CN103375043B - 一种预应力超高性能混凝土海上风电塔架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预应力超高性能混凝土海上风电塔架，包括塔筒结构和预应力筋。塔筒结构包括若干通过高强螺栓相连的塔筒结构单元，塔筒结构采用超高性能混凝土预制而成，预应力筋采用纤维增强塑料。预应力筋设置于塔筒结构内部，且采用体外预应力的方式，所有塔筒结构单元安装就位后张拉预应力筋，使塔筒结构单元形成一个整体。相邻两塔筒结构单元之间设置有仿竹节点部分，在有效降低塔壁厚度同时，提高塔架整体稳定性和抗扭转性。本发明由材料为纤维增强塑料的预应力筋和材料为超高性能混凝土的塔筒结构相结合设计制作而成，此外还增设仿竹节点部分，在提高其强度和抗腐蚀性的同时还提高了稳定性和抗扭性，使其高度达到100-120m。

Description

一种预应力超高性能混凝土海上风电塔架

技术领域

本发明涉及风电塔架设计技术领域，尤其涉及一种预应力超高性能混凝土海上风电塔架。

背景技术

目前，发电成本较高成为制约海上风电发展的一个重要因素。为此，通过逐步提高单机容量降低发电成本成为海上风电发展的一个趋势。但单机容量的增加，意味着风机重量、叶片长度的增加，作用在塔架上荷载增加，就需要塔架拥有更大的强度、刚度和高度。导致传统的钢锥管塔架直径越来越大，壁厚增加，钢材用量大幅增加，这样大大增加了塔架的材料、制造、运输和安装等费用；另外海上风机塔架外壁直接暴露在海洋大气环境中，在整个使用寿命期间存在严重腐蚀问题，降低了塔架的使用寿命，增加了整个使用期间的维护费用。

而现有的预应力混凝土塔架由若干片预制构件经螺栓和预应力索连接而成，施工时间长，增加了安装成本和施工不确定性；另外，在风和波浪长期动载作用下，由螺栓松动和预应力松弛导致塔架结构整体性能下降还有待验证；在海洋强腐蚀环境下，连接螺栓和预应力筋腐蚀也增加了日常维护费用；此外混凝土塔架自重较重，地震作用较大，增加了基础建设和运输安装的费用。

发明内容

本发明为一种预应力超高性能混凝土海上风电塔架,包括塔筒结构和若干预应力筋，所述塔筒结构呈中空状，所述预应力筋沿所述塔筒结构的内侧壁竖直方向设置，且所述若干预应力筋围绕所述塔筒结构的内侧壁一圈设置；其中，所述塔筒结构的材料为超高性能混凝土（UHPC），所述预应力筋的材料为纤维增强塑料(FRP)。

一些实施例中，所述塔筒结构由若干塔筒结构单元组成，所述若干塔筒结构单元之间相互连接。

一些实施例中，所述相邻两塔筒结构单元之间设置有高强螺栓，所述高强螺栓用于固定连接所述相邻两塔筒结构单元。

一些实施例中，所述若干塔筒结构单元连接处的内侧壁上设置有仿竹节点部分，所述仿竹节点部分呈凸起环状并与所述塔筒结构单元的内侧壁固定连接。

一些实施例中，所述仿竹节点部分上与所述预应力筋相对应的位置处设置有若干预应力管道，且所述若干预应力管道在所述仿竹节点部分的横截面上呈均匀分布，所述预应力管道内设置有套管，所述预应力筋穿过所述套管。

一些实施例中，所述塔筒结构单元采用预制形式。

一些实施例中，所述塔筒结构的上端内侧壁上设置有环形加强部分。

一些实施例中，所述预应力超高性能混凝土海上风电塔架的顶部设置有第一法兰，所述第一法兰与一风机相连接；所述预应力超高性能混凝土海上风电塔架的底部预埋有第二法兰，所述预应力超高性能混凝土海上风电塔架通过所述第二法兰与一基础固定连接。

