CN108412704A - 风力发电机组及其塔筒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电技术领域，特别公开了一种塔筒，包括高度方向上的至少一个筒段，每个所述筒段由至少三个塔筒构件沿圆周方向依次首尾拼接组成，相邻所述塔筒构件相互拼接并在高度方向上配合形成有容积腔，相邻所述塔筒构件通过填充在所述容积腔内的灌浆料连接固定。本发明塔筒的每个筒段均由相同结构的塔筒构件拼装组成，大大简化了模具设计，降低了成本。且通过纵缝凹槽结构实现塔筒构件之间的连接固定，连接安全可靠；本发明还进一步公开了一种风力发电机组。

Description

风力发电机组及其塔筒

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电机组及其塔筒。

背景技术

风力发电机组是将风能转化为电能的设备，风能是当前清洁能源领域中技术最为成熟、最具大规模开发的新型可再生能源，随着环保的要求越来越高，风力发电技术得以迅猛发展。

塔筒用于支撑整个主机，是风力发电机组的基础。随着风力发电重点区域从三北地区向中南部等低风速地区转移，为使一些低风速地区发电开发成为可能，高塔筒/超高塔筒(轮毂超高超过120米)的应用成为不二之选。高塔筒有柔性塔筒、混凝土塔筒、钢混塔筒、桁架式塔筒等结构形式。混凝土塔筒以其刚度大，耐久性好、抗疲劳性能好、维护成本低等优点得以迅猛发展。

混凝土塔筒分为现浇式、预制装配式以及现浇预制组合式等形式，预制装配式混凝土塔筒分为全混凝土塔筒和钢-混凝土混合塔筒两种，主要为圆筒形结构，根据筒片的高度又可分为分段式和分片式。分段式塔筒的筒段高度控制在4米左右，直径较大的筒段分为两个半环拼接而成；分片式塔筒的筒段高度基本上在10米以上，筒段分为4片或6片进行现场拼接。

目前预制式混凝土塔筒仍主要采用圆筒形结构，由多个弧形筒片单元拼装组成，主要存在以下不足：

(1)运输不便：受运输宽度、高度、重量的限制，需将圆筒形塔筒分成两个以上的半环，高度控制在四米以下，导致混段数量多，预制运输安装周期长；

(2)预制成本高：需要庞大的内外模，采用立式浇筑，筒壁厚度大，模具数量多、强度高、重量大、混凝土用量多，预制成本高；

(3)质量不可控：筒片立式浇筑，高度高，对浇筑的要求较高，同时需对混凝土的各项指标进行严格把控，如塌落度、流动性、泌水离析等，否则筒片单元容易出现孔洞、蜂窝等缺陷。

中国专利“ZL201220336758.9，一种风力发电机的塔筒”提出了一种塔筒结构，由多个轻质连接段沿高度方向相互拼接组成，轻质连接段由多个轻质构件沿圆周方向相互拼接组成。每个轻质构件沿圆周方向的两侧面对称设有纵缝凹槽，相邻侧面的纵缝凹槽形成锁槽，相邻构件通过粘接固定在锁槽内的锁扣进行连接。该轻质构件设计为平板式结构，能够较好的降低运输塔筒成本。但该塔筒的纵缝凹槽在高度方向是不连续的，为间断性布置的结构，其纵缝联接方式为装配式结构，通过锁扣粘接在锁槽内来连接相邻轻质构件，连接强度有限，仅仅适用于轻质构件，尤其是复合木材，实用性和结构通用性不强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机组及其塔筒，以解决现有技术中存在的运输不便、预制成本高、质量不可控等技术问题。

本发明第一方面，提供了一种塔筒，包括高度方向上的至少一个筒段，每个所述筒段由至少三个塔筒构件沿圆周方向依次首尾拼接组成，相邻所述塔筒构件相互拼接并在高度方向上配合形成有容积腔，相邻所述塔筒构件通过填充在所述容积腔内的灌浆料连接固定。

