CN108104151B - 导管架过渡段 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导管架过渡段，包括：底板、主筒体、外环板以及多个传力件；主筒体的第一端与底板连接；外环板套设于主筒体的第二端外壁；多个传力件与主筒体以及外环板连接且沿主筒体的外周间隔设置，且传力件的数量和位置与导管架柱匹配；所述传力件包括面板和腹板，面板的第一端与外环板连接，面板的第二端与导管架柱的顶面配合；腹板固定连接于面板与主筒体的外壁之间，且腹板的一端与导管架柱的侧面配合。本发明可有效降低传力构件所需的布置高度，结构布置更为紧凑，适用于不同容量的风机，不受风机塔筒尺寸的影响；并且面板和腹板的均与导管架柱配合，共同将风机载荷向导管架柱传递，保证了导管架过渡段的刚度和强度，传力均匀。

Description

导管架过渡段

技术领域

本发明涉及电力技术领域，更具体地，涉及一种导管架过渡段。

背景技术

风能是一种清洁的可再生绿色能源，开发效率高，经济性好，具有大规模开发条件和商业化前景，世界各国正在大力建设风电场，风力发电技术也得到了快速发展。海上风机基础不仅承受上部高耸的风机带来的荷载，并且将抵抗波浪荷载、风荷载、水流荷载、船舶撞击荷载等多个荷载的共同作用，其所受水平力和倾覆力矩较大，且风机正常运行对基础不均匀沉降和法兰面倾角都有比较高的控制要求。海上风机基础选型应综合考虑水深、海床地质条件、离岸距离、海洋环境条件和施工水平等方面的影响。对于海上风电场中的桩基础，主要包括单桩基础和多桩基础，单桩一般造价相对较低，是目前主要的应用型式，而多桩基础具有更好的刚度和安全性，对地质和水深的适应性较广。导管架多桩基础采用三根或三根以上的钢管桩打入海底，导管架与钢管桩之间通过灌浆连接形成整体。导管架上部为过渡段，顶部通过法兰与塔筒连接。导管架基础具有很好的刚度和承载能力，利于采用大容量风电机组。

导管架过渡段是连接导管架腿柱和风机塔筒的重要传力结构，对极限强度和疲劳性能要求都较高。现有工程中应用的斜撑管式过渡段在节点冲切强度和疲劳加强设计中都具有较大的局限性，且斜撑布置所需的高度和平面位置较大，在平台高程较高、风机叶尖较低时难以满足布置要求。斜撑管式过渡段在海上风机单机容量不断增大、塔筒底端直径和盘面直径增加的条件下，局限性尤为凸显，难以满足大容量风机过渡段的高度和平面布置要求，且加工制造难度较高，有必要提出一种结构紧凑、强度刚度较大的导管架过渡段以满足大水深、大风机的布置和传力需求。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的导管架过渡段节点冲切强度和疲劳设计具有较大局限性，从而使得导管架过渡段的强度和刚度不足，传力不均匀的缺陷，提供一种结构紧凑、强度刚度较大、传力均匀的导管架过渡段。

其技术方案如下：

一种导管架过渡段，用于与导管架柱配合，包括：底板、主筒体、外环板以及多个传力件；所述主筒体的第一端与所述底板连接；所述外环板套设于所述主筒体的第二端外壁，所述主筒体的第二端为与所述主筒体的第一端相对的一端；多个所述传力件与主筒体以及外环板连接且多个传力件沿主筒体的外周间隔设置，且所述传力件的数量和位置与所述导管架柱匹配；所述传力件包括面板和腹板，所述面板的第一端与所述外环板连接，且所述面板与外环板呈夹角设置，所述面板的第二端与导管架柱的顶面配合，所述面板的第一端与面板的第二端为相对的两端；所述腹板固定连接于所述面板与所述主筒体的外壁之间，且所述腹板的一端与导管架柱的侧面配合；所述主筒体、外环板、传力件均位于所述底板的第一侧。

多个导管架柱位于所述底板的第二侧并穿过所述底板延伸至底板的第一侧与相应的传力件对接，所述底板的第二侧为与所述底板的第一侧相对的一侧，且所述主筒体位于各导管架柱的对称中心，从而使得沿主筒体外周间隔设置的传力件能够与所述导管架柱对接。本技术方案的主筒体的第二端设有用于连接风机塔筒的塔筒法兰，导管架过渡段依靠传力件的面板和腹板，将风机塔筒传递来的巨大弯矩转换为轴力，施加到导管架柱。面板和腹板的受力模式主要为平面受力，传力路径与水平面的夹角相对于传统的斜撑管更小，可有效降低传力构件即导管架过渡段所需的布置高度，结构布置更为紧凑，适用于不同容量的风机，不受风机塔筒尺寸的影响；并且本实施方式中所述面板和所述腹板的均与导管架柱配合，共同将风机载荷向导管架柱传递，保证了导管架过渡段的刚度和强度，传力均匀。

