CN106014875B - 塔筒单元、塔筒及其制作方法 - Google Patents

塔筒单元、塔筒及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种塔筒单元，包括筒体，所述筒体由混凝土、至少一个第一钢筋层、第二钢筋层及设于筒体两端的连接装置整体浇筑形成，所述第二钢筋层由若干第二钢筋沿所述筒体环向布置组成，所述第二钢筋具有预定应力，且其两端分别通过锁紧件与所述筒体两端的连接装置安装固定。本发明塔筒单元的筒体采用钢筋混凝土环形结构和预应力混凝土技术，在风机现场浇筑完成后再将第二钢筋张拉至设计预紧力值，使混凝土承受一定的预压力，提高了混凝土筒体的抗拉强度，提升了塔筒的整体承载能力。本发明进一步还公开了采用该塔筒单元的塔筒及其制作方法。

Description

塔筒单元、塔筒及其制作方法
技术领域
本发明主要涉及风力发电技术领域，具体地说，涉及一种塔筒单元、塔筒及其制作方法。
背景技术
人类社会的发展需要源源不断的能源供应做支撑。随着节能减排的全球趋势，以及石化能源的日益枯竭，选择替代能源就成为能源领域亟待解决的技术问题。风能是取之不尽、用之不竭的可再生型清洁能源，是21世纪最主要的绿色动力之一。现在风资源丰富的国家都在努力开发本国的风力发电技术。
塔筒是风力发电机组的重要组成部分。在风电机组工作过程中，风力发电机塔筒主要用于支撑其上的叶片和发电机组，承受风机轮毂传递过来的压力和弯矩以及机舱重力和塔筒自重，因而设计塔筒时需充分考虑塔筒的强度、刚度和稳定性等。
目前常用的塔筒结构有钢质塔筒、预应力钢筋混凝土塔筒或木质塔筒结构，其中以钢质塔筒最为常见，现有的钢制混凝土塔筒主要存在以下缺点：
1)钢质混凝土塔筒由钢质内筒和钢质外筒或者其中之一来作为混凝土筒体浇筑的模板，同时由于混凝土的抗拉与抗压强度低，钢质内外筒还需承受相应的风机载荷，由此导致钢质混凝土塔筒的重量较重，且无成本优势；
2)钢制内外筒筒壁与上下法兰的环焊缝应力较大，易开裂；
3)塔筒重量重且无导向对孔装置，吊装困难；
4)塔筒的法兰结构复杂，不便于加工。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风力发电机塔筒单元、采用该塔筒单元的塔筒及其制作方法，至少可解决现有技术中重量大、成本高、承载能力差、焊缝开裂的缺陷之一。
本发明的第一方面，提供了一种塔筒单元，包括筒体，所述筒体由混凝土、至少一个第一钢筋层、第二钢筋层及设于筒体两端的连接装置整体浇筑形成，所述第二钢筋层由若干第二钢筋沿所述筒体环向布置组成，所述第二钢筋具有预定应力，且其两端分别通过锁紧件与所述筒体两端的连接装置安装固定。
进一步地，所述第一钢筋层由若干第一钢筋沿所述筒体环向布置组成，所述第一钢筋层设为两层，分别布置于所述第二钢筋层的内侧和外侧。
进一步地，所述连接装置包括第一连接单元、第二连接单元，所述第一连接单元和第二连接单元之间通过第一环板和第二环板连接，所述第二连接单元、第一环板和第二环板预埋设置在所述筒体内，所述第一连接单元与所述筒体的端面贴合。
进一步地，所述第二连接单元环向上设有若干用于安装第一钢筋的第一安装孔以及若干用于安装第二钢筋的第二安装孔，所述第一钢筋两端分别穿过筒体两端第二连接单元的第一安装孔；所述第二钢筋两端分别穿过筒体两端第二连接单元的第二安装孔，并通过所述锁紧件安装固定。
进一步地，所述筒体上端的连接装置的第一环板和/或第二环板上对应所述锁紧件开设有若干操作孔。
进一步地，所述第一连接单元环向上设有若干用于安装第二钢筋的第三安装孔，所述第二钢筋的上端穿过所述第三安装孔延伸至所述筒体的上端外侧。
进一步地，所述第二钢筋外部套设有防护套，所述防护套采用波纹管或PE护管。
