CN101126284A - 风力发电机组中所用的混凝土塔的组装结构和方法 - Google Patents

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Abstract

一种风力发电机组中所用的混凝土塔的结构和竖起方法，其中所述的塔由包括不同数量的段块(1)或者纵向段构件的段构件(4)组成。所述的方法包括两个可彼此并排发展的不同的作业，即，塔的每一段构件的预装及其组装。所述的段构件在置于地面的基座(5)上预装，而段块则借助于支承柱(2)和机械式张拉件(3)安装。因各段构件的组装方法可在彼此并排发展的风电场中的不同塔中展开，并可能达到比传统的塔更高的高度，使原料、财力和组装所需时间的合理应用达到最佳，该方法是极其通用的。

Description

风力发电机组中所用的混凝土塔的组装结构和方法
技术领域
本发明所述的风力发电机组中所用的混凝土塔的组装结构和方法涉及一种构建风电场中风力发电机所用的原创型结构及其相关的组装方法。
因而，本发明将特别注重在工业方面利用风能的风力发电机和有关这类装置用的土建工程的建筑行业。
背景技术
作为本发明目的结构和方法比本领域的现有技术进步，虽然其基于由同一持有人在本发明目的所涉及的领域中进行不断地创新过程中得出具体的发明。
此外，这使大型混凝土塔在财力和技术上有可行的发展，既可超过传统使用的钢塔的高度，又可克服结构上的特殊问题，具体地说，振动和疲劳问题，这些是商用的风电场中目前所装置的风力发电机组的高度进一步提高的主要障碍。
公众所周，风力发电目前在全世界正处于研制之中，特别是在欧洲国家如德国、西班牙和丹麦。
其后超过十年，技术进步十分快速，从几十千瓦发展到现今的几千千瓦，越来越明显的是，需要发展较大直径的叶片(从现时的90米起)，以及塔杆高度高于100米的风力发电机组。从日益增高的塔所需的时间和费用来看，这样的发展需要一些新技术，以使可行结构成为可能。
在这种现有技术发展的过程中，由本发明人的同一持有人的以下三项发明因其属于相同技术领域，故而可引作参照。
因而，实用新型U200502266中，题为“制作风力发电机组组合式塔结构的预制混凝土构件的最佳模板”，为一由金属、聚氯乙烯、玻璃纤维或其它任何材料制成的模板组成的发明，并要求制件具有复杂的几何形状和精密的公差，还要求在与本发明相同的应用范围之内制作塔。该发明圆满地解决了有关使用预制混凝土制造风力发电机组组合式塔结构的构件的具体问题。
此外，实用新型U200501400中，题为“风力发电机组及其它应用的组合式塔板之间的最佳接合结构”，由一种原创结构组成，用于接合构成前述的塔的塔板，并支撑风力电动机。
最后，另一同一现有技术有关的西班牙发明在U200402304中叙述，题为“风力发电机组的组合式塔及其它应用的最佳结构”，其由同一发明人的另一项发明组成，其要求保护将塔分成由水平接合点限定的拼装件和将塔的每一拼装件分成不相同的预制构件，称为多段或多份，以致于所述的预制构件的尺寸和重量方便从制造厂运至风电场。在这项技术中，各种结构构件的组合可通过增强或预应力的连接件完成。所有这些意味着需要解决这些构件的结合，以致于在要求其不透水性和机械抗压性的特定性能的情形下，抗压和变形的问题与使用不同材料的这样一些结合相关。
发明内容
尽管如此，由于以前一些发明而在现有技术上取得进步，但为了达到在最终组装位置用预制构件竖起混凝土塔结构的目的，这将对目前在现有技术所用的公知的技术作出贡献，故而有必要设计一种使其能够以一可行的方式实现有关机械抗压性的结构和方法，从而导致可行的成本以及执行时间制约。这就是本发明的目的。
因此，本发明的目的，在于提供风力发电机组中所用的混凝土塔的结构和竖起方法。如下叙述，其由一混凝土塔的竖起方法组成，所述的方法由一风电场中的不同类型的塔在同一时间可展开的各种各样的步骤或阶段组成，并包括各风力发电机的塔段构件的竖起和预装作业，其中每段塔结构由不同数量的段块或纵向段构件构成，取决于塔高度上那段的位置。所述的方法包括两个不同的顺序：先预装各塔段构件以及再将所述段构件竖起，所述的方法包括每一段构件预装阶段。一种方法可分为下列步骤：一运输阶段和每一段块的竖起阶段，故而该阶段的多少取决于段块的数量，接着为每一段构件的竖向接缝的最后填充阶段。