在其中一个实施例中，所述面板的宽度呈梯度增长，且宽度增长方向为由面板的第二端向面板的第一端逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述面板的第一端与所述外环板呈倒角平滑连接。

在其中一个实施例中，所述腹板的顶端与所述外环板的第一侧连接；与所述外环板的第一侧相对的外环板的第二侧设有外加强板，所述外加强板的一端与所述外环板连接，且所述外加强板在所述外环板上的投影与所述腹板在所述外环板上的投影重合，所述外加强板的另一端与所述主筒体连接。

在其中一个实施例中，每个所述传力件中的腹板的数量为两块，且两块腹板间隔设置，两块腹板的间隔距离小于导管架柱的直径。

在其中一个实施例中，所述腹板上与所述主筒体的连接处设有镂空通道。

在其中一个实施例中，所述主筒体的内壁上沿所述主筒体的周向设有一圈内环板，所述内环板在所述主筒体上的投影与所述外环板在所述主筒体上的投影重合。

在其中一个实施例中，所述主筒体的内壁设有沿主筒体的长度方向设置的多条内加强筋，多条沿所述主筒体的长度方向设置的内加强筋沿所述主筒体的周向间隔设置，且所述内加强筋在所述主筒体上的投影与所述腹板在所述主筒体上的投影重合。

在其中一个实施例中，还包括连接板，所述连接板设于所述底板的第二侧且与所述底板固定连接，所述底板的第二侧为与所述底板的第一侧相对的一侧，所述连接板上设有用于穿设并固定导管架柱的第一通孔。

在其中一个实施例中，所述主筒体的第一端以及所述腹板的底端均穿过所述底板并延伸至所述底板的第二侧；所述连接板与所述腹板的底端固定连接，且所述连接板上设有用于穿设并固定所述主筒体的第二通孔。

附图说明

图1为本发明的导管架过渡段的结构示意图；

图2为本发明的导管架过渡段的侧视图一；

图3为本发明的导管架过渡段的侧视图二；

图4为本发明的导管架过渡段的俯视图；

图5为本发明的导管架过渡段的仰视图。

附图标记说明：

10、导管架柱；20、底板；21、板体；22、边梁；23、中梁；24、加强筋；30、主筒体；31、内加强筋；40、外环板；41、外加强板；50、传力件；51、面板；52、腹板；521、镂空通道；522、腹板加强板；60、塔筒法兰；70、内环板；71、内加强板；80、连接板；81、第一通孔；82、第二通孔；90、肋板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

如图1和图2所示的一种导管架过渡段，用于与导管架柱10配合，包括：底板20、主筒体30、外环板40以及多个传力件50；所述主筒体30的第一端与所述底板20连接；所述外环板40套设于所述主筒体30的第二端外壁，所述主筒体30的第二端为与所述主筒体30的第一端相对的一端；多个所述传力件50与主筒体30以及外环板40连接且多个传力件50沿主筒体30的外周间隔设置，且所述传力件50的数量和位置与所述导管架柱10匹配；所述传力件50包括面板51和腹板52，所述面板51的第一端与所述外环板40连接，且所述面板51与外环板40呈夹角设置，所述面板51的第二端与导管架柱10的顶面配合，所述面板51的第一端与面板51的第二端为相对的两端；所述腹板52固定连接于所述面板51与所述主筒体30的外壁之间，且所述腹板52的一端与导管架柱10的侧面配合；所述主筒体30、外环板40、传力件50均位于所述底板20的第一侧。

多个所述导管架柱10位于所述底板20的第二侧并穿过所述底板20延伸至底板20的第一侧与相应的传力件50对接，所述底板20的第二侧为与所述底板20的第一侧相对的一侧，且所述主筒体30位于各导管架柱10的对称中心，从而使得沿主筒体30外周间隔设置的传力件50能够与所述导管架柱10对接。所述外环板40设于所述塔筒法兰60下部，导管架过渡段依靠传力件50的面板51和腹板52，将风机塔筒通过塔筒法兰60传递来的巨大弯矩转换为轴力，施加到导管架柱10。面板51和腹板52的受力模式主要为平面受力，传力路径与水平面的夹角相对于传统的斜撑管更小，可有效降低传力构件即导管架过渡段所需的布置高度，结构布置更为紧凑；并且本实施方式中所述面板51和所述腹板52的均与导管架柱10配合，共同将风机载荷向导管架柱10传递，保证了导管架过渡段的刚度和强度，传力均匀。

