垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构与制造工艺的制作方法

1.本发明涉及风力发电设备技术领域，尤其涉及一种垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构与制造工艺。


背景技术：

2.由于近几年三叶式水平轴风力发电装置的快速向低风速区域的转移，适应低风速风资源状况，并同时向着大功率化，海上风电的方向快速推进，使之三叶式水平轴风力机的发展已接近极限，并受着贝茨定律的风能转换系数的最大极限值的限制，很难再继续往大功率方向突进，而垂直轴涡轮风力发电冲出了贝茨定律的束缚，以一种新型的透平理论模式在快速发展。
3.它相对三叶式水平轴风力发电具有很多优势：发电机，齿轮箱等大重量的设备置于整个机组的最下层，使之机组重心下移，运行平稳而安全度高；可接受任何方向来风，无需偏航装置，降低了“对风损失”和“疲劳损耗”，采用了动叶和导向叶片的紧密配合的最佳运转模式，风能转换系数高；采用变桨集风机构可制造大功率机组等等，因此，垂直轴涡轮风力发电发展迅速。
4.但是，在垂直轴涡轮风力机向大功率发展，必然地要加大垂直轴涡轮风力发电的涡轮转子的受风直径，如果垂直轴涡轮风力的发电机组大到50mwh，其转子直径要达到近50m。这个庞大的涡轮转子需要一个强大的支撑体，同时还要解决强大的功率如何传递给发电机组，这就需要设置强大的功率传递轴系，这个传递功率的轴系将涡轮转子发出的机械功率传递给发电机，将机械能转换成电能，所以这个轴系是一个和涡轮转子同步转动体。
5.随着垂直轴涡轮风力发电机组单机功率的加大，涡轮转子的高度也在快速增高，要想使涡轮转子能够平稳安全运行，必须保证涡轮转子的垂直度，也需要一个保证涡轮转子垂直度的中心支撑柱。