此外，风力发电机组塔的第一段构件的预装操作过程可直接在最后组装现场，在发电机的基底或底座上完成，然而其它中间塔段构件预装在安装基座上，该基座置在各风力发电机组的基座附近的平台区域的地面上或者风力发电机组本身的基座上，并借助于稳固支承柱将段块放置在其位置上。
另外，在同一风力发电机组的第一预装作业之后开始竖起作业，其包括通过利用起重机吊起将每一塔段构件放置在前一构件上，以及将其装入各段构件的连接体系中。
对于一由四块段块组成的塔，第一段构件的预装作业至少还包括如下的步骤：
-校准几何形状，水平校正并完成地基以及预先放置已预先校正好厚度的矫平板，以确保该部分支撑水平。
-使用一支承柱，通过顶部的起吊螺栓使第一段块与安装起重机结合，再用下部螺栓与其它保持起重机或安装起重机的一第二滑车组的结合。
-在空中使段块倾倒以确保低部伸出钢筋(固定在基底上)不受碰撞、损害或弯曲。一旦到达垂直位置，所述段块就垂直地安置在其最后的位置上。
-使段块下降以把连接钢筋引入套筒中。调整在多孔的底座板中支承柱的末端。
-检查段块的位置，通过调节支承柱或者用起重机进行调整脱开起重机。
-重复正好相反的段块的操作。
-无需支承柱竖起第三段块，使其与用位于竖向接缝上不同高度的机械式张拉件已装好的两段块连接。沿其高度检查竖向接缝的空隙，检查段块的位置与起重机脱开。
-无需支承柱竖起闭合的段块，并与第三点中相同的方法使其与之前的固定。
-使用起重机从上端引入竖向接缝的网格和任何其它部件。
-竖起所有的段块之后，检查其全部的位置，其包括套筒的位置并做必要的校正。
-用起重机移开可校正的支承柱。
-放置下部水平接缝的模板并灌注砂浆以把第一段构件支撑和固定在基底上。
在将砂浆灌注下部水平接缝的同时或其后，将砂浆填满竖向接缝。
当接缝中的砂浆达到足够的抗压力时，从竖向接缝去除张拉件。
此外，中间段构件包括不同的段构件，其预装作业在具有三段块的情形下，包括至少以下的步骤：
-以与第一段构件所述的相似的方式，将第一段块放在预装的基座上放置上。
-当放置第二段块时以及作用在支承柱上，再使两段块之间的竖向接缝的张拉件紧固。
-竖起闭合的段块与第一段构件的闭合的段块相似。
-最后的段构件在制造厂中预装好并平放在一载重汽车中运至。
-用一大型起重机实现竖起作业，其包括依次将每一段构件放置在前一段构件上，并安装和调整竖向接缝的连接体系。为使最后一段构件倾斜，通过环绕该段构件的周边用尼龙带或类似物品与其下端结合，并用一金属吊钩固定在该段构件下部边缘上的一点上以避免滑动。
最后，即使通过原有的钢筋装入由适当的套筒中以再使用砂浆以构成水平接缝的连接体系，所述的水平接缝并包括至少以下的步骤：
-制备无收缩性的砂浆。
-注满整个套筒，并检查灌入的砂浆量。
-控制注满套筒之后，浇灌砂浆，注满两段构件之间的竖向接缝中的
空间直到达到一恰当的厚度，以保证两段构件之间的接缝表面完全接触。
以下，将参照附图对作为本发明的目的的风力发电机组中所用的混凝土塔的竖起方法作详细的叙述，而附图仅作为一实例而并决不是限制，所述的实例是对于所有的详细变化都容易实现的较佳形式，而并不预示对改进的必要特征作任何根本的改变。
附图说明
图1是风力发电机组中所用的混凝土塔的竖起结构和方法中一段块(1)的示意图，所述段块(1)具有支承柱(2)、张拉件(3)和外伸钢筋(9)以及操作平台(12)；
图2是风力发电机组中所用的混凝土塔的竖起结构和方法中一段构件(4)的示意图，所述段构件(4)带有段块之间的竖向接缝(8)、起吊螺栓(10)和套筒(11)的末端；
图3是将风力发电机组中所用的混凝土塔的竖起结构和方法中一段块放置在一支撑基座(5)上为一预装段构件，以及与预部起吊螺栓(10)和低部螺栓(13)接合的示意图；
