CN115788785A - 一种用于直立式风电机组的桁架及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于直立式风电机组的桁架及其安装方法，属于风电机组装置技术领域；该结构包括架塔基础结构，以及设置于基础结构上的桁架结构，所述桁架结构上设置有用于装配风电机组塔筒的连接节结构，所述连接节结构装配于桁架结构上，所述连接节结构包括设置于中部的过渡连接段，所述塔筒装配于过渡连接段上；本发明的一种用于直立式风电机组的桁架及其安装方法，在结构的设计上，将桁架的结构以模块化的设计，实现桁架可预制成型或者是通过零部件在现场组装成型的方式进行装配，在该设计的基础上，有效的杜绝了操作人员需要爬高进行每个部件的定位和装配的危险动作。

Description

一种用于直立式风电机组的桁架及其安装方法

技术领域

本发明涉及一种用于直立式风电机组的桁架及其安装方法，属于风电机组装置技术领域。

背景技术

风能是现阶段国际社会公认的可再生、零污染且可持续利用的绿色、清洁能源,且我国境内已探明的风能储量十分丰富，有着很大的开发与应用潜力。现今随着科技水平的快速发展，风电机组逐步向大型化和海洋化发展，为了更高效的利用风能资源，风机叶轮直径和塔筒高度不断增加，而传统单管风电塔随着轮毂高度的提升自振频率随之下降，使得单管式塔筒直径不断增大，用钢量急剧增加，对大型塔筒段的运输、加工和制造等也提出了较大挑战。

桁架塔的技术发展方向恰恰相反，在结构上，桁架塔与筒状塔架有着明显差别，桁架式风电塔架是由结构钢组装而成的支撑风电机组的塔架，因而不受场地、运输的限制，能实现材料在空间上的最优分布，以最小的材料代价获取足够的强度、刚度和稳定。但高度越高，需拼接构件越多，现场节点越多安装越是繁琐，后期维护成本大大增加。

因此采取单管桁架混合塔架能有效取长补短，在同等高度下大大减少了单管塔筒的直径，减少节点数量。并且直立式塔架能够实用模块化优势，模块化分析得到最优斜腹杆形式和塔架形式，适用自顶升技术有效地能够减少吊装资源消耗，减小风电塔造价。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于直立式风电机组的桁架及其安装方法，能够有效的将直立式风电机机组桁架结构进行模块化设计，实现快速装配以及更好管理和运输的技术效果。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于直立式风电机组的桁架，包括架塔基础结构，以及设置于基础结构上的桁架结构，所述桁架结构上设置有用于装配风电机组塔筒的连接节结构，所述连接节结构装配于桁架结构上，所述连接节结构包括设置于中部的过渡连接段，所述塔筒装配于过渡连接段上；

所述桁架结构包括多个桁架单元，多个所述桁架单元由上至下连接装配。

进一步的，所述桁架单元包括多根竖直方向平行设置的立柱，相邻两根立柱形成一个单元面，并使架体的横截面成多边形结构，在相邻两根立柱的中部还横向设置有连接柱，所述连接柱的中部设置有连接块，所述连接块与立柱的端部之间设置有连杆，所述立柱的端部设置有连接法兰。

进一步的，所述连接块设置有成矩形分布的4组第一装配孔，所述立柱的两端部固定设置有连接板，所述连接板上设置有第一装配孔，所述连杆的两端部设置有第二装配孔，所述连杆通过第一装配孔和第二装配孔的配合，并通过螺栓固定装配。

进一步的，所述立柱的中部固定设置有连接板，所述连接板上设置有第一装配孔，所述连接柱的两端部设置第二装配孔，所述连接柱通过第一装配孔和第二装配孔的配合，并通过螺栓固定装配。

进一步的，所述架塔基础结构包括承载台，所述承载台上设置有与立柱数量匹配的基础结构连接段，所述桁架结构的底部通过连接法兰装配于基础结构连接段上。

进一步的，所述承载台包括与基础结构连接段数量相等的基础桩结构，每根所述基础桩结构上设置有基础承台，在所述基础承台上还设置有直立式柱墩，所述基础结构连接端设置于直立式柱墩上；

