CN223662012U - 塔架及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种塔架及风力发电机组，涉及风力发电技术领域。本实用新型提供的塔架应用于风力发电机组，包括塔体和防护层，塔体包括多个由碳纤维或者玻璃纤维制成的预制塔段，多个预制塔段沿塔体的轴向同轴拼接形成塔体，预制塔的壁厚沿轴向呈梯度变化，防护层覆盖于塔体外，防护层至少用于阻挡紫外线照射塔体。本实用新型提供一种塔架及风力发电机组，重量轻、可以防紫外线。

Description

塔架及风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种塔架及风力发电机组。

背景技术

随着全球清洁能源的快速发展，风力发电愈发普及。但现有的风力发电机组塔架技术存在不少问题。传统塔架多为钢结构，靠切割、焊接钢材制成。一方面，因钢材密度大，为适配风电单机容量与安装高度的提升，塔架尺寸增大、重量骤增，这使得生产时运输成本高涨，成品运输需重型车辆，对道路桥梁要求高；在风电场建设现场，吊装沉重塔架需大型吊车，其租赁和操作成本高，遇到复杂地形或恶劣天气，吊装还极易受阻，延误建设进度。另一方面，风力发电机组常设于空旷、紫外线强的区域，如草原、海边等地，钢结构塔架受紫外线长时间照射，表面防护漆老化、剥落，钢材生锈，结构强度降低，缩短使用寿命，频繁维护补漆又会增加运营成本。

实用新型内容

为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本实用新型提供一种塔架及风力发电机组，重量轻、可以防紫外线。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种塔架，应用于风力发电机组，包括塔体和防护层，塔体包括多个由碳纤维或者玻璃纤维制成的预制塔段，多个预制塔段沿塔体的轴向同轴拼接形成塔体，预制塔的壁厚沿轴向呈梯度变化，防护层覆盖于塔体外，防护层至少用于阻挡紫外线照射塔体。

作为一种可选的实施方式，预制塔段的壁厚从底部至顶部连续减小，且壁厚从底部至顶部每米减小0.5mm-1.2mm。

作为一种可选的实施方式，防护层包括第一涂层和第二涂层，第一涂层覆盖于塔体表面，第二涂层覆盖于第一涂层外，第一涂层包括硅烷偶联剂，第二涂层包括聚氨酯面漆。

作为一种可选的实施方式，第一涂层的厚度为50μm-100μm，第二涂层的厚度为100μm-300μm。

作为一种可选的实施方式，防护层还包括第三涂层，第三涂层覆盖于第一涂层表面，第三涂层包括锌铬酸盐环氧底漆，第三涂层的厚度为100μm-200μm。

作为一种可选的实施方式，防护层还包括第四涂层，第四涂层覆盖于第三涂层表面，第四涂层包括环氧云铁中间漆，第四涂层的厚度为50μm-100μm，第二涂层覆盖于第四涂层表面。

作为一种可选的实施方式，防护层还包括第五涂层，第五涂层包括氟碳面漆，第五涂层的厚度为50μm-100μm，第五涂层覆盖于第二涂层表面。

作为一种可选的实施方式，还包括加强肋，加强肋通过共固化工艺和预制塔段一体成型。

作为一种可选的实施方式，加强肋的外形呈T形结构或者十字形结构。

第二方面，本实用新型还提供一种风力发电机组，包括第一方面任意一项中的塔架。

本实用新型提供的塔架应用于风力发电机组，包括塔体和防护层，塔体包括多个由碳纤维或者玻璃纤维制成的预制塔段，多个预制塔段沿塔体的轴向同轴拼接形成塔体，预制塔的壁厚沿轴向呈梯度变化，防护层覆盖于塔体外，防护层至少用于阻挡紫外线照射塔体。

