CN102213033B - 风力发电机混合塔架的建造方法 - Google Patents

风力发电机混合塔架的建造方法 Download PDF

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Abstract

在混合塔架的建造方法中,竖立金属桅杆(4),把它与基础(11)连接;利用金属桅杆作为支撑在金属桅杆周围建造混凝土结构(3)。之后,金属桅杆与基础分离,并通过沿混凝土结构套叠和引导将其升起。最后,吊起的金属桅杆与混凝土结构连接。

Description

风力发电机混合塔架的建造方法
技术领域
本发明涉及混合塔架的建造,其中混合塔架包括混凝土结构下部和金属结构上部。
背景技术
一般来说,此类塔式结构用于支撑地平面以上(比如140米左右)的大功率(比如3兆瓦或更大)近岸风力发电机的机舱。
随风力发电机塔架高度升高,传统圆柱体钢制桅杆的成本急剧增大。为了规避圆柱体金属桅杆的技术局限,有些厂家开发了钢框架(或桁架)结构的塔架。然而这种塔架不够美观。
其他厂家使用爬升模板或滑动模板制作了至少在塔架部分高度上采用现浇混凝土结构的塔架。这种施工方法对温度条件(这种情况在现场往往会遇到,会减慢或妨碍混凝土凝固)以及风力条件(因为混凝土钢筋架必须使用高架起重机安装)比较敏感。因此,对于高度很高的塔架来说,这种施工方法的成本非常可观。
有些风力发电机塔架全部采用预制混凝土构件制作。这些构件使用高架起重机吊装。可以在地面上把它们组装成环状组件(segment),起重机的起重能力必须足以吊起一个完整组件,或者直接吊入其高空位置。这种方法的不足之处在于对风力条件和有关监管约束较为敏感,对施工进度延误具有重大影响。另一个局限在于是否能获得具有足够起重能力和高度的起重机,这种起重机必须提前数月预订。
还曾经提出采用某些套叠技术来建造风能电厂。比如,文献DE10111280公开了一种风能发电厂,其具有桅杆组件,这些桅杆组件通过升降设备提升,以便从下方插入新的组件。文献JP1190883公开了一种利用固定在铁塔底部的千斤顶和配重,在高层建筑物顶部升起铁塔的方法。文献WO2007/125138A1中公开了另外一种用于组装风力发电机的升降设备。
混合塔架(其部分高度(比如50米)采用混凝土结构,上部为金属桅杆)的概念使其可以充分利用工业化混凝土工艺的优势,规避(对于土建工程承包商)利用大型起重机输送重型负荷的要求。这种施工方法与风力发电机提供商的组织兼容,他们拥有安装发动机机舱用的特制起重机。不过,这种技术在实际实施上困难重重。
因此,有必要进一步完善混合塔架概念,使其更具可操作性。
发明内容
本发明提出了一种建造混合塔架的方法,其包括:
-竖立与基础相连的金属桅杆;
-利用金属桅杆作为支撑,建造具有多个绕着所述金属桅杆的叠加的混凝土组件的混凝土结构;
-使金属桅杆与所述基础分离;
-通过沿着所述混凝土结构套叠和引导所述金属桅杆,升起所述金属桅杆;以及
-使所述已升起的金属桅杆与所述混凝土结构连接,
所述混凝土结构的建造包括:
a)至少安装所述混凝土结构的第一段组件;
b)通过使用金属桅杆引导所述混凝土结构的被升起的组件,沿着所述金属桅杆升起已安装的所述混凝土结构的组件,以便腾出一个空间,其高度足以接收下一段混凝土结构的组件;
c)在所述空间里安装所述下一段混凝土结构的组件;以及
d)重复工序b)和c),直至最后一段混凝土结构的组件安装在所述混凝土结构的底部。
金属桅杆在建造混凝土结构时作为支撑使用,以后则把混凝土结构作为升起金属桅杆的支撑。这种建造方法非常适合大型风车场的工业化安装,其中很多工序都是在环境条件更容易处理或控制的地面上完成的。
该混凝土结构一般是通过组装混凝土预制件建造的,虽然该混凝土结构至少有部分高度也可以使用现浇法进行施工。
在一个实施例中,引导结构与金属桅杆的底部相连,该引导结构有一配备了引导部件的下部,用于在吊起金属桅杆时配合混凝土结构。引导结构能以可拆卸的方式与金属桅杆的底部相连,在金属桅杆升起工序之后断开连接,这样在下次建造其他塔架时该引导结构可以重复使用。
在金属桅杆的竖立工序中,引导结构可以放在金属桅杆与基础之间,并在混凝土结构建早工序中,作为升起支撑结构使用。
附图说明