相邻的所述基础承台之间还设置有基础连梁。

进一步的，所述连接节结构包括基础结构，所述基础结构的中部设置有用于装配风机塔筒的过渡连接段，在所述基础结构的外侧设置有与立柱数量相等且用于与桁架连接装配的角柱，所述基础结构通过连接箱梁设置有角柱，所述角柱的底部设置有连接法兰。

进一步的，所述基础结构包括多个基础单元，多个基础单元通过组合后固定装配为一体后中部形成圆柱体结构；

每个所述基础单元都设置有一个角柱，所述基础单元上设置有连接箱梁，所述连接箱梁的一端部固定装配在基础单元上，其另一端部固定设置角柱。

进一步的，所述基础单元为弧形板体结构，多个所述弧形板体结构组合装配和形成圆柱体结构；

所述过渡连接段设置于弧形板体结构上，所述过渡连接段与基础单元一体成型。

进一步的，任一或者全部所述基础单元的中部还设置有用于操作人员进出作业的洞门。

一种用于直立式风电机组的桁架安装方法，采用上述的一种用于直立式风电机组的桁架，包括以下步骤：

S1，将基础单元以及桁架单元部件预制成型，并拉至施工现场，待装配；

S2，在现场，将桁架单元部件组合组装形成桁架单元，同时，将基础单元组装形成连接节结构，在现场浇筑塔架基础结构；

S3，将组装成型的连接节结构与风机塔筒装配连接，装配连接完成后采用顶升装置或吊升装置将装配后的结构顶升或吊升，顶升或吊升至大于一个桁架单元的高度后，在连接节结构的下部装配第一个桁架单元；

S4，在装配完成后，继续顶升或吊升至大于一个桁架单元高度，在第一个桁架单元的下方装配第二个桁架单元，重复上述动作依次将桁架单元装配完毕；

S5，待桁架单元由上至下装配完成后，在顶升装置或吊升装置的作用下，调整桁架结构的高度，将位于最下方的桁架单元的底部连接法兰与塔架基础结构的连接法兰进行装配连接，从而完成风电机组桁架的装配。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种用于直立式风电机组的桁架及其安装方法，在结构的设计上，将桁架的结构以模块化的设计，实现桁架可预制成型或者是通过零部件在现场组装成型的方式进行装配，在该设计的基础上，有效的杜绝了操作人员需要爬高进行每个部件的定位和装配的危险动作，同时，以整体方式装配能够仅对多个连接点进行装配，实现制整体桁架的装配，从而有效的降低了桁架装配的危险系数，进一步的提高了装配效率，同时还有效的降低了运输成本；

2、本发明的一种用于直立式风电机组的桁架及其安装方法，在连接节结构的设计上，也将连接节结构进行了模块化的设计，由于风电机组塔筒属于大直径筒状结构，而对应的过渡连接段也得是大直径筒状结构，在大直径筒状结构的属于上，对于运输空间应用上会造成较大的空间浪费，且在运输过程中的危险系数也相对较高，在运输成本以及效率上都具有较大的弊端，而模块化设计能够有效的解决运输上的问题，同时还能够有效的保证施工现场的装配效率，从而进一步的实现提高效率和降低成本；

3、本发明的一种用于直立式风电机组的桁架及其安装方法，在其安装方法的设计上，与传统的设计方式不同的是，采用吊装的方式由上至下的进行装配，在传统的安装过程中，虽然也是吊装设计，而在实际应用中，其主要是将部件调至高处，操作人员在桁架的结构上进行高空作业，同时还需要稳定住吊升的部件，对于高空作业的工作人员带来非常高的危险系数，在基于结构模块化设计的基础上，本设计采用装配顶部部件后进行吊升，再在下方逐步装配下部的部件，在整个过程中，操作人员不需要爬高，更不需要在高空操作已经吊升较高的部件，在装配上，由于模块化的设计，操作人员操作效率也相对传统的结构更快捷，从而实现更高效率和更安全的安装方法。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明连接节结构的示意图；