本实用新型提供的塔体由碳纤维或玻璃纤维制成的预制塔段拼接而成，相较于传统钢结构塔架，碳纤维与玻璃纤维材料具有质量轻、高强度的特性，极大减轻了塔架整体重量。一方面，在生产运输环节，可选用承载能力相对较小的运输车辆，降低对道路桥梁的特殊要求，从而大幅削减物流成本；另一方面，在风电场建设现场，不再需要起吊能力超强的大型吊车，中小型吊车便能轻松应对，降低了吊装难度，减少因地形、气候等因素对吊装作业的阻碍，有效加快风电场建设进程。其次，预制塔段通过缠绕成型工艺制成，且壁厚沿轴向呈梯度变化，这种设计能够依据塔架不同部位受力情况精准分配材料，在保证结构强度的同时进一步优化材料使用，避免材料浪费，降低制造成本。再者，塔体外覆盖的防护层可有效阻挡紫外线照射，即使风力发电机组长期处于空旷、紫外线辐射强的区域，如草原、高山、海上等，防护层也能为塔体提供持久保护，防止塔体因紫外线侵蚀而出现表面老化、结构强度下降等问题，显著延长塔架使用寿命，减少后期维护频次与成本，确保风力发电机组稳定、高效运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的塔架的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的塔架中的预制塔段的示意图；

图3为图2中A处的放大图。

附图标记说明：

100-塔架；

110-预制塔段；

120-防护层；

121-第一涂层；

122-第二涂层；

123-第三涂层；

124-第四涂层；

125-第五涂层；

130-加强肋。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

传统的风电机组塔架多为钢结构，靠切割、焊接钢材制成。一方面，钢材密度大，风电为提效，单机容量与安装高度增加，塔架尺寸、重量跟着涨。生产时，运输要用重型车，对道路桥梁要求高，成本飙升；建设现场，吊装需大型吊车，租赁操作成本高，遇复杂地形或恶劣天气，吊装受阻，延误工期。另一方面，风力发电机组常设于空旷、紫外线强区域，如草原、海边。钢结构塔架受长时间紫外线照射，防护漆老化剥落，钢材生锈，结构强度降低、寿命缩短，频繁维护补漆又增加运营成本。

有鉴于此，本实用新型提供一种塔架，包括塔体和防护层，塔体包括多个由碳纤维或者玻璃纤维制成的预制塔段，多个预制塔段沿塔体的轴向同轴拼接形成塔体，预制塔的壁厚沿轴向呈梯度变化，防护层覆盖于塔体外。塔体由碳纤维或玻璃纤维制成的预制塔段拼接而成，相较于传统钢结构塔架，碳纤维与玻璃纤维材料具有质量轻、高强度的特性，极大减轻了塔架整体重量。一方面，在生产运输环节，可选用承载能力相对较小的运输车辆，降低对道路桥梁的特殊要求，从而大幅削减物流成本；另一方面，在风电场建设现场，不再需要起吊能力超强的大型吊车，中小型吊车便能轻松应对，降低了吊装难度，减少因地形、气候等因素对吊装作业的阻碍，有效加快风电场建设进程。其次，塔体外覆盖的防护层可有效阻挡紫外线照射，即使风力发电机组长期处于空旷、紫外线辐射强的区域，如草原、高山、海上等，防护层也能为塔体提供持久保护，防止塔体因紫外线侵蚀而出现表面老化、结构强度下降等问题，显著延长塔架使用寿命，减少后期维护频次与成本，确保风力发电机组稳定、高效运行。

图1为本实用新型实施例提供的塔架的示意图；图2为本实用新型实施例提供的塔架中的预制塔段的示意图；图3为图2中A处的放大图。

可以参考图1至图3，本实用新型实施例提供一种塔架100，应用于风力发电机组，包括塔体和防护层120，塔体包括多个由碳纤维或者玻璃纤维制成的预制塔段110，多个预制塔段110沿塔体的轴向同轴拼接形成塔体，预制塔段110可以通过缠绕成型工艺制成，预制塔的壁厚沿轴向呈梯度变化，防护层120覆盖于塔体外，防护层120至少用于阻挡紫外线照射塔体。

