CN203685490U - 一种风力发电机组塔筒 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风力发电机组塔筒，旨在解决现有风力发电机组存在防腐维护成本高、安装成本高的缺点，提供防腐性能高、运输和安装方便、力学性能优异的一种风力发电机组塔筒。包括钢内管、混凝土内芯、复合材料外管，混凝土内芯位于塔筒外侧的复合材料外管和塔筒内测的钢内管之间。复合材料外管由一段以上复合材料管连接而成，所述的钢内管由一段以上钢管连接而成。混凝土具有优越的抗压性能，因此本实用新型所述的风力发电机组塔筒的力学性能优良；复合材料外管和钢内管分节段的复合材料管和钢管连接制作而成，运输方便，浇铸混凝土内芯，施工方便、快捷；复合材料外管具有优良的耐腐蚀性能，从而节约了塔筒的防腐维护成本。

Description

一种风力发电机组塔筒

技术领域

本实用新型涉及风力发电设备领域，更具体地说，关于一种风力发电机组塔筒。

背景技术

风力发电机主要由风力发电机主机、叶片、塔筒组成。对于大型风力机的塔筒，通常采用钢材料制造，钢材料的防腐性能较差，需要对其外表面喷漆防腐处理，而且经过几年的现场运行后，塔筒表面油漆会剥离脱落，导致塔筒外壳生锈，一般风力发电机的设计和使用寿命为20年，因此在使用寿命内，需要多次清除塔架表面的铁锈、补油漆等防腐处理，由于风力发电机的塔架高度原因，使得防腐维护成本非常昂贵。此外，风力发电机朝着功率大型化方向发展，意味着叶片尺寸也朝着大型化发展，这就意味着塔筒在尺寸上、重量上和载荷上也朝着大型化发展。从而导致塔筒的运输和安装更加困难，导致风机安装成本很高，甚至在偏远地区因运输受限而无法安装。

专利CN102269136A公开了一种由钢外管、钢内管和填充在之间的混凝土组成，解决了塔筒的制造成本的问题。但缺点在于：1)没有解决塔筒的防腐问题，仍存在防腐维护成本仍然偏高的问题；2)如果塔筒载荷进一步增大，这就需要壁厚较厚的钢管以提供给混凝土足够的紧箍力，从而导致钢材使用量仍然偏多，仍存在安装成本高的问题。

专利CN101725474A公开了一种钢筋混凝土预制风力发电塔筒，解决了风力发电存在的制造和安装成本高、维修难的问题，但缺点在于：混凝土结构在风电机组使用中受到复杂应力容易产生裂纹，从而引起钢筋混凝土中的钢筋发生锈蚀，这就严重影响了塔筒的使用性能，降低了塔筒的使用寿命。

专利US2009／0211173A1和CN101539095A公开了一种复合材料风力发电塔筒，其由复合材料外层、夹芯层和复合材料内层组成，解决了运输困难的问题，但缺点在于：大量使用复合材料导致其制造成本高而限制了其使用；此外在使用混凝土夹芯时，混凝土是预制的，因此夹芯层不完整，导致力学性能下降，而且混凝土夹芯质量大从而导致工艺困难。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是解决现有风力发电机组存在防腐维护成本高、安装成本高的缺点，提供防腐性能高、运输和安装方便、力学性能优异的一种风力发电机组塔筒。

为解决上述所提出的技术问题，以下是本发明的技术方案。

风力发电机组塔筒包括复合材料外管、钢内管、混凝土内芯，混凝土内芯位于塔筒外侧的复合材料外管和塔筒内侧的钢内管之间。

为方便运输，所述的复合材料外管由一段以上复合材料管连接而成。复合材料管之间的连接结构采用法兰连接或直接对接。采用法兰连接的结构是在复合材料管端面设置沿管内侧径向凸缘的法兰，法兰上设有通孔，然后采用销钉或螺栓实现连接；采用直接对接的结构是直接将两个复合材料管的端面对接，在复合材料管内侧加装横跨复合材料端面对接处的连接板，连接板分别与两个复合材料管通过螺栓连接。

为方便运输，所述的钢内管由一段以上钢管连接而成，钢管端面外侧设有法兰，法兰上设有通孔，并通过销钉或螺栓连接。

为安装方便，混凝土内芯采用风电场塔筒安装处现场浇铸的方式制造的混泥土材料。

为进一步提高塔筒刚度，所述的混凝土内芯中沿塔筒高度设置有钢筋4。

所述的复合材料外管1的壁厚为3mm～50mm，钢内管的壁厚为3mm～20mm，混凝土内芯的壁厚为30～80mm，在同一塔筒中复合材料外管1的壁厚大于钢内管2的壁厚。

本实用新型的制造方法为以下步骤：

1)应用纤维缠绕工艺加工成型端面设置沿管内侧径向凸缘法兰的复合材料管，应用钢板卷焊工艺制造端面外侧设有法兰的钢管，并将制作好的复合材料管和钢管运输到风电场的塔筒安装处；

