CN111561423A - 一种预制管片拼接塔筒、塔架及塔架安装施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预制管片拼接塔筒、塔架及塔架安装施工方法，所述预制管片拼接塔筒由数段筒节竖直连接，各段筒节间在竖直方向上以高强度螺栓连接，每段筒节由数个管片周向拼接而成，所述管片在周向以高强度螺栓连接；所述管片为具有厚度的弧面体，管片的立面投影呈梯形，管片具有两个倾斜的侧面及扇形的顶面和底面，底面面积大于顶面面积，相邻两管片相互倒置相接，相邻两管片的倾斜侧面完全贴合。本发明能够降低塔架的制造、生产、存储和运输成本，并有效提高塔架的建造和维护效率。

Description

一种预制管片拼接塔筒、塔架及塔架安装施工方法

技术领域

本发明涉及风电机组混凝土塔筒、塔架及安装施工领域，特别是涉及一种预制管片拼接塔筒、塔架及塔架安装施工方法。

背景技术

当前风电机组的塔架主要采用钢制塔筒结构。随着风电技术的不断创新，叶轮直径和载荷的不断增大，风力机塔架的结构安全问题尤为突出。伴随着风电机组单机容量的提升、运输限制及防腐蚀等方面因素的影响，钢制塔筒表现出维护难度大、安装不方便、制作成本高、使用寿命短等，同时由于外界环境的影响，容易出现腐蚀，或者风力导致机器结构出现疲劳，引起倒塌事故发生。

相对于钢制塔筒，混凝土塔筒具有制造成本低、原材料的运输便捷、来源广泛，耐腐蚀性、耐高温性、防火性好，耐用性更强，极强的抗震性能，以及项目建设、现场施工，后续生产维护费用低等诸多优点，因此风电混凝土塔筒或混凝土-钢制混合塔筒具有很好的适用性和可行性。

尽管混凝土塔架结构安全性能显著，但当前受制于产业规模、经济效益，尤其是混凝土塔架技术发展和成熟情况等因素的影响，混凝土塔架并未在风电行业得到广泛应用和发展。传统的分段式或分片式预制混凝土仍然存在设计、制造标准不统一，现场浇筑或用料量大经济效益差，产业规模小和适用范围窄导致生产、存储和运输成本高等一系列问题。

由此可见，上述现有的风电机组塔架在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的预制管片拼接塔筒、塔架及塔架安装施工方法，实属当前重要研发课题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种预制管片拼接塔筒，使其能够降低塔筒的制造、生产、存储和运输成本，并有效提高塔架的建造和维护效率，从而克服现有的塔筒的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种预制管片拼接塔筒，数段筒节竖直连接，各段筒节间在竖直方向上以高强度螺栓连接，每段筒节由数个管片周向拼接而成，所述管片在周向以高强度螺栓连接；

所述管片为具有厚度的弧面体，管片的立面投影呈梯形，管片具有两个倾斜的侧面及扇形的顶面和底面，底面面积大于顶面面积，相邻两管片相互倒置相接，相邻两管片的倾斜侧面完全贴合。

作为本发明的一种改进，所述管片上设有环向连接孔，高强度螺栓穿过环向连接孔将各管片连成筒节，所述管片上设有轴向连接孔，高强度螺栓穿过轴向连接孔将各筒节连成塔筒。

进一步地，所述管片相接贴合的接触面以及筒节相接的接触面处设有防水橡胶垫。

进一步地，所述管片为钢筋混凝土结构。

此外，本发明还提供了一种塔架，使其能有效降低塔架的制造、生产、存储和运输成本，并有效提高塔架的建造和维护效率，从而克服现有的风电机组塔架的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种塔架，包含上述的预制管片拼接塔筒，还包括塔底过渡段、塔顶过渡段和塔顶金属段，其中：

