CN110206375B - 用于形成塔架的纵向节段、混凝土塔架及其拼装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于形成塔架的纵向节段、混凝土塔架及其拼装方法，用于形成塔架的纵向节段具有通过混凝土预制成的多个横向管片，多个横向管片经由穿过相邻的两个横向管片的容纳通道的固定部件而首尾相接，其中，多个横向管片的内表面具有安装空间，每个横向管片的容纳通道的一端与安装空间连通，另一端通过该横向管片与相邻横向管片的接触表面暴露。根据本发明的实施例的纵向节段可避免“湿作业”，降低气候条件、操作工人水平的影响。根据本发明的实施例的纵向节段，可避免因运输过程中的限高、限宽等带来的不利影响，提升混凝土塔架产品的竞争力。

Description

用于形成塔架的纵向节段、混凝土塔架及其拼装方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种用于形成塔架的纵向节段、混凝土塔架及其拼装方法。

背景技术

随着风力发电项目开发市场向国内中东部低风速、大切变区域转移，风力发电机组需要更大叶轮直径、具有更高轮毂高度的机组来保障发电收益；针对该类区域，抬高轮毂高度将使风力发电机组获得更高的收益，在该趋势下，出现了一种混凝土结构、混凝土-钢塔组合结构的塔架形式。由于混凝土塔架相对于过去的钢塔架在制造成本、防腐性能、交通运输等方面的优势，使得混凝土塔架在大型风力发电机组安装中的应用越来越广泛。

在搭建混凝土塔架或者钢混塔架时，一般需要在风力发电机组的预定安装位置进行混凝土段塔架浇筑，或者在混凝土塔架节段(例如，纵向节段)预制场内进行预制，然后再将预制好的纵向节段运输至预定安装位置进行吊装工作。

第一种方式需要现场作业，受气候条件、操作工人水平限制，且由于钢模具的周转效率较低，使得塔架生产速度严重滞后，不能满足项目工期要求要求。

第二种方式增加了运输及吊装成本，并且其节段间采用的连接方式通常需要使用高强浆料进行“湿接”，这同样受季节、气候影响，施工工艺较为复杂，且存在一定的质量管控风险。

此外，无论采用上述哪一种方式进行混凝土塔架的施工，为保障工程进度，一般都需要准备多套模具，这导致项目成本变高。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种形成塔架的纵向节段，该纵向节段的具体结构可以避免“湿作业”，提高纵向节段拼装的速度。

根据本发明的一方面，提供一种用于形成塔架的纵向节段，纵向节段具有通过混凝土制成的多个横向管片，多个横向管片经由穿过相邻的两个横向管片的容纳通道的固定部件而首尾相接，其中，多个横向管片的内表面具有安装空间，每个横向管片的容纳通道的一端与安装空间连通，另一端通过横向管片与相邻横向管片的接触表面暴露。多个横向管片预制并通过干法连接，可以降低季节、气候影响的影响，简化施工工艺。

根据本发明的实施例，安装空间可以为位于横向管片的内表面的凹槽。安装空间位于横向管片的内侧，而非两个横向管片的接触或面对的位置，操作方便，可以减小两个横向管片之间的间隙，保证横向管片之间的连接强度。

根据本发明的实施例，容纳通道可以为直线形或弧线形，两个相邻的横向管片的容纳通道构成直线形通道或朝径向外侧突出的弧线形通道，通道呈直线形或弧线形可以降低通道尺寸，保证横向管片的结构强度。

根据本发明的实施例，固定部件可包括螺栓，螺栓的两端分别暴露于安装空间，螺栓的两端经由螺母固定在安装空间中。采用螺栓连接横向管片，连接方式简单，并且螺栓占用的容纳通道较小，方便连接的同时可保证横向管片的结构强度。

