CN110700678A - 一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔 - Google Patents

一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔，包括混凝土基础、正交胶合木塔筒、环向预应力箍、竖向预应力钢绞线、钢转换节、风机头，正交胶合木塔筒由多个正多边形的正交胶合木塔筒段通过塔筒连接件竖向拼接而成，多个正交胶合木塔筒段的尺寸从上至下依次增加，各个正交胶合木塔筒段的外围设有环向预应力箍，竖向预应力钢绞线贯穿整个塔筒对其施加竖向预应力，钢转换节通过法兰连接与风机头连接。与现有技术相比，本发明在造价接近的情况下可有效提高风力发电塔的抗弯承载力、刚度和阻尼，并在合适的预应力作用下可克服疲劳问题。

Description

一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔
技术领域
本发明涉及风力发电塔预应力技术领域，尤其是涉及一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔。
背景技术
作为一种清洁的可再生能源，风能的利用越来越受到重视。现如今大多数风力发电塔为钢结构或钢筋混凝土结构。目前的风力发电塔正在向低风区发展，因此需要建造更高的风电塔。已有的钢筒状风电塔因局部稳定的限制，其筒壁需达到一定的厚度，这就导致其抗弯强度和用钢量的比值减小，抗弯刚度也减小，导致结构效率降低。此外，钢筒塔的阻尼比很小，较难避免塔体与风机的共振。
木材是众所周知的可再生材料，增加木材在土木工程领域的应用，有助于推动可持续发展。正交胶合木是一种至少由三层实木锯材或结构复合板材正交组坯，采用结构胶黏剂压制而成的矩形、直线、平面板材形式的工厂预制工程木产品(简称CLT)。相比传统木构件的力学性能，正交胶合木层板采用正交双向胶合，可有效弥补木材顺纹和横纹受力性能差异大的缺陷，形成良好的平面内抗压和抗剪强度。这种新型工程木产品的出现使得采用木材建造风力发电塔成为可能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种塔筒高度高、刚度强的多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔，包括混凝土基础、固定在混凝土基础上的正交胶合木塔筒以及设于正交胶合木塔筒顶部的风机头，所述的正交胶合木塔筒由多个正多边形的正交胶合木塔筒段通过塔筒连接件竖向拼接而成，多个正交胶合木塔筒段的尺寸从上至下依次增加，各个正交胶合木塔筒段的外围设有环向预应力箍，所述的正交胶合木塔筒内贯穿设有竖向预应力钢绞线，该竖向预应力钢绞线的底部固定在混凝土基础上，该竖向预应力钢绞线的顶部固定钢转换节，该钢转换节与风机头连接。
优选地，所述的正交胶合木塔筒段为正十二边形或正十六边形，上一层正交胶合木塔筒段的底部截面尺寸、形状与下一层正交胶合木塔筒段的顶部截面的尺寸、形状相同。
优选地，各正交胶合木塔筒段由多个正交胶合木板围合而成，位于上层的正交胶合木板与位于下层的正交胶合木板之间采用胶连接。
优选地，所述的正交胶合木板为梯形结构板，正交胶合木板的两侧截面根据板拼接角度切角，正交胶合木板的顶部截面与底部截面根据正交胶合木塔筒的倾斜角度切平，正交胶合木板的顶部截面上设有上预留孔，正交胶合木板的底部截面上设有下预留孔。
优选地，所述的塔筒连接件包括上钢管、下钢管、钢板，所述的钢板焊接于上钢管与下钢管之间，所述的上钢管插入位于上层的正交胶合木板的下预留孔中，所述的下钢管插入位于下层的正交胶合木板的上预留孔中。
优选地，所述的竖向预应力钢绞线的顶部通过第一锚具锚固于钢转换节的底部，所述的竖向预应力钢绞线的底部通过第二锚具固定在混凝土基础上。
优选地，所述的钢转换节通过连接法兰与风机头连接。
优选地，所述的环向预应力箍的外壁设有用以限制环向预应力箍竖向位移的限位钢钉。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明的正交胶合木塔筒由若干段正多边形的正交胶合木塔筒段通过塔筒连接件竖向拼接而成，且正交胶合木塔筒段的外围设置有环向预应力箍的设计，使得塔筒具有较大的强度、刚度，施加预应力有利于抵抗风电塔的疲劳振动，且不易发生塔体与风机的共振；
