一种风电户外设备防坠落冰保护结构

技术领域

本发明涉及风电防护领域，特别涉及到一种风电户外设备防坠落冰保护结构，用于在冰区风力发电户外设备防护高空坠落块冰对设备的冲击损坏，为设备提供多道防护体系。

背景技术

风力发电发展以来，我国云南、贵州、广东、广西、湖南、湖北、浙江、江苏等冬季寒冷高湿的山上的风电机组，若干时段内会遇到寒冷恶劣气候，导致风机叶片、塔筒、风机机舱外壁上覆冰；覆冰随着气象变化解体坠落，解体冰块在风力吹动下叠加重力加速度呈现出各种向下坠落轨线，对地面的风力发电的箱变、冷却风扇、分支箱等设备产生严重的冲击破坏，更严重的是，把户外钢结构楼梯造成冲击损坏，造成风电场停止发电，严重影响企业的运营收益。

因此，如何解决风电户外设备的抗冰防冰问题为本发明亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明为了解决风电户外设备对高空下落的冰块防护问题，提供了一种风电户外设备防坠落冰保护结构，该结构设置有桁架主体结构，通过破冰锥将大冰块破碎后利用网兜进行缓冲截拦，桁架主体结构、破冰锥和网兜三者相配合，实现多重防坠落冰保护。

本发明为了实现上述目的，所采用的技术方案为：提供了一种风电户外设备防坠落冰保护结构，包括桁架主体结构，所述桁架主体结构内部用于放置风电户外设备，所述桁架主体的顶部密布设置有破冰锥，于破冰锥的下方且于风电户外设备的上方设置有至少一道网兜。

作为本发明的进一步改进，所述桁架主体结构顶部呈拱型结构，所述桁架主体结构由至少两道门型片桁架连接而成，所述门型片桁架设置有立柱，所述立柱连接至地梁。

作为本发明的进一步改进，所述桁架主体结构包括连接钢横梁，所述破冰锥焊接连接钢横梁上。

作为本发明的进一步改进，所述破冰锥朝向来冰方向，所述破冰锥的材质采用塑性变形小、屈服强度大、耐冲击疲劳的锰钢材质，锥度设置为1:2.5～3，小端直径至少为5mm。

作为本发明的进一步改进，所述网兜为网状结构，网体边缘做加密实现周边加强处理。

作为本发明的进一步改进，所述网兜采用具有延展性低碳钢丝包裹PE包塑材料制成。

作为本发明的进一步改进，所述网兜采用两道，第一道网兜的网孔孔径为100*80mm，丝径为4mm；第二道网孔孔径为90*70mm,丝径为3mm。

作为本发明的进一步改进，第一道网兜铺挂连接钢横梁上；第二道网兜铺挂于连接钢横梁下。

作为本发明的进一步改进，最低处的网兜高于风电户外设备至少20cm。

本发明的有益效果为：

本发明构建了一套刚柔并济的抗击高空落冰的风电户外设备防护体系，首先利用破冰锥对冰体进行消能破碎，经破碎后的冰体利用网兜进行拦截，部分小颗粒的碎冰可直接通过网孔漏至设备外壳或者地面，该小颗粒碎冰不会对设备造成损坏，此外，冰体也能够撞击到桁架主体结构上，利用桁架主体结构进行抗冲击受力，对冰体的下坠进行消能。

本发明中，通过破冰锥能够使高速坠落的冰体集中能量伴随裂解分散，起到将集中荷载分散为均布荷载的作用，将大冰体破碎为小冰体的同时，有效地降低了冰体坠落时的冲击力，提高了防护体系的抗击作用。网兜为柔性结构，能够有效地对冰体起到拦截及缓冲作用。破冰锥、桁架主体结构及网兜均能够容许防护体系局部受损置换消能，即上述结构允许在抗冰过程中通过损坏消耗置换成消除下坠冰体能量的作用。通过破冰锥、桁架主体结构及网兜的配合，采用先破碎后拦截缓冲的方式，实现多重防坠落冰保护，有效地保护风电户外设备不受坠落冰破坏。该结构推广性强，不但可以应用到冰区风电户外设备中，还可以应用到其它冰区户外重要设备防冰保护中。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

