CN109372701A - 一种基于斜拉索-钢梁自平衡体系的风电塔筒 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于斜拉索‑钢梁自平衡体系的风电塔筒，涉及风力发电技术领域。该体系包含风机、塔筒、斜拉索、联系梁、拉索减振阻尼器、质量阻尼器、基础。所述的斜拉索两端分别锚固在塔筒与联系梁上；所述的联系梁与塔筒连接，端部与基础连接；所述的塔筒顶部布置一台风机，并布置质量阻尼器；所述的斜拉索上安装拉索减振阻尼器。该塔筒通过布置斜拉索来减小塔身的弯矩，使塔筒主要承受竖向轴压力，从而能充分利用材料的强度，减小塔筒截面尺寸。该塔筒构造简单、竖向和整体稳定性好，是一种全新的风电塔筒结构形式。

Description

一种基于斜拉索-钢梁自平衡体系的风电塔筒
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域。
背景技术
随着现代工业的快速发展，人类对能源的需求急剧增加，与此同时，能源安全和环境保护问题也日益引起人们的关注和忧虑，人们必须寻求和发展可以替代传统化石燃料的其它新型能源。风能是一种无污染、可再生的清洁能源。与目前可利用的其他能源相比，风力发电具有建设周期短、造价低、可靠性高、运行维护简单、实际占地面积小等优点。我国风能储量十分丰富，因此，风电产业具有广阔的开发利用前景。
风力发电机塔筒是风力发电机组主要的承重结构，它支承顶端的风机，并提供其所需的工作高度；同时底端与基础连接，将自重及各种荷载传递给基础。风力发电机塔筒的重量占整个风力发电机组总重约50％左右，其成本占整个机组制造成本的15％左右，由此可见降低风机塔筒成本对风力发电技术的推广和应用具有重要意义。
目前常见的风力发电机塔筒可分为格构式塔架和锥筒型塔筒。格构式塔架主要优点为制造简单、成本低、运输方便，但其主要缺点为不美观，通往塔顶的梯子不好安排，安全性差，并且组装复杂，需要定时紧固螺栓，工作量大。锥筒型塔筒目前大量应用于大中型风力发电机组中，一般由若干段20～30米的钢制锥筒用法兰连接而成，整体呈圆台状，也称圆台式塔筒。这种结构的优点是刚性好，人员登塔安全，维护工作量少，便于安装和调整。但缺点是成本较高。
随着风力发电技术的发展，风力发电机的单机容量越来越大，使得叶片直径和塔筒的高度体积都相应增加，作用于塔身的风荷载增大，这些因素导致塔底弯矩增大。为了满足抗弯承载力要求，必须增大塔底直径和壁厚。这不仅大幅增加了塔筒和基础的成本，也使得运输难度急剧增加。因此，为了解决传统塔筒结构难以克服的问题，充分开发我国广阔的风能资源，需要对风电塔筒结构在结构体系构成上进行优化。
发明内容
本发明综合提出一种基于斜拉索-钢梁自平衡体系的风电塔筒：通过布置斜拉索来降低塔身的弯矩，使塔筒主要承受竖向压力，从而能充分利用材料的强度，减小塔筒截面尺寸。本发明提出的一种基于斜拉索-钢梁自平衡体系的风电塔筒将斜拉索一端锚固于联系梁上，塔筒与联系梁连接形成自平衡体系，可提高整个体系的稳定性。本发明中斜拉索预应力由塔筒和联系梁组成的自平衡体系承担，不对地基产生拉力，降低了对地基承载力的要求。本发明提出的一种基于斜拉索-钢梁自平衡体系的风电塔筒在斜拉索上布置拉索减振阻尼器，塔筒上布置质量阻尼器，可有效避免结构体系的振动，加强体系的稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于斜拉索-钢梁自平衡体系的风电塔筒，该体系包含风机、塔筒、斜拉索、联系梁、拉索减振阻尼器、质量阻尼器。所述的斜拉索两端分别锚固在塔筒与联系梁上；所述的联系梁与塔筒底部连接，端部与基础连接；所述的塔筒顶部布置一台风机，并布置质量阻尼器；所述的斜拉索上安装拉索减振阻尼器。
所述的斜拉索可为平行钢丝索或钢绞线索，采用抗拉强度大于1500MPa的超高强钢材制作并在建造现场施加预应力，一端锚固在塔筒上，一端锚固在联系梁上；所述的塔筒可为空钢管或中空夹层钢管混凝土。
所述的联系梁可为工字钢或其它截面形式的钢梁；联系梁端部通过带螺纹的锚栓与基础连接，锚栓下端带抗拔螺帽。基础中预留孔洞，用于放置锚栓，锚栓周围裹覆快干高强微膨胀材料。
所述的质量阻尼器布置在塔筒顶部，其质量球与支座之间用弹簧连接；所述的弹簧可为记忆形状合金。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)布置斜拉索来降低塔身的弯矩，使塔筒主要承受竖向轴压力，基本不承受弯矩，从而能充分利用材料的强度，减小塔筒截面尺寸；
(2)塔筒底部与联系梁连接，斜拉索锚固于联系梁上，使整体稳定性大大提高；
(3)斜拉索预应力由塔筒和底部钢梁组成的自平衡体系承担，不对地基产生拉力，降低了对地基承载力的要求；
(4)联系梁端部与基础之间采用锚栓连接，锚栓带有螺纹以增强与混凝土之间的粘结摩擦；锚栓端部带有螺帽，抗拔时起到机械锚固作用，加强了基础的稳定性；基础中预留孔洞，用于放置锚栓，锚栓周围裹覆快干高强微膨胀材料，可实现现场快速装配式安装；
(5)塔筒部分可采用空钢管或中空夹层钢管混凝土，可显著提高承载能力，降低用钢量；
(6)在斜拉索上安装拉索减振阻尼器，抑制拉索的风雨激振，提高结构稳定性；
(7)在塔筒顶部安装质量阻尼器，其质量球与底座间采用弹簧连接，弹簧采用形状记忆合金，产生大变形后形状可自行恢复，有效避免了塔筒结构与风轮间产生共振现象。
附图说明
图1为本发明的整体示意图；
图2为本发明中联系梁与基础连接示意图；
图3为本发明中质量阻尼器示意图。
图中：1-风机、2-塔筒、3-斜拉索、4-联系梁、5-拉索减振阻尼器、6-质量阻尼器、7-基础、8-锚栓、9-螺帽、10-基础预留孔洞、11-快干高强微膨胀材料、12-质量球、13-支座、14-弹簧。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明是一种基于斜拉索-钢梁自平衡体系的风电塔筒，涉及风力发电技术领域。该体系包含风机(1)、塔筒(2)、斜拉索(3)、联系梁(4)、拉索减振阻尼器(5)、质量阻尼器(6)、基础(7)。所述的斜拉索(3)采用抗拉强度大于1500MPa的超高强钢材制作并在建造现场施加预应力，两端分别锚固在塔筒(2)与联系梁(4)上；所述的联系梁(4)与塔筒(2)底部连接，端部与基础(7)连接；所述的塔筒(2)顶部布置一台风机(1)，并布置质量阻尼器(6)；所述的斜拉索(3)上安装拉索减振阻尼器(5)。
如图2所示，所述的联系梁(4)端部通过带螺纹的锚栓(8)与基础(7)连接，锚栓(8)下端带抗拔螺帽(9)；基础(7)中预留孔洞(10)，用于放置锚栓(8)，便于现场快速装配施工，锚栓(8)安装后在孔洞(10)中灌注快干高强微膨胀材料(11)。
如图3所示，所述的质量阻尼器(6)的质量球(12)与支座(13)之间用弹簧(14)连接；所述的弹簧(14)为记忆形状合金。
本发明提供了一种基于斜拉索-钢梁自平衡体系的风电塔筒，通过斜拉索的布置，显著降低了塔身的弯矩，减小截面尺寸，提高结构整体稳定性，是一种全新的风电塔筒结构形式，可保证风电设施的高效稳定运行。
以上所述仅仅是本发明的优选实施方案，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似方式替代，这些也应视作本发明的保护范围。
尽管本文较多地使用了：1-风机、2-塔筒、3-斜拉索、4-联系梁、5-拉索减振阻尼器、6-质量阻尼器、7-基础、8-锚栓、9-螺帽、10-基础预留孔洞、11-快干高强微膨胀材料、12-质量球、13-支座、14-弹簧等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明的精神相违背的。