结合附图,从以下对非限定性实施例的描述中可以明显地看出本申请所要求保护的建造方法和塔架的其他特点和长处。
图1是安装在混合塔架顶部的风力发电机示意性透视图;
图2-6示出了本发明一个实施例中建造混合塔架的不同工序。
具体实施方式
如图1所示,风力发电机2的混合塔架1具有混凝土结构3的下部和金属桅杆4的上部。风力发电机2的机舱5安装在金属桅杆4的顶部。金属桅杆4可以用一段或几段通过栓接或焊接方式组装的圆柱体型钢制作。
在此图示出的实施例中,混凝土结构3包括在现场用预制混凝土构件组装的叠加的组件6。混凝土结构3一般呈锥形,锥角在其整个高度上保持不变。如果希望塔壁与风力发电机2的旋转叶片7之间保持距离不变的话,也可以在锥形上方具有一个圆柱体混凝土部分。在图1描述的实例中,锥形有一个圆形底座。需要指出的是,也可以使用各种其他形状,比如具有恒定角度的金字塔形,它能最大程度地减少制作混凝土构件所需的模板数量。
建造混合塔架时,首先要在地面安装基础(图1中未给出)。它可以是钢筋深入地下的深基础,也可以是惯性和水平伸展足以保持塔架稳定性的浅基础。然后竖立起金属桅杆4并将其底部牢固地与基础连接,以便在建造混凝土结构3时作为支撑结构使用。混凝土结构完成时,金属桅杆与基础分离,并通过沿混凝土结构的套叠和引导而被升起。在升起行程的末端,金属桅杆4与混凝土结构3的上部连接。
可以通过升起预制混凝土构件(利用起重机或固定在金属桅杆4顶部的绞车)并将预制件与在建结构粘接在一起的方法建造混凝土结构3。金属桅杆4作为升起和/定位预制件的支撑,再起风时这点特别有利。
在另一个实施例中(其在图2-5中示出),混凝土结构3是从下面开始自上而下分段装配建造的。每段组件6都可以通过在地面上组装混凝土构件并沿竖缝将它们粘接在一起来制作。在地面制作混凝土组件是有利的,因为(在地面上)控制环境条件相对容易,如有必要可以提供一个外壳(封闭装置)对作业区域加以防风保护并维持适当的温度。
如图2所示,在竖立金属桅杆时,支撑结构10位于金属桅杆与基础11之间。在示出的实例中,支撑结构10有水平平台12(用于固定在升起工序中使用的千斤顶)、位于基础11与平台12之间的底架13和位于平台12与金属桅杆4下部之间的顶架14。底架13和顶架14可以比如用钢框架(或桁架)制作。
图2示出了混凝土结构3的第一段组件6,施工结束时,这一段组件将位于混凝土结构3的顶部。该段组件6的制作方法可以是利用铺设在地面的导轨将若干预制混凝土构件装配到位,也可以是在支撑结构10的底架13周围在高于基础11的模板中浇注混凝土。第一段组件6完成之后,支架16固定在此段底部附近的内侧表面上。每个支架16都有一个接收起重索(升降钢丝绳)18下端的水平邻接面17。若干支架16(例如8个)沿组件6的圆周分布。每根起重索18(其下端托逐支架16的邻接面17)延伸到支撑结构10的平台12以外,在那里它被千斤顶19固定。
从图2所示的位置开始,千斤顶19顶起后向上拉动起重索18,进而吊起刚建好的组件6。组件6被移至图3上部中箭头A所指的位置。图3还示出了位于第一段组件6内侧表面与圆柱体钢桅杆4外侧表面之间的引导构件20。这些引导构件20固定在组件6上,其最靠近内侧的一端有支承桅杆4的滚轴。若干引导构件20沿组件6的圆周分布,以便在建造混凝土结构3时对其起到引导和稳定的作用。它们可以固定在组件6的内侧,方法是当组件6上升到足够的高度时,让一名操作人员站在平台12上进行安装。或者,它们的角位置相对于千斤顶19的角位置偏置,而当组件6位于图2中所示的下部中时,它们被安装。
当第一组件6处于图3所示的上升位置时,下一段组件6可以组装在它下方进行组装,比如通过把混凝土构件放到箭头B所指的位置并将它们粘接在一起。下一段组件6就绪时,逐渐释放千斤顶19,平稳地把上一段组件6铺在其上表面上(如箭头C所指)。为了将它们粘接在一起,如有必要可以把粘接剂放在两段相邻组件6之间的界面上。
此时,控制千斤顶19降低起重索18,支架16固定在刚刚装好的组件6内表面上(可能在从上一段上拆卸下来之后),起重索18的下端分别抵在支架16的邻接面17上。然后再次顶起千斤顶19,按图4中箭头D所指的方向吊起两个已经组装好的组件6。起吊过程中,通过引导构件20沿桅杆4适当地引导混凝土结构3。