图3是本发明基础单元整体装配的结构示意图；

图4是本发明基础单元的结构示意图之一；

图5是本发明本发明发明基础单元之二；

图6是连接箱梁的截面示意图；

图7是角柱的截面示意图；

图8是桁架结构的示意图；

图9是连接块处的结构示意图；

图10是连接板处的结构示意图；

图11是架塔基础结构的结构示意图。

图中标记：1-塔筒，2-连接节结构，201-过渡连接段，202-角柱，203-基础单元，204-连接箱梁，205-洞门，206-横向法兰，207-横向加劲肋，208-纵向加劲肋，209-加劲肋承台，210-纵向法兰，3-桁架结构，301-桁架单元，302-立柱，303-连接柱，304-连接块，305-连接板，306-连杆，4-架塔基础结构，401-基础承台，402-基础结构连接段，403-基础桩结构，404-直立式柱墩，405-基础连梁。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

一种用于直立式风电机组的桁架，如图1至图11所示，包括架塔基础结构4，以及设置于架塔基础结构4上的桁架结构3，所述桁架结构3上设置有用于装配风电机组塔筒1的连接节结构2，所述连接节结构2装配于桁架结构3上，所述连接节结构2包括设置于中部的过渡连接段201，所述塔筒1装配于过渡连接段201上；

所述桁架结构3包括多个桁架单元301，多个所述桁架单元301由上至下连接装配。

在本实施例中，与传统结构不同的是，在结构的设计上，本结构的设计主要是将桁架结构3设计为多段的方式，更与分段结构设计不同的是，本结构的设计是将每一段作为相同的且独立的一个桁架单元301，每一个单元的结构是相同的，一方面为了将整个桁架结构3进行模块化设计，另一方面采用相同的单元结构设计能够有效的减少现场部件种类，相同位置的部件在结构设计上都可直接替换应用，对于现场安装人员不需要对于安装部件进行确认和分类，从而有效的实现了现场的安装效率，同时进一步的提升了整个桁架部件分类管理的便捷性。

更加具体的设计，所述桁架单元301包括多根竖直方向平行设置的立柱302，相邻两根立柱302形成一个单元面，并使架体的横截面成多边形结构，在相邻两根立柱302的中部还横向设置有连接柱303，所述连接柱303的中部设置有连接块304，所述连接块304与立柱302的端部之间设置有连杆306。

在上述具体结构的设计基础上，作为更加具体的设计，所述连接块304固定设置在连接柱303上，在所述连接块304上以矩形分布设置有4组第一装配孔，该连杆306对应端部上设置有第二装配孔，所述第一装配孔和第二装配孔匹配，并通过螺栓固定装配。在此设计中，以实际应用作为说明，所述连接块304为矩形结构，中部焊接在连接柱303上，在其四个角的位置设置第一装配孔，从而实现类似“米”字形的结构。进一步的缩短斜杆(连杆306)的长度设计，主要目的考虑到长尺寸的运输，以及装配好后其稳定性。更加具体的，所述立柱302的两端部固定设置有连接板305，所述连接板305上设置有第一装配孔，所述连杆306的两端部设置有第二装配孔，所述连杆306通过第一装配孔和第二装配孔的配合，并通过螺栓固定装配。

基于上述具体结构的设计基础上，更进一步的设计，所述连杆306的另一端部设置有第二装配孔，所述立柱302的端部设置有第一装配孔，所述第一装配孔和第二装配孔匹配，并通过螺栓固定装配。

在本实施例中，作为具体的描述，以装配的关系以及装配孔作用，在具体的设计中，统一的将相应的结构设计统称为一个名词，因此，第一装配孔出现在连接块304以及连接板305的设置上。

针对上述具体的结构设计，更进一步的设计，所述立柱302的中部设置有连接板305，所述第二装配孔设置于连接板305上，所述连接柱303的两端部设置有第一装配孔，所述连接板305和连接柱303通过第一装配孔与第二装配孔匹配，并通过螺栓紧固。