Claims (4)

1.一种基于斜拉索-钢梁自平衡体系的风电塔筒，涉及风力发电技术领域；该体系包含风机(1)、塔筒(2)、斜拉索(3)、联系梁(4)、拉索减振阻尼器(5)、质量阻尼器(6)、基础(7)；所述的斜拉索(3)两端分别锚固在塔筒(2)与联系梁(4)上；所述的联系梁(4)与塔筒(2)底部连接，端部与基础(7)连接；所述的塔筒(2)顶部布置一台风机(1)，并布置质量阻尼器(6)；所述的斜拉索(3)上安装拉索减振阻尼器(5)。
2.根据权利要求1所述的基于斜拉索-钢梁自平衡体系的风电塔筒，其特征在于：所述的塔筒(2)可为空钢管或中空夹层钢管混凝土；所述的斜拉索(3)可为平行钢丝索或钢绞线索，斜拉索(3)采用抗拉强度大于1500MPa的超高强钢材制作并在建造现场施加预应力，一端锚固在塔筒(2)上，一端锚固在联系梁(4)上。
3.根据权利要求1所述的基于斜拉索-钢梁自平衡体系的风电塔筒，其特征在于：所述的联系梁(4)可为工字钢或其它截面形式的钢梁；联系梁(4)端部通过带螺纹的锚栓(8)与基础(7)连接，锚栓(8)下端带抗拔螺帽(9)；基础(7)中预留孔洞(10)，用于放置锚栓(8)，锚栓(8)周围裹覆快干高强微膨胀材料(11)。
4.根据权利要求1所述的基于斜拉索-钢梁自平衡体系的风电塔筒，其特征在于：所述的质量阻尼器(6)布置在塔筒(2)顶部，其质量球(12)与支座(13)之间用弹簧(14)连接；所述的弹簧(14)可为记忆形状合金。
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