CN110030161A - 一种风力发电机组预应力混凝土-钢混合塔架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力发电机组预应力混凝土‑钢混合塔架。混合塔架由上部钢塔架和下部预应力混凝土塔架组合而成，能够提供较大的承载力、较高的刚度和良好的经济性，满足大机组、高塔架设计使用要求。区别于现有公开技术中圆筒形混凝土塔架，本发明提出的混凝土塔架由多节多边形塔筒段从下至上依次叠置构成，相邻两节间采用灌浆或螺栓连接。每节多边形塔筒段由多片平板状预制筒片沿环向组拼构成，生产简单、易于存放和运输。位于混凝土塔架顶节的过渡段采用不分片结构，从下到上截面逐渐由多边形变换为环形，以优化结构力学性能和方便与钢塔架连接。沿混凝土塔架环向布置多束预应力筋，上端固定于钢塔架底法兰上，下端固定于基础中，通体后张拉。

Description

一种风力发电机组预应力混凝土-钢混合塔架

技术领域

本发明涉及风力发电机塔架技术领域，尤其涉及一种预应力混凝土-钢混合塔架。

背景技术

进入竞价和平价上网时代，降低度电成本LCOE成为当前和未来风电发展的迫切需求和关键因素。作为风机的重要大部件，塔架的竞争力对机组乃至整个项目度电成本的竞争力影响甚大。随着风电机组大型化和风电场开发向低风速地区的全面推进，市场对塔架高度、安全性、可靠性、经济性提出了更高的要求。常规的筒形钢塔架由于运输条件和经济性的限值，在大容量机组和超高塔架中的应用面临越来越多的困难。新的塔架形式，如混凝土塔架、格构式钢塔架、分片钢塔架等不断发展，其中，混凝土塔架以良好的结构性能和发展前景广受关注，并在工程中得到一定应用。从已公开的混凝土塔架技术来看，主要采用预制混凝土塔架，也有部分项目采用现浇结构。预制混凝土塔架采用圆柱或圆锥形塔身，沿高度分为多个环段，每个环段由多个弧形塔筒片组成。这些弧形塔筒片通过专门定制的模具进行预制生产，然后运至现场组拼成整环，而后吊装整环自下而上依次叠置组成混凝土塔架整体。由于每片模具均根据对应筒片尺寸制作，模具的尺寸决定了塔筒的尺寸，任何塔筒尺寸的变化都需要重新设计和制作模具，这严重限值了混凝土塔架设计的灵活性，也极大影响了针对不同项目的塔架定制优化设计效果。由于模具采用弧形圆柱或圆锥形式，结构相对复杂，且构件生产一般采取竖向预制方式，模具受施工过程影响较大，导致复用率低。此外，弧形塔筒片在存放和运输方面也存在诸多不便。上述因素使得现有形式的预制混凝土塔架综合成本较高，影响了其市场推广和工程应用。

发明内容

本发明提供了一种预应力混凝土-钢混合塔架结构。提出的预应力混凝土-钢混合塔架充分利用混凝土塔架刚度大、阻尼高、运输约束小的优点和钢塔架安装快、结构轻的优点，通过二者组合获得经济性良好的塔架设计。借助混凝土塔架结构形式的设计创新，简化了模具的设计和制造，实现了同一模具下混凝土塔架尺寸的可修改。所提供的混凝土塔架设计，还方便了构件的运输和安装，大大提高了生产、施工的效率，降低了混凝土塔架的成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种预应力混凝土-钢混合塔架，由上部钢塔架、下部混凝土塔架和预应力筋组成。

所述的钢塔架由一节或多节钢塔筒通过法兰螺栓连接组成，最下段塔筒的底法兰利用预应力筋的锚固作用，固定在混凝土塔架上。

所述的混凝土塔架为正多边形筒状结构，由多个沿高度方向的圆柱筒段或圆锥筒段叠置组成，混凝土塔架底部设有门洞，顶段设置过渡段与钢塔架相连，沿混凝土塔架通长设置多束预应力筋。

所述的预应力筋包含多个集束，沿混凝土塔架环向分布。每个集束由多根钢绞线组成，上下两端分别锚固于钢塔架底法兰和基础中。预应力筋采用体内或体外方式，在混凝土塔架安装后通体张拉预紧。根据施工条件的便利性采用顶端或底端张拉方式。

