风力发电机组基础和风力发电机组

技术领域

本公开属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组基础和风力发电机组。

背景技术

随着风力发电机组单机容量不断扩大，风机重量、叶片长度也随之增加，因而作用在塔架上的载荷也相应增加，需要塔架拥有更大的强度、刚度和高度。

风力发电机组基础是风力发电机组的重要组成部分之一，海上风力发电机组的塔筒基础由于大部分位于海平面以下，需长期与海水接触，会受到海水的波浪力，随着塔架的体积增加，风力发电机组基础也需要增大直径和重量，导致风力发电机组基础受到的海水的波浪力随之增大，仍需进一步增大风力发电机组基础的直径，形成恶性循环。

发明内容

本公开的主要目的在于提供一种风力发电机组基础，以增强风力发电机组基础抵抗波浪弯矩的能力。

针对上述目的，本公开提供如下技术方案：

本公开提供一种风力发电机组基础，用于海上风力发电机组，所述风力发电机组基础包括基础本体，所述基础本体自海底向上延伸依次穿过潮差区和浪溅区，所述基础本体的潮差区和浪溅区的塔壁上设置有连通所述基础本体内腔和外界的多个第一通孔，多个所述第一通孔布置于所述潮差区和所述浪溅区。

本公开一示例性实施例，所述风力发电机组基础还包括包裹在所述基础本体的外周的加强层，所述加强层包括与所述基础本体的外周壁贴合的内壳，所述内壳上设置有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔沿径向至少部分重叠。

进一步地，所述加强层还包括套设于所述内壳外周且与所述内壳间隔设置的外壳以及连接在所述内壳和所述外壳之间的加强筋，所述外壳上设置有第三通孔，所述第三通孔与所述第二通孔沿径向至少部分重叠。

具体地，所述加强筋包括沿所述基础本体的轴向延伸的多个第一加强筋和沿所述基础本体的周向延伸的环状的多个第二加强筋，多个所述第一加强筋和多个所述第二加强筋将所述外壳和所述内壳之间的空间划分为多个壳体单元，每个所述壳体单元上布置有至少一个所述第二通孔。

本公开另一示例性实施例，所述第二通孔为椭圆孔，所述第二通孔的长轴与所述基础本体的中心轴线平行，相邻所述第二加强筋之间的距离为第一距离，所述第二通孔的长轴与所述第一距离之间的比值η，满足1/5≤η≤1/3。

进一步地，所述第二通孔的长轴长为200-300mm，短轴长为100-150mm。

具体地，所述加强层还包括贴合设置在所述第一通孔的孔壁上的孔壁保护层。

本公开另一示例性实施例，所述加强层还包括内壁保护层，所述内壁保护层贴合设置在所述基础本体的内壁上，且所述内壁保护层上设置有第四通孔，所述第四通孔与所述第一通孔沿径向正对设置；和/或，所述内壁保护层的厚度小于所述内壳和所述外壳两者中的任一者的厚度。

可选地，所述加强层采用碳纤维材料制成，所述基础本体采用钢材料构成，所述加强层的弹性模量大于所述基础本体的弹性模量。

进一步地，所述碳纤维为T700碳纤维材料。

本公开的另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的风力发电机组基础。

本公开提供的风力发电机组基础和风力发电机组具有如下有益效果：通过在基础本体的塔壁上设置第一通孔，海水在冲击该基础本体的过程中，部分海水可以通过该第一通孔进入到基础本体的内腔，能有效减小波浪对风力发电机组基础的作用力，增强风力发电机组基础抵抗波浪弯矩的能力。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本公开的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1为本公开一示例性实施例提供的风力发电机组基础的结构图。

图2为图1中的加强层的局部放大图。

图3为图1中的风力发电机组基础的俯视图。

图4为图3中I圈部分的结构放大图。

附图标记说明：

10、基础本体； 20、加强层；

111、第一通孔； 210、内壳；

211、第二通孔； 220、外壳；

221、第三通孔； 230、加强筋；

231、第一加强筋； 232、第二加强筋；

240、内壁保护层； 241、第四通孔；

260、孔壁保护层。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，不应被理解为本发明的实施形态限于在此阐述的实施方式。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参照图1，本公开提供一种风力发电机组，风力发电机组可以包括风力发电机组基础和设置在风力发电机组基础上方的塔架，塔架通过风力发电机组基础顶部的连接法兰连接到风力发电机组基础上。

目前，风力发电机组基础通常呈筒形结构，随着风机发电机组的载荷的不断增大，风力发电机组基础的直径也在不断地增大，而对于海上风机的风力发电机组基础还会受到海水的波浪的作用力，为了抵抗海水的波浪力，通常需要再次增大风力发电机组基础的直径，如此形成恶性循环，导致目前风力发电机组基础重量增加，其制造成本居高不下。