本实用新型实施例提供的塔体由碳纤维或玻璃纤维制成的预制塔段110拼接而成，相较于传统钢结构塔架100，碳纤维与玻璃纤维材料具有质量轻、高强度的特性，极大减轻了塔架100整体重量。一方面，在生产运输环节，可选用承载能力相对较小的运输车辆，降低对道路桥梁的特殊要求，从而大幅削减物流成本；另一方面，在风电场建设现场，不再需要起吊能力超强的大型吊车，中小型吊车便能轻松应对，降低了吊装难度，减少因地形、气候等因素对吊装作业的阻碍，有效加快风电场建设进程。其次，预制塔段110通过缠绕成型工艺制成，且壁厚沿轴向呈梯度变化，这种设计能够依据塔架100不同部位受力情况精准分配材料，在保证结构强度的同时进一步优化材料使用，避免材料浪费，降低制造成本。再者，塔体外覆盖的防护层120可有效阻挡紫外线照射，即使风力发电机组长期处于空旷、紫外线辐射强的区域，如草原、高山、海上等，防护层120也能为塔体提供持久保护，防止塔体因紫外线侵蚀而出现表面老化、结构强度下降等问题，显著延长塔架100使用寿命，减少后期维护频次与成本，确保风力发电机组稳定、高效运行。

上述实施例中，可以使预制塔段110的壁厚从底部至顶部连续减小，且壁厚从底部至顶部每米减小0.5mm-1.2mm。可以理解，风力发电机组塔架100底部受力大，需较大壁厚保证强度与稳定性，顶部受力小，较小壁厚即可满足要求。这种设计能依据不同部位实际受力精准分配材料，避免顶部材料浪费，降低整体重量与成本。同时，因塔架100重量减轻，运输时对车辆承载要求降低，安装时吊装设备起吊能力需求减小，降低运输与安装成本，且使应力分布更均匀，提升整体稳定性与抗震性。然而，壁厚随高度的减小幅度具有一定要求，若减小幅度太小，顶部会使用过多材料，导致塔架100整体重量难降，造成材料浪费、重心升高影响稳定性，且运输和安装成本居高不下；若减小幅度太大，顶部壁厚减得过快，无法满足强度要求，在外部荷载作用下易变形、损坏甚至倒塌，还会使结构刚度突变、应力分布不均，出现应力集中，降低稳定性与抗震性。预制塔段110壁厚从底部至顶部每米减小0.5mm-1.2mm，够能兼顾塔架100强度、稳定性与成本等多方面的要求。

上述实施例中，防护层120可以包括第一涂层121和第二涂层122，第一涂层121覆盖于塔体表面，第二涂层122覆盖于第一涂层121外，第一涂层121包括硅烷偶联剂，第二涂层122包括聚氨酯面漆。其中，位于最内层、直接与塔体表面接触的第一涂层121含有硅烷偶联剂，硅烷偶联剂能够与塔体材料(碳纤维或玻璃纤维)表面的羟基等活性基团发生化学反应，形成稳固的化学键，从而极大地增强了涂层与塔体之间的附着力，确保防护层120在塔体长期使用过程中不易剥落。第二涂层122采用聚氨酯面漆，聚氨酯面漆拥有优异的耐候性，能高效抵御外界复杂多变的气候条件，无论是长时间高强度的紫外线照射，还是风吹雨淋、冰雪侵袭，都可以有效防止塔架100表面老化、褪色。其次，聚氨酯面漆形成的漆膜具有良好的柔韧性，当塔架100因风力作用或自身结构热胀冷缩而产生微小变形时，漆膜能够随之适度伸展或收缩，避免出现开裂现象，维持防护的完整性。再者，聚氨酯面漆具备较高的耐磨性，在塔架100运输、安装以及日常运维过程中，即便受到一些轻微的机械摩擦、碰撞，也能最大程度保护内层涂层及塔体不受损伤，全方位延长塔架100的使用寿命，保障风力发电系统的稳定运行。

上述实施例中，第一涂层121的厚度可以为50μm-100μm，第二涂层122的厚度为100μm-300μm。第一涂层121厚度在50μm-100μm之间，此厚度范围既能确保硅烷偶联剂充分发挥其增强附着力的关键作用，又不会因过厚而造成材料浪费或引入不必要的内应力。若第一涂层121厚度小于50μm，硅烷偶联剂的含量相对不足，难以在塔体表面形成足够致密的化学键连接网络，会导致涂层与塔体的附着力大打折扣，在后续使用过程中，容易因风吹、日晒、雨淋等外界因素，使涂层出现局部剥落现象，进而降低防护效果。若第一涂层121太厚，超过100μm，一方面，多余的硅烷偶联剂无法充分与塔体表面反应，造成材料浪费；另一方面，过厚的涂层干燥过程中容易产生收缩应力，可能致使涂层自身出现开裂，同样破坏防护层120的完整性，给后续第二涂层122的施工也带来困难。