图4是风力发电机组中所用的混凝土塔的竖起结构和方法中竖起带有水平接缝(15)的段构件(4)的示意图；
图5是风力发电机组中所用的混凝土塔的竖起结构和方法中用与下段构件结合的带(6)及与顶部连接件(14)结合的钩(7)从一载重汽车中吊起顶部段构件的示意图；
图6是风力发电机组中所用的混凝土塔的竖起结构和方法中使一段块定位在支撑基座(5)上的示意图，在基底上有垂直激光束(19)的发射器(16)和在一轻质结构件(18)上固定的目标(17)；以及
图7是风力发电机组中所用的混凝土塔的竖起结构和方法中垂直激光束(19)的发射器(16)和在一轻质结构件(18)上固定的目标(17)的一部分定位示意图。
具体实施方式
依照所述的实施例的实施，在可实现的较佳的形式中所示的风力发电机组中所用的的混凝土塔的竖起方法，主要由不同的阶段或步骤组成，这些阶段或步骤同时基于在风电场中不同的塔的平行基础作发展，这样使财力、原料和组装所需时间的合理应用达到最佳。
如上所述的方法包括两个不同的作业：预装作业和竖起作业，它们可以彼此并排的发展。在所示的可实行的实施例中，两个作业均具有同一生产能力：每星期两座塔。预装作业在几星期前开始，以致在竖起作业中总是对不同的塔占用有最少的优势以避免两者产生冲突。
塔结构中的每一段构件(4)可以基于塔的高度上其位置由不同数量的段块构成。因此，在该实施例中，一座80米高的塔，其中第一段构件(0-20)相当于塔高的第一个二十米，由四块段块构成并各限于塔的那段构件的竖向接缝(8)。第二段构件(20-40)位于塔高的二十至四十米之间，由三块段块构成。同样地，第三段构件(40-60)位于塔高的四十至六十米之间，也由三块段块构成。而第四段构件(60-80)包括两块段块，在制造厂已预装成为一体。
如上所述的每一段构件的预装方法可分为以下两个阶段，其中每一段构件包括不同数量的段块：第一阶段运送和竖起每一段块，因此该阶段的多少取决于段块的数量，接着为每一段构件的竖向接缝(8)的最后填充阶段。
因此，在本实施例的实施中，第一段构件(0-20)的预装将以六个步骤实现，前四个步骤包括运输并组装四块段块的每一块，第五步骤是填满基底的水平接缝以及第六步骤是填满竖向接缝，而接下来的两段构件(20-40)和(40-60)将分别由四个步骤竖起，前三个步骤是运输并竖起每一段块以及第四步骤是填满竖向接缝。
第一段构件的预装作业可以直接在风力发电机组的基底或底座上完成，而其它中间段构件则在安装基座(5)上竖起，该基座可置在各风力发电机组的基座附近的平台区域的地面上或者在邻近塔的位置上的其本身的基座上。
因此，上述的竖起作业是紧接同一风力发电机组的第一预装作业开始的，其包括把每一段构件放置在前一段构件上；在此情况下，每二十米的高度放置三个段构件。在这项操作中借助于一起重机吊起每一段构件。
所以，预装作业是由竖起风力发电机组的每一混凝土塔本结构的第一段构件的段块开始，在这一可实行的较佳形式中，其包括塔的第一个二十米。上述的第一段构件的结构包括四块段块(1)，其柱身部分呈一直或弯的母锥形，设有起吊螺栓，使其能够直接安装到限定的基座上。因此，每一塔的第一段构件的预装包括以下步骤：
1.校准几何形状，水平校正并完成地基以及预先放置已预先调整好厚度的矫平板，以使部分达到水平。矫平板最初的厚度是20毫米。
2.将段块运抵现场，无需在风电场中储存而从载重汽车直接放置到底座上(或在第二和第三段构件的段块的情形下，放置到预装的基底上)。
3.在载重汽车上，第一段块通过顶部的起吊螺栓与安装起重机连结以及通过下部螺栓(13)与另一保持起重机或者与安装起重机的一第二滑车组连结。
4.在空中使段块倾倒以确保低部外伸钢筋(9)(固定在基底上)不受碰撞、损坏和弯曲。一旦到达垂直位置，松开下部保持螺栓(13)并仅由顶部螺栓(10)单独地吊住段块。然后将段块垂直地安置在其最后的位置上。
5.降低段块以把连接钢筋装入其套筒中。当段块降低时，支承柱(2)将动作以便校正底座的穿孔平板的末端。
6.检查段块的位置，使用支承柱或者起重机进行校正，如必要的话可增加或减少矫平板的厚度。
