CN205036512U - 一种预应力混凝土风电塔架体系 - Google Patents

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张国军
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Abstract

本实用新型公开了一种预应力混凝土风电塔架体系，其塔架主体的上端连接风力发电机，所述塔架主体由位于下部的混凝土塔筒和位于上部的钢塔段套接而成，所述塔架主体由预应力拉索拉结固定；所述预应力拉索有设置在下部混凝土塔筒内部的竖向预应力束和设置在下部混凝土塔筒外部的斜向预应力拉索；竖向预应力束与斜向预应力拉索的上端均锚固于上部钢塔段底部法兰上，斜向预应力拉索的下端与抗拔基础固定连接，竖向预应力束的下端与混凝土塔筒的底座锚固连接。采用本实用新型的风电塔架体系，可最大限度的简化模板工程，降低塔架结构的模板费用；并在工厂预制阶段的预制工作可以大幅度简化，增加工厂预制效率。

Description

一种预应力混凝土风电塔架体系
技术领域
本实用新型涉及一种风电塔架体系，特别涉及一种预应力混凝土风电塔架体系。
背景技术
风力发电塔架属于塔桅结构，塔架结构本身高宽比很大，结构的截面以受弯承载力控制，塔架越高塔底弯矩越大，塔架截面也越大。当风力发电设备应用于低风速地区时，为了获得稳定可靠地风力资源，就需要更高的塔架结构。目前的钢塔架由于造价及刚度问题，不适合100m以上的风力发电塔架结构，对于此类较高的塔架结构目前均采用上部采用钢结构下部采用预应力混凝土的混合塔架结构，或者风力发电塔架整体都采用预应力混凝土。由于塔架较高造成底部需要巨大的混凝土截面，给塔架结构的制作及安装带来很多问题。
现有的预应力混凝土塔架，在底部截面往往需要很大的截面尺寸才能满足塔架底部弯矩的承载力需求。因此不论是在工厂预制还是现场浇筑的预应力混凝土塔架，都会因为底部截面的巨大尺寸而产生诸多运输问题。
现有的塔架结构，不论是钢制塔架还是预应力混凝土塔架，其下部截面均为渐变，越接近地面的部位截面尺寸越大。由于每一节段的尺寸都不相同，无论在工厂预制或现场浇筑混凝土塔架，都需要制作多中规格的模板、多种规格的钢筋骨架。同样由于节段较多，每一节段都有需要预制场地导致预制厂对空间的需求很大。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种预应力混凝土风电塔架体系，要解决塔架结构的受力性能的技术问题；使用沿塔架周边均匀布置的发散状预应力拉索来平衡风力发电机组对塔架结构产生的弯矩，减小塔架结构下部承受的弯矩荷载。
本实用新型的目的是提供一种预应力混凝土风电塔架体系，要解决塔架生产的技术问题，通过应用本实用新型的技术，可以将风力发电机组对塔架结构底部产生的巨大弯矩荷载分散出去，从而可以在风力发电塔架结构下部采用相同的截面尺寸，在工厂预制或现场浇筑混凝土塔架就可以均采用同样规格的一套模板就可以生产全部塔架，从而大大减小塔架结构的生产问题，大大减小塔架结构的模板费用，节省塔架结构的成本。
为实现上述目的，本实用新型公开了一种预应力混凝土风电塔架体系，其塔架主体的上端连接风力发电机，所述塔架主体由位于下部的混凝土塔筒和位于上部的钢塔段套接而成，所述塔架主体由预应力拉索拉结固定。
所述预应力拉索有设置在下部混凝土塔筒内部的竖向预应力束和设置在下部混凝土塔筒外部的斜向预应力拉索。
竖向预应力束与斜向预应力拉索的上端均锚固于上部钢塔段底部法兰上，斜向预应力拉索的下端与抗拔基础固定连接，竖向预应力束的下端与混凝土塔筒的底座锚固连接。
所述竖向预应力束的数量不少于3根，围绕混凝土塔筒的内壁均匀分布，每根竖向预应力束平行于混凝土塔筒内壁。
所述斜向预应力拉索的数量不少于3根，围绕混凝土塔筒外侧周边呈发散状均匀布置，所有斜向预应力拉索与水平面的夹角相同，角度范围是40°～80°。
所述斜向预应力拉索的底端距离混凝土塔筒底端的距离不超过风力发电机的叶片半径。
所述钢塔段底部法兰上有穿过锚固竖向预应力束的紧固件的穿孔，钢塔段底部法兰的侧面是连接斜向预应力拉索的法兰外侧耳板。
所述斜向预应力拉索的端部锚固于钢塔段底部法兰上的法兰外侧耳板。
所述混凝土塔筒为等径圆筒或不等径圆锥筒。
与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：
采用本实用新型的技术后，塔架结构下部预应力混凝土部分可以采用相同的截面。不论是在工厂预制还是在现场浇筑，都可以最大限度的简化模板工程，降低塔架结构的模板费用。由于下部塔架结构采用统一截面，因此在工厂预制阶段的预制工作可以大幅度简化，增加工厂预制效率。
由于外部预应力束分散了下部塔架的弯矩，因此下部塔架可以采用更小的截面，节省塔架造价；同时由于塔架的截面变小，预制过程中可以将塔架只在竖向分段，而不进行环向分片；如此现场不需再进行将塔架环片拼装为塔架整环节段的拼装工作，使现场拼装工作更为简单。由预制厂到现场运输过程中，不需再进行环段分片的运输，可以直接进行环段整体的运输；而且塔架结构由于截面变小，整个塔架的总重量将大幅减小，从而节省运输费用。