为了便于桁架单元301之间的装配，作为更加具体的设计，所述立柱302的两端设置有连接法兰。在装配时，上述的装配关系中以及连接法兰的装配均采用高强度螺栓进行装配以保证整体的稳定性。

所述立柱302的两端设置有连接法兰，多个所述桁架单元301通过连接法兰装配成型，形成柱体结构。

在本实施例中，主要是利用桁架单元301来实现模块化的装配关系，实现可进行局部装配，再进行整体的装配，从而有效的降低了施工难度以及施工的安全危险系数。

在上述具体的设计基础上，所述架塔基础结构4包括承载台，所述承载台上设置有与立柱302数量匹配的基础结构连接段402，所述桁架结构3的底部通过连接法兰装配于基础结构连接段402上。

作为更加具体的设计，所述承载台包括与基础结构连接段402数量相等的基础桩结构403，每根所述基础桩结构403上设置有基础承台401，在所述基础承台401上还设置有直立式柱墩404，所述基础结构连接端设置于直立式柱墩404上；

相邻的所述基础承台401之间还设置有基础连梁405。

更加具体的，所述基础桩结构403包括多根基础桩，并以多根基础桩作为整体的支撑。也可浇筑成型为一根基础桩结构。

在上述具体的结构设计中，作为具体的描述，架塔基础结构4是在现场采用混凝土浇筑成型，从而实现更加稳定的基础结构，提高桁架的稳定性。在本结构的设计中，作为塔架的基础结构，整个塔架基础结构采用在现场浇筑成型，而在结构的设计上，基础结构连接段402上部焊接设置连接法兰，其下部与承载台通过灌注混凝土方式连接。

实施例2

在实施例1的设计基础上，针对连接节结构2进一步的优化设计，更加具体的，如图2至图7所示，所述连接节结构2包括基础结构，所述基础结构的中部设置有用于装配风机塔筒1的过渡连接段201，在所述基础结构的外侧设置有与立柱302数量相等且用于与桁架连接装配的角柱202，所述基础结构通过连接箱梁204设置有角柱202，所述角柱202的底部设置有连接法兰。

更进一步的设计，所述基础结构包括多个基础单元203，多个基础单元203通过组合后固定装配为一体后中部形成圆柱体结构；

每个所述基础单元203都设置有一个角柱202，所述基础单元203上设置有连接箱梁204，所述连接箱梁204的一端部固定装配在基础单元203上，其另一端部固定设置角柱202。

在本结构的设计中，以基础单元203作为一个独立的个体，附属其他部件为一体，更为进一步的，能够有效的实现模块化管理，并每一个独立的个体结构相同，不会产生部件的错乱，对于部件的管理，以及在具体的操作上更具有快速高效的效率，实现快速装配，不用整体出发，局部定位等相关复杂的工序。

在连接节结构2的设计上，也将连接节结构2进行了模块化的设计，由于风电机组塔筒1属于大直径筒状结构，而对应的过渡连接段201也得是大直径筒状结构，在大直径筒状结构的属于上，对于运输空间应用上会造成较大的空间浪费，且在运输过程中的危险系数也相对较高，在运输成本以及效率上都具有较大的弊端，而模块化设计能够有效的解决运输上的问题，同时还能够有效的保证施工现场的装配效率，从而进一步的实现提高效率和降低成本。

实施例3

一种用于直立式风电机组的桁架安装方法，采用实施例1和实施例2的一种用于直立式风电机组的桁架，包括以下步骤：

S1，将基础单元以及桁架单元部件预制成型，并拉至施工现场，待装配；

S2，在现场，将桁架单元部件组合组装形成桁架单元，同时，将基础单元组装形成连接节结构，在现场浇筑塔架基础结构；

S3，将组装成型的连接节结构与风机塔筒装配连接，装配连接完成后采用顶升装置或吊升装置将装配后的结构顶升或吊升，顶升或吊升至大于一个桁架单元的高度后，在连接节结构的下部装配第一个桁架单元；