根据本发明的实施例，螺栓可以为弧形螺栓，螺栓呈与横向管片的容纳通道相匹配的弧形，可以提高弧形管片之间的连接强度，并且便于安装。

根据本发明的实施例，两个相邻的横向管片在横向拼接的位置可以设置有彼此配合的凸起和凹槽。横向管片通过凹凸结构对齐，可提高拼接速度和拼接可靠性。

根据本发明的实施例，多个横向管片中的至少一个的顶部可以设置有吊装预埋件和/或限位件。吊装预埋件和限位件可以为吊装过程提供便利。

根据本发明的实施例，多个横向管片的上端面可设置有止水带，下端面可设置有凹槽。由此，可以方便上下纵向节段的对齐。

根据本发明的实施例，每个横向管片具有多个容纳通道。多个容纳通道可以安装多个固定部件，便于牢固地固定相邻的两个横向管片。

根据本发明的实施例，多个容纳通道在纵向节段的高度方向上彼此错开，多个容纳通道位于不同的高度，可以在容纳通道为多个的情况下尽可能提高横向管片的结构强度。

根据本发明的另一方面，提供一种混凝土塔架，包括上述用于形成塔架的纵向节段。

根据本发明的实施例，纵向节段可以为多个，相邻的两个纵向节段的多个横向管片之间的缝隙彼此错开。相邻的两个纵向节段的竖缝彼此错开，可以分散结构应力，提高混凝土塔架的整体结构强度。

根据本发明的另一方面，提供一种混凝土塔架的拼接方法，混凝土塔架包括如上所述的用于形成塔架的纵向节段，该拼接方法可包括：将相邻的两个横向管片对齐，以使多个横向管片首尾相接；将螺栓穿过相邻的两个横向管片的容纳通道，以使螺栓的两端暴露于安装空间；通过螺母将螺栓的两端拧紧，以将螺栓的两端固定在安装空间中；依次固定相邻的两个横向管片而完成纵向节段的拼接，将拼接好的纵向节段吊装到安装位置并进行安装。

根据本发明的实施例，可以减小两个横向管片之间的间隙，保证横向管片之间的连接强度。

附图说明

通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的混凝土塔架的示意图；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的混凝土塔架的纵向节段的示意图；

图3是示出根据本发明的示例性实施例的混凝土塔架的上下纵向节段之间的连接方式的示意图；

图4是示出根据本发明的示例性实施例的混凝土塔架的纵向节段的相邻的两个横向管片之间的连接方式的示意图；

图5是示出根据本发明的示例性实施例的混凝土塔架的纵向节段的吊装结构的示意图；

图6是示出根据本发明的示例性实施例的混凝土塔架的安装过程的示意图。

附图标号说明：

10：混凝土塔架；11：纵向节段；12：横向管片；20：止水带；21：环氧树脂结构胶；22：预应力孔道；31：上层纵向节段；32：下层纵向节段；43：第一横向管片；44：第二横向管片；45：安装空间；46：垫片；47：管片间抗剪键；48：容纳通道；50：吊装预埋件；51：限位件；59：吊装结构；60：空心基础；61：第一层纵向节段；62：第一层预应力孔；63：凹槽。

具体实施方式

现在对本发明的实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的元件。下面通过参照附图对优选实施例进行描述以解释本发明。

本发明将混凝土塔架的主体沿高度方向分成若干纵向节段(例如，分成M段，M≥2)，并将每个纵向节段沿水平方向分成若干横向管片(例如，分成N片，N≥2，每个纵向节段所包括的横向管片的数量可以不同)，待预制完成每个纵向节段的横向管片后，将横向管片运输至风力发电机组的预定安装位置进行拼接，从而拼装成多个纵向节段，然后陆续吊装每个纵向节段，即可完成混凝土塔架的安装。

预制的若干混凝土横向管片可用于组成全混凝土塔架，也可用于组成钢混塔架的一部分(例如，某一层的纵向节段)，在本发明中，混凝土塔架可以指全混凝土塔架，也可以指包含主要由混凝土制成的纵向节段的钢混塔架。