参照图1至图4，为了降低风力发电机组基础的制造成本，且能够很好地抵抗海水的波浪力，风力发电机组基础可以包括基础本体10，基础本体10自海底可以向上延伸并依次穿过海洋的海泥区、全浸区、潮差区、浪溅区，直至出入大气区。

基础本体10的潮差区和浪溅区的塔壁上设置有连通基础本体10内腔和外界的多个第一通孔111，多个第一通孔111布置于潮差区和浪溅区，即布置于潮差区的下边界和浪溅区的上边界之间。

通过在基础本体10的塔壁上设置第一通孔111，海水在冲击该基础本体10的过程中，部分海水可以通过该第一通孔111进入到基础本体10的内腔，能有效减小波浪对风力发电机组基础的作用力，增强风力发电机组基础抵抗波浪弯矩的能力。又由于基础本体10上设置有第一通孔111，节省了风力发电机组基础的材料，从而可以降低制造成本，减轻风力发电机组基础重量。

本公开提供的风力发电机组基础可以采用金属材料制成，例如但不限于，可以采用不锈钢材料制成，本实施例中，可以采用DH36船用钢板制成。

发明人发现位于浪溅区的风力发电机组基础，由于波浪和潮汐的作用，周期性地被海水包围，导致风力发电机组基础在浪溅区的腐蚀最为严重。潮差区可以为浪溅区下界至设计低水位减1m之间的区域，其对钢结构腐蚀严重程度仅次于浪溅区。

参照图4，为了提高风力发电机组基础的耐腐蚀性，风力发电机组基础还可以包括包裹在基础本体10的外周的加强层20。可选地，加强层20可以布置在基础本体10的潮差区和浪溅区的塔壁上。具体地，加强层20可以包括与基础本体10的外周壁贴合的内壳210，内壳210上设置有第二通孔211，第二通孔211与第一通孔111沿径向至少部分重叠，以使风力发电机组基础外侧的海水可以依次经过第二通孔211和第一通孔111进入到风力发电机组基础内侧。优选的是第二通孔211与第一通孔111沿径向正对设置，本实施例中图示，以第二通孔211与第一通孔111沿径向正对设置为例进行说明。

进一步地，加强层20可以采用具有较强耐腐蚀性的碳纤维材料制成，该加强层20可以粘贴在塔壁上，以防止塔壁与海水接触，从而可以提高风力发电机组基础的耐腐蚀性。为了提高基础本体10的结构强度，加强层20可以采用其弹性模量可以大于基础本体10的钢材料的弹性模量的碳纤维材料，例如但不限于，该碳纤维材料可以为T700碳纤维材料。可选地，加强层20可以通过粘接的方式连接到内壳210上，但不以此为限。

通过在内壳210上设置有第二通孔211，且第二通孔211与第一通孔111沿径向正对设置，通过第二通孔211和第一通孔111可以使基础本体10的内腔与外界连通，风力发电机组基础外部的海水在冲击风力发电机组基础时，可以依次经过第二通孔211和第一通孔111进入到风力发电机组基础的内腔中，从而可以降低波浪载荷。

基础本体10的潮差区和浪溅区的塔壁受力情况更为复杂，受到波浪的载荷更大，本实施例中，加强层20设置在潮差区和浪溅区，在使用较少材料制成加强层20的情况下，得到较好地结构强度。

为了进一步提高加强层20的结构强度，加强层20还可以包括套设于内壳210外周且与内壳210间隔设置的外壳220以及连接在内壳210和外壳220之间的加强筋230，外壳220上设置有第三通孔221，第三通孔221与第二通孔211沿径向至少部分重叠。优选的，第三通孔221、第二通孔211以及第一通孔111三者沿径向正对设置。附图中以第三通孔221、第二通孔211以及第一通孔111三者沿径向正对设置为例进行说明。

可以理解的是，本实施例提供的加强层20由内壳210、外壳220以及连接在内壳210和外壳220之间的加强筋230，即加强层20为空心结构，较实心结构相比，本实施例提供的加强层20在具有相同结构强度的基础上，用料更少，降低了制造成本，重量更轻，便于搬运。通过第三通孔221、第二通孔211以及第一通孔111将基础本体10的内腔与外界连通，可以降低波浪的作用力。可选地，第三通孔221、第二通孔211以及第一通孔111大小相同，但不以此为限。

参照图2和图4，加强筋230可以提升加强层20的整体结构刚度和强度，以及结构稳定性。

更为具体地，加强筋230可以包括沿基础本体10的轴向延伸的多个第一加强筋231和沿基础本体10的周向延伸的环状的多个第二加强筋232，多个第一加强筋231和多个第二加强筋232将外壳220和内壳210之间的空间划分为多个壳体单元，每个壳体单元上布置有至少一个第二通孔211。可选地，内壳210和外壳220大致同轴设置，但不以此为限。