S4，在装配完成后，继续顶升或吊升至大于一个桁架单元高度，在第一个桁架单元的下方装配第二个桁架单元，重复上述动作依次将桁架单元装配完毕；

S5，待桁架单元由上至下装配完成后，在顶升装置或吊升的装置的作用下，调整桁架结构的高度，将位于最下方的桁架单元的底部连接法兰与塔架基础结构的连接法兰进行装配连接，从而完成风电机组桁架的装配。

本实施例中，在其安装方法的设计上，与传统的设计方式不同的是，采用吊装的方式由上至下的进行装配，在传统的安装过程中，虽然也是吊装设计，而在实际应用中，其主要是将部件调至高处，操作人员在桁架的结构上进行高空作业，同时还需要稳定住吊升的部件，对于高空作业的工作人员带来非常高的危险系数，在基于结构模块化设计的基础上，本设计采用装配顶部部件后进行吊升，再在下方逐步装配下部的部件，在整个过程中，操作人员不需要爬高，更不需要在高空操作已经吊升较高的部件，在装配上，由于模块化的设计，操作人员操作效率也相对传统的结构更快捷，从而实现更高效率和更安全的安装方法。

结合实施例1至实施例3，作为综合对比：

CN201720203329.7公开了一种预应力抗疲劳组合结构风塔，包括塔筒、过渡结构、构架式塔架和基础固定装置。构架式塔架包括塔柱、预应力钢绞线、斜杆、横杆、横膈。在基础固定装置内预埋预应力钢绞线的拉锁锚固段及预应力锚栓，塔柱顶部张拉预应力钢绞线，延长疲劳寿命，降低疲劳强度。可以看出，虽然设计了一种预应力抗疲劳桁架塔，并未采用模块化设计，并根据模块化设计来实现吊装以及顶升技术，且桁架段为锥形，塔柱不是螺栓连接，斜杆、横杆、横隔虽为螺栓连接，但结构有所差异。

CN201911208798.8公开了一种大型风电机组的新型超高塔架结构、安装结构及安装方法。采用分体式管桁架结构设计，下端为桁架形式，上端为传统钢筒体；现场安装结构采用专用的可拆卸固定在风电机组永久基础和分体式管桁架上的同步顶升机构、顶升支座和加接机构；通过顶升机构与加接机构配合进行连续累积顶升，先顶升塔柱后焊接支撑桁架，将风电机组顶升至预定高度。可以看出，并未采用模块化及由上至下顶升装配的技术，且支撑桁架未采用螺栓连接，桁架段为锥形。

综上所述，本发明的一种用于直立式风电机组的桁架及其安装方法，在结构的设计上，将桁架的结构以模块化的设计，实现桁架可预制成型或者是通过零部件在现场组装成型的方式进行装配，在该设计的基础上，有效的杜绝了操作人员需要爬高进行每个部件的定位和装配的危险动作，同时，以整体方式装配能够仅对多个连接点进行装配，实现制整体桁架的装配，从而有效的降低了桁架装配的危险系数，进一步的提高了装配效率，同时还有效的降低了运输成本。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (11)

1.一种用于直立式风电机组的桁架，其特征在于：包括架塔基础结构(4)，以及设置于架塔基础结构(4)上的桁架结构(3)，所述桁架结构(3)上设置有用于装配风电机组塔筒(1)的连接节结构(2)，所述连接节结构(2)装配于桁架结构(3)上，所述连接节结构(2)包括设置于中部的过渡连接段(201)，所述塔筒(1)装配于过渡连接段(201)上；

所述桁架结构(3)包括多个桁架单元(301)，多个所述桁架单元(301)由上至下连接装配。

2.如权利要求1所述的一种用于直立式风电机组的桁架，其特征在于：所述桁架单元(301)包括多根竖直方向平行设置的立柱(302)，相邻两根立柱(302)形成一个单元面，并使架体的横截面成多边形结构，在相邻两根立柱(302)的中部还横向设置有连接柱(303)，所述连接柱(303)的中部设置有连接块(304)，所述连接块(304)与立柱(302)的端部之间设置有连杆(306)，所述立柱(302)的端部设置有连接法兰。