本发明的第二方面，还提供了一种塔筒，由至少两节上述任一项所述的塔筒单元叠装组成，所述第一连接单元环向上设有若干固定装配孔，相邻所述塔筒单元的第一连接单元通过穿设于所述固定装配孔的紧固件连接固定。
进一步地，相邻所述塔筒单元的第二钢筋层通过连接器连接固定，所述连接器由螺纹连接器、塑料波纹管、热缩管与连接套管或密封套管组成。
本发明的第三方面，进一步提供了一种制作上述任一项所述塔筒的方法，包括制作各节塔筒单元并将相邻塔筒单元连接固定，所述塔筒单元的制作方法包括以下步骤：
S1、装配筒体模具，在模具内预埋第一钢筋层、第二钢筋层及两端的连接装置；
S2、向模具内浇筑混凝土，制作筒体；
S3、待混凝土凝固后，拆除模具；
S4、对第二钢筋层的各第二钢筋施加预紧力矩，当第二钢筋达到预定预紧力后，采用锁紧件将第二钢筋锁紧。
进一步地，上层塔筒单元可直接在下层塔筒单元上浇筑制作，并与下层塔筒单元进行连接固定，或，预先浇筑制作上层塔筒单元后，再将其吊运至下层塔筒单元上进行连接固定。
本发明塔筒单元的筒体采用钢筋混凝土环形结构和预应力混凝土技术，在风机现场浇筑完成后再将第二钢筋张拉至设计预紧力值，使混凝土承受一定的预压力，提高了混凝土筒体的抗拉强度，提升了塔筒的整体承载能力。
同时，筒体取消了钢质内外筒，直接采用混凝土浇筑形成，减少了塔筒钢材的利用，大大降低了成本。
连接装置采用双层法兰结构，上层法兰用于塔筒单元之间的连接，下层法兰用于安装固定具有预定应力的第二钢筋，与传统钢质塔筒相比，取消了内外筒与法兰的环焊缝，简化了制造加工工艺，消除了环焊缝开裂隐患。
此外，第二钢筋能对上层塔筒单元的吊装起到导向定位作用，便于塔筒快速吊装定位。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例塔筒单元的内部结构示意图；
图2是本发明实施例塔筒单元一种实施例的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例塔筒单元另一种实施例的剖面结构示意图；
图4是连接装置的侧视结构示意图；
图5是连接装置的俯视结构示意图；
图6是本发明实施例塔筒的剖面结构示意图。
附图标记说明：
1、筒体；11、混凝土；12、第一钢筋层；121、第一钢筋；13、第二钢筋层；131、第二钢筋；132、防护套；133、锁紧件；2、连接装置；21、第一连接单元；211、第三安装孔；212、固定装配孔；22、第二连接单元；221、第一安装孔；222、第二安装孔；23、第一环板；24、第二环板；25、操作孔；3、紧固件；4、张拉旋扭装置。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。本发明的“上下”、“内外”是以风力发电机在使用状态时的方位为基准。
如图1、2所示，本实施例的塔筒单元，包括筒体1，筒体1由混凝土11、至少一个第一钢筋层12、第二钢筋层13及设于筒体1两端的连接装置2整体浇筑形成，第二钢筋层13由若干第二钢筋131沿筒体1环向布置组成，第二钢筋131具有预定应力，且其两端分别通过锁紧件133与筒体1两端的连接装置2安装固定，第一钢筋层12由若干第一钢筋121沿筒体1环向布置组成，第一钢筋层12设为两层，分别布置于第二钢筋层13的内侧和外侧。
本实施例中，第二钢筋131优先选择高强预应力螺纹钢筋，具体公称直径和屈服强度可根据风机塔筒高度及塔筒所受外部载荷大小计算确定。第一钢筋121具体采用普通钢筋。
本实施例中，，第二钢筋131外部套设有防护套132，用于隔离第二钢筋131与混凝土，以保证第二钢筋131在预紧张拉时能具有预应力，防护套132采用波纹管或PE护管。