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的混凝土塔架的示意图。

根据本发明的实施例，混凝土塔架是纵向分段、横向分片的塔架。

如图1所示，混凝土塔架10的主体可以沿高度方向被分成多个纵向节段11，纵向节段11的数量可以基于混凝土塔架10的高度预先确定，每个纵向节段11可沿水平方向分成多个横向管片12，横向管片的尺寸、数量和重量可基于运输过程中存在的潜在限制(例如，限高、限宽和限重等)预先确定，横向管片12的数量可以为8个，但不限于此。

每个纵向节段11可以呈圆锥台形，每个横向管片12可呈环形，多个环形的横向管片12在水平面内首尾相接，可以拼接成圆锥台形的纵向节段11。

优选地，每层纵向节段11可以具有不同的高度，上层纵向节段的高度可以小于下层纵向节段的高度。换言之，每层纵向节段的高度可以沿混凝土塔架的高度方向逐层递减，每层纵向节段的尺寸和重量均可以沿混凝土塔架的高度方向逐层递减。

同一层纵向节段11的每个横向管片12可具有不同的尺寸、形状和重量，但优选具有相同的尺寸、形状和重量，利用这种均等分片方式，可有效减少钢模具资源的投入，同时可通过控制管片尺寸及重量，使得塔筒构件的运输成为常规构件运输，避免因运输过程中的限高、限宽等带来不利影响，提升混凝土塔架的竞争力。

在预制横向管片时，原则上每片横向管片的重量不应大于30吨，保证运输宽度在3m以内，以满足普通货运道路对重物的限宽和限高要求。

需要说明的是，为了便于风力发电机组的机座的安装、提高最顶层纵向节段的平整度，最顶层的纵向节段可以是一体的，而不由多个横向管片“干法”拼接形成。

另外，在塔筒的门洞位置的横向管片与同一层纵向节段的横向管片在尺寸、形状和重量方面可以有不同。塔筒的门洞位置的横向管片可以位于第二层纵向节段的位置，并且可距离地面大约5米左右。

另外，混凝土塔架10还可包括空心基础60，由多个纵向节段11形成的塔架主体可以连接到空心基础60，下文将对此进行详细描述。

虽然如图中1示出的混凝土塔架的每一层均可由主要由混凝土预制成的纵向节段拼接而成，但也可利用上述纵向节段替代钢塔架的部分钢段，从而钢混组合形成一定高度的钢混塔架，这种塔架可以在风力发电机组的功率容量变大、塔架高度变高的情况下，保证塔架的支撑承重性能不发生改变，具有较好的经济特性。下面结合图2和图3描述上下两个纵向节段之间的具体连接方式。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的混凝土塔架的纵向节段的示意图。

每个纵向节段之间可以使用预应力筋张拉连接，每个纵向节段在预制时可预留止水带20，即，在每个纵向节段的顶部可设置有凸起结构。

可在上层纵向节段的底部的对应位置设置稍大尺寸的凹槽，在安装前，可以在下层纵向节段的顶部涂抹环氧树脂结构胶21(即，环氧树脂粘接剂)，从而将上下纵向节段牢固地粘接在一起。

具体如图3所示，上层纵向节段31和下层纵向节段32之间通过环氧树脂结构胶21拼接在一起，图2和3中没有示出具体的止水带和凹槽形成的凹凸配合的具体结构。

如图2所示，每个纵向节段内还可设置有预应力孔道22，预应力孔道22沿混凝土塔架的高度方向设置，并且可以与同一层纵向节段的相邻横向管片形成的缝隙(竖缝)分开预定距离。预应力筋可穿过每一层纵向节段的预应力孔道22进行最终的拉紧，也可以在结构体的外部(例如，整体塔架所形成的内部空心)拉紧每一层纵向节段，因此，预应力孔道22可以省略。

如图3所示，在将上层纵向节段31安装在下层纵向节段32上时，可以将上层纵向节段31和下层纵向节段32中的预应力孔道22对齐，将穿过下层纵向节段32的预应力孔道22的预应力筋穿过上层纵向节段31的预应力孔道22，再在下层纵向节段32的顶部涂抹结构胶，例如，环氧树脂粘接剂，然后再将上层纵向节段31安装在下层纵向节段32之上。