进一步的，所述塔筒构件包括外立面、内立面及第一侧立面和第二侧立面，所述第一侧立面在高度方向上开设有第一纵缝凹槽，所述第一纵缝凹槽的开口设在第一侧立面上且开口长度不大于第一侧立面的长度，所述第二侧立面在高度方向上开设有第二纵缝凹槽，所述第二纵缝凹槽的开口设在第二侧立面且开口长度不大于第二侧立面的长度；相邻所述塔筒构件相互拼接，所述第一纵缝凹槽和第二纵缝凹槽拼接形成所述容积腔。

进一步的，所述第一纵缝凹槽和第二纵缝凹槽相对于所述塔筒构件的中心线对称设置。

进一步的，所述第一侧立面与所述外立面之间的夹角、所述第二侧立面与所述外立面之间的夹角均为锐角。

进一步的，相邻所述塔筒构件相互拼接的第一侧立面和第二侧立面之间预留预定宽度的接缝，所述接缝与所述容积腔连通，所述接缝内也填充有所述灌浆料。

进一步的，所述塔筒构件包括外立面、内立面、第一侧立面和第二侧立面，所述第一侧立面和第二侧立面中的一者在高度方向上开设有第一纵缝凹槽，所述内立面上靠近所述第一侧立面和第二侧立面中另一者的一端在高度方向上开设有第二纵缝凹槽，相邻所述塔筒构件相互拼接，所述第一纵缝凹槽和第二纵缝凹槽拼接形成所述容积腔。

进一步的，所述外立面整体为一个平面。

进一步的，所述塔筒构件两侧的壁厚等于中间段的壁厚，所述塔筒构件的内立面整体为一个平面。

进一步的，所述塔筒构件两侧的壁厚大于中间段的壁厚，所述塔筒构件的内立面形成凹形缺口。

本发明的第二方面，还提供了一种风力发电机组，包括上述任一项所述的塔筒。

本发明塔筒将构成筒段的塔筒构件设计为平板式钢筋混凝土结构，可通过水平浇注方式制作，壁厚薄，浇筑过程中质量可控，能更好的保证塔筒构件的质量；塔筒构件两侧设计纵缝凹槽结构，拼接制作筒段时，相邻塔筒构件的纵缝凹槽拼接形成容积腔，在容积腔内浇注混凝土后即可实现塔筒构件之间的连接固定，完成筒段的制作，这种连接固定方式连接强度较高，安全可靠；通过增厚塔筒构件两侧的壁厚，提高塔筒构件之间连接区域的整体承载能力，进一步保障了整个筒段的连接可靠性。

所有塔筒构件的纵缝凹槽结构相同，同一筒段可采用结构尺寸完全相同的塔筒构件进行拼装制作，不同筒段之间，塔筒构件的结构设计相同，仅尺寸发生改变，因此只需设计一套尺寸可调以适应不同筒段尺寸的塔筒构件模具即可，大大简化了模具设计，提高了通用性，降低了模具投入成本。

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是本发明实施例一塔筒筒段的横截面结构示意图；

图2是图1中塔筒构件的横截面结构示意图；

图3是图1中Ⅰ处填充灌浆料后的放大结构示意图；

图4是本发明实施例二塔筒筒段的横截面结构示意图；

图5是图4中塔筒构件的横截面结构示意图；

图6是图4中Ⅱ处填充灌浆料后的放大结构示意图；

图7是本发明实施例三塔筒筒段的横截面结构示意图；

图8是图7中塔筒构件的横截面结构示意图；

图9是图7中Ⅲ处填充灌浆料后的放大结构示意图；

图10是本发明实施例四塔筒筒段的横截面结构示意图；

图11是图10中塔筒构件的横截面结构示意图；

图12是图10中Ⅳ处填充灌浆料后的放大结构示意图。

图中：1、塔筒构件；11、外立面；12、内立面；13、第一侧立面；14、第二侧立面；151、第一纵缝凹槽；152、第二纵缝凹槽；16、容积腔；17、灌浆料；18、接缝。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为解决塔筒环形构件存在的运输不便、浇筑模具数量多、浇筑质量不可控等问题，本发明实施例将塔筒构件设计为平板式结构，并巧妙地设计了平板式塔筒构件之间的连接固定结构，使得塔筒构件的长度与宽度能够很方便地控制在运输范围内，且利用塔筒构件拼接制作塔筒筒段时操作方便，工艺简单，结构可靠。具体实现方案如下：