若第二涂层122厚度小于100μm，聚氨酯面漆形成的漆膜过薄，无法有效抵御长时间高强度的紫外线照射，塔架100表面会加速老化、褪色，漆膜的柔韧性和耐磨性也会因厚度不足而受限，容易在轻微变形或机械摩擦下出现开裂、剥落，无法为内层涂层及塔体提供可靠保护。反之，若第二涂层122太厚，超过300μm，首先，涂料用量大幅增加，导致成本上升；其次，过厚的漆膜干燥时间延长，在施工现场会影响施工进度；再者，厚漆膜在长期使用过程中，由于内外层温度、湿度差异等环境因素，更容易出现起泡、脱落等质量问题，反而影响防护效果。

上述实施例中，防护层120还可以包括第三涂层123，第三涂层123覆盖于第一涂层121表面，第三涂层123包括锌铬酸盐环氧底漆，第三涂层123的厚度为100μm-200μm。第三涂层123一方面可以进一步增强附着力，另一方面，可以在第一涂层121表面形成致密的膜层结构，将外界水汽、杂质隔绝在外，有效保护第一涂层121免受渗透侵蚀。第三涂层123厚度不足时，附着力衰减、表面微孔增多，容易使外界介质易沿孔隙侵蚀界面，引发涂层分层剥离。厚度过厚时，则容易因内部产生的收缩应力形成隐形裂纹，反而削弱附着力。

上述实施例中，防护层120还可以包括第四涂层124，第四涂层124覆盖于第三涂层123表面，第四涂层124包括环氧云铁中间漆，第四涂层124的厚度为50μm-100μm，第二涂层122覆盖于第四涂层124表面。可以理解，环氧云铁中间漆的分子排列紧密，能极大程度地填补第三涂层123表面可能存在的微小孔隙，进一步杜绝外界水汽、灰尘等微小颗粒渗入，将第三涂层123与外界环境进行有效隔离，避免第三涂层123因外界因素侵蚀而出现性能劣化，确保其长期稳定地发挥增强附着力、封闭基材等基础功效。第四涂层124厚度小于50μm时，容易因材料量不足，无法充分覆盖第三涂层123的孔隙，封闭效果大打折扣。厚度超过100μm，一方面会造成环氧云铁中间漆材料的浪费，增加成本；另一方面，在干燥过程中，内外层固化速率不一致，会产生较大内应力，导致涂层自身出现开裂、起泡等质量问题，破坏防护层120的完整性，给塔架100防护带来隐患。

上述实施例中，防护层120还可以包括第五涂层125，第五涂层125包括氟碳面漆，第五涂层125的厚度为50μm-100μm，第五涂层125覆盖于第二涂层122表面。氟碳面漆分子结构稳定，对如酸雨、盐雾等腐蚀性化学物质具有很强的耐受性。当外界环境中的酸性或碱性物质侵袭时，它能够凭借自身紧密的分子排列，阻挡这些物质渗透到下层涂层，避免塔架100材料遭受化学腐蚀，有力保障塔架100的结构完整性。并且，氟碳面漆与内层的第二涂层122有着良好的附着力，能够紧密贴合，确保整个防护体系的完整性。氟碳面漆的厚度不宜太薄或者太厚，若厚度小于50μm，氟碳面漆形成的防护膜过薄，耐候性和抗腐蚀性大幅降低，难以有效抵御外界恶劣环境。若厚度超过100μm，又会造成氟碳面漆材料的浪费，增加成本。

上述实施例中，还可以包括加强肋130，加强肋130通过共固化工艺和预制塔段110一体成型。加强肋130可以极大增强了塔架100抵抗强风、振动等外力的能力，有效减少变形与损坏风险，极大地提升了塔架100的可靠性与安全性，确保在复杂恶劣的运行环境下稳定运行。其次，加强肋130通过共固化工艺和预制塔段110一体成型，可以使得加强肋130与预制塔段110紧密协同，受力时能让应力均匀分散至整个塔架100结构，避免应力集中引发的裂纹或疲劳破坏隐患，显著延长塔架100使用寿命。

