CN112392663A - 混凝土塔筒段和塔架 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混凝土塔筒段和塔架，混凝土塔筒段包括底端筒节，底端筒节包括由上向下依次设置的上部突出段、中部连接段以及下部突出段，中部连接段的内表面相对于上部突出段的内表面和下部突出段的内表面沿径向形成凹陷，从而在底端筒节的内表面上形成用于对预应力索进行张拉的张拉操作腔，底端筒节中设置有底端筒节预应力孔道，底端筒节预应力孔道包括纵向贯穿上部突出段的第一段孔道和纵向贯穿下部突出段的第二段孔道，第一段孔道的下端口和第二段孔道的上端口设置在张拉操作腔中，该混凝土塔筒段可以与实心塔筒基础配合，从而可以降低塔架的制造成本。

Description

混凝土塔筒段和塔架

技术领域

本发明属于风力发电机技术领域，涉及一种混凝土塔筒段和塔架。

背景技术

目前，风力发电机组的塔架通常有钢塔、混凝土塔架以及钢-混凝土塔架。

混凝土塔架以及钢-混凝土塔架通常都包括混凝土塔筒段，该混凝土塔筒段通过预应力索进行张拉并与塔筒基础固定连接。预应力索的张拉端通常位于塔筒基础的内部，为了便于安装人员对混凝土塔筒段的预应力索进行张拉，塔筒基础形成为由混凝土材料形成的空心基础，该空心基础内可以具有适于安装人员操作的操作空间，张拉端暴露于该操作空间内。大量工程实践表明，相较于普通实心基础，空心基础虽然在混凝土工程量上有所减少，但是在钢筋用量方面，远大于实心基础，因此较实心基础，该空心基础的制造成本更高，导致具有空心基础的塔架的制造成本较高。

因此，需要提供一种混凝土塔筒段和塔架，以降低制造成本。

发明内容

本发明的发明目的之一在于提供一种混凝土塔筒段，以能够适用于实心结构的塔筒基础，从而降低塔筒基础的制造成本。

本发明的另一发明目的在于提供一种塔架，以降低塔筒基础的制造成本，从而降低整个塔架的制造成本。

针对上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

根据本发明的一个方面，提供一种混凝土塔筒段，所述混凝土塔筒段包括底端筒节，所述底端筒节包括中部连接段以及位于所述中部连接段两端的上部突出段和下部突出段，所述中部连接段的内表面相对于所述上部突出段的内表面和所述下部突出段的内表面沿径向形成凹陷，从而在所述底端筒节的内表面上形成用于对预应力索进行张拉的张拉操作腔，所述底端筒节中设置有底端筒节预应力孔道，所述底端筒节预应力孔道包括纵向贯穿所述上部突出段的第一段孔道和纵向贯穿所述下部突出段的第二段孔道，所述第一段孔道的下端口和所述第二段孔道的上端口设置在所述张拉操作腔中，该张拉操作腔能够提供预应力索的张拉操作空间，从而使张拉操作无需在空心塔筒基础内进行，混凝土塔筒段也就能够匹配连接于实心塔筒基础，从而降低塔筒基础的制造成本，进一步降低塔架的制造成本。

更进一步地，所述混凝土塔筒段还包括上部筒节，所述上部筒节位于所述底端筒节的上方，所述上部筒节中设置有上部筒节预应力孔道，所述上部筒节预应力孔道与所述底端筒节的第一段孔道能够连通。

优选地，所述混凝土塔筒段还包括中间筒节，所述中间筒节位于所述上部筒节与所述底端筒节之间，所述中间筒节与所述上部筒节同轴设置，所述中间筒节设置有与所述上部筒节预应力孔道对齐的中部筒节预应力孔道。

具体地，所述上部筒节具有平直段和位于所述平直段上端的径向突出段，所述径向突出段相对于所述平直段沿径向向内突出，所述上部筒节预应力孔道位于所述径向突出段中，其中，所述平直段的内表面形成为圆筒状，并且沿轴向方向看时，所述上部筒节预应力孔道位于所述平直段的内表面的径向内侧，从而防止上预应力索与平直段的内表面发生干涉，以能使上预应力索能顺利插入到第一段孔道内。