实施例一

本实施例的塔筒，包括高度方向上的至少一个筒段，如图2所示，每个筒段由八个平板式结构的塔筒构件1沿圆周方向依次拼接组成，横截面为正八边形。

结合图1所示，塔筒构件1具体是由外立面11、内立面12、第一侧立面13和第二侧立面14围成的平板式结构。

其中，外立面11整体为一个平面。

为便于塔筒构件1之间的拼接，塔筒构件1的第一侧立面13和第二侧立面14与外立面11之间的夹角α均为锐角，即从外立面11逐渐向内立面12缩口，夹角α的具体数值根据筒段的实际结构设计进行设置，在本实施例中，筒段由八个塔筒构件拼接制作而成，夹角α具体为67.5度。

进一步的，塔筒构件1的第一侧立面13在高度方向上开设有第一纵缝凹槽151，对称的，塔筒构件1的第二侧立面14在高度方向上开设有第二纵缝凹槽152。

第一纵缝凹槽151的开口设在第一侧立面13上，第二纵缝凹槽152的开口设在第二侧立面14上，使得塔筒构件1拼接时，相邻塔筒构件1的第一纵缝凹槽151和第二纵缝凹槽152相互拼接能形成相对封闭的容积腔16，第一纵缝凹槽151的开口长度L1等于或小于第一侧立面13的长度L2，优选小于第一侧立面13的长度L2。对应的，第二纵缝凹槽152的开口长度L1等于或小于第二侧立面14的长度L2，优选小于第二侧立面14的长度L2。

第一纵缝凹槽151和第二纵缝凹槽152的形状可根据具体的受力情况进行分析和设计，考虑到模具制作的方便性，第一纵缝凹槽151和第二纵缝凹槽152的的横截面形状优选设计为三角形、多边形、圆弧形、半圆形或半椭圆形等规则形状，具体在本实施例中，第一纵缝凹槽151和第二纵缝凹槽152的的横截面形状为多边形，相邻塔筒构件1拼接后，其间的第一纵缝凹槽151和第二纵缝凹槽152配合形成五边形的容积腔16，当然，第一纵缝凹槽151和第二纵缝凹槽152采用不规则形状也是可行的，本实施例并不受限于此。

通过在塔筒构件上设计纵缝凹槽结构，使筒段制作时，塔筒构件1之间的连接固定变得简单快捷和安全可靠。

下面结合筒段和塔筒的制作过程对本实施例塔筒构件及筒段的结构进行详细说明。

利用本实施例的塔筒构件1拼接制作筒段时，将八个塔筒构件1沿圆周方向依次排布拼接，形成图1所示的形状，相邻塔筒构件1的第一侧立面13和第二侧立面14相互拼接，其第一纵缝凹槽151和第二纵缝凹槽152相互拼接在一起，形成相对封闭的五边形形状的容积腔16，然后在每个容积腔16内浇注填充灌浆料17，具体如图3所示，待灌浆料17固化后，相邻塔筒构件1之间则通过灌浆料17连接固定在一起，所有塔筒构件1被连接固定成为一个整体，即制作完成一个筒段。

制作塔筒的其他筒段时，只需选用不同尺寸的塔筒构件，依照上述同样的方法制作即可，待所有筒段制作完成后，再将所有筒段从下至上依次叠加固定，即可制作完成一个完整的塔筒。

为进一步提高塔筒构件1之间的连接可靠性，在拼接塔筒构件1时，优选在相邻塔筒构件1的第一侧立面13和第二侧立面14之间预留预定宽度的接缝18，接缝18与容积腔16连通，在浇注填充灌浆料17时，接缝18内也一并被浇注填充有灌浆料17。使得相邻塔筒构件1之间的拼接面整体上都能通过灌浆料17进行连接固定，更加进一步提高了相邻塔筒构件之间的固定连接可靠性，从而进一步加强了整个筒段的连接可靠性。