结合图4、5所示，筒体1两端的连接装置2均包括第一连接单元21、第二连接单元22，第一连接单元21和第二连接单元22之间通过第一环板23和第二环板24连接，第二连接单元22、第一环板23和第二环板24预埋设置在筒体1内，第一连接单元21与筒体1的端面贴合。第一连接单元21、第二连接单元22、第一环板23和第二环板24围成箱型结构，共同构成第二钢筋层13的安装预紧空间，同时箱型结构增强了连接装置2的受力特性。第一连接单元21、第二连接单元22、具体采用法兰结构。
为便于第一钢筋层12和第二钢筋层13的安装，第二连接单元22环向上设有若干用于安装第一钢筋121的第一安装孔221以及若干用于安装第二钢筋131的第二安装孔222，第一钢筋121两端分别穿过筒体1两端第二连接单元22的第一安装孔221；第二钢筋131两端分别穿过筒体1两端第二连接单元22的第二安装孔222，并通过锁紧件133安装固定，锁紧件133具体采用锚固螺母，还可根据需要采用其他具有锁定功能的部件，本实施例并不受限于此。
另外，为便于对第二钢筋层13的各第二钢筋131进行张拉预紧，第一连接单元21上还设有若干第三安装孔211，第二钢筋131上端伸出第三安装孔211，伸出的第二钢筋131会高出筒体1上端连接装置2一定高度，在制作或吊装上层塔筒单元时，该第二钢筋131还能起到导向定位作用，便于上层塔筒单元的快速定位与安装。
在第二钢筋131被预紧后，为便于紧固上端的锁紧件133，在筒体1上端连接装置的第一环板23上对应锁紧件133开设有若干与第二钢筋133数量相等，布置相同的操作孔25，具体如图2所示。当然，操作孔25也可选择开设在第二环板24，如图3所示，本实施例并不受限于此。
本实施例塔筒单元的筒体采用钢筋混凝土环形结构和预应力混凝土技术，在风机现场浇筑完成后再将第二钢筋张拉至设计预紧力值，使混凝土承受一定的预压力，提高了混凝土筒体的抗拉强度，提升了塔筒的整体承载能力。
同时，筒体取消了钢质内外筒，直接采用混凝土浇筑形成，减少了塔筒钢材的利用，大大降低了成本。
连接装置采用双层法兰结构，上层法兰用于塔筒单元之间的连接，下层法兰用于安装固定具有预定应力的第二钢筋，与传统钢质塔筒相比，取消了内外筒与法兰的环焊缝，简化了制造加工工艺，消除了环焊缝开裂隐患。
此外，第二钢筋能对上层塔筒单元的吊装起到导向定位作用，便于塔筒快速吊装定位。
在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种塔筒，如图6所示，由至少两节上述的塔筒单元叠装组成，相邻塔筒单元的连接装置2通过紧固件3连接固定。具体的，第一连接单元21环向上设有若干固定装配孔212相邻塔筒单元的第一连接单元21通过穿设于固定装配孔212的紧固件3连接固定。紧固件3具体采用高强度螺栓。
相邻塔筒单元之间的第二钢筋层13也可通过连接器进行连接，以满足塔筒高度方向第二钢筋长度的需要。连接器可以为螺纹连接器、塑料波纹管、热缩管与连接套管组合，也可以由螺纹连接器、塑料波纹管、热缩管与密封套管组成。
由于本实施例的塔筒采用了上述塔筒单元，具有其所有优点，在此不再赘述。
本实施例进一步还提供了制作上述塔筒的方法，包括以下步骤：
制作各节塔筒单元，具体如下：
S1、装配筒体模具，在模具内预埋第一钢筋层12、第二钢筋层13及两端的连接装置2；
S2、向模具内浇筑混凝土，制作筒体1；
S3、待混凝土凝固后，拆除模具；
S4、使用张拉旋扭装置4在筒体1顶部按照一定的规则对第二钢筋层13的各第二钢筋131施加预紧力矩，当第二钢筋131达到预定预紧力后，采用将第二钢筋131上端的锁紧件133锁紧。由此筒体1上也承受了一定的预压力，从而可以提高混凝土塔筒的抗拉承载能力。