优选地，所述混凝土塔筒段还包括中间筒节，所述中间筒节位于所述上部筒节与所述底端筒节之间，所述中间筒节与所述上部筒节同轴设置，其中，所述平直段的内表面形成为圆筒状，并且沿轴向方向看时，所述上部筒节预应力孔道位于所述中间筒节的内表面的径向内侧，从而可以降低中间筒节的制造成本，也防止上预应力索与中间筒节的内表面发生干涉，以能使上预应力索能顺利插入到第一段孔道内。

进一步地，所述混凝土塔筒段还包括用于连接所述上部筒节与所述底端筒节的上预应力索和用于连接所述底端筒节与塔筒基础的下预应力索，所述上预应力索的张拉端从所述上部筒节预应力孔道穿入并从所述底端筒节的第一段孔道穿出，位于所述张拉操作腔中，所述下预应力索的固定端固定于塔筒基础中，所述下预应力索的张拉端从所述第二段孔道穿出，位于所述张拉操作腔中。

优选地，所述张拉操作腔为多个且周向布置于所述底端筒节上，相邻的所述张拉操作腔间隔布置；或者，所述张拉操作腔为绕所述底端筒节的中心轴线周向延伸的环形凹槽。

根据本发明的另一方面，提供一种塔架，所述塔架包括固定于地面的塔筒基础和根据本发明提供的混凝土塔筒段，所述混凝土塔筒段固定于所述塔筒基础上。

优选地，所述塔筒基础为实心塔筒基础，下预应力索的固定端位于所述塔筒基础内部，实心塔筒基础较空心塔筒基础减少了钢筋料的用量，从而降低了制造成本。

更进一步地，所述塔架还包括固定于所述混凝土塔筒段顶端的钢塔筒段。

本发明提供的混凝土塔筒段和塔架至少具有如下技术效果：本发明提供的底端筒节具有张拉操作腔，可以容置预应力索的张拉端，从而可以使预应力索的张拉操作在该底端筒节内进行，从而克服了现有技术中由于预应力索的张拉端需在空心塔筒基础内进行张拉，而使混凝土塔筒段需与空心塔筒基础配合连接的技术问题。更进一步地，该底端筒节能够适应实心塔筒基础，从而可以降低塔筒基础的制造成本，也就降低了塔架的制造成本。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1为本发明一具体实施方式提供的塔架的局部结构图。

图2是图1中的底端筒节的结构图。

图3为图1中的塔架的中间筒节的横向剖面图。

图4为本发明的另一具体实施方式提供的塔架的局部结构图。

图5为图4示出的塔架的上部筒节的结构图。

附图标记说明：

100、塔筒基础； 200，200’、混凝土塔筒段；

210，210’、上部筒节； 220、底端筒节；

221、上部突出段； 222、下部突出段；

224、张拉操作腔； 230，230’、中间筒节；

211、径向突出段； 212、平直段；

300、下预应力索； 301、下预应力索固定端；

302、下预应力索张拉端； 400、上预应力索；

401、上预应力索固定端； 402、上预应力索张拉端；

500、钢塔筒段； 223、中部连接段。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例性实施方式。然而，示例性实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将是全面的和完整的，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

本发明的实施例提供了一种塔架，该塔架包括塔筒基础和固定在塔筒基础上的塔筒。根据本发明的实施例，塔筒可以至少包括根据本发明实施例提供的混凝土塔筒段。图1示出了根据本发明实施例的混凝土塔筒段安装在塔筒基础上的局部示意图，其中，显示了沿塔架中轴线剖开后其中一半的截面图。图2示出了根据本发明实施例的塔架的最下面一个筒节的部分截面图，即底端筒节220的纵向截面图。图3示出了图1中的中部筒节的横截面示意图。