然后重复图3-4的操作工序若干次,直至混凝土结构3的所有组件6全部安装好。可选得,为了进一步提高混凝土结构3的稳定性,还可以选择在一段或几段组件6上加装若干诸如20那样的引导构件。
最后一段组件6(塔架底部的一段)安装到位之后,可以安装预应力钢缆对混凝土结构3进行加固,比如使用申请日为2009年12月23日的专利申请EP09306323.8中描述的过程。
接着升起钢桅杆。这次升起操作可以再次使用支撑结构10的平台12和钢缆千斤顶。吊装作业在把支撑结构10的底架13与基础11断开连接之后进行。
在图5示出的实施例中,环形(圈形)板25放在混凝土结构3的顶部。板25有一个中心孔(当升起钢桅杆4时为它留出一条通道)和均匀分布在其周围的开孔,但这些开口位于混凝土结构的壁内侧,用于固定长起重索28(大约相当于混凝土结构的高度)的上端。长起重索28的下端分别与支撑在平台12下表面上的各千斤顶29相连。顶起千斤顶29,按图5中箭头E所指方向升高平台12和固定在其上面的构件,其包括支撑结构10的底架13、顶架14和钢桅杆4。
钢桅杆4升起过程中,之前已经建好(如果需要,已经过预应力处理的)混凝土结构3作为引导和稳定桅杆4的支撑使用。位于混凝土结构3上端附近的引导构件20(图2-3)可以再次用于沿钢桅杆4引导混凝土结构3,以及在混凝土组件6安装过程中已经固定在混凝土组件6内侧表面上的任何其他引导构件。
关于混凝土结构3的引导作用,最后阶段显然是最关键的,在这个阶段中,桅杆4将到达混凝土结构3上方的最终位置。引导效率与最高支承点和最低支承点之间的垂直距离成正比,该距离在最后阶段的值最小,而且风力的影响在最后阶段最大。
为了增强引导作用,通过使用额外的固定在支撑结构10底架13的下部的引导构件30增大上述垂直距离。这些引导构件30呈星形结构分布在底架13周围。每个引导构件都包括固定在底架13上的固定臂31、能在远离底架13的固定臂31末端径向滑动的活动臂32、围绕活动臂32末端水平轴轴向安装的滚轴33和控制活动臂32径向延伸的驱动器(图中未示出)。
在顶起千斤顶29升起桅杆4之前,引导构件30固定在支撑结构10上。此时,活动臂32向外延伸,以便抵在混凝土结构3的内壁上。当桅杆升起时,随着引导构件30前面的混凝土结构3的截面缩小,通过驱动器调整活动臂32的位置,从而逐步收回它们。
风力发电机2的机舱5可以在套叠作业后安装在桅杆4顶部。另外,也可以在桅杆展开之前或部分展开后安装它。这种情况下,优选的是机舱重心对准或靠近塔架中轴。
图6示出了桅杆4和支撑结构10在升起操作末段所处的位置。此图的左侧部分表示存在一个引导构件20的角位置,而右侧部分表示存在起重索28和相关千斤顶29的角位置。可以看出,混凝土结构3顶部附近引导构件20与支撑构件10底部引导构件30之间的垂直距离H比引导构件20与桅杆下半部分之间的垂直距离h大得多。因此,支撑构件10设计成一个引导结构,它有利于在最后与混凝土结构3连接之前对桅杆4起到稳定作用。有利的是,正如图2-4所探讨的那样,这种引导结构10还可以作为混凝土结构建造工序中的升起支撑结构使用。
可以考虑到与图2-6中不同的引导/支撑结构10的布置方式。在其中一种布置中,支撑结构10有第二活动平台,它通过起重索18连接在固定平台12上,可以沿垂直导轨滑动。该活动平台作用在组件6的下部,在组装混凝土结构3时从下面提升它们。其侧面边缘配备了拟在钢桅杆4升起工序中使用的引导构件30。
可以单独或组合各种方法连接桅杆4与混凝土结构3。比如,可以把钢梁水平插入桅杆4下部与混凝土结构3上部重叠的区域。也可以在钢桅杆4上提供在金属桅杆下部向外突出的第一个钢筋架,在混凝土结构3的最上方的组件6上提供向内突出的第二钢筋架,然后通过在第一提供和第二提供延伸和重叠的间隔之间浇注水泥或灰浆的方法把升起的金属桅杆与混凝土结构连接在一起。
之后,桅杆4与混凝土结构3连接后,就可以把引导结构10从金属桅杆4的下部上分离,并利用起重索28和千斤顶29落到基础平面上。然后可以拆除引导/支撑结构10并从塔架中取出,以便在其他类似塔架的建造中再次使用。
需要指出的是,上述实施例是对此处披露的发明的演示,在不超出所附权利要求范围的前提下,可以对此加以各种改进。比如,可以在通过图2-4描述的方法安装其他构件之前,利用起重机组装该混凝土结构的若干构件。

