CN212563536U - 可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，包括筒节本体和预应力锚栓组件；预应力锚栓组件包括间隔预留在筒节本体内的若干个预应力锚栓孔（2）、预应力筋孔（3）和圆柱孔（9），预埋在筒节本体顶部的上法兰（5），预埋在筒节本体内的下法兰（6），若干根预应力锚栓（7），以及间隔设置在下法兰底面上的若干个第一固定件（8）。下方混凝土筒节的预应力筋插入预应力筋孔，上方钢筒节通过预应力锚栓固定在筒节本体上。本实用新型能实现混凝土塔筒过渡段筒节的分片预制，且筒片拼接的受力性能能满足设计要求，降低制作和运输成本；同时能更换预应力锚栓，使风机能始终保持以设计功率运转，确保风电塔筒的长期安全运行。

Description

可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节

技术领域

本实用新型涉及一种混凝土风力发电机组塔筒，尤其涉及一种可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节。

背景技术

风力发电作为一种清洁能源技术，在我国风资源较好的“三北”区域得到了广泛的应用。随着“三北”区域开发日趋饱和，风力发电正向内陆区域发展。由于内陆区域风速较低，同时风力发电机组的功率日益增大，使得风轮的直径越来越大，塔筒的高度也越来越高，目前，国内陆上风力发电机组的塔筒高度已经达到120-160m。

随着塔筒的增高，传统的钢塔筒刚度较低，塔筒易于产生共振，进而导致破坏。目前，下部混凝土塔筒、上部钢塔筒的钢混混合塔筒结构体系得到了深入的研究和广泛的应用，可有效的提高塔筒的刚度，确保塔筒避免产生共振。过渡段即为连接混凝土塔筒顶部与钢塔筒底部的过渡部分，其不仅作为下部混凝土塔筒预应力筋的锚固端，同时也是上部钢塔筒预应力锚栓的锚固端，其受力极其复杂。过渡段筒节通常为混凝土整节预制结构，但由于整个筒节的体积和重量均较大，不仅制造过程复杂，制造成本高，且存在运输超限的问题，运输成本高且安全隐患大。

现有技术的混凝土过渡段筒节中，用于连接钢塔筒和混凝土塔筒的预应力锚栓通常预埋在过渡段筒节中，在过渡段吊装完成后，调节过渡段顶面的水平度，待其符合要求后，再吊装钢筒段，吊装完成后，按要求拧紧螺栓，并施加规定的预应力。但风力发电机组的使用寿命长，需要达到20年左右，受力疲劳、雨水等环境因素导致腐蚀、制造质量因素等原因都可能导致部分甚至全部预应力锚栓的失效，由于预埋式的预应力锚栓无法更换，只能通过降低风机的功率来减小塔筒的受力，使未失效的预应力锚栓能满足机组的安全发电要求，导致机组的发电效率越来越低，且存在较大的安全隐患。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，能实现混凝土塔筒过渡段筒节的分片预制，且筒片拼接的受力性能能满足设计要求；同时能更换预应力锚栓，使过渡段筒节能确保风电塔筒的长期安全运行。

本实用新型是这样实现的：

一种可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，包括筒节本体和预应力锚栓组件；预应力锚栓组件包括间隔预留在筒节本体内的若干个预应力锚栓孔、预应力筋孔和圆柱孔，预埋在筒节本体顶部的上法兰，预埋在筒节本体内的下法兰，若干根预应力锚栓，以及间隔设置在下法兰底面上的若干个第一固定件；预应力筋孔为通孔结构，使预应力筋能通过预应力筋孔纵向贯穿节本体，下方的混凝土筒节的预应力筋对应插入在预应力筋孔内；预应力锚栓孔为盲孔结构并竖直向上贯穿筒节本体的顶面，上法兰上间隔设有若干个与预应力锚栓孔上端对应连通的上通孔，下法兰上间隔设有若干个下通孔，且下通孔的上端与预应力锚栓孔对应连通，下通孔的下端与圆柱孔对应连通；第一固定件位于圆柱孔内，使若干根预应力锚栓对应插入在若干个预应力锚栓孔内时，预应力锚栓的下端贯穿下法兰的下通孔并能在圆柱孔内与第一固定件活动连接，预应力锚栓的上端贯穿上法兰的上通孔并能通过第二固定件与上方的钢塔筒筒节固定连接。