所述的混凝土塔架底段与基础连接，连接界面采用灌浆填充。

进一步地，所述多边形筒段采用多片预制平板状筒壁沿环向依次组拼而成，沿塔架高度筒壁厚度相同或可变，筒壁内侧设置预埋件用于安装内附件，塔筒边数N≥3。

进一步地，所述过渡段为整体结构不分片，其截面形式由下部N边形截面过渡为上部的圆环截面，沿筒壁高度设有预应力筋孔道，过渡段顶面设置钢垫板。

作为优选方案，以上所述的预应力混凝土塔架采用锥筒结构。

作为优选方案，以上所述的预应力混凝土塔架采用后张体外预应力结构。

作为优选方案，混凝土塔架底段与基础连接处应采用防水卷材或防水涂料的防水措施。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中，可以更好地理解本发明。通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1是本发明所述的预应力混凝土-钢混合塔架整体示意图；

图2是本发明所述的预应力混凝土-钢混合塔架单节钢塔筒示意图；

图3是本发明所述的预应力混凝土-钢混合塔架单节混凝土塔筒示意图；

图4是本发明所述的预应力混凝土-钢混合塔架单片混凝土塔筒片示意图；

图5是本发明所述的预应力混凝土-钢混合塔架混凝土塔筒安装定位孔示意图；

图6是本发明所述的预应力混凝土-钢混合塔架混凝土转换段示意图；

图7是本发明所述的预应力混凝土-钢混合塔架混凝土转换段垫板示意图。

附图标记说明

1-空心基础；2-混凝土塔架；3-钢塔架；4-预应力筋；5-预应力筋上锚具；6-预应力筋下锚具；7-钢塔筒法兰；8-钢塔筒法兰上的螺栓孔；9-钢塔筒法兰上的预应力筋孔道；10-混凝土塔筒片；11-下段安装定位孔；12-定位销；13-上段安装定位孔；14-下段混凝土塔筒；15-上段混凝土塔筒；16-下段混凝土塔筒顶面；17-上段混凝土塔筒底面；18-混凝土过渡段；19-过渡段预留预应力筋孔道；20-过渡段垫板；21-栓钉；22-垫板预留预应力筋孔道。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例详细说明本发明。

本实施例一种预应力混凝土-钢混合塔架，由上部钢塔架3、下部混凝土塔架2和预应力筋4组成，如图1所示。

所述的上部钢塔架3，由一节或多节常规钢塔筒通过法兰螺栓连接而成。图2为单节钢塔筒的示意图，筒身可采用圆柱或圆锥形式，塔筒两端焊有L型或T型法兰7。

所述的下部混凝土塔架2，由多节多边形混凝土塔筒段上下依次叠置组成，相邻两节之间可通过螺栓等干连接方式或通过灌浆等湿连接方式进行连接，每节塔筒段顶面和底面设有一定数量的安装定位孔，混凝土塔架顶节为过渡段与上部钢塔架相连接。图3为单节N边形混凝土塔筒段示意图，由N个塔筒分片10沿环向组拼而成，相邻塔筒分片之间可采用螺栓连接等干连接方式，也可采用灌浆连接等湿连接方式。现场吊装前，首先各节塔筒段的N个分片拼装成筒，然后再依次吊装塔筒段组成混凝土塔架。

所述的塔筒分片10，是混凝土塔架中最小组成单元，形状如图4所示，其最大尺寸由运输和吊装条件确定。图4中的塔筒分片可使用平台模具进行预制生产，相比弧形筒片的预制，具有模具形式简单，施工操作方便，拆模容易，生产效率高的优点。

所述的安装定位孔由上、下两部分组成，分别布置于相邻两节塔筒中。其中，位于下段塔筒14顶面的下部定位孔11与位于上段塔筒15底面的上部定位孔13一一对应，如图5。定位孔中预埋定位套筒，与定位销12配合使用。塔筒安装时，将定位销12插入下部定位孔11中，然后将上段塔筒的定位孔13对准定位销缓缓放下。