2)本发明的正交胶合木塔筒由若干段正多边形的正交胶合木塔筒段通过塔筒连接件竖向拼接而成，且正交胶合木塔筒段的外围设置有环向预应力箍的设计，在造价相近的情况下，本发明相比于钢塔筒风力发电塔，抗弯承载力提高50％，刚度提高4.3倍，阻尼比提高4倍，在经济上有一定优势；
3)本发明采用可再生的木材作为塔筒材料，有利于推动可持续发展；
4)本发明构造简单，装配化程度高，易于施工，符合建筑工业化的发展趋势，在实际的工程应用中具有一定前景；
5)本发明的正交胶合木塔筒最底部的正交胶合木塔筒段安装于混凝土基础上，两者间通过填缝能够实现防水。
附图说明
图1为本发明一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔的结构示意图；
图2为本发明风力发电塔的正交胶合木塔筒段的结构示意图；
图3为本发明风力发电塔的正交胶合木板的结构示意图；
图4为本发明风力发电塔的环向预应力箍张拉示意图；
图5为本发明风力发电塔的正交胶合木塔筒段通过塔筒连接件的连接示意图；
图6为本发明风力发电塔的塔筒连接件的构造示意图；
图7为本发明风力发电塔的筒内体外预应力张拉详图；
图中标号所示：
1、正交胶合木塔筒；2、正交胶合木塔筒段；21、正交胶合木板；211、上预留孔；212、下预留孔；22、胶；3、塔筒连接件；31、上钢管；32、下钢管；33、钢板；4、环向预应力箍；41、工具式张拉环；42、限位钢钉；5、竖向预应力钢绞线；6、第一锚具；7、第二锚具；8、钢转换节；9、连接法兰；10、风机头；11、混凝土基础。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本发明涉及一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔，包括正交胶合木塔筒1、环向预应力箍4、竖向预应力钢绞线5、第一锚具6、第二锚具7、钢转换节8、连接法兰9、风机头10、混凝土基础11。正交胶合木塔筒1由若干段正多边形的正交胶合木塔筒段2通过塔筒连接件3竖向拼接而成，多个正交胶合木塔筒段2的尺寸从上至下依次增加，上一层正交胶合木塔筒段2的底部截面尺寸、形状与下一层正交胶合木塔筒段2的顶部截面的尺寸、形状相同。正交胶合木塔筒段2的外围设置有环向预应力箍4，最底部的正交胶合木塔筒段2安装于混凝土基础11上，两者间应通过填缝达到防水目的。竖向预应力钢绞线5贯穿整个塔筒对其施加竖向预应力，其上端通过第一锚具6锚固于钢转换节8的下部，竖向预应力钢绞线5的下端通过第二锚具7锚固于混凝土基础11，钢转换节8通过连接法兰9与风机头10连接。
如图2所示，正交胶合木塔筒段2为正多边形(正十二边形或正十六边形)，由正交胶合木板21围合而成，各正交胶合木板21之间采用胶22连接，外围采用多道环向预应力箍4用降温法对正交胶合木塔筒段2施加预应力。
如图3所示，正交胶合木板21为梯形板，其两侧截面根据板拼接角度切角，上下截面根据塔筒的倾斜角度切平，并在上截面设置上预留孔211，在下截面设置下预留孔212。
如图4所示，预应力张拉时先在正交胶合木板21上安装下部工具式张拉环41，接着套入环向预应力箍4，然后套入上部工具式张拉环41并进行张拉，此时正交胶合木塔筒段2呈均匀收缩，最后降温并放松工具式张拉器，则环向预应力箍4自然套紧。环向预应力箍4由耐候钢焊接而成。
如图6所示，塔筒连接件3由上钢管31、下钢管32、钢板33构成，钢板33焊于上钢管31与下钢管32之间。如图5所示，上钢管31插入上部正交胶合木板21的下预留孔212中，下钢管32插入下部正交胶合木板21的上预留孔211中，两个正交胶合木板21之间涂胶22。
如图7所示，竖向预应力钢绞线5的上端由第一锚具6锚固于钢转换节8，环向预应力箍4外设置有限位钢钉42，以限制环向预应力箍的竖向位移。
本发明突破性地采用可再生的木材作为塔筒材料，有利于推动可持续发展。本发明的正交胶合木塔筒由若干段正多边形的正交胶合木塔筒段通过塔筒连接件竖向拼接而成，且正交胶合木塔筒段的外围设置有环向预应力箍的设计，使得塔筒具有较大的强度、刚度，施加预应力有利于抵抗风电塔的疲劳振动，且不易发生塔体与风机的共振。在造价相近的情况下，本发明相比于钢塔筒风力发电塔，抗弯承载力提高50％，刚度提高4.3倍，阻尼比提高4倍，在经济上有一定优势。
本发明多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔的安装过程为：
1、将所有的胶合木板的切割、打孔应在工厂制作，运输至现场；