本实施方式所述面板51的宽度呈梯度增长，且宽度增长方向为由面板51的第二端向面板51的第一端逐渐增大。即所述面板51与所述外环板40的接触面积较之于所述面板51与所述导管架柱10顶面的接触面积更大，应力分配更均匀，面板51的第一端均匀传递由风机塔筒传递来的应力至面板52的第二端，再由面板52的第二端传递至导管架柱10的顶面。

由于所述面板51与所述外环板40呈夹角设置，为了避免应力集中，所述面板51的第一端与所述外环板40呈倒角平滑过渡连接，从而面板51能够承受风机塔筒传递下来的弯矩，且不易发生变形或折断。

本实施方式所述腹板52为五边形腹板，所述腹板52的顶端与所述外环板40连接，腹板52的底端与所述底板20连接，且腹板52的另外三条边分别与所述面板51、主筒体30和导管架柱10的侧面连接。具体地，所述腹板52的顶端与所述外环板40的第一侧即与所述外环板40上靠近底板20的一侧连接；与所述外环板40的第一侧相对的外环板40的第二侧设有外加强板41，所述外加强板41的一端与所述外环板40连接，且所述外加强板41在所述外环板40上的投影与所述腹板52在所述外环板40上的投影重合，所述外加强板41的另一端与所述主筒体30连接。在外环板40上腹板52的相应位置处设置外加强板41，保证了所述外环板40与腹板52连接处的强度，与腹板52一同承受风机塔筒传递下来的弯矩。

如图3所示为了保证传力件51的稳定性，每个所述传力件50中的腹板52的数量为两块，且两块腹板52间隔设置，本实施方式中两块腹板52均与所述面板51及外环板40垂直，且两块腹板52平行设置，两块腹板52的间隔距离小于导管架柱10的直径，保证两块腹板52均能够与所述导管架柱10的侧面连接，使传力更均匀。

所述底板20的面积范围设置为恰好能容纳各导管架柱10根开便能满足使用需求，材料用量少，节约成本。但由于所述底板20上的平面空间基本被腹板52占用，人员绕行底板20边缘较为不便，因此，为了解决人员通道问题，本实施方式在所述腹板52上与所述主筒体30的连接处设有镂空通道521，供人员在底板20上行走进出而无需绕行。经计算分析，所述腹板52与主筒体30相交处的中间部分传递的应力较小，具备开设镂空通道521的条件，因此，本实施方式中将所述镂空通道521的高度设为主筒体30的高度二分之一。在其他实施方式中，所述镂空通道521的高度可低于所述主筒体30的高度的二分之一。

所述镂空通道521的顶部轮廓为圆弧状，且所述镂空通道521的顶部与所述主筒体30的连接处设有肋板90。所述镂空通道521的顶部采用圆角设计，避免腹板在镂空通道521处应力集中而发生折断，且在所述镂空通道521顶部与所述主筒体30的连接处即所述镂空通道521的角隅处设有肋板90，加强镂空通道521处的稳定性。

同一传力件50中两个间隔设置的腹板52之间设有腹板加强板522，防止两块腹板52发生偏移或变形，所述腹板加强板522与两块腹板52均垂直设置，且本实施方式中，所述腹板加强板522设于所述镂空通道521的边缘处，提高两块腹板52的稳定性。

如图4所示，所述主筒体30的内壁上沿所述主筒体30的周向设有一圈内环板70，所述内环板70在所述主筒体30上的投影与所述外环板40在所述主筒体30上的投影重合，确保了主筒体30的稳定性。另外，本实施方式在所述内环板70的上方设有内加强板71，所述内加强板71与主筒体30的内壁连接，且所述内加强板71在所述主筒体30上的投影与所述外加强板51在所述主筒体30上的投影重合，从而所述内加强板71不仅进一步保证了所述主筒体30的稳定性，还加强了所述腹板52与所述外加强板41的稳定性。

所述主筒体30的内壁设有沿主筒体30的长度方向设置的多条内加强筋31，多条沿所述主筒体30的长度方向设置的内加强筋31沿所述主筒体30的周向间隔设置，且所述内加强筋在所述主筒体30上的投影与所述腹板52在所述主筒体30上的投影重合。所述内加强筋31对主筒体30的强度进行加强，并传递腹板52中的应力，同时为主筒体30内部布置电器设备预留了空间。

如图5所示，为了保证导管架过渡段与导管架柱10的连接稳定性，本实施方式还包括连接板80，所述连接板80设于所述底板20的第二侧且与所述底板20固定连接，所述底板20的第二侧为与所述底板20的第一侧相对的一侧，所述连接板80上设有用于穿设并固定导管架柱10的第一通孔81。本实施方式所述第一通孔81的数量为四个，四个第一通孔81与四个导管架柱10一一对应，所述导管架柱10穿设于连接板80上相应的第一通孔81中，而连接板80又与所述底板20固定连接，从而所述底板20、连接板80以及导管架柱10紧密连接，有效提高导管架过渡段的强度和稳定性。