所述塔底过渡段通过高强度螺栓连接在塔筒之下，所述塔底过渡段通过内部的预埋螺栓与基础连接；

所述塔顶过渡段通过高强度螺栓连接在塔筒之上，并在塔顶过渡段内部预埋螺栓；

所述塔顶金属段呈空心圆锥状，塔顶金属段与塔顶过渡段的预埋螺栓连接，位于塔顶过渡段的上方。

进一步地，所述塔底过渡段和塔顶过渡段为钢筋混凝土结构

进一步地，所述基础为钢筋混凝土结构，所述塔底过渡段底部嵌入基础内并通过预埋螺栓与基础内的施工平台连接，所述施工平台下方留有允许人员进入施工的空间。

进一步地，所述基础与塔底过渡段的接触面之间、所述塔底过渡段与塔筒的接触面之间、所述塔筒与塔顶过渡段的接触面之间均设置有防水橡胶垫。

进一步地，所述高强度螺栓和预埋螺栓的强度等级高于10.9级。

此外，本发明还提供了一种塔架的安装施工方法，使其有效提高了风电机组塔架的建造施工效率，缩短建设周期，减少建设成本，从而克服现有的风电机组塔架安装方法的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种塔架的安装施工方法，用于对上述的塔架进行安装施工，安装施工步骤为：

a.在风电场机组场址开挖基础土方，预制钢筋网与混凝土浇筑，土方回填等完成钢筋混凝土浇筑施工；

b.吊装塔底过渡段，通过预埋螺栓与基础连接并将预埋螺栓紧固；

c.将工厂预制的管片拼装成筒节；

d.多个筒节组装成塔筒分段，各塔筒分段由相同和不同数量的筒节组装而成；

e.根据各塔筒分段的重量，对应使用不同吨位的起重机协同完成各塔筒分段的吊装，塔筒分段组装在一起形成塔筒；

f.吊装塔顶过渡段，并通过高强度螺栓将塔顶过渡与塔筒连接，紧固高强度螺栓；

g.吊装塔顶金属段，并将预埋螺栓穿过塔顶金属段底部法兰的螺栓孔，紧固预埋螺栓。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1、管片拼接和现场安装组织形式灵活，管片的拼装工序既可以在生产企业完成，又可以在风电场完成，也可以与基础浇筑、凝固同时进行，多个筒节又可以组装成塔筒分段，通过协调不同吨位起重机协调作业吊装，充分利用和调动现有资源，从而显著降低风电场的建设周期和建设成本；

2、以管片作为结构单元拼接构成塔架，可以很好的实现塔架制造标准的统一，并实现管片标准化生产，从而显著降低塔架的制造和生产成本，此外，管片拼接的方式有效地降低了塔筒筒节的结构尺寸，从而降低存储和运输成本；

3、管片采用高强度螺栓和预埋螺栓连接，相应的螺栓、螺母、垫片和预埋件具有成熟的供应链基础，可以直接依据现有的标准和规范批量生产，或大批量采购，有利于成本控制；

4、塔筒采用钢筋混凝土结构，安全可靠性高，抗震性能好，运行和维护成本低。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明提供的风电机组预制管片拼接塔架的结构示意图。

图2是塔底过渡段与基础连接示意图。

图3是筒节的结构示意图；

图4是管片的结构示意图；

图5是塔顶过渡段与塔顶金属段连接示意图；

图6是高强度螺栓组件的结构示意图；

图7是预埋螺栓组件的结构示意图。

附图标记说明：1-基础；2-塔底过渡段；3-塔筒；4-塔顶过渡段；5-塔顶金属段；6-塔筒门；7-施工平台；8-预埋螺栓；9-高强度螺栓；10-管片；11-环向连接孔；12-轴向连接孔；13-防水橡胶垫；14-底部法兰；15-锥形筒体；16-顶部法兰；17-螺母；18-垫片；19-预埋件。

