間厚度為1m，下部厚度為1.4m，側(cè)滾輪15同樣采用剛性復(fù)合材料制成的空心球體，半徑0.05m，內(nèi)嵌在凹槽14內(nèi)，環(huán)向均勻布置30個(gè)，豎向共布置6層。

塔筒1、機(jī)艙2、風(fēng)輪3、導(dǎo)風(fēng)板6、上磁鐵7、上卡板11、下卡板12、旋轉(zhuǎn)盤17和加勁環(huán)18為一整體固結(jié)體系，其中導(dǎo)風(fēng)板6沿塔筒1外表面子午向固定在塔筒1的迎風(fēng)面與背風(fēng)面處，兩塊導(dǎo)風(fēng)板6相對于塔筒1的中心軸對稱安裝，導(dǎo)風(fēng)板6的下部接近限制外殼13上部但不連接，導(dǎo)風(fēng)板6不僅可在迎風(fēng)面破風(fēng)，亦可在背風(fēng)面破渦。在導(dǎo)風(fēng)板6下部設(shè)置上卡板11和下卡板12，將塔筒1固定在限制外殼13內(nèi)，上卡板11、下卡板12與限制外殼13形成容納側(cè)滾輪15的空間。塔筒1底面固定連接有上磁鐵7，磁極和下磁鐵9相同，同極磁鐵相互排斥，減少底部基座5所承受的風(fēng)力機(jī)上部豎向荷載，進(jìn)而減小塔筒1旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力。

基座5、下磁鐵9、限制外殼13和電機(jī)16為一整體固結(jié)體系，側(cè)滾輪15內(nèi)嵌在凹槽14內(nèi)，分別接觸塔筒1外表面和限制外殼13，底部滾輪8內(nèi)嵌在滾輪槽10內(nèi)，分別接觸上磁鐵7和下磁鐵9。塔筒1旋轉(zhuǎn)時(shí)，側(cè)滾輪15在凹槽14內(nèi)滾動(dòng)，底部滾輪8在滾輪槽10內(nèi)滾動(dòng)，可以大大減小塔筒1旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力。

圖6是光滑的和帶導(dǎo)風(fēng)板塔筒的典型高度處壓力系數(shù)及阻力系數(shù)的對比示意圖，由此可知，導(dǎo)風(fēng)板的設(shè)置不僅可在迎風(fēng)面破風(fēng)，亦可在背風(fēng)面破渦，有效降低了塔筒環(huán)向負(fù)壓極值以及背風(fēng)面負(fù)壓值，進(jìn)而顯著減小塔筒阻力系數(shù)cd值，最終有效地減小了整體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載、降低了塔筒的自身耗材并顯著減弱了上游塔筒尾流對下游風(fēng)力機(jī)所處風(fēng)場的不利影響。

需要注意的是，發(fā)明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。