所述的过渡段18，图6所示，下部连接混凝土塔架，上部连接钢塔架。为优化结构的受力性能，方便安装以及美观考虑，过渡段由下部的N边形截面形状逐渐向上转换成圆环截面形状。过渡段采用整体不分片结构，其筒壁沿高度方向开有与预应力筋数量相同的孔道，用于贯穿预应力筋。过渡段顶面设有一定厚度的钢垫板20，以提供良好的平面度，保证过渡段与钢塔架法兰连接的效果，并将法兰传递来的荷载进行扩散。

所述的垫板20，图7所示，沿厚度设置与转换段预应力筋孔道数量、位置一致的开孔21，垫板下表面焊有栓钉22，以增强与混凝土的连接。

所述的预应力筋4，沿混凝土塔架环向成束布置，每束由一根或多根钢绞线组成，其上端锚固于钢塔架底法兰上表面，下端锚固于基础中。预应力筋可采用体内或体外布置方式，在混凝土塔架吊装完成后进行通体后张拉。

以上仅是本发明的较佳实例，本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其本质特征。当前实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的保护范围也不局限于此，而是以权利要求书所界定的保护范围为准。落入权利要求书的含义和等同物范围内的全部改变，都包括在本发明的范围之内。任何熟悉本技术领域的人员，在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种风力发电机组预应力混凝土-钢混合塔架，用于支撑风力发电机组的机舱和叶轮，其特征在于：

所述风力发电机组预应力混凝土-钢混合塔架由上部钢塔架、下部多边形混凝土塔架和预应力筋组合而成；所述混凝土塔架为钢筋混凝土结构或体内有粘结预应力混凝土结构，采用分段、分片生产现场拼装的形式，混凝土塔架上端与所述钢塔架直接连接，混凝土塔架下端放置于基础预留安装槽中进行灌浆连接；所述预应力筋沿混凝土塔架通体张拉，上端锚固于所述上部钢塔架底法兰上，下端锚固于基础混凝土中。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组预应力混凝土-钢混合塔架，其特征在于，所述混凝土塔架为多边形筒状结构，由多节多边形棱柱筒或棱台筒从下向上依次叠置组成，相邻两节塔筒通过螺栓或灌浆连接；所述混凝土塔架的顶节为混凝土过渡段，所述混凝土过渡段底部为多边形截面，顶部为圆环截面。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组预应力混凝土-钢混合塔架，其特征在于，每节多边形混凝土塔筒由多片预制塔筒片沿环向依次拼接组成，每片塔筒片为平板形状。

4.根据权利要求2所述的风力发电机组预应力混凝土-钢混合塔架，其特征在于，所述过渡段位于混凝土塔架顶节，为整体不分片钢筋混凝土结构；所述过渡段截面由底部的多边形沿高度逐渐转换为圆环，所述过渡段筒壁内设置与预应力筋集束相同数量的孔道，顶面设置钢垫板，采用干接方式连接上部钢塔架，并通过预应力筋的锚固作用，将钢塔架固定在过渡段上。

5.根据权利要求3所述的风力发电机组预应力混凝土-钢混合塔架，其特征在于，所述的预制混凝土塔筒片上、下两端设置定位或吊装预埋件，左右两侧设置拼装预埋件。

6.根据权利要求1所述的风力发电机组预应力混凝土-钢混合塔架，其特征在于，所述混凝土塔架在指定位置设置门洞。

7.根据权利要求1所述的风力发电机组预应力混凝土-钢混合塔架，其特征在于，所述钢塔架为圆柱或圆锥结构，由一节或多节两端带有法兰的钢塔筒组成，相邻两节通过螺栓连接；最下节钢塔筒的底法兰作为预应力筋上端锚固支座，设置与预应力筋数量相同的孔道，所述预应力筋穿过底法兰上的所述孔道，锚固于底法兰上表面的锚具中；所述钢塔架与下部混凝土塔架通过所述预应力筋的整体张拉作用连接为整体。

8.根据权利要求1所述的风力发电机组预应力混凝土-钢混合塔架，其特征在于，所述预应力筋包含多个集束，在所述混凝土塔架顶部沿环向均匀布置或分组均匀布置；每个集束包含多根钢绞线，沿所述混凝土塔架通长设置，上下两端分别锚固于钢塔架的底法兰和基础中；所述预应力筋采用上端张拉或下端张拉；所述预应力筋采用体内或体外布置方式，当采用体内布置方式时，混凝土塔架筒壁中预留预应力筋孔道。