由于下部塔架的弯矩大幅减小，塔架基础不再需要抵抗很大的倾覆弯矩，故可以将此基础大幅减小，从而大幅节省塔架基础造价。
与预应力束全部布置在塔架内部的预应力混凝土塔架相比，本实用新型中采用的预应力束在塔架底部分散的半径更大，所形成的预应力工作截面更大，工作效率更高，相对于同样的塔架底部弯矩，可以采用更少的预应力钢束。因此本实用新型可以节省预应力分项的工程造价。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的下部混凝土塔筒的俯视结构示意图。
图3是本实用新型的预应力拉索的锚固节点结构示意图。
附图标记：1－斜向预应力拉索、2－混凝土塔筒、3－竖向预应力束、4－钢塔段、5－抗拔基础、6－钢塔段底部法兰、7-风力发电机、8-法兰外侧耳板。
具体实施方式
如图1所示，这种预应力混凝土风电塔架体系，其塔架主体的上端连接风力发电机7，其特征在于，所述塔架主体由位于下部的混凝土塔筒2和位于上部的钢塔段4套接而成，所述塔架主体由预应力拉索拉结固定；所述预应力拉索有设置在下部混凝土塔筒2内部的竖向预应力束3和设置在下部混凝土塔筒2外部的斜向预应力拉索1；竖向预应力束3与斜向预应力拉索1的上端均锚固于上部钢塔段底部法兰6上，斜向预应力拉索1的下端与抗拔基础5固定连接，竖向预应力束3的下端与混凝土塔筒2的底座锚固连接。
参见图2所示，所述竖向预应力束3的数量不少于3根，围绕混凝土塔筒2的内壁均匀分布，每根竖向预应力束3平行于混凝土塔筒2内壁；所述斜向预应力拉索1的数量不少于3根，围绕混凝土塔筒2外侧周边呈发散状均匀布置，所有斜向预应力拉索1与水平面的夹角相同，角度范围是40°～80°；所述斜向预应力拉索1的底端距离混凝土塔筒2底端的距离不超过风力发电机7的叶片半径。
参见图3所示，所述钢塔段底部法兰6上有穿过锚固竖向预应力束3的紧固件的穿孔，钢塔段底部法兰6的侧面是连接斜向预应力拉索1的法兰外侧耳板8；所述斜向预应力拉索1的端部锚固于钢塔段底部法兰6上的法兰外侧耳板8。
所述混凝土塔筒2为等径圆筒或不等径圆锥筒，为了便于预制工厂采用统一规格模具进行预制并方便现场装配施工，可以设计为等截面圆筒。
一种如所述的预应力混凝土风电塔架体系的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，根据力学计算竖向预应力束3的数量以及斜向预应力拉索1的数量和与地面的夹角：具体采用的布置方案，包括竖向夹角及预应力束数量可根据力学计算确定，拉索数量及夹角的确定标准为平衡风力发电机组产生的水平力，阻止水平力对下部塔架结构产生弯矩。由于预应力束与塔架中轴线有夹角，在预应力束平衡水平力的同时，可以产生下压力，此下压力可以增加下部混凝土塔架截面内的压应力，从而抵消一部分上部塔架传递到下部塔架的弯矩产生的拉应力，此例中，以10束斜向预应力拉索1和20束竖向预应力束3为例。
步骤二，预制混凝土塔筒2以及钢塔段4：将下部混凝土塔筒设计为等截面圆筒，以便预制工厂采用统一规格模具进行预制，并方便现场装配施工，最大限度的节约建造成本。
步骤三，将预制好的混凝土塔筒2以及钢塔段4运至施工现场。
步骤四，将混凝土塔筒2通过底座与地面固定连接。
步骤五，根据确定的方案，在混凝土塔筒2底部周围、后期斜向预应力拉索1与地面相交位置均匀设置抗拔基础5：抗拔基础可根据场地条件设置抗拔桩、预应力抗拔桩、锚定等。
步骤六，将钢塔段4吊装至设计标高，钢塔段4的底部焊接有钢塔段底部法兰6，并将竖向预应力束3锚固安装于钢塔段底部法兰6上，斜向预应力拉索1锚固安装于钢塔段底部法兰6外侧的法兰外侧耳板8上。
步骤七，将竖向预应力束3的末端与混凝土塔筒的底座锚固固定，完成混凝土塔筒2内侧的20束竖向预应力束3的张拉安装：此竖向预应力束平行于混凝土塔筒2的内壁，用以承担外部发散状斜向预应力拉索1未平衡的上部塔架传递下来的弯矩。
步骤八，将斜向预应力拉索1的末端与抗拔基础5锚固固定，完成混凝土塔筒2外侧的10束斜向预应力拉索1的张拉安装：斜向预应力拉索1要在风力发电塔架叶片半径一下设置，各束斜向预应力拉索1沿塔架周边向外发散、均匀布置，所有向外发散的斜向预应力拉索1在竖直平面内都和塔架中轴线间设置相同的平面夹角。
步骤七和步骤八中所述的斜向预应力拉索1和竖向预应力束3共同锚固于上部钢塔段底部专用法兰上，斜向预应力拉索1锚固于钢塔段底部专用法兰外侧耳板8上，塔筒内部竖向预应力束3锚固于钢塔段底部专用法兰内侧上方，这样避免两种预应力束分别在混凝土塔筒顶部锚固造成的空间紧张，同时避免了混凝土塔筒2的顶部受力过于复杂，保证混凝土在工作过程中仅承受压力作用，竖向预应力束3和斜向预应力拉索1共同作用，利用两者再竖直方向上的力将钢塔段底部法兰6压接在混凝土段的顶面上，相对来说，这个竖向合力会很大，以达到连接混凝土塔筒与钢塔段4的目的。
步骤九，在钢塔段4的顶部连接安装风力发电机7，至此，完成预应力混凝土风电塔架体系施工。