7.重复正好相反的段块的操作。
8.竖起第三段块，使其与用位于竖向接缝上的机械张拉件(3)已装好的两段块连接。因段块在一适当的高度上，故而紧固张拉件并沿其高度检查两竖向接缝的空隙。检查段块的位置与起重机脱开。
9.用与第三段块相同的方法通过使第四闭合的段块与第一、二段块固定而将其竖起。
10.竖起四块段块之后，再次检查其全部的位置并做任何必要的校正。
11.从上端引入竖向接缝的网格。
12.用起重机从段块的上部移除两条支承柱(2)和使用起重机引入任何其它要求的部件。
13.段块内外使用5厘米高框架使模板围在基底的水平接缝周围，以5厘米的距离隔开其两面，然后灌注无收缩性的砂浆。
14.为下水平接缝灌注砂浆之前、之后或同时，将砂浆灌入竖向接缝中。
15.竖向接缝中的砂浆达到足够的抗压性之后，可移除竖向接缝的张拉件(3)。
继续第二段构件(20-40米)和第三段构件(40-60米)的预装方法。
除使用预装基座(5)在临时的底座上进行外，所述方法与竖起第一段构件的相似，但有以下不同的步骤：
-竖起的第一段块设有一横支承柱(2)以保证其临时的稳定性。
-对于第二段块必需紧固竖向接缝的张拉件(3)。
-第三闭合的段块的竖起与第一段构件的闭合的段块相似。
-下部水平接缝不用浇灌混凝土。
以下，风力发电机组中所用的混凝土塔的竖起方法是继续按照以下步骤竖起段构件(4)：
1.把矫平板放置在第一段构件顶部。
2.在侧面边缘上放置一自粘合型泡沫材料，与第一段构件顶部表面的外边缘相切，并一侧面具有一L形用作内部的模板的部分。
3.用吊具将起重机与第二段构件的顶部螺栓(10)连接。
4.进入前一段构件(即第一段构件)的平台(12)。吊起已预装好的第二段构件并将其放置在其最终的位置上。
5.降低该段构件，将外伸钢筋(9)引入第一段构件的套筒(11)中直到其靠在矫平板上。
6.检查第二段构件的水平面。校正位置，如必要的话作用在钢板的厚度上，而该段构件由起重机吊住。
7.进入第二段构件的上部平台以使其与起重机脱开。
第三段构件的竖起则重复上述的方法。
依照如下的步骤竖起第四段构件：
1.在制造厂中载重汽车上预装好第四段构件。使用吊具并通过用螺杆固定到段构件顶部的两个金属连接件(14)连结安装起重机。另一保持起重机或者同一安装起重机的另一滑车组钩住一带子(6)，所述带子在距下端大约一米处围住所述段构件并穿过一吊钩(7)，而所述的吊钩(7)保持该段构件的下肋并阻止带子在转动操作中滑脱。
2.将第四段构件吊起大约一米，则开走运送货车。
3.然后，用安装起重机通过吊起上端，而该起重机或保持其的第二滑车组保持所述段构件的下端在一足够的高度使该段构件倾斜以确保其外伸钢筋(9)不与地面碰撞时。
4.到达一垂直的位置之后，该起重机或第二保持滑车组不负重，并将全部的负重转移到安装起重机上。带子以及接合件从下端取出。
5.第四段构件放在第三段构件的顶部上，而且把第二、第三段构件放到其最终位置的方法也相似。为了认识水平接缝(15)，其中水平接缝的接合系统以砂浆将外伸钢筋(9)固定在套筒(11)中，将有如下的步骤：
I.采用一种专用混合机以制造商操作规程所规定的配料制备无收缩性砂浆。
II.首先，灌注每一接缝的所有的套筒并检查砂浆的注入量。所有的套筒顶部都有开口以便此项操作。
III.套筒控制灌满之后，再将砂浆注并入注满两段构件之间的水平接缝(15)的空隙中。
最后，部件的成形材料、尺寸和数量都是可改变的，一般来说，只要其不变换、不变化或者其基本上改善本文中所叙述的改进之处，则可以使用任何一种附加件或辅助件。

Claims (9)

1.一种风力发电机组中所用的混凝土塔的结构和竖起方法，其主要包括一混凝土塔以不同阶段和步骤竖起的方法，所述的方法可以以一平行的基础随后在一风电场中的不同塔中发展，其包括风力发电机组的每一混凝土塔的段构件(4)的竖起和预装作业，其中所述的塔结构中的每一段构件可由许多不同的段块(1)或者基于其在塔的高度上的位置的纵向段构件构成，其特征在于，所述的方法包括两个不同的作业，其可沿并行线展开：即，塔的每一段构件的预装及其竖起，使财力、原料和组装所需时间的合理应用达到最佳，其中所述的预装作业包括以下两个步骤，对于由不同数量的段块构成的每一段构件：第一阶段运送和竖起每一段块(1)，该阶段的多少取决于段块的数量，接着为每一段构件的竖向接缝(8)填满的最后阶段；以及所述的竖起作业包括把预装段构件(4)相互放置在顶部直到成形整个塔的步骤。