所述的筒节本体由若干片弧面结构的筒片通过拼接组件依次拼接构成；拼接组件包括灌浆孔、键槽和钢筋，灌浆孔和键槽均位于筒片的两端拼接面上，且灌浆孔和键槽贯穿筒片的拼接面，灌浆孔的上端贯穿筒片的顶面，灌浆孔的下端与键槽的上端连通；若干根钢筋的一端分别沿键槽的高度方向间隔设置在键槽内，若干根钢筋的另一端分别插入在相邻筒片的键槽内。

所述的钢筋为U形结构，钢筋的开口端固定在键槽内，钢筋的闭口端延伸到键槽的外部，且钢筋延伸到键槽外部的长度小于键槽的深度。

所述的上法兰的截面为L形结构，上法兰的水平段沿筒节本体的顶面边缘处预埋，上法兰的竖直段沿筒节本体的外壁顶部边缘处预埋；上法兰的水平段宽度不小于连接在上法兰上的上部的钢塔筒的法兰宽度。

所述的下法兰的顶面上间隔设有若干个第三固定件，第三固定件与下通孔同轴连通并与预应力锚栓活动连接。

所述的若干个上通孔所在的分度圆直径、若干个下通孔所在的分度圆直径、若干根预应力锚栓所在的分度圆直径和若干个预应力锚栓孔所在的分度圆直径均相同；若干个预应力筋孔所在的分度圆直径小于若干个预应力锚栓孔所在的分度圆直径。

所述的若干个预应力锚栓孔沿筒节本体的环向均匀布置，预应力锚栓孔的高度小于预应力锚栓的长度，预应力锚栓孔的孔径大于预应力锚栓的直径。

所述的预应力筋孔沿筒节本体的环向等间隔设置或沿筒节本体的环向分组均布，预应力筋孔的轴向与筒节本体的外壁平行，且预应力筋孔的下端贯穿筒节本体的过渡面。

所述的预应力锚栓的下端低于第一固定件的底面。

所述的预应力锚栓孔、预应力锚栓、下法兰的下通孔、上法兰的上通孔、圆柱孔、第一固定件、第二固定件、第三固定件的数量一致。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本实用新型由于采用了分片预制的过渡段筒节结构，降低了制造和运输的难度及成本，分片式的筒片通过相邻拼接面之间灌浆和U形钢筋的对插结构，能确保拼接处力学性能良好，从而保证过渡段筒节的整体受力性能。

2、本实用新型将用于连接上部钢塔筒的预应力锚栓孔设计在用于连接下部混凝土塔筒的预应力筋孔的外侧，预应力锚栓孔与预应力筋孔互不干涉，简化了制作和吊装的程序和难度。

3、本实用新型的预应力锚栓能通过三个固定件固定在过渡段筒节和上方的钢塔筒之间，预应力锚栓与固定件通过螺纹旋接的方式方便拆装，从而便于更换风机运行过程中由于疲劳、腐蚀等原因导致失效的预应力锚栓，确保风机运行过程的安全性，使风机能始终在设计的功率下运转，避免由于预应力锚栓的失效导致的功率损失，保证风机的寿命周期。

本实用新型能实现混凝土塔筒过渡段筒节的分片预制，且筒片拼接的受力性能能满足设计要求，降低制作和运输成本；同时能更换预应力锚栓，使风机能始终保持以设计功率运转，确保风电塔筒的长期安全运行。

附图说明

图1是本实用新型可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节中筒片的立体图；

图2是本实用新型可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节中筒片的局部剖面图；

图3是本实用新型可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节中预应力锚栓的布置示意图；

图4是图3的局部放大图；

图5是本实用新型可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节的立体图；

图6是图5的俯视图。

图中，1筒片，101过渡面，102键槽，103钢筋，2预应力锚栓孔，3预应力筋孔，4灌浆孔，5上法兰，6下法兰，7预应力锚栓，8第一固定件，9圆柱孔，10第二固定件，11第三固定件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