Claims (5)

1.一种建造混合塔架(1)的方法,其包括:
-竖立与基础(11)相连的金属桅杆(4);
-利用所述金属桅杆作为支撑,建造具有多段绕着所述金属桅杆的叠加的混凝土组件(6)的混凝土结构(3);
-使金属桅杆与所述基础分离;
-通过沿着所述混凝土结构套叠和引导所述金属桅杆,升起所述金属桅杆;以及
-使所述已升起的金属桅杆与所述混凝土结构连接,
其中,所述混凝土结构的建造包括:
a)安装所述混凝土结构(3)的至少一段混凝土组件(6);
b)沿着所述金属桅杆(4)升起已安装的所述混凝土结构的混凝土组件,其中通过使用金属桅杆(4)来引导所述混凝土结构(3)的被升起的混凝土组件(6)或已安装的混凝土组件(6),以便腾出一个空间,其高度足以接收下一段混凝土结构的混凝土组件;
c)在所述空间里安装所述下一段混凝土结构的混凝土组件;以及
d)重复工序b)和c),直至最后一段混凝土结构的混凝土组件安装在所述混凝土结构的底部,
且其中,在竖立金属桅杆时,支撑结构(10)位于所述金属桅杆与所述基础之间,所述支撑结构(10)具有平台(12)、底架(13)和顶架(14),所述平台(12)具有固定好的千斤顶,所述千斤顶用于升起用于建造混凝土结构的已安装的混凝土组件,所述底架(13)位于所述基础(11)和所述平台(12)之间,所述顶架(14)位于所述平台(12)和所述桅杆(4)下部之间。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述混凝土结构(3)通过组装预制件建造。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其还包括把一个风力发电机机舱(5)固定在所述金属桅杆(4)的上部。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述支撑结构具有一配备了引导部件(30)的下部,用于在升起金属桅杆时配合所述混凝土结构。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述支撑结构(10)在金属桅杆升起工序之后,与所述金属桅杆(4)的下部分离。
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