上述实施例中，加强肋130的外形可以呈T形结构或者十字形结构。T形结构和十字形结构的加强肋130具有全方位的支撑特性，其横向部分具备较大的接触面积，能与塔架100内壁紧密贴合，在承受径向压力时，可将压力均匀分散到更广泛区域，有效提升塔架100的抗弯能力，抑制塔架100因风力作用引发的径向变形。竖向部分则深入塔架100内部，强化与塔体的连接稳固性，确保在复杂受力情形下，塔架100结构稳定可靠。当面对强风冲击，无论外力来自水平方向的推力，还是垂直方向的剪切力，都能从横竖两个方向同时发挥作用，迅速将复杂外力均衡传导、分散至整个塔架100，有效避免局部应力过载，降低塔架100受损风险，保障风力发电设备的安全稳定运行。

此外，本实用新型实施例还提供一种风力发电机组，包括上述实施例中的塔架100，该塔架100包括塔体和防护层120，塔体包括多个由碳纤维或者玻璃纤维制成的预制塔段110，多个预制塔段110沿塔体的轴向同轴拼接形成塔体，预制塔段110通过缠绕成型工艺制成，且预制塔的壁厚沿轴向呈梯度变化，防护层120覆盖于塔体外，该塔体由碳纤维或玻璃纤维制成的预制塔段110拼接而成，相较于传统钢结构塔架100，碳纤维与玻璃纤维材料具有质量轻、高强度的特性，极大减轻了塔架100整体重量。预制塔段110通过缠绕成型工艺制成，且壁厚沿轴向呈梯度变化，这种设计能够依据塔架100不同部位受力情况精准分配材料，在保证结构强度的同时进一步优化材料使用，避免材料浪费，降低制造成本。塔体外覆盖的防护层120可有效阻挡紫外线照射，即使风力发电机组长期处于空旷、紫外线辐射强的区域，如草原、高山、海上等，防护层120也能为塔体提供持久保护，防止塔体因紫外线侵蚀而出现表面老化、结构强度下降等问题，显著延长风力发电机组使用寿命，减少后期维护频次与成本，确保风力发电机组稳定、高效运行。

最后需要说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种塔架，其特征在于，应用于风力发电机组，包括塔体和防护层，所述塔体包括多个由碳纤维或者玻璃纤维制成的预制塔段，多个所述预制塔段沿所述塔体的轴向同轴拼接形成所述塔体，所述预制塔的壁厚沿轴向呈梯度变化，所述防护层覆盖于所述塔体外，所述防护层至少用于阻挡紫外线照射所述塔体。

2.根据权利要求1所述的塔架，其特征在于，所述预制塔段的壁厚从底部至顶部连续减小，且所述壁厚从底部至顶部每米减小0.5mm-1.2mm。

3.根据权利要求2所述的塔架，其特征在于，所述防护层包括第一涂层和第二涂层，所述第一涂层覆盖于所述塔体表面，所述第二涂层覆盖于所述第一涂层外，所述第一涂层包括硅烷偶联剂，所述第二涂层包括聚氨酯面漆。

4.根据权利要求3所述的塔架，其特征在于，所述第一涂层的厚度为50μm-100μm，所述第二涂层的厚度为100μm-300μm。

5.根据权利要求4所述的塔架，其特征在于，所述防护层还包括第三涂层，所述第三涂层覆盖于所述第一涂层表面，所述第三涂层包括锌铬酸盐环氧底漆，所述第三涂层的厚度为100μm-200μm。

6.根据权利要求5所述的塔架，其特征在于，所述防护层还包括第四涂层，所述第四涂层覆盖于所述第三涂层表面，所述第四涂层包括环氧云铁中间漆，所述第四涂层的厚度为50μm-100μm，所述第二涂层覆盖于所述第四涂层表面。

7.根据权利要求6所述的塔架，其特征在于，所述防护层还包括第五涂层，所述第五涂层包括氟碳面漆，所述第五涂层的厚度为50μm-100μm，所述第五涂层覆盖于所述第二涂层表面。

8.根据权利要求7所述的塔架，其特征在于，还包括加强肋，所述加强肋通过共固化工艺和所述预制塔段一体成型。

9.根据权利要求8所述的塔架，其特征在于，所述加强肋的外形呈T形结构或者十字形结构。

10.一种风力发电机组，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项中所述的塔架。