技术实现要素：

6.本发明提供一种垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构与制造工艺，用以解决现有技术中的中心支撑柱如何保证涡轮转子垂直度的问题。
7.本发明提供一种垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构，包括多个轴向排布的支撑柱单元，所述支撑柱单元包括支撑柱筒体及和筒体内壁固定连接的加强螺旋板和设置在所述支撑柱筒体端部的法兰盘，相邻所述支撑柱单元的法兰盘之间通过栓销和螺栓定位连接。
8.根据本发明提供的一种垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构，所述支撑柱单元包括：
9.基础标准节，所述基础标准节的底端设置有基础节底板，所述基础节底板适于连接涡轮转子的下滚轮推力轴承；
10.连接转子标准节，适于连接涡轮转子连接板；
11.连接转子标准节，与所述连接转子标准节交替设置，适于连接悬挂所述涡轮转子连接板的悬索；
12.支撑柱顶标准节，位于顶端，且适于连接悬挂所述涡轮转子连接板的悬索和机顶平台。
13.根据本发明提供的一种垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构，所述连接转子标准节上设置有双层的法兰连接板，所述连接转子标准节上双层的所述法兰连接板用于连接双层结构的涡轮转子连接板。
14.根据本发明提供的一种垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构，所述基础标准节上设置有单层的法兰连接板，所述基础标准节上单层的所述法兰连接板适于连接单层结构的涡轮转子连接板。
15.根据本发明提供的一种垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构，所述法兰连接板包括内圈连接法兰和外圈连接法兰，所述内圈连接法兰分别与所述支撑柱筒体、外圈连接法兰固定连接，所述外圈连接法兰适于连接涡轮转子连接体。
16.根据本发明提供的一种垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构，所述外圈连接法兰为绕所述内圈连接法兰周向设置的多段式法兰结构，所述外圈连接法兰的各段分别与所述内圈连接法兰固定连接。
17.根据本发明提供的一种垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构，所述连接转子标准节的侧壁上设置有耳板，所述支撑柱顶标准节上设置有悬挂连接板，所述耳板和所述悬挂连接板适于与悬挂所述涡轮转子连接板的悬索固定连接。
18.根据本发明提供的一种垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构，所述耳板在所述连接转子标准节上以及所述悬挂连接板在所述支撑柱顶标准节上分别设置有至少两层，每层的所述耳板和每层的所述悬挂连接板周向设置有多个。
19.本发明还提供一种适用于上述任一项所述的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构的制造工艺，包括：
20.s1、获得工艺平台；
21.s2、通过所述工艺平台获得基础标准节；
22.s3、以所述基础标准节为支撑固定基础在支撑柱筒体的端部固定法兰盘；
23.s4、执行步骤s3并加焊耳板获得连接转子标准节；
24.s5、执行步骤s3并加焊法兰连接板获得连接转子标准节；
25.s6、重复步骤s4、s5分别获得多个连接转子标准节和连接转子标准节；
26.s7、执行步骤s3并加焊悬挂连接板获得支撑柱顶标准节；
27.s8、通过栓销和螺栓连接基础标准节、连接转子标准节、连接转子标准节和支撑柱顶标准节。
28.本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构与制造工艺，采用多个轴向排布的支撑柱单元，并通过栓销和螺栓固定，能够使中心支柱整体具有较高的垂直度，保证了中心支撑柱安装完毕后，使其垂直度的偏差小于0.5/1000的高精度要求。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
30.图1是本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构整体结构示意图；
31.图2是本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构的使用状态图；
32.图3是本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构中的基础标准节结构示意图；
33.图4是本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构中的基础标准节俯视图；
34.图5是本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构中的连接转子标准节结构示意图；
35.图6是本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构中的连接转子标准节俯视图；
36.图7是本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构中连接转子标准节结构的示意图；
37.图8是本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构中的连接转子标准节俯视图；
38.图9是本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构中支撑柱顶标准节结构的示意图；
39.图10是本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构中的支撑柱顶标准节俯视图；
40.图11是双层结构的涡轮转子连接板结构示意图；
41.图12是本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构中工艺平台结构的示意图；
42.图13是本发明提供的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构中的工艺平台俯视图；附图标记：
43.100、基础标准节；
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110、基础节底板；
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120、基础节上法兰；
44.200、连接转子标准节；
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210、连接节法兰；
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300、连接转子标准节；
45.310、支撑节法兰；
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320、耳板；
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400、支撑柱顶标准节；
46.410、柱顶连接法兰；
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420、悬挂连接板；
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500、支撑柱筒体；
47.510、加强螺旋板；
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600、下滚轮推力轴
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700、发电机；承；
48.800、机顶平台；
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900、法兰连接板；
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910、内圈连接法兰；
49.920、外圈连接法兰；
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1100、涡轮转子连接
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1200、悬索；板；
50.1300、工艺平台台板； 1310、平台螺栓滑槽； 1320、操作入口孔；