参照图1，混凝土塔筒段200可以包括多个首尾相连的筒节，例如，包括底端筒节220和位于底端筒节220上方的上部筒节210，还可以包括中间筒节。具体地，混凝土塔筒段200包括上部筒节210、底端筒节220以及设置在上部筒节210和底端筒节220之间的至少一个中间筒节230。为了简化视图，仅示出了一节中间筒节230。然而，中间筒节230的数量不限于此。

根据本发明的实施例，塔架可以为混凝土塔架，在这种情况下，图1所示的混凝土塔筒段200可以通过包括混凝土制成的底端筒节220、上部筒节210，甚至包括多个中间筒节230，从而形成整个塔筒。根据本发明的实施例，塔架还可以为钢-混塔架，在这种情况下，塔架还可以包括连接在图1所示的混凝土塔筒段200的上部的钢塔筒段500。

实施例一

参照图1和图2，底端筒节220包括中部连接段223以及分别位于中部连接段223的上端和下端的上部突出段221和下部突出段222，中部连接段223的内表面相对于上部突出段221的内表面和下部突出段222的内表面沿径向凹陷，从而在底端筒节220的内表面上形成张拉操作腔224。

具体地，张拉操作腔224可以为底端筒节220的内侧中部设置的凹腔，换句话说，底端筒节220包括厚度较小的中部连接段223、位于中部连接段223的上端并径向向内突出的上部突出段221、位于中部连接段223的下端并径向向内突出的下部突出段222，从而在上部突出段221和下部突出段222之间形成张拉操作腔224。

更具体地，该张拉操作腔224可以位于底端筒节220的轴向的中部位置，上部突出段221的下部限位面可以面向张拉操作腔224，以用于对上预应力索400的张拉端402进行限位。下部突出段222的上部限位面可以面向张拉操作腔224，以用于对下预应力索300的张拉端302进行限位。更加具体地，用于容纳上预应力索400的第一段孔道的下端口可以位于上部突出段221的下部限位面，用于容纳下预应力索300的第二段孔道的上端口可以位于下部突出段222的上部限位面。

继续参照图1和图2，更进一步地，底端筒节220中可以设置有用于容纳预应力索的预应力孔道，这里为了便于在名称上区分各个筒节中的预应力孔道，将设置在底端筒节220中的预应力孔道称为底端筒节预应力孔道。底端预应力孔道可以包括纵向贯穿上部突出段221的第一段孔道和纵向贯穿下部突出段222的第二段孔道，第一段孔道的下端和第二段孔道的上端分别与张拉操作腔224连通。

更加具体地，沿着底端筒节220的圆周方向可以设置有多个预应力孔道，因此，相对应地，张拉操作腔224可以有多个，也就是说，张拉操作腔224可以由上部突出段221和下部突出段222之间的底端筒节220的内表面局部内陷形成的凹腔，多个该张拉操作腔224可以沿底端筒节220的周向间隔布置，更具体地，多个该张拉操作腔224可以均匀布置。作为本发明的另一实施例，张拉操作腔224也可以为绕底端筒节220的中心轴线周向延伸的环形凹槽，也就是说，该张拉操作腔224所在位置的筒壁沿底端筒节220的周向可以具有相同的厚度。

继续参照图1，预应力索可以包括下预应力索300和上预应力索400，其中，底端筒节220能够通过下预应力索300连接于塔筒基础100，且下预应力索300的下预应力索张拉端302位于该张拉操作腔224。更进一步地，底端筒节220能够通过上预应力索400连接于上部筒节210，且该上预应力索400的上预应力索张拉端402也位于该张拉操作腔224。底端筒节220与上部筒节210可以直接接触，也可以间接接触，例如在底端筒节220与上部筒节210之间连接有中间筒节230。

下预应力索300的下预应力索固定端301可以固定地设置在塔筒基础100内，下预应力索张拉端302位于塔筒基础100的外部，并可以从底端筒节220的下部穿入设置在底端塔筒220的下部突出段222中的第二段孔道，然后进入张拉操作腔224中。更具体地，该下预应力索固定端301可以预埋在塔筒基础100内，例如在浇筑之前，先将下预应力索固定端301设置在预浇筑的塔筒基础100所在的位置，然后进行浇筑，以使该下预应力索固定端301形成在该塔筒基础100内。