一些实施例中，所述塔筒结构内设置有若干横向和纵向的钢筋。

一些实施例中，所述塔筒结构整体呈锥管式。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有的优点和积极效果为：

本发明采用材料为纤维增强塑料（FRP）的预应力筋和材料为超高性能混凝土（UHPC）的塔筒结构相结合设计制作风电塔架，通过整体优化设计，使本发明具有良好的动力性能和耐腐蚀性，降低塔架在整个生命周期内的费用，从而降低海上风电发电成本，此外整体自重轻使其高度可达100-120m，地震作用较小，减少了基础建设和运输安装的费用。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为塔筒结构上端结构示意图；

图3为相邻两塔筒结构单元连接处的结构示意图；

图4为塔筒结构下端结构示意图；

图5为塔筒结构截面示意图。

符号说明：

1-塔筒结构

11-塔壁

12-环形加强部分

2-预应力筋

3-风电机组

4-套管

5-仿竹节点部分

6-预应力管道

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

参考图1-5，本发明提供了一种预应力超高性能混凝土海上风电塔架，包括塔筒结构1和若干预应力筋2，塔筒结构1呈中空状，预应力筋2沿塔筒结构1的内侧壁竖直方向设置，且若干预应力筋2围绕塔筒结构1的内侧壁一圈设置。预应力超高性能混凝土海上风电塔架的顶部设置有第一法兰，预应力超高性能混凝土海上风电塔架通过第一法兰与一风机相连接；预应力超高性能混凝土海上风电塔架的底部预埋有第二法兰，预应力超高性能混凝土海上风电塔架通过第二法兰与一基础固定连接，从而固定整个预应力超高性能混凝土海上风电塔架。

在本实施例中，塔筒结构1包括若干相互连接的塔筒结构单元，各塔筒结构单元之间通过高强螺栓连接组合成一个整体，当然个塔筒结构单元之间的连接方式也可通过其他方式来实现，此处不作限制。其中，塔筒结构单元采用预制形式，且塔筒结构单元内配置有横向和纵向的钢筋用于加固塔筒结构单元；每段塔筒结构单元的长度由预制条件、运输能力、吊装能力和经济性综合确定。

在本实施例中，相邻两塔筒结构单元的连接处设置有仿竹节点部分5，该仿竹节点部分5呈凸起圆环状，沿相邻两塔筒结构单元的连接位置的一圈进行设置且与塔筒结构单元的内侧塔壁固定连接，该仿竹节点部分5用于使本发明更加牢固，有效降低塔壁厚度同时用于提高整个预应力超高性能混凝土海上风电塔架的稳定性和抗扭性。仿竹节点部分5上与预应力筋2相对应的位置处设置有若干预应力管道6，如图5所示，预应力管道6均匀分布于仿竹节点部分5的一圈上，预应力管道6内设置有套管4。

在本实施例中，塔筒结构1的上端设置有环形加强部分12，如图2所示，该环形加强部分12用于加固整个塔筒结构1。预应力筋2的上端连接到环形加强部分上12（如图2所示），且其下端连接到塔筒结构1的底部（如图5所示）。若干预应力筋2呈圆环分布状均设置于塔筒结构1的内侧，预应力筋2采用体外预应力，各塔筒机构单元通过高强螺栓连接后，预应力筋2依次穿过个相邻两塔筒结构单元之间设置的套管4，安装就位后张拉预应力筋2，使塔筒结构1形成一整体。

在本实施例中，塔筒结构1的材料选用超高性能混凝土（UHPC），超高性能混凝土有着超高的耐久性和超高的力学性能，内部密实度高、强度高、韧度高，此外还具有超高抗渗性、高强抗压强度以及抗腐蚀能力的特点。本发明由于采用了超高性能混凝土，使得塔筒结构在壁厚较小的时候，依然能够保证强度要求，其高度可达到100-120m,从而使得预应力超高性能混凝土海上风电塔架的自重减轻，地震作用减轻，减少了基础建设和运输安装的费用;此外还使得本发明具有良好的抗腐蚀性，适用于海上环境。