2.如权利要求1所述的风力发电机组中所用的混凝土塔的结构和竖起方法，其特征在于，风力发电机塔的第一段构件的所述的预装作业可以直接在风力发电机的基底或底座上完成，而其它中间段构件在安装基座(5)上预装该基座置在各风力发电机组的基底附近的平台区域的地面上或者在其本身的基座上，所述的段块借助于稳固支承柱(2)和连接张拉件(3)沿竖向接缝放在其位置上。
3.如上述的权利要求中至少一项所述的风力发电机组中所用的混凝土塔的结构和竖起方法，其特征在于，在同一风力发电机组中，所述的预装作业之后，开始所述的竖起作业，其由以下步骤组成：借助于一起重机起吊放置每一段构件(4)以及调整水平接缝(15)的连接体系，其可以由将上部段构件伸出的增强件(9)装入到下部段构件的顶端的套筒(11)内组成。
4.如上述的权利要求中至少一项所述的风力发电机组中所用的混凝土塔的结构和竖起方法，其特征在于，所述的最后的段构件可在制造厂中预装好并无需预先储存，通过在所述段构件下端接合，用一尼龙带或类似物品绑紧段构件的周边并用一金属吊钩固定在段构件下部边缘以避免滑动，将所述的段构件从水平位置变成垂直位置，可直接从运输货车中吊起安装到先前已装好的段构件上。
5.如上述的权利要求中至少一项所述的风力发电机组中所用的混凝土塔的结构和竖起方法，其特征在于，所述的预装作业和竖起作业以以下的方式结束：通过向竖向接缝(8)和水平接缝(15)适当地灌注无收缩性的砂浆，砂浆连同相关的增强件以致使整个塔达到一致的硬度，以完成不同的段块和段构件之间的有效连结。
6.如上述的权利要求中至少一项所述的风力发电机组中所用的混凝土塔的结构和竖起方法，其特征在于，通过一垂直激光束(19)的发射器(16)校验安装的预装方法中段块和段构件的位置是否正确，所述的发射器(16)接近于地面，自动矫平地放置在段构件(预装用的)的轴在线或塔(在组装中)的固定轴在线，以一目标(17)接近顶部，用附加的轻质结构(18)以段构件或塔的轴线固定在每一段块和段构件上，以致于激光点相对于目标中心的偏差为楔牢部件和矫正其位置直到达到正确的位置提出必要指示。
7.如上述的权利要求中至少一项所述的风力发电机组中所用的混凝土塔的结构和竖起方法，其特征在于，在每一段构件的预装中所述的两组第一段块的临时稳定性使用一支承柱(2)达到，而所述支承柱的长度可以调整，其一端装在段块上，而另一端固定在地上或者与预置的一金属穿孔平板接合的基底上。
8.如上述的权利要求中至少一项所述的风力发电机组中所用的混凝土塔的结构和竖起方法，其特征在于，沿竖向接缝每两段块之间的临时结合可通过一定数目的机械式张拉件(3)(最好是3个)来完成，使其固定在两穿孔平板的每一板上，以及在不同高度上接缝(8)两边的每一段块上，除了支撑一段构件不同的段块之外，其还用作调节在段块(边缘对准分开)之间竖向接缝(8)的宽度；当放置和调整一段构件中的所有接缝的张拉件(3)时，则可移开临时支承柱(2)；当注满竖向接缝的砂浆达到适当的抗压性时，则可去除机械式张拉件(3)。
9.如上述的权利要求中至少一项所述的风力发电机组中所用的混凝土塔的结构和竖起方法，其特征在于，就竖向接缝来说，连接体系是靠各种钢筋与灌注的无收缩性的砂浆，套筒具有扩大的开口以便于接纳砂浆的灌注，水平接缝的外部模板的侧面有自粘合型泡沫材料，与下部构件的顶部表面的外边缘相切，夹在段构件之间，使下部模板成大约5厘米高的一L形的外形或一管状或U形等，并相对于上部段构件的内表面大约5厘米处放置在下部段构件的顶部表面上。
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