3.如权利要求2所述的一种用于直立式风电机组的桁架，其特征在于：所述连接块(304)设置有成矩形分布的4组第一装配孔，所述立柱(302)的两端部固定设置有连接板(305)，所述连接板(305)上设置有第一装配孔，所述连杆(306)的两端部设置有第二装配孔，所述连杆(306)通过第一装配孔和第二装配孔的配合，并通过螺栓固定装配。

4.如权利要求2所述的一种用于直立式风电机组的桁架，其特征在于：所述立柱(302)的中部固定设置有连接板(305)，所述连接板(305)上设置有第一装配孔，所述连接柱(303)的两端部设置第二装配孔，所述连接柱(303)通过第一装配孔和第二装配孔的配合，并通过螺栓固定装配。

5.如权利要求2所述的一种用于直立式风电机组的桁架，其特征在于：所述架塔基础结构(4)包括承载台，所述承载台上设置有与立柱(302)数量匹配的基础结构连接段(402)，所述桁架结构(3)的底部通过连接法兰装配于基础结构连接段(402)上。

6.如权利要求5所述的一种用于直立式风电机组的桁架，其特征在于：所述承载台包括与基础结构连接段(402)数量相等的基础桩结构(403)，每根所述基础桩结构(403)上设置有基础承台(401)，在所述基础承台(401)上还设置有直立式柱墩(404)，所述基础结构连接端设置于直立式柱墩(404)上；

相邻的所述基础承台(401)之间还设置有基础连梁(405)。

7.如权利要求2所述的一种用于直立式风电机组的桁架，其特征在于：所述连接节结构(2)包括基础结构，所述基础结构的中部设置有用于装配风机塔筒(1)的过渡连接段(201)，在所述基础结构的外侧设置有与立柱(302)数量相等且用于与桁架连接装配的角柱(202)，所述基础结构通过连接箱梁(204)设置有角柱(202)，所述角柱(202)的底部设置有连接法兰。

8.如权利要求7所述的一种用于直立式风电机组的桁架，其特征在于：所述基础结构包括多个基础单元(203)，多个基础单元(203)通过组合后固定装配为一体后中部形成圆柱体结构；

每个所述基础单元(203)都设置有一个角柱(202)，所述基础单元(203)上设置有连接箱梁(204)，所述连接箱梁(204)的一端部固定装配在基础单元(203)上，其另一端部固定设置角柱(202)。

9.如权利要求8所述的一种用于直立式风电机组的桁架，其特征在于：所述基础单元(203)为弧形板体结构，多个所述弧形板体结构组合装配和形成圆柱体结构；

所述过渡连接段(201)设置于弧形板体结构上，所述过渡连接段(201)与基础单元(203)一体成型。

10.如权利要求8所述的一种用于直立式风电机组的桁架，其特征在于：任一或者全部所述基础单元(203)的中部还设置有用于操作人员进出作业的洞门(205)。

11.一种用于直立式风电机组的桁架安装方法，采用权利要求1-任一项所述的一种用于直立式风电机组的桁架，其特征在于：包括以下步骤：

S1，将基础单元以及桁架单元部件预制成型，并拉至施工现场，待装配；

S2，在现场，将桁架单元部件组合组装形成桁架单元，同时，将基础单元组装形成连接节结构，在现场浇筑塔架基础结构；

S3，将组装成型的连接节结构与风机塔筒装配连接，装配连接完成后采用顶升装置或吊升装置将装配后的结构顶升或吊升，顶升或吊升至大于一个桁架单元的高度后，在连接节结构的下部装配第一个桁架单元；

S4，在装配完成后，继续顶升或吊升至大于一个桁架单元高度，在第一个桁架单元的下方装配第二个桁架单元，重复上述动作依次将桁架单元装配完毕；

S5，待桁架单元由上至下装配完成后，在顶升装置或吊升的装置的作用下，调整桁架结构的高度，将位于最下方的桁架单元的底部连接法兰与塔架基础结构的连接法兰进行装配连接，从而完成风电机组桁架的装配。

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