Claims (7)

1.一种预应力混凝土风电塔架体系，其塔架主体的上端连接风力发电机(7)，其特征在于，所述塔架主体由位于下部的混凝土塔筒（2）和位于上部的钢塔段（4）套接而成，所述塔架主体由预应力拉索拉结固定；
所述预应力拉索有设置在下部混凝土塔筒（2）内部的竖向预应力束（3）和设置在下部混凝土塔筒（2）外部的斜向预应力拉索（1）；
竖向预应力束（3）与斜向预应力拉索（1）的上端均锚固于上部钢塔段底部法兰（6）上，斜向预应力拉索（1）的下端与抗拔基础（5）固定连接，竖向预应力束（3）的下端与混凝土塔筒（2）的底座锚固连接。
2.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土风电塔架体系，其特征在于：所述竖向预应力束（3）至少有3根，围绕混凝土塔筒（2）的内壁均匀分布，每根竖向预应力束（3）平行于混凝土塔筒（2）内壁。
3.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土风电塔架体系，其特征在于：所述斜向预应力拉索（1）至少有3根，围绕混凝土塔筒（2）外侧周边呈发散状均匀布置，所有斜向预应力拉索（1）与水平面的夹角相同，角度范围是40°～80°。
4.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土风电塔架体系，其特征在于：所述斜向预应力拉索（1）的底端距离混凝土塔筒（2）底端的距离不超过风力发电机(7)的叶片半径。
5.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土风电塔架体系，其特征在于：所述钢塔段底部法兰（6）上有穿过锚固竖向预应力束（3）的紧固件的穿孔，钢塔段底部法兰（6）的侧面是连接斜向预应力拉索（1）的法兰外侧耳板（8）。
6.根据权利要求4所述的一种预应力混凝土风电塔架体系，其特征在于：所述斜向预应力拉索（1）的端部锚固于钢塔段底部法兰（6）上的法兰外侧耳板（8）。
7.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土风电塔架体系，其特征在于：所述混凝土塔筒（2）为等径圆筒或不等径圆锥筒。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105179183A (zh) * 2015-09-11 2015-12-23 中国航空规划设计研究总院有限公司 一种预应力混凝土风电塔架体系及其施工方法
CN106768960A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 北京金风科创风电设备有限公司 载荷加载装置及载荷加载方法

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