2)将塔筒底段的钢管和塔筒安装基础固定连接，然后在塔筒底段的钢管外部布置钢筋，在钢筋外部套上复合材料管，并将复合材料管和塔筒安装基础固定连接；

3)在塔筒底段的钢管和塔筒底段的复合材料管之间灌注混凝土；

4)在上述塔筒底段的基础上安装第二段钢管，安装并拧紧螺栓，布置钢筋，安装第二段复合材料管，安装并拧紧螺栓，再灌注混凝土；

5)按步骤4)制作直到塔筒顶端；

6)混凝土凝固，即完成了风力发电机组塔筒的制造。

本实用新型的有益效果在于：(1)本发明中的复合材料外管又和钢内管一起对混凝土形成三向约束，从而提高了塔筒的延性；复合材料外管的环向刚度远大于其纵向刚度，不存在屈曲问题，钢管的向外屈曲变形则被混凝土所限制；混凝土具有优越的抗压性能，因此本发明结构风力发电机组塔筒的力学性能优良；(2)复合材料外管和钢内管分节段的复合材料管和钢管连接制作而成，运输方便，同时复合材料外管和钢内管作为施工时浇铸混凝土的模板，施工方便、快捷；(3)本发明中的复合材料外管具有优良的耐腐蚀性能，因此风力发电机组塔筒具有优良的抗腐蚀性能，从而节约了塔筒的防腐维护成本。

附图说明

图1为风力发电机组塔筒的示意图。

图2为风力发电机组塔筒上A-A剖面示意图。

图3为实施例1风力发电机组塔筒连接示意图。

图4为实施例2风力发电机组塔筒连接示意图。

其中，1为复合材料管，2为钢管，3为混凝土内芯，4为钢筋，5为连接复合材料管用螺栓，6为连接钢管用螺栓，7为连接板，8为连接复合材料管用螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型所述的风力发电机组塔筒作进一步的详细说明。

实施例1

如图1和2所示，本发明所述的复合材料结构风力发电机组塔筒，包括复合材料外管1、钢内管2及混凝土内芯3，混凝土内芯3沿塔筒高度设置有钢筋4；复合材料外管1的壁厚为10mm，钢内管2的壁厚为6mm，混凝土的壁厚为40mm，复合材料外管1由三段复合材料管连接而成，复合材料管端面设置沿管内侧径向凸缘的法兰，法兰上设有通孔，并采用连接复合材料管用螺栓5实现复合材料管之间的连接。

钢内管由三段钢管2采用连接而成，钢管端面外侧设有法兰，法兰上设有通孔，并通过连接钢管用螺栓6实现钢管之间的连接。

复合材料外管1之间连接的法兰和钢内管之间连接的法兰均嵌入混凝土内芯3中。

本实施例风力发电机组塔筒的制造方法为：1)首先纤维缠绕工艺加工成型复合材料管，应用卷焊工艺制作钢管，并将制作好的复合材料管和钢管运输到风电场的塔筒安装处；2)将塔筒底段的钢管和塔筒安装基础固定连接，然后在塔筒底段的钢管外部布置钢筋，在钢筋外部套上复合材料管，并将复合材料管和塔筒安装基础固定连接，在塔筒底段的钢管和塔筒底段的复合材料管之间灌注混凝土；3)在上述塔筒底段的基础上安装第二段钢管，安装并拧紧螺栓，均匀布置钢筋，安装第二段复合材料管，安装并拧紧螺栓，再往第二段钢管和第二段复合材料管之间灌注混凝土；4)在上述第二段钢管的基础上安装第三段钢管，安装并拧紧螺栓，均匀布置钢筋，在上述第二段复合材料管安装第三段复合材料管，安装并拧紧螺栓，再第三段钢管往钢管和第三段复合材料管之间灌注混凝土；5)混凝土凝固，即完成了风力发电机组塔筒的制造。

实施例2

本实施例和实施例1不同点在于复合材料外管1和钢内管2分别由五段复合材料管和五段钢管连接而成，复合材料管壁厚为15mm，钢管的壁厚为8mm，混凝土的壁厚为45mm，。复合材料管1的连接方式为对接连接，如图3所示，在复合材料外管和钢内管的对接处管内侧安装连接板7，连接板7与对接的两个复合材料管分别通过两颗连接复合材料管用螺栓8固定连接。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种风力发电机组塔筒，包括钢内管、混凝土内芯，其特征在于，还包括复合材料外管，混凝土内芯位于塔筒外侧的复合材料外管和塔筒内侧的钢内管之间。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组塔筒，其特征在于，所述的混凝土内芯中设置有沿塔筒高度的钢筋。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组塔筒，其特征在于，所述的复合材料外管由一段以上复合材料管连接而成，所述的钢内管由一段以上钢管连接而成。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组塔筒，其特征在于，所述的复合材料管端面设置沿管内侧径向凸缘的法兰，法兰上设有通孔，所述的钢内管由一段以上钢管连接而成，钢管端面外侧设有法兰，法兰上设有通孔。

5.根据权利要求4所述的风力发电机组塔筒，其特征在于，所述的复合材料管之间通过销钉或螺栓连接，所述的钢管之间通过销钉或螺栓连接。

6.根据权利要求3所述的风力发电机组塔筒，其特征在于，复合材料管内侧加装横跨复合材料管端面对接处的连接板，连接板分别与两个复合材料管通过螺栓连接。

7.根据权利要求5所述的风力发电机组塔筒，其特征在于，所述的复合材料管的壁厚为3mm～50mm，钢管的壁厚为3mm～20mm，且在同一塔筒中复合材料管的壁厚大于钢管的壁厚。

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