本实施例中，灌浆料17优选采用混凝土等高强度灌浆料，当然随着材料的发展也有可能还有其他更多更好的选择，本实施例并不受限于此。

进一步的，为加强塔筒构件之间的连接可靠性，提高筒段的整体强度，本实施例将塔筒构件1两侧的壁厚增厚，即塔筒构件1两侧的壁厚S1设计大于中间段的壁厚S2，使得相邻塔筒构件连接区域的整体承载能力得到了增强，改善了各塔筒构件连接处的受力状况，从而降低了对容积腔16及接缝18处的连接要求，由于塔筒构件1两侧壁厚大于中间壁厚，塔筒构件1的内立面12整体上为形成有凹形缺口的形状。

本发明将塔筒构件设计为平板式钢筋混凝土结构，可通过水平浇注方式制作，壁厚薄，浇筑过程中质量可控，能更好的保证塔筒构件的质量；塔筒构件两侧设计纵缝凹槽结构，拼接制作筒段时，相邻塔筒构件的纵缝凹槽拼接形成容积腔，在容积腔内浇注混凝土后即可实现塔筒构件之间的连接固定，完成筒段的制作，这种连接固定方式连接强度较高，安全可靠；通过增厚塔筒构件两侧的壁厚，提高塔筒构件之间连接区域的整体承载能力，进一步保障了整个筒段的连接可靠性。

所有塔筒构件的纵缝凹槽结构相同，同一筒段可采用结构尺寸完全相同的塔筒构件进行拼装制作，不同筒段之间，塔筒构件的结构设计相同，仅尺寸发生改变，因此只需设计一套尺寸可调以适应不同筒段尺寸的塔筒构件模具即可，大大简化了模具设计，提高了通用性，降低了模具投入成本。

实施例二

如图4-图6所示，相比实施例一，本实施例二主要区别在于，塔筒构件1两侧的壁厚相对中间段的壁厚没有发生变化，两侧壁厚没有进行增厚处理，塔筒构件1的内立面12整体为一个平面。如此更加简化塔筒构件1的模具设计，降低塔筒构件1的制造成本。除此以外，其他结构基本完全相同，因而具备上述所有优点，在此不再一一赘述。

实施例三

如图7-图9所示，相比实施例一，本实施例三主要区别在于，第一纵缝凹槽151和第二纵缝凹槽152的形状设计不同，因而其相互配合组成的容积腔16形状不同，实施例三中，第一纵缝凹槽151和第二纵缝凹槽152的横截面形状为半椭圆形，组成的容积腔16形状为近椭圆形。除此以外，其他结构基本完全相同，因而具备上述所有优点，在此不再一一赘述。

实施例四

如图10-12所示，本实施例四塔筒同样包括至少一个高度方向上的筒段，每个筒段由四个塔筒构件1沿圆周方向依次首尾相接组成，相比实施例一至实施例三，本实施例四的主要区别在于塔筒构件1的纵缝凹槽设置方式和结构，具体如下：

塔筒构件1包括外立面11、内立面12、第一侧立面13和第二侧立面14，其中，第一侧立面13在高度方向上开设有第一纵缝凹槽151，内立面12上靠近第二侧立面14的一端在高度方向上开设有第二纵缝凹槽152，拼装筒段时，将四个塔筒构件1沿圆周方向依次首尾相接，相邻塔筒构件1之间，后一塔筒构件的第一侧立面13和前一塔筒构件的内立面12的尾端对接，因而，后一塔筒构件的第一侧立面13上的第一纵缝凹槽151和前一塔筒构件的内立面12尾端的第二纵缝凹槽152拼接在一起配合形成容积腔16。在每个容积腔16内浇注填充灌浆料17，待灌浆料17固化后，相邻塔筒构件1之间则通过灌浆料17连接固定在一起，所有塔筒构件1被连接固定成为一个整体，即制作完成一个筒段。