在制作安装塔筒时，通常由下至上逐层制作安装塔筒单元，在制作安装过程中，相邻的塔筒单元，上层塔筒单元可直接在下层塔筒单元上浇筑制作并完成连接固定，也可预先在地面浇筑制作后，再吊运至下层塔筒单元上与下层塔筒单元完成连接固定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种塔筒单元，包括筒体(1)，其特征在于：所述筒体(1)由混凝土(11)、至少一个第一钢筋层(12)、第二钢筋层(13)及设于筒体(1)两端的连接装置(2)整体浇筑形成，所述第二钢筋层(13)由若干第二钢筋(131)沿所述筒体(1)环向布置组成，所述第二钢筋(131)具有预定应力，且其两端分别通过锁紧件(133)与所述筒体(1)两端的连接装置(2)安装固定。
2.根据权利要求1所述的塔筒单元，其特征在于：所述第一钢筋层(12)由若干第一钢筋(121)沿所述筒体(1)环向布置组成，所述第一钢筋层(12)设为两层，分别布置于所述第二钢筋层(13)的内侧和外侧。
3.根据权利要求1-2任一项所述的塔筒单元，其特征在于：所述连接装置(2)包括第一连接单元(21)、第二连接单元(22)，所述第一连接单元(21)和第二连接单元(22)之间通过第一环板(23)和第二环板(24)连接，所述第二连接单元(22)、第一环板(23)和第二环板(24)预埋设置在所述筒体(1)内，所述第一连接单元(21)与所述筒体(1)的端面贴合。
4.根据权利要求3所述的塔筒单元，其特征在于：所述第二连接单元(22)环向上设有若干用于安装第一钢筋(121)的第一安装孔(221)以及若干用于安装第二钢筋(131)的第二安装孔(222)，所述第一钢筋(121)两端分别穿过筒体(1)两端第二连接单元(22)的第一安装孔(221)；所述第二钢筋(131)两端分别穿过筒体(1)两端第二连接单元(22)的第二安装孔(222)，并通过所述锁紧件(133)安装固定。
5.根据权利要求4所述的塔筒单元，其特征在于：所述筒体(1)上端的连接装置(2)的第一环板(23)和/或第二环板(24)上对应所述锁紧件(133)开设有若干操作孔(25)。
6.根据权利要求3所述的塔筒单元，其特征在于：所述第一连接单元(21)环向上设有若干用于安装第二钢筋(131)的第三安装孔(211)，所述第二钢筋(131)的上端穿过所述第三安装孔(211)延伸至所述筒体(1)的上端外侧。
7.根据权利要求1或2所述的塔筒单元，其特征在于：所述第二钢筋(131)，外部套设有防护套(132)，所述防护套(132)采用波纹管或PE护管。
8.一种塔筒，其特征在于：由至少两节权利要求3-6任一项所述的塔筒单元叠装组成，所述第一连接单元(21)环向上设有若干固定装配孔(212)相邻所述塔筒单元的第一连接单元(21)通过穿设于所述固定装配孔(212)的紧固件(3)连接固定。
9.根据权利要求8所述的塔筒，其特征在于：相邻所述塔筒单元的第二钢筋层(13)通过连接器连接固定，所述连接器由螺纹连接器、塑料波纹管、热缩管与连接套管组成或者所述连接器由螺纹连接器、塑料波纹管、热缩管与密封套管组成。
10.一种制作权利要求8-9任一项所述塔筒的方法，包括制作各节塔筒单元并将相邻塔筒单元连接固定，其特征在于，所述塔筒单元的制作方法包括以下步骤：
S1、装配筒体模具，在模具内预埋第一钢筋层(12)、第二钢筋层(13)及两端的连接装置(2)；
S2、向模具内浇筑混凝土(11)，制作筒体(1)；
S3、待混凝土(11)凝固后，拆除模具；
S4、对第二钢筋层(13)的各第二钢筋(131)施加预紧力矩，当第二钢筋(131)达到预定预紧力后，采用锁紧件(133)将第二钢筋(131)锁紧。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：上层塔筒单元可直接在下层塔筒单元上浇筑制作，并与下层塔筒单元进行连接固定，或，预先浇筑制作上层塔筒单元后，再将其吊运至下层塔筒单元上进行连接固定。
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