由于混凝土塔筒段200的底端筒节220具有用于容纳下预应力索张拉端302的张拉操作腔224，对下预应力索张拉端302的张拉操作可以在塔筒基础100的外部完成，因此与该混凝土塔筒段200配合的塔筒基础100可以为空心塔筒基础或者实心塔筒基础，考虑到制造成本的经济性，该塔筒基础100可以为实心塔筒基础。下预应力索固定端301可以预埋固定于该实心塔筒基础内，图1显示出了与该底端筒节220配合的塔筒基础100为实心塔筒基础。

更进一步地，上预应力索张拉端402也可以位于张拉操作腔224内，从而使上预应力索张拉端402的张拉操作可以在张拉操作腔224内进行。

一方面，本发明提供的底端筒节220包括张拉操作腔224，使下预应力索张拉端302的张拉操作无需在塔筒基础100内进行，也就无需使塔筒基础100设置为空心塔筒基础，从而可以降低制造塔筒基础的钢筋用量，可以降低制造成本；另一方面，由于底端筒节220位于塔筒基础100的上部，靠近地面，从而便于张拉操作，避免了登高进行张拉操作的过程，从而降低了高空作业的危险，提高了组装效率。

更加具体地，该上预应力索固定端401可以固定于上部筒节210，例如但不限于，可以固定于上部筒节210的顶端。安装时，该上预应力索张拉端402可以由上部筒节210的预应力孔道(下面称为上部筒节预应力孔道)的顶端插入，向下依次穿过中间筒节230的中部筒节预应力孔道和底端筒节220的第一段孔道，并由该第一段孔道的下端口穿出，从而可以使该上预应力索张拉端402位于该张拉操作腔224内。

可以理解的是，根据使用需要，也可以省略中间筒节230，则上预应力索张拉端402可以由上部筒节预应力孔道的顶端插入并由第一段孔道的下端口穿出，以使上预应力索张拉端402位于张拉操作腔224内。

参照图1，根据本发明的一具体实施方式，混凝土塔筒段200的上部筒节210可以位于底端筒节220的上方，上部筒节210中具有能够与第一段孔道对齐的上部筒节预应力孔道。

在图1所示的实施例中，中间筒节230可以具有与上部筒节210相同的结构，即，上部筒节210和中间筒节230的厚度大体上相同，内表面和外表面基本上上下对齐，在上部筒节210和中间筒节230中均设置有预应力孔道，分别为上部筒节预应力孔道和中部筒节预应力孔道。图3示出了中间筒节230的截面图，其中，显示了上预应力索400设置于中部筒节预应力孔道内，该混凝土塔筒段可以为预应力索体内式塔筒段。上部筒节210的截面形状可以与中间筒节230类似，不再赘述。

上部筒节210和中间筒节230的厚度大体上相同，中间筒节230的壁厚大致与底端筒节220的上部突出段221的壁厚或者下部突出段222的壁厚相同，中间筒节230的外表面与底端筒节220的外表面大致上下对齐，如此，在保证了整体结构强度的基础上，更美观。

实施例二

图4示出了根据本发明的另一实施例提供的混凝土塔筒段安装在塔筒基础上的布局示意图，其中，显示了塔架沿中轴线剖开后其中一半的截面图。图5为图4示出的塔架的上部筒节的结构图。

参照图4和图5，其中，底端筒节220和塔筒基础100与实施例一中相同，因此不再赘述。不同的是，上部筒节210’可以具有平直段212和位于平直段212上端的径向突出段211，径向突出段211的内表面相对于平直段212的内表面沿径向向内突出，上部筒节预应力孔道可以位于该径向突出段211上，其中，从该上部筒节210’的顶端往下看，该上部筒节预应力孔道可以位于平直段212的内表面的内侧，且与该平直段212的内表面间隔设置，以防止平直段212的内表面与上预应力索400发生干涉，从而使上预应力索400能够顺利从上部筒节预应力孔道插入到第一段孔道内。