需要说明的是，第一纵缝凹槽151可设置在第二侧立面14上，对应的，第二纵缝凹槽152则设置在内立面12上靠近第一侧立面13的一端也是完全可行的，本实施例并不受限于此。

除此以外，其他结构和变形与上述实施例中基本相同，因而具备上述所有优点，在此不再一一赘述。

值得说明的是，上述四个实施例仅是部分例举，并不用以限制本发明，除上述实施例外，还有其他更多可能，如组成筒段的塔筒构件的数量可以不仅限于实施例一到实施例三中的八个，还可以是更多其它可能，如三个、四个、五个等等，都可根据实际需求进行设计，本发明并不受限于此。

实施例五

在上述基础上，本实施例五还提供了一种风力发电机组，该实施例包括实施例一到实施例四中任一种塔筒，实施例一到实施例四中所公开的塔筒的技术特征和优点也适用于该实施例，因此不再重复描述。

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 (10)

1.一种塔筒，包括高度方向上的至少一个筒段，其特征在于：每个所述筒段由至少三个塔筒构件(1)沿圆周方向依次首尾拼接组成，相邻所述塔筒构件(1)相互拼接并在高度方向上配合形成有容积腔(16)，相邻所述塔筒构件(1)通过填充在所述容积腔(16)内的灌浆料(17)连接固定。

2.根据权利要求1所述的塔筒，其特征在于：所述塔筒构件(1)包括外立面(11)、内立面(12)及第一侧立面(13)和第二侧立面(14)，所述第一侧立面(13)在高度方向上开设有第一纵缝凹槽(151)，所述第一纵缝凹槽(151)的开口设在第一侧立面(13)上且开口长度不大于第一侧立面(13)的长度，所述第二侧立面(14)在高度方向上开设有第二纵缝凹槽(152)，所述第二纵缝凹槽(152)的开口设在第二侧立面(14)且开口长度不大于第二侧立面(14)的长度；相邻所述塔筒构件(1)相互拼接，所述第一纵缝凹槽(151)和第二纵缝凹槽(152)拼接形成所述容积腔(16)。

3.根据权利要求2所述的塔筒，其特征在于：所述第一纵缝凹槽(151)和第二纵缝凹槽(152)相对于所述塔筒构件(1)的中心线对称设置。

4.根据权利要求3所述的塔筒，其特征在于：所述第一侧立面(13)与所述外立面(11)之间的夹角、所述第二侧立面(14)与所述外立面(11)之间的夹角均为锐角。

5.根据权利要求4所述的塔筒，其特征在于：相邻所述塔筒构件(1)相互拼接的第一侧立面(13)和第二侧立面(14)之间预留预定宽度的接缝(18)，所述接缝(18)与所述容积腔(16)连通，所述接缝(18)内也填充有所述灌浆料(17)。

6.根据权利要求1所述的塔筒，其特征在于：所述塔筒构件(1)包括外立面(11)、内立面(12)、第一侧立面(13)和第二侧立面(14)，所述第一侧立面(13)和第二侧立面(14)中的一者在高度方向上开设有第一纵缝凹槽(151)，所述内立面(12)上靠近所述第一侧立面(13)和第二侧立面(14)中另一者的一端在高度方向上开设有第二纵缝凹槽(152)，相邻所述塔筒构件(1)相互拼接，所述第一纵缝凹槽(151)和第二纵缝凹槽(152)拼接形成所述容积腔(16)。

7.根据权利要求2或6所述的塔筒，其特征在于：所述外立面(11)整体为一个平面。

8.根据权利要求7所述的塔筒，其特征在于：所述塔筒构件(1)两侧的壁厚等于中间段的壁厚，所述塔筒构件(1)的内立面(12)整体为一个平面。

9.根据权利要求7所述的塔筒，其特征在于：所述塔筒构件(1)两侧的壁厚大于中间段的壁厚，所述塔筒构件(1)的内立面(12)形成凹形缺口。

10.一种风力发电机组，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的塔筒。