图4是示出根据本发明的示例性实施例的混凝土塔架的纵向节段的相邻的两个横向管片之间的连接方式的示意图。

每层纵向节段可具有多个横向管片，如上所述，每个纵向节段可具有八个横向管片，每个横向管片的尺寸、形状和重量均相同。相邻的两个横向管片(例如，第一横向管片43和第二横向管片44)可以拼接在一起。

例如，相邻的两个横向管片的对应位置可以设置有容纳通道48，该容纳通道48可以用于容纳将第一横向管片43和第二横向管片44彼此连接的固定部件。优选地，该容纳通道可以是环形通孔，该固定部件可以横穿相邻的两个横向管片的至少一部分。

如图4所示，第一横向管片43和第二横向管片44可经由固定部件(例如，螺栓)固定在一起。即，第一横向管片43和第二横向管片44可以经由穿过相邻的两个横向管片的至少一部分的固定部件固定在一起。例如，该固定部件可穿过上述容纳通道48而将第一横向管片43和第二横向管片44首尾相接。

第一横向管片43和第二横向管片44可以是环形管片，每个横向管片的内侧(例如，横向管片的内表面)可以设置有安装空间45，安装空间45可以是凹槽，安装空间45可以朝向纵向节段的内部暴露，并且可以提供安装固定部件的操作空间。

此外，在第一横向管片43和第二横向管片44的不同高度，可以通过多个固定部件固定在一起。例如，第一横向管片43和第二横向管片44可通过靠近顶部和靠近底部安装的固定部件彼此连接。

例如，可以在第一横向管片43和第二横向管片44的拼接位置涂抹环氧树脂粘接剂，在将第一横向管片43和第二横向管片44的侧面彼此对接之后，可以将固定部件穿过第一横向管片43和第二横向管片44的容纳通道48，并从各自的安装空间45暴露(即，容纳通道48的一端与安装空间连通，容纳通道48的另一端可以在两个横向管片的接触表面暴露)，然后通过螺母将螺栓的两端固定在安装空间45中。可选地，可以在螺栓的两端分别套接垫片(例如，钢制垫片)46，然后再将螺栓的两端通过螺母(未示出)固定在安装空间45中。可以在安装空间45中转动螺母，因此安装空间45为固定部件的安装提供了便利。

另外，将第一横向管片43和第二横向管片44彼此固定的安装空间设置在第一横向管片43和第二横向管片44的内侧，而不是在第一横向管片43和第二横向管片44相面对或接触或拼接的位置，因此，可以减小第一横向管片43和第二横向管片44之间的缝隙，提高第一横向管片43和第二横向管片44之间的连接强度。

另外，相邻的两层纵向节段上的竖缝可以错开设置，由此可保证整个混凝土塔架的结构强度。

对于第一横向管片43与另一相邻的横向管片之间的连接，可以通过另一固定部件以及与之对应的另一安装空间来实现两者的拼接。

优选的是，对于第一横向管片43和与其相邻的两个横向管片之间的连接，可共用同一安装空间45。

例如，上述另一固定部件(例如，螺栓)可从图4所示的安装空间45的左侧侧壁暴露，在套接垫片之后与螺母连接，从而固定在安装空间45中，从而实现第一横向管片43与另一相邻的横向管片之间的连接。如此，便可减小横向管片的安装空间的数量，提高单个横向管片的结构强度。

每个横向管片12具有多个容纳通道48。多个容纳通道可以安装多个固定部件，便于牢固地固定相邻的两个横向管片。

多个容纳通道48在纵向节段11的高度方向上彼此错开。当多个横向管片通过多个容纳通道48拼成同一纵向节段11时，在同一纵向节段11的每个容纳通道48分布在纵向节段11的不同的直径上，多个容纳通道48位于不同的高度，可以在容纳通道48为多个的情况下尽可能提高横向管片的结构强度。