径向突出段211的轴向长度与上部筒节210’的轴向总长度的比值可以为1/3。平直段212的内表面和径向突出段211的内表面可以分别为与上部筒节210’的外表面同轴设置的圆柱面，但不以此为限。

中间筒节230’可以位于底端筒节220和上部筒节210’之间，并且该中间筒节230’可以为多个，沿混凝土塔筒段200’的中心轴线方向，相邻的中间筒节230’首尾连接。在图4所示的实施例中，中间筒节230’仅显示了一个，但不以此为限。

中间筒节230’和上部筒节210’可以具有不同的结构。中间筒节230’与上部筒节210’可以同轴设置，且从混凝土塔筒段200’的顶端向下看，上部筒节预应力孔道可以位于中间筒节230’的径向内侧，以进一步减少混凝土塔筒段的重量，降低制造成本，中间筒节230’的筒壁厚度可以小于径向突出段211的壁厚，从而可以降低整个混凝土塔筒段的用料，降低制造成本。中间筒节230’的内表面可以与上部筒节210’的平直段212的内表面平齐，但不以此为限。在这种情况下，该中间筒节230’不设置中部筒节预应力孔道。本实施例提供的混凝土塔筒段可以称为预应力索体外式塔筒段。

具体地，中间筒节230’外径可以与底端筒节220的上部突出段221的外径相同，中间筒节230’的内径可以大于底端筒节220的上部突出段221的内径。中间筒节230’的内径与外径之间的尺寸可以称为中间筒节230’的壁厚，更具体地，该中间筒节230’沿中心轴线方向可以具有相同的壁厚。中间筒节230’的壁厚与上部筒节210’的平直段212的壁厚大致相同，也就是说，中间筒节230’内表面和外表面大致与上部筒节210’的平直段212的内表面和外表面上下对齐。更进一步地，上部筒节210’的顶端的外表面呈从上向下逐渐增大的锥形结构，也就是说，上部突出段221的外表面可以呈从上向下逐渐增大的锥形结构，但不以此为限。

本发明的一具体实施方式，以钢-混塔架为例进行说明，其中钢塔筒段500位于混凝土塔筒段顶端。

塔架的形成过程可以描述为：

首先，形成塔筒基础100。

在塔筒基础100混凝土浇筑之前，预留供下预应力索300穿过的通孔，将下预应力索插入到该通孔内，且使该下预应力索固定端301位于下方，并固定；此时浇筑塔筒基础100。

其次，安装底端筒节220。

在塔筒基础100达到要求条件后安装预制好的底端筒节220，将下预应力索从底端筒节220的下端穿入第二段孔道内，并从下部限位面穿出，从而使该下预应力索张拉端302位于张拉操作腔224；

再次，对下预应力索进行张拉操作。

在塔筒基础100强度达到要求后，张拉下预应力索张拉端302至需要的值，并固定下预应力索张拉端302的锁具。

更进一步地，根据高度需要设置中间筒节，直至上部筒节，例如该过程可以使用吊车起吊中间筒节或者上部筒节。

将上预应力索400由上向下依次穿入上部筒节中的上部筒节预应力孔道和中间筒节的中部筒节预应力孔道，直至由上部突出段221的下部限位面穿出，使上预应力索张拉端402位于张拉操作腔224，并固定锁具。

本发明的混凝土塔筒段的底端筒节220具有用于容纳张拉端的张拉操作腔224，使得张拉操作可以在底端筒节220处进行，也就无需将塔筒基础设置为空心结构，节省了塔筒基础用钢量和模板样式，使塔筒基础的施工更加简便，节省成本。除此，本发明提供的混凝土塔筒段可以为预应力索体外式塔筒段，上预应力索400可以位于中间筒节的内侧且与该中间筒节的内表面间隔设置，有效地减少了混凝土塔筒段的筒壁厚度，显著减少了混凝土和钢筋工程量。

本发明所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

Claims (10)