具体实施方式

请参阅图1，本发明提供种一种塔架，包括塔底过渡段2、塔筒3、塔顶过渡段4和塔顶金属段5，所述塔底过渡段2、塔筒3、塔顶过渡段4和塔顶金属段5从下至上依次竖直布置构成塔架，所述塔底过渡段2安装在基础1之上。

请参阅图2，所述塔底过渡段2内部具有预埋螺栓8，所述基础1内部设有与预埋螺栓8连接的施工平台7，所述塔底过渡段2嵌入基础1之内，并通过预埋螺栓8与施工平台7连接，所述施工平台7下方设有可供施工人员进入的空间，方便的施工人员在施工平台7下方紧固预埋螺栓8。

优选的，所述塔底过渡段2上设有塔筒门6。

请参阅图3和图4，塔筒3由数段筒节竖直连接而成，所述筒节呈环形柱状，各筒节之间通过高强度螺栓9竖直连接，单个筒节由数个管片10周向拼接而成，所述管片10之间通过高强度螺栓9周向连接。在本实施例中，六个外形及尺寸相同的管片10周向拼接形成一个筒节，单个管片10呈弧面体，管片10的立面投影为梯形使得其具有两个倾斜的侧面及扇形的顶面和底面，底面面积大于顶面面积。相邻的两个管片10相互倒置相接，使得两个管片10的倾斜侧面正好完全贴合，构成完整的筒节。所述管片10上设有环向连接孔11，所述高强度螺栓9穿过环向连接孔11实现管片10的环向拼接。所述管片10上还设有轴向连接孔12，所述高强度螺栓9穿过轴向连接孔12实现筒节之间的竖直拼接。

优选的，在所述管片10的接触面之间设置有防水橡胶垫13，起到防水以及变形缓冲的作用。同样的，在筒节之间的接触面、塔底过渡段与基础连接的接触面、塔底过渡段与塔筒连接的接触面、塔顶过渡段与塔筒连接的接触面上均设置有防水橡胶垫13.

请参阅图5，所述塔顶过渡段4位于塔筒3的上方，塔顶过渡段4与塔筒3之间通过高强度螺栓9连接，所述塔顶过渡段4内部设有预埋螺栓8，所述塔顶金属段5通过预埋螺栓8安装在塔顶过度过4的上方。所述塔顶金属段5包括底部法兰14、锥形筒体15和顶部法兰16，所述锥形筒体15轴向焊接在底部法兰14与顶部法兰16之间，所述预埋螺栓8穿过底部法兰14的螺栓孔后紧固，实现塔顶金属段5安装。所述顶部法兰16用于连接风电机组主机及风轮。

请参阅图6和图7，所述高强度螺栓9与螺母17和垫片18共同完成塔架的拼接，所述高强度螺栓9呈弧形完全状以配合管片的环形连接。所述预埋螺栓8底部穿过预埋件19以预埋在塔底过渡段2或塔顶过渡段5内。