标记说明：1-桁架主体结构、11-立柱、12-地梁、13-连接钢横梁、2-破冰锥、3-第一道网兜、4-第二道网兜。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，提供了一种风电户外设备防坠落冰保护结构，包括桁架主体结构1，桁架主体结构1内部用于放置风电户外设备，桁架主体的顶部密布设置有破冰锥2，于破冰锥2的下方且于风电户外设备的上方设置有两道网兜。

桁架主体结构1的顶部呈拱型结构，由四道门型片桁架连接而成，四道门型片桁架之间通过顶部的连接钢横梁13连接在一起。门型片桁架设置有立柱11，立柱11连接至地梁12。

破冰锥2以一定间隔排列焊接在连接钢横梁13上。破冰锥2朝向来冰方向，破冰锥2的材质采用塑性变形小、屈服强度大、耐冲击疲劳的锰钢材质，锥度设置为1:2.5～3，小端直径至少为5mm。

网兜为网状结构，网体边缘做加密实现周边加强处理，采用具有延展性低碳钢丝包裹PE包塑材料制成。第一道网兜3铺挂连接钢横梁13上，高度低于破冰锥2的尖端，第一道网兜3的网孔孔径为100*80mm，丝径为4mm；第二道网兜4铺挂连接钢横梁13下方，即位于第一道网兜3的下方，第二道网孔孔径为90*70mm,丝径为3mm。在其他实施例中，网兜可设置两道以上，其中最低处的网兜需高于风电户外设备至少20cm。

本实施例中，利用破冰锥2对冰体进行破碎，破碎后的冰体落下经多道网兜拦截，从而有效地保护风电户外设备不受坠落冰破坏。

上述结构的技术原理包括：

1)冰锥破冰原理。

利用破冰锥2被动冲击实施破冰。高速下坠的冰块收到冰锥体的刺击阻挡作用，各向异性的冰块收到极短时间的冲击，其薄弱环节受到应力集中导致局部破裂，但下坠冰块体与锥体接触继续产生相互作用，达到极限断裂强度时冰块体碎裂成较小块状落下。

2)多道柔性防护原理。

网兜采用具有延展性低碳钢丝包裹PE包塑材料，通过机械编制成网状结构，网体自然下垂形成网兜，多道网兜之间按网孔直径由大往小，网兜右上往下分层设置，各层兜网间距由大变小，且能满足抗冲击时局部柔性拉伸变形。

破解后的冰块或穿越冰锥阵列的碎冰块冲击兜网，兜网受力模态为：延展小阻力对冲击冰块施加阻力(截止)---弹性变形施加阻力(截止)---弹塑性变形施加阻力(截止)---破断力施加阻力(截止)---进入下一道网兜循环施加阻力(截止)。如碎冰块很小，穿透多层网兜网孔，直接掉落在设备防护罩体外，可视为常规冰雹，设备防护罩体能抵抗相关破坏力。

3)斜桁架受力原理

桁架主体结构1受力分为：1)冰锥破冰过程中的集中动荷载；2)桁架的构件直接收到冰块冲击动荷载；3)柔性网兜拦截冰块产生的冲击荷载。最不利受力体系为以上三种受力同时并存。

受力1)时，破冰锥2下部桁架构件变形但不产生失稳断裂；受力2)时，桁架构件可以断裂破坏，但不影响整体结构稳定；受力3)时，桁架构件不产生塑性变形破坏。

4)多重消能原理

脱落的冰块从高空坠落，能量大，通过破冰锥2、桁架主体结构1、多道柔性网兜组层消能或组合消能，达到把运动的冰块破解拦截成静态碎冰。

以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。