2、混凝土基础11施工；
3、在地面拼装正交胶合木塔筒段2，多块正交胶合木板21围成筒状，板间采用胶22连接。在正交胶合木塔筒段2外安装下部工具式张拉环41，接着套入环向预应力箍4，然后套入上部工具式张拉环41并进行张拉，此时正交胶合木塔筒段2呈均匀收缩，最后降温并放松工具式张拉器，则环向预应力箍4自然套紧，每段正交胶合木塔筒段2外采用多道环向预应力箍4。
4、将最底部正交胶合木塔筒段2安装于混凝土基础11上，两者间应通过填缝达到防水目的。
5、将各塔筒段自下而上依次安装至主体结构中。钢板33焊于上钢管31与下钢管32之间形成塔筒连接件3，将塔筒连接件3带胶22插入已安装好的下部塔筒段的上预留孔211中，上部塔筒段的下预留孔212内壁在吊装离地时涂胶22，安装时将钢管对准孔插入。
6、将钢转环节8安装于正交胶合木塔筒1顶部，竖向预应力钢绞线上端通过第一锚具6锚固于钢转环节8下部，穿过正交胶合木塔筒1内部后下端锚固于基础11上。
7、风机头10通过连接法兰9安装于刚转环节8上。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔，其特征在于，包括混凝土基础(11)、固定在混凝土基础(11)上的正交胶合木塔筒(1)以及设于正交胶合木塔筒(1)顶部的风机头(10)，所述的正交胶合木塔筒(1)由多个正多边形的正交胶合木塔筒段(2)通过塔筒连接件(3)竖向拼接而成，多个正交胶合木塔筒段(2)的尺寸从上至下依次增加，各个正交胶合木塔筒段(2)的外围设有环向预应力箍(4)，所述的正交胶合木塔筒(1)内贯穿设有竖向预应力钢绞线(5)，该竖向预应力钢绞线(5)的底部固定在混凝土基础(11)上，该竖向预应力钢绞线(5)的顶部固定钢转换节(8)，该钢转换节(8)与风机头(10)连接。
2.根据权利要求1所述的一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔，其特征在于，所述的正交胶合木塔筒段(2)为正十二边形或正十六边形，上一层正交胶合木塔筒段(2)的底部截面尺寸、形状与下一层正交胶合木塔筒段(2)的顶部截面的尺寸、形状相同。
3.根据权利要求2所述的一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔，其特征在于，各正交胶合木塔筒段(2)由多个正交胶合木板(21)围合而成，位于上层的正交胶合木板(21)与位于下层的正交胶合木板(21)之间采用胶(22)连接。
4.根据权利要求3所述的一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔，其特征在于，所述的正交胶合木板(21)为梯形结构板，正交胶合木板(21)的两侧截面根据板拼接角度切角，正交胶合木板(21)的顶部截面与底部截面根据正交胶合木塔筒(1)的倾斜角度切平，正交胶合木板(21)的顶部截面上设有上预留孔(211)，正交胶合木板(21)的底部截面上设有下预留孔(212)。
5.根据权利要求4所述的一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔，其特征在于，所述的塔筒连接件(3)包括上钢管(31)、下钢管(32)、钢板(33)，所述的钢板(33)焊接于上钢管(31)与下钢管(32)之间，所述的上钢管(31)插入位于上层的正交胶合木板(21)的下预留孔(212)中，所述的下钢管(32)插入位于下层的正交胶合木板(21)的上预留孔(211)中。
6.根据权利要求1所述的一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔，其特征在于，所述的竖向预应力钢绞线(5)的顶部通过第一锚具(6)锚固于钢转换节(8)的底部，所述的竖向预应力钢绞线(5)的底部通过第二锚具(7)固定在混凝土基础(11)上。
7.根据权利要求1所述的一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔，其特征在于，所述的钢转换节(8)通过连接法兰(9)与风机头(10)连接。
8.根据权利要求1所述的一种多向预应力筒状正交胶合木结构风力发电塔，其特征在于，所述的环向预应力箍(4)的外壁设有用以限制环向预应力箍(4)竖向位移的限位钢钉(42)。
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