优选的，所述高强度螺栓9和预埋螺栓8的强度等级高于10.9级。

除此之外，本发明还提供一种塔架的安装施工方法，具体安装施工步骤为：

a.在风电场机组场址开挖基础土方，预制钢筋网与混凝土浇筑，土方回填等完成钢筋混凝土浇筑施工；

b.吊装塔底过渡段，通过预埋螺栓与基础连接并将预埋螺栓紧固；

c.将工厂预制的管片拼装成筒节；

d.多个筒节组装成塔筒分段，各塔筒分段由相同和不同数量的筒节组装而成；

e.根据各塔筒分段的重量，对应使用不同吨位的起重机协同完成各塔筒分段的吊装，塔筒分段组装在一起形成塔筒；

f.吊装塔顶过渡段，并通过高强度螺栓将塔顶过渡与塔筒连接，紧固高强度螺栓；

g.吊装塔顶金属段，并将预埋螺栓穿过塔顶金属段底部法兰的螺栓孔，紧固预埋螺栓。

需要说明的是，上述安装施工方法中的步骤c可根据现场施工情况灵活进行调整，步骤c所述的筒节拼装工序可以在工厂完成，也可以在现场与步骤a同步开展。同时，步骤d和步骤e中塔筒分段的重量和数量也可以根据现场起重机的配置进行灵活调整，目的在于合理安排各吨位起重机协同完成吊装，减小人员与机械的闲置，提高施工效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种预制管片拼接塔筒，其特征在于，数段筒节竖直连接，各段筒节间在竖直方向上以高强度螺栓连接，每段筒节由数个管片周向拼接而成，所述管片在周向以高强度螺栓连接；

所述管片为具有厚度的弧面体，管片的立面投影呈梯形，管片具有两个倾斜的侧面及扇形的顶面和底面，底面面积大于顶面面积，相邻两管片相互倒置相接，相邻两管片的倾斜侧面完全贴合。

2.根据权利要求1所述的一种预制管片拼接塔筒，其特征在于，所述管片上设有环向连接孔，高强度螺栓穿过环向连接孔将各管片连成筒节，所述管片上设有轴向连接孔，高强度螺栓穿过轴向连接孔将各筒节连成塔筒。

3.根据权利要求1所述的一种预制管片拼接塔筒，其特征在于，所述管片相接贴合的接触面以及筒节相接的接触面处设有防水橡胶垫。

4.根据权利要求1所述的一种预制管片拼接塔筒，其特征在于，所述管片为钢筋混凝土结构。

5.一种塔架，包含权利要求1-4任一项所述的预制管片拼接塔筒，其特征在于，还包括塔底过渡段、塔顶过渡段和塔顶金属段，其中：

所述塔底过渡段通过高强度螺栓连接在塔筒之下，所述塔底过渡段通过内部的预埋螺栓与基础连接；

所述塔顶过渡段通过高强度螺栓连接在塔筒之上，并在塔顶过渡段内部预埋螺栓；

所述塔顶金属段呈空心圆锥状，塔顶金属段与塔顶过渡段的预埋螺栓连接，位于塔顶过渡段的上方。

6.根据权利要求5所述的一种塔架，其特征在于，所述塔底过渡段和塔顶过渡段为钢筋混凝土结构。

7.根据权利要求5所述的一种塔架，其特征在于，所述基础为钢筋混凝土结构，所述塔底过渡段底部嵌入基础内并通过预埋螺栓与基础内的施工平台连接，所述施工平台下方留有允许人员进入施工的空间。

8.根据权利要求5所述的一种塔架，其特征在于，所述基础与塔底过渡段的接触面之间、所述塔底过渡段与塔筒的接触面之间、所述塔筒与塔顶过渡段的接触面之间均设置有防水橡胶垫。

9.根据权利要求5所述的一种风电机组预制管片拼接塔架，其特征在于，所述高强度螺栓和预埋螺栓的强度等级高于10.9级。

10.一种塔架安装施工方法，用于对权利要求5-9任一项所述的塔架进行安装施工，其特征在于，安装施工步骤为：

a.在风电场机组场址开挖基础土方，预制钢筋网与混凝土浇筑，土方回填等完成钢筋混凝土浇筑施工；

b.吊装塔底过渡段，通过预埋螺栓与基础连接并将预埋螺栓紧固；

c.将工厂预制的管片拼装成筒节；

d.多个筒节组装成塔筒分段，各塔筒分段由相同和不同数量的筒节组装而成；

e.根据各塔筒分段的重量，对应使用不同吨位的起重机协同完成各塔筒分段的吊装，塔筒分段组装在一起形成塔筒；

f.吊装塔顶过渡段，并通过高强度螺栓将塔顶过渡与塔筒连接，紧固高强度螺栓；

g.吊装塔顶金属段，并将预埋螺栓穿过塔顶金属段底部法兰的螺栓孔，紧固预埋螺栓。

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