本实施例中，第一加强筋231和第二加强筋232可以具有相同的横截面，例如但不限于，该横截面的形状可以呈“工”、“T”型、“H”型等，如图4所示，以“工”型的加强筋230(即为第一加强筋231)为例进行描述。具体地，第一加强筋231可以包括大致平行且间隔设置的第一端部和第二端部以及连接在第一端部和第二端部之间的连接部，第一端部固定在内壳210的朝向外壳220的侧面上，第二端部可以固定在外壳220的朝向内壳210的侧面上。

图2为图1中的加强层20的局部放大图，主要示出了两行两列彼此相邻的壳体单元的分布，其中，该图2中的内壳210的一部分和外壳220的一部分可以大致平行，相邻的壳体单元之间通过第一加强筋231和第二加强筋232分隔开，每个壳体单元上均形成有至少一个第二通孔211。为了便于描述，本实施例中每个壳体单元上均设置有一个第二通孔211，且第二通孔211可以布置在壳体单元的中央位置。

更为具体地，第二通孔211可以为椭圆孔，第二通孔211的长轴可以与基础本体10的中心轴线平行，相邻第二加强筋232之间的距离可以为第一距离，第二通孔211的长轴与第一距离之间的比值η，满足：1/5≤η≤1/3，也就是说，在每个壳体单元中沿基础本体10的中心轴线方向可以布置有3-5个紧邻设置的第二通孔211。可选地，在每个壳体单元中沿基础本体10的周向方向可以布置有3-5个紧邻设置的第二通孔211。可选地，第二通孔211还可以为圆孔，方孔，多边形孔等。

本实施例中，每个壳体单元中沿基础本体10的中心轴线方向布置有3个第二通孔211，且沿其周向方向布置有3个第二通孔211。进一步地，第二通孔211的长轴长可以为200-300mm，短轴长可以为100-150mm。

继续参照图4，为了进一步提高风力发电机组基础的耐腐蚀性，加强层20还可以包括内壁保护层240，内壁保护层240可以贴合设置在基础本体10的内壁上，且内壁保护层240上可以设置有第四通孔241，第四通孔241与第一通孔111沿径向正对设置。可选地，基础本体10可以通过第四通孔241、第三通孔221、第二通孔211以及第一通孔111使内腔与外界连通，且第四通孔241、第三通孔221、第二通孔211以及第一通孔111大小相同，且彼此相对设置，以使得基础本体10外部的海水可以依次经过第三通孔221、第二通孔211、第一通孔111以及第四通孔241而进入到基础本体10的内腔中。

可选地，内壁保护层240可以通过粘接的方式连接到基础本体10的内壁上，但不以此为限。为了进一步减少加强层20的用料，提高材料利用率，内壁保护层240的厚度可以小于内壳210和外壳220两者中的任一者的厚度。相较于基础本体10的外周壁受到的波浪的作用力，基础本体10的内腔受波浪的作用力较小，因此可以减少内壁保护层240的厚度。本实施例中，内壳210的厚度和外壳220的厚度可以相同，但不以此为限。

为了进一步提高风力发电机组基础的耐腐蚀性，加强层20还可以包括贴合设置在第一通孔111的孔壁上的孔壁保护层260。可选地，孔壁保护层260可以采用粘接方式连接在第一通孔111的孔壁上，但不以此为限。

本公开中，孔壁保护层260、内壁保护层240、内壳210、外壳220以及加强筋230可以采用相同的材料制成，且孔壁保护层260、内壁保护层240、内壳210、外壳220以及加强筋230可以分别独立形成后组装到基础本体10上，或者孔壁保护层260、内壁保护层240、内壳210、外壳220以及加强筋230也可以一体成型，可根据实际需要选择。

本公开能有效减小波浪对风力发电机组基础的作用力，降低波浪荷载，增强风力发电机组基础抵抗波浪弯矩的能力，避免海水对风力发电机组基础的腐蚀，提升了钢管风力发电机组基础在恶劣海况中的适用性和安全性。

具体地，加强层20包括内壳210、外壳220以及加强筋230，且在内壳210、外壳220以及基础本体10上相对应的位置分别开孔，以使基础本体10的内腔能够通过上述开孔与外界连通，从而可使波浪中运动的水质点通过开孔部分穿过风力发电机组基础，相比于现有不开孔的实心结构，可降低波浪荷载。内壳210、孔壁保护层260、内壁保护层240通过将基础本体10包裹住，可以使基础本体10与海水隔离，从而避免海水对钢材制成的风力发电机组基础的电化学腐蚀作用，无需防腐涂层和牺牲阳极保护。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

本公开所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。