51.1400、电动自控调平
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1500、滑槽螺栓。器；
具体实施方式
52.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于
说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
53.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
54.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明实施例中的具体含义。
55.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
56.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
57.下面结合图1
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图11描述本发明实施例的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构，包括多个支撑柱单元，各支撑柱单元沿轴向排布。各支撑柱单元均包括支撑柱筒体500和设置在支撑柱筒体500端部的法兰盘，其中的部分支撑柱筒体500的一端设置有法兰盘，另一部的支撑柱筒体500两端均设置有法兰盘，相邻支撑柱单元的法兰盘之间通过栓销和螺栓定位连接。
58.支撑柱单元包括：基础标准节100、连接转子标准节200、连接转子标准节300和支撑柱顶标准节400四种，以下对各支撑柱单元进行详细描述：
59.基础标准节100为中心支撑柱的最底端支撑结构，基础标准节100上的支撑柱筒体500的底端设置有基础节底板110，基础节底板110适于连接涡轮转子的下滚轮推力轴承600。基础标准节100是整个中心支撑柱的最底层构件，它承担着中心支撑柱所接受的所有的扭矩，并通过基础节底板110将扭矩传递给涡轮转子的下滚轮推力轴承600，由下滚轮推力轴承600将扭矩传递给发电机700，将机械能的扭矩转化为电能。
60.基础标准节100的上端设置有基础节上法兰120，基础节上法兰120用于连接一个连接转子标准节300。
61.基础标准节100上设置有单层的法兰连接板900，基础标准节100上单层的法兰连
接板900适于连接单层结构的涡轮转子连接板1100。
62.连接转子标准节200适于连接涡轮转子连接板1100，其包括支撑柱筒体500、位于支撑柱筒体500的两端的连接节法兰210和双层的法兰连接板900。连接转子标准节300上双层的法兰连接板900用于连接双层结构的涡轮转子连接板1100。连接转子标准节200两端的连接节法兰210分别用于连接一个连接转子标准节300。
63.连接转子标准节300包括支撑柱筒体500、位于支撑柱筒体500的两端的支撑节法兰310和设置在支撑柱筒体500侧壁上的耳板320。连接转子标准节300与连接转子标准节200交替设置，其中一个连接转子标准节300的一端连接基础标准节100，另一端连接一个连接转子标准节200，其中另一个连接转子标准节300的一端连接一个连接转子标准节200，另一端连接支撑柱顶标准节400，其余的连接转子标准节300的两端均连接一个连接转子标准节200。连接转子标准节300上的耳板320适于连接悬挂涡轮转子连接板1100的悬索1200。
64.支撑柱顶标准节400位于中心支撑柱的顶端，且适于连接悬挂涡轮转子连接板1100的悬索1200和机顶平台800。支撑柱顶标准节400包括支撑柱筒体500、位于支撑柱筒体500的两端的柱顶连接法兰410和设置在支撑柱筒体500侧壁上的悬挂连接板420。悬挂连接板420适于与悬挂涡轮转子连接板1100的悬索1200固定连接。
65.在本发明一个实施例中，每个连接转子标准节300上分别设置有至少两层耳板320，每层耳板320绕连接转子标准节300的轴线周向布置有多个；支撑柱顶标准节400上的悬挂连接板420设置有至少两层，每层悬挂连接板420绕支撑柱顶标准节400的轴线周向布置有多个。至少两层的耳板320和至少两层的悬挂连接板420能够对应的连接多层悬索1200，并通过多层悬索1200悬挂涡轮转子连接板1100的不同位置，对涡轮转子连接板1100形成稳定的支撑。
66.在本发明一个实施例中，基础标准节100和连接转子标准节200上的法兰连接板900均包括内圈连接法兰910和外圈连接法兰920，内圈连接法兰910分别与支撑柱筒体500、外圈连接法兰920固定连接，外圈连接法兰920适于连接涡轮转子连接体。将法兰连接板900设置为上述结构，一方面能够增大与涡轮转子连接板1100的连接面积，另一方面可以减少法兰连接板900的尺寸，便于制造，运输，安装。
67.可选的，外圈连接法兰920为绕内圈连接法兰910周向设置的多段式法兰结构，外圈连接法兰920的各段分别与内圈连接法兰910固定连接。此种结构的外圈连接法兰920为涡轮转子连接板1100的安装就位带来很多便利。
68.在本发明一个实施例中，基础标准节100、连接转子标准节200、连接转子标准节300和支撑柱顶标准节400的支撑柱筒体500内均设置有加强螺旋板510，加强螺旋板510与支撑柱筒体500焊接固定。设置加强螺旋板510能够在保证基础标准节100、连接转子标准节200、连接转子标准节300和支撑柱顶标准节400重量较小的前提下，增大支撑柱筒体500的强度。
69.在本发明一个实施例中，还提供了一种适用于上述任一项的垂直轴风力发电装置中心支撑柱的新型结构的制造工艺，该工艺包括：
70.s1、获得工艺平台；
71.结合图12、图13，工艺平台包括工艺平台台板1300、工艺平台自动调平装置和滑槽螺栓1500，工艺平台自动调平装置包括多个设置在工艺平台台板1300的下方的电动自控调
平器1400，能够对工艺平台台板1300进行调平操作。工艺平台台板1300上设置有平台螺栓滑槽1310和操作入口孔1320，平台螺栓滑槽1310沿工艺平台台板1300的径向设置，滑槽螺栓1500滑动连接在平台螺栓滑槽1310上，可以对不同规格的基础标准节100进行操作，使其紧固在工艺平台台板1300上。操作入口孔1320，便于工人进入内腔装卸螺栓和栓销。
72.s2、通过工艺平台获得基础标准节100。
73.具体的，先通过滑槽螺栓1500将基础节底板110固定在工艺平台上，再将支撑柱筒体500按照和基础节底板110确定的位置找正，并保证支撑柱筒体500与基础节底板110的垂直度夹角为90
°
，将支撑柱筒体500与基础节底板110焊接牢固，再将基础节上法兰120放置在支撑柱筒体500的上端，使基础节上法兰120的外侧与支撑柱筒体500的外侧对齐，最后将支撑柱筒体500与基础节上法兰120焊接固定完成基础标准节100的组焊制作。
74.s3、以基础标准节100为支撑固定基础在支撑柱筒体500的端部固定法兰盘。步骤s3具体包括：
75.s31、通过螺栓和栓销将一个法兰盘固定在基础标准节100的基础节上法兰120上，使该法兰盘与基础节上法兰120竖向对齐；
76.s32、将一个支撑柱筒体500叠坐在法兰盘上，使支撑柱筒体500、法兰盘以及基础节上法兰120竖向对齐并将支撑柱筒体500与法兰盘焊接固定；
77.s33、工人由操作入口孔1320进入支撑柱筒体500内，拆下螺栓和栓销；
78.s34、将另一个法兰盘固定在基础标准节100的基础节上法兰120上，使该法兰盘与基础节上法兰120竖向对齐；
79.s35、将支撑柱筒体500翻转180
°
后叠放在法兰盘上，使支撑柱筒体500、法兰盘以及基础节上法兰120竖向对齐并将支撑柱筒体500与法兰盘焊接固定。
80.s4、执行步骤s3并加焊耳板320获得连接转子标准节300；
81.s5、执行步骤s3并加焊法兰连接板900获得连接转子标准节200；
82.s6、重复步骤s4、s5分别获得多个连接转子标准节300和连接转子标准节200；
83.s7、执行步骤s3并加焊悬挂连接板420获得支撑柱顶标准节400。
84.s8、通过栓销和螺栓连接基础标准节100、连接转子标准节300、连接转子标准节200和支撑柱顶标准节400，获得垂直轴风力发电装置中心支撑柱。
85.本发明实施例提供的制造工艺中，基础标准节100的组焊能够保证其精度，并且连接转子标准节300、连接转子标准节200和支撑柱顶标准节400均以基础标准节100为支撑固定基础进行组焊，连接转子标准节300、连接转子标准节200和支撑柱顶标准节400均与基础标准节100精准同心，这样将所有的标准节，依其位置用特制的栓销和螺栓牢固相连所组成的中心支撑柱的垂直度一定能保证在0.5/1000，保证着涡轮转子的稳定运行。
86.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。