固定部件可以是直线形螺栓，可以是弧形螺栓，也可以是两者的组合。固定部件可具有与容纳通道48对应的形状，换言之，容纳通道48也可以呈直线形或弧线形，当容纳通道48呈弧线形时，弧线形的容纳通道48沿径向向外侧突出。优选地，固定部件为弧形螺栓，该弧形螺栓可以穿过两个相邻的横向管片的容纳通道48并从第一横向管片43和第二横向管片44上的安装空间45暴露，螺栓呈与横向管片相匹配的弧形，可以提高弧形管片之间的连接强度，并且便于安装。该弧形螺栓的曲率半径优选具有与多个横向管片形成的纵向节段的曲率半径相同，可以使第一横向管片43和第二横向管片44的应力方向尽可能与第一横向管片43和第二横向管片44沿长度延伸的方向保持一致，从而使两者牢固地固定在一起。

如图4所示，在第一横向管片43和第二横向管片44相面对或接触的位置还可以设置有管片间抗剪键47，该管片间抗剪键47可以是凹凸配合的结构。

例如，在第一横向管片43的右侧壁上设置有凸起，在第二横向管片44的左侧壁上开设有凹槽，这种凹凸配合的结构便于第一横向管片43和第二横向管片44的对齐。虽然图4中示出的凸起大体具有矩形截面，但也可以具有三角形或菱形截面。

每层纵向节段可以通过如下步骤进行拼接：

利用管片间抗剪键47将相邻的横向管片对齐，以使其横向管片首尾相接；可以在将相邻的两个横向管片对齐之前，在两者之间涂抹环氧树脂粘接剂。

将弧形螺栓穿过相邻的两个横向管片的容纳通道，以使其两端通过安装空间45暴露，然后其两端分别套接垫片46，最后通过螺母拧紧螺栓，以使垫片46紧贴安装空间45(例如，凹槽)的侧壁。

图5是示出根据本发明的示例性实施例的混凝土塔架的纵向节段的吊装结构的示意图。

如图5所示，在部分横向管片的顶部还可安装有吊装预埋件50和限位件51，该吊装预埋件50可以是预埋在横向管片的内部的金属块，该金属块上可以预设吊点，安装有吊装预埋件50的横向管片在每个纵向节段中可以对称设置，例如，两个安装有吊装预埋件50的横向管片彼此面对。

限位件51可以埋设在部分横向管片的顶部，限位件51可以是金属凸块，限位件51可以便于上下两层纵向节段的预应力孔道的对准，也可以用作吊装过程中的吊点。

如图5所示，拼装完成多个横向管片之后可以形成吊装结构59(该吊装结构59可包括除了纵向节段之外的其他辅助性吊装部件，在不包括其他辅助性吊装部件的情况下，吊装结构也可以视为纵向节段)，在悬吊过程中，可以通过悬吊吊点，依次吊装多层纵向节段。下面结合图6对混凝土塔架的安装过程，进行详细描述。

图6是示出根据本发明的示例性实施例的混凝土塔架的安装过程的示意图。

首先，拼接第一层纵向节段61的多个横向管片，例如，可以将相邻的两个横向管片通过管片间抗剪键对齐，将固定部件穿过两个相邻的横向管片的容纳通道后从安装空间暴露，然后在安装空间内对固定部件进行紧固，以完成第一层纵向节段的拼接。