在本实施例中，预应力筋2的材料选用纤维增强塑料(FRP)，该纤维增强塑料轻质高强，有利于减轻结构自重，节约材料，同时具有较好的抗腐蚀、抗疲劳性，适用于海上环境。本发明采用FRP预应力筋和超高性能混凝土设计制作风电塔架，通过整体优化设计，使新型塔架具有良好的动力性能和耐腐蚀性，降低塔架在整个生命周期内的费用，从而降低海上风电发电成本。

综上所述，本发明提供了一种预应力超高性能混凝土海上风电塔架，包括塔筒结构和预应力筋。预应力超高性能混凝土海上风电塔架顶端与风电机组相连接，其底部与一基础连接。塔筒结构包括若干通过高强螺栓相连的塔筒结构单元，塔筒结构采用超高性能混凝土（UHPC）预制而成，预应力筋采用纤维增强塑料(FRP)。预应力筋采用体外预应力，布置在塔筒结构内部，所有塔筒结构单元安装就位后张拉预应力筋，使塔筒结构单元形成一个整体。此外相邻两塔筒结构单元之间设置有仿竹节点部分，在有效降低塔壁厚度同时，提高塔架整体稳定性和抗扭转性。本发明由采用超高性能混凝土制作的塔筒结构和采用纤维增强塑料筋制作的预应力筋组合而成，此外还增设仿竹节点部分，在提高其强度和抗腐蚀性的同时还提高了稳定性和抗扭性，使其高度达到100-120m。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管也已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (8)

1.一种预应力超高性能混凝土海上风电塔架，其特征在于，包括塔筒结构和若干预应力筋，所述塔筒结构呈中空状，所述预应力筋沿所述塔筒结构的内侧壁竖直方向设置，所述预应力筋的上下端分别连接所述塔筒结构的上下端，所述若干预应力筋围绕所述塔筒结构的内侧壁一圈设置；其中，所述塔筒结构的材料为超高性能混凝土，所述预应力筋的材料为纤维增强塑料；

所述塔筒结构由若干塔筒结构单元组成，所述若干塔筒结构单元之间相互连接；所述若干塔筒结构单元连接处的内侧壁上设置有仿竹节点部分，所述仿竹节点部分呈凸起环状并与所述塔筒结构单元的内侧壁固定连接，所述预应力筋穿过所述仿竹节点部分。

2.根据权利要求1所述的预应力超高性能混凝土海上风电塔架，其特征在于，所述相邻两塔筒结构单元之间设置有高强螺栓，所述高强螺栓用于固定连接所述相邻两塔筒结构单元。

3.根据权利要求1所述的预应力超高性能混凝土海上风电塔架，其特征在于，所述仿竹节点部分上与所述预应力筋相对应的位置处设置有若干预应力管道，且所述若干预应力管道在所述仿竹节点部分的横截面上呈均匀分布，所述预应力管道内设置有套管，所述预应力筋穿过所述套管。

4.根据权利要求1所述的预应力超高性能混凝土海上风电塔架，其特征在于，所述塔筒结构单元采用预制形式。

5.根据权利要求1所述的预应力超高性能混凝土海上风电塔架，其特征在于，所述塔筒结构的上端内侧壁上设置有环形加强部分。

6.根据权利要求1所述的预应力超高性能混凝土海上风电塔架，其特征在于，所述预应力超高性能混凝土海上风电塔架的顶部设置有第一法兰，所述第一法兰与一风机相连接；所述预应力超高性能混凝土海上风电塔架的底部预埋有第二法兰，所述预应力超高性能混凝土海上风电塔架通过所述第二法兰与一基础固定连接。

7.根据权利要求1所述的预应力超高性能混凝土海上风电塔架，其特征在于，所述塔筒结构内设置有若干横向和纵向的钢筋。

8.根据权利要求1所述的预应力超高性能混凝土海上风电塔架，其特征在于，所述塔筒结构整体呈锥管式。