1.一种混凝土塔筒段，其特征在于，所述混凝土塔筒段(200，200’)包括：

底端筒节(220)，所述底端筒节(220)包括中部连接段以及位于所述中部连接段两端的上部突出段(221)和下部突出段(222)，所述中部连接段的内表面相对于所述上部突出段(221)的内表面和所述下部突出段(222)的内表面沿径向形成凹陷，从而在所述底端筒节(220)的内表面上形成用于对预应力索进行张拉的张拉操作腔(224)，

所述底端筒节(220)中设置有底端筒节预应力孔道，所述底端筒节预应力孔道包括纵向贯穿所述上部突出段(221)的第一段孔道和纵向贯穿所述下部突出段(222)的第二段孔道，所述第一段孔道的下端口和所述第二段孔道的上端口设置在所述张拉操作腔(224)中。

2.如权利要求1所述的混凝土塔筒段，其特征在于，所述混凝土塔筒段(200，200’)还包括上部筒节(210，210’)，所述上部筒节(210，210’)位于所述底端筒节(220)的上方，所述上部筒节(210，210’)中设置有上部筒节预应力孔道，所述上部筒节预应力孔道与所述底端筒节(220)的所述第一段孔道连通。

3.如权利要求2所述的混凝土塔筒段，其特征在于，所述混凝土塔筒段(200，200’)还包括中间筒节(230)，所述中间筒节(230)位于所述上部筒节(210，210’)与所述底端筒节(220)之间，所述中间筒节(230)与所述上部筒节(210，210’)同轴设置，所述中间筒节(230)设置有与所述上部筒节预应力孔道对齐的中部筒节预应力孔道。

4.如权利要求2所述的混凝土塔筒段，其特征在于，所述上部筒节(210，210’)具有平直段(212)和位于所述平直段(212)上端的径向突出段(211)，所述径向突出段(211)相对于所述平直段(212)沿径向向内突出，所述上部筒节预应力孔道位于所述径向突出段(211)中，

其中，所述平直段(212)的内表面形成为圆筒状，并且沿轴向方向看时，所述上部筒节预应力孔道位于所述平直段(212)的内表面的径向内侧。

5.如权利要求4所述的混凝土塔筒段，其特征在于，所述混凝土塔筒段还包括中间筒节(230’)，所述中间筒节(230’)位于所述上部筒节(210，210’)与所述底端筒节(220)之间，所述中间筒节(230’)与所述上部筒节(210，210’)同轴设置，

沿轴向方向看时，所述上部筒节预应力孔道位于所述中间筒节(230’)的内表面的径向内侧。

6.如权利要求2-5中任一项所述的混凝土塔筒段，其特征在于，所述混凝土塔筒段(200，200’)还包括用于连接所述上部筒节(210，210’)与所述底端筒节(220)的上预应力索(400)和用于连接所述底端筒节(220)与塔筒基础(100)的下预应力索(300)，所述上预应力索(400)的张拉端(402)从所述上部筒节预应力孔道穿入并从所述底端筒节(220)的所述第一段孔道穿出，位于所述张拉操作腔(224)中，所述下预应力索(300)的固定端(301)固定于所述塔筒基础(100)中，所述下预应力索(300)的张拉端(302)从所述第二段孔道穿出，位于所述张拉操作腔(224)中。

7.如权利要求1至5中任一项所述的混凝土塔筒段，其特征在于，所述张拉操作腔(224)为多个且周向布置于所述底端筒节(220)上，相邻的所述张拉操作腔(224)间隔布置；或者，所述张拉操作腔(224)为沿着所述底端筒节(220)的内表面周向延伸的环形凹槽。

8.一种塔架，其特征在于，所述塔架包括固定于地面的塔筒基础(100)和根据权利要求1-7中任一项所述的混凝土塔筒段(200，200’)，所述混凝土塔筒段(200，200’)固定于所述塔筒基础(100)上。

9.如权利要求8所述的塔架，其特征在于，所述塔筒基础(100)为实心塔筒基础。

10.如权利要求9所述的塔架，其特征在于，所述塔架还包括固定于所述混凝土塔筒段(200，200’)顶端的钢塔筒段(500)。

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