再将第一层纵向节段61吊装至空心基础60的凹槽63内，并将与空心基础60连接的预应力筋(未示出)穿过第一层纵向节段61的第一层预应力孔62。

接着，在凹槽63内添加高强灌浆料，以填充凹槽63的剩余空间，从而使第一层纵向节段61牢固地固定在凹槽63内。

然后，依次安装第二层纵向节段、第三层纵向节段、……，其中中间纵向节段的吊装过程前面已经详述，这里不再赘述。

将最顶层的一体成型的纵向节段吊装至整个混凝土塔架的顶部，最后通过预应力筋将每层纵向节段在高度方向上张紧，即可完成混凝土塔架主体的吊装。

根据本发明的实施例的形成塔架的纵向节段可以避免“湿作业”，提高纵向节段拼装的速度。

根据本发明的实施例的混凝土塔架，可以减少纵向节段之间拼装的作业时间，使得在用作钢混塔架的情况下，可以在全气候条件下快速安装，缩短施工周期。

根据本发明的实施例，将塔架的主体在高度方向分成多个纵向节段，且每个节段高度均不相等，每个纵向节段被横向等分，分成的每片横向管片尺寸一致，因此有效减少钢模具资源的投入，同时通过控制节段尺寸及重量，使得塔架构件运输成为常规构件运输，避免因运输过程中存在限高、限宽等产生不利影响，提升混凝土塔架的竞争力。

虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体描述和显示的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (11)

1.一种用于形成塔架的纵向节段，其特征在于，所述纵向节段(11)具有通过混凝土预制成的多个横向管片(12)，多个所述横向管片(12)经由穿过相邻的两个所述横向管片(12)的容纳通道(48)的固定部件而首尾相接，

其中，多个所述横向管片(12)的内表面具有安装空间(45)，每个所述横向管片(12)的所述容纳通道(48)的一端与所述安装空间(45)连通，另一端通过所述横向管片(12)与相邻横向管片的接触表面暴露，

其中，两个相邻的所述横向管片(12)在横向拼接的位置设置有由彼此配合的凸起和凹槽形成的管片间抗剪键(47),

其中，多个所述横向管片(12)中的至少一个的顶部设置有限位件(51)，所述限位件(51)构造为设置在所述横向管片(12)的顶部上的凸块，

其中，多个所述横向管片(12)的顶部的上端面还设置有沿所述横向管片的圆周方向延伸的环形的止水带(20)，下端面设置有凹槽。

2.根据权利要求1所述的用于形成塔架的纵向节段，其特征在于，所述安装空间(45)为位于所述横向管片(12)的内表面的凹槽。

3.根据权利要求2所述的用于形成塔架的纵向节段，其特征在于，所述容纳通道(48)为直线形或弧线形，两个相邻的所述横向管片(12)的所述容纳通道(48)构成直线形通道或朝径向外侧突出的弧线形通道。

4.根据权利要求1所述的用于形成塔架的纵向节段，其特征在于，所述固定部件包括螺栓，所述螺栓的两端分别暴露于所述安装空间(45)，所述螺栓的两端经由螺母固定在所述安装空间(45)中。

5.根据权利要求4所述的用于形成塔架的纵向节段，其特征在于，所述螺栓为弧形螺栓。

6.根据权利要求1所述的用于形成塔架的纵向节段，其特征在于，多个所述横向管片(12)中的至少一个的顶部设置有吊装预埋件(50)。

7.根据权利要求1所述的用于形成塔架的纵向节段，其特征在于，每个所述横向管片(12)具有多个所述容纳通道(48)。

8.根据权利要求7所述的用于形成塔架的纵向节段，其特征在于，多个所述容纳通道(48)在所述纵向节段(11)的高度方向上彼此错开。

9.一种混凝土塔架，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的用于形成塔架的纵向节段(11)。

10.根据权利要求9所述的混凝土塔架，其特征在于，所述纵向节段(11)为多个，相邻的两个所述纵向节段(11)的多个横向管片(12)之间的缝隙彼此错开。

11.一种混凝土塔架的拼接方法，其特征在于，所述混凝土塔架包括根据权利要求1至8中任一项所述的用于形成塔架的纵向节段(11)，所述拼接方法包括：

将相邻的两个所述横向管片(12)对齐，以使多个所述横向管片(12)首尾相接；

将螺栓穿过相邻的两个所述横向管片(12)的容纳通道(48)，以使螺栓的两端暴露于所述安装空间(45)；

通过螺母将螺栓的两端拧紧，以将螺栓的两端固定在所述安装空间(45)中，

依次固定相邻的两个所述横向管片(12)而完成纵向节段(11)的拼接，

将拼接好的所述纵向节段(11)吊装到安装位置并进行安装。

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