所述底板20包括板体21、设于板体21边缘并支撑板体的边梁22，用于支撑板体21中间部分的中梁23以及纵横交错设置于板体21上的加强筋24。所述边梁22和中梁23共同配合加强板体21的刚度和强度，所述加强筋24减小板格跨度，进一步保证底板20的稳定性，满足底板20的正常堆载要求。

本实施方式中所述主筒体30的第一端以及所述腹板52的底端均穿过所述底板20并延伸至所述底板20的第二侧；所述连接板80与所述腹板52的底端固定连接，且所述连接板80上设有用于穿设并固定所述主筒体30的第二通孔82。所述主筒体30的第一端穿过底板20后穿设于所述第二通孔82并固定，所述腹板52穿过所述底板20后与连接板80焊接固定，从而使得腹板52、主筒体30、底板20和连接板80紧密连接为一体，进一步增加本实施方式导管架过渡段与导管架柱10连接的强度和稳定性，保证导管架柱10受力均匀。

另外，为了减轻所述连接板80的重量，所述连接板80上还设有镂空的减重孔83。本实施方式中，所述减重孔83所对应的位置为同一传力件50中两块腹板52之间的空隙所对应的位置。

传力构件的连接部位和角隅部位由于应力比较集中，在循环往复加载中应力幅较大，因而成为比较容易发生疲劳破坏的部位。而本实施方式的导管架过渡段采用设计灵活度很大的板壳结构，在受力较大的部位均采用圆弧过渡或加强板连接。当结构计算显示某个局部疲劳损伤过大时，可通过调整局部构件的弧度、切角角度或板厚来优化应力分布，从而使疲劳热点优化更便利、更经济。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种导管架过渡段，用于与导管架柱配合，其特征在于，包括：底板、主筒体、外环板以及多个传力件；所述主筒体的第一端与所述底板连接；所述底板上设有用于穿设导管架柱的穿设孔，所述外环板套设于所述主筒体的第二端外壁，所述主筒体的第二端为与所述主筒体的第一端相对的一端；多个所述传力件与主筒体以及外环板连接且多个传力件沿主筒体的外周间隔设置，且所述传力件的数量和位置与所述导管架柱匹配；所述传力件包括面板和腹板，所述面板的第一端与所述外环板连接，且所述面板与外环板呈夹角设置，所述面板的第二端与导管架柱的顶面配合，所述面板的第一端与面板的第二端为相对的两端；所述腹板固定连接于所述面板与所述主筒体的外壁之间，且所述腹板的一端与导管架柱的侧面配合；所述主筒体、外环板、传力件均位于所述底板的第一侧；所述面板的第一端与所述外环板的边缘呈倒角平滑连接。

2.根据权利要求1所述的导管架过渡段，其特征在于，所述面板的宽度呈梯度增长，且宽度增长方向为由面板的第二端向面板的第一端逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的导管架过渡段，其特征在于，所述腹板的顶端与所述外环板的第一侧连接；与所述外环板的第一侧相对的外环板的第二侧设有外加强板，所述外加强板的一端与所述外环板连接，且所述外加强板在所述外环板上的投影与所述腹板在所述外环板上的投影重合，所述外加强板的另一端与所述主筒体连接。

4.根据权利要求1所述的导管架过渡段，其特征在于，每个所述传力件中的腹板的数量为两块，且两块腹板间隔设置，两块腹板的间隔距离小于导管架柱的直径。

5.根据权利要求1所述的导管架过渡段，其特征在于，所述腹板上与所述主筒体的连接处设有镂空通道。

6.根据权利要求1所述的导管架过渡段，其特征在于，所述主筒体的内壁上沿所述主筒体的周向设有一圈内环板，所述内环板在所述主筒体上的投影与所述外环板在所述主筒体上的投影重合。

7.根据权利要求1-6任一项所述的导管架过渡段，其特征在于，所述主筒体的内壁设有沿主筒体的长度方向设置的多条内加强筋，多条沿所述主筒体的长度方向设置的内加强筋沿所述主筒体的周向间隔设置，且所述内加强筋在所述主筒体上的投影与所述腹板在所述主筒体上的投影重合。

8.根据权利要求7所述的导管架过渡段，其特征在于，还包括连接板，所述连接板设于所述底板的第二侧且与所述底板固定连接，所述底板的第二侧为与所述底板的第一侧相对的一侧，所述连接板上设有用于穿设并固定导管架柱的第一通孔。

9.根据权利要求8所述的导管架过渡段，其特征在于，所述主筒体的第一端以及所述腹板的底端均穿过所述底板并延伸至所述底板的第二侧；所述连接板与所述腹板的底端固定连接，且所述连接板上设有用于穿设并固定所述主筒体的第二通孔。

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