请参见附图5及附图6，一种可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，包括筒节本体和预应力锚栓组件；请参见附图1至附图4，预应力锚栓组件包括间隔预留在筒节本体内的若干个预应力锚栓孔2、预应力筋孔3和圆柱孔9，预埋在筒节本体顶部的上法兰5，预埋在筒节本体内的下法兰6，若干根预应力锚栓7，以及间隔设置在下法兰6底面上的若干个第一固定件8；预应力筋孔3为通孔结构，使预应力筋能通过预应力筋孔3纵向贯穿节本体，下方的混凝土筒节的预应力筋对应插入在预应力筋孔3内；预应力锚栓孔2为盲孔结构并竖直向上贯穿筒节本体的顶面，上法兰5上间隔设有若干个与预应力锚栓孔2上端对应连通的上通孔，下法兰6上间隔设有若干个下通孔，且下通孔的上端与预应力锚栓孔2对应连通，下通孔的下端与圆柱孔9对应连通；第一固定件8位于圆柱孔9内，使若干根预应力锚栓7对应插入在若干个预应力锚栓孔2内时，预应力锚栓7的下端贯穿下法兰6的下通孔后能在圆柱孔9内与第一固定件8活动连接，预应力锚栓7的上端贯穿上法兰5的上通孔后能通过第二固定件10与上方的钢塔筒筒节固定连接。

所述的上法兰5的截面为L形结构，可采用两块钢板焊接形成一体结构的上法兰5，上法兰5的水平段沿筒节本体的顶面边缘处预埋，上法兰5的竖直段沿筒节本体的外壁顶部边缘处预埋，通过上法兰5确保筒节本体与上方的钢塔筒之间的连接稳定性和可靠性。

所述的上法兰5的水平段宽度不小于连接在上法兰5上的上部的钢塔筒的法兰宽度，确保过渡段筒节与钢塔筒筒节的连接。优选的，上法兰5的水平段的厚度为40mm，所述的上法兰5的竖直段的厚度为40mm，高度为200-400mm。

所述的下法兰6的顶面上间隔设有若干个第三固定件11，第三固定件11与下通孔同轴连通并与预应力锚栓7活动连接，可用于定位预应力锚栓7，防止预应力锚栓7下沉。

优选的，所述的下法兰6的宽度为200-300mm，厚度为60-80mm，下法兰6与筒节本体底面的距离为1-2m。

所述的若干个上通孔所在的分度圆直径、若干个下通孔所在的分度圆直径、若干根预应力锚栓7所在的分度圆直径和若干个预应力锚栓孔2所在的分度圆直径均相同，确保预应力锚栓7相互平行并均匀分布在上法兰5和下法兰6之间。

所述的上通孔和下通孔的孔径相当，且上通孔和下通孔的孔径略大于预应力锚栓7的直径，优选的，上通孔和下通孔的孔径比预应力锚栓7的直径大1mm。

所述的若干个预应力锚栓孔2沿筒节本体的环向均匀布置。

所述的预应力锚栓孔2的高度小于预应力锚栓7的长度，预应力锚栓孔2的孔径略大于预应力锚栓7的直径，优选的，预应力锚栓孔2的孔径比预应力锚栓7的直径大5mm，预应力锚栓孔2的高度为1-2m。

所述的预应力锚栓孔2、预应力锚栓7、下法兰6的下通孔、上法兰5的上通孔、圆柱孔9、第一固定件8、第二固定件10、第三固定件11的数量一致。

优选的，筒节本体的上部厚度为700-800mm，底部厚度为250-350mm，筒节本体的高度为2-3m。筒节本体的下部内侧设有斜面结构的过渡面101，使筒节本体的厚度从上部的700-800mm过渡至底部的250-350mm。

所述的筒节本体为一体结构，可由混凝土一体浇筑成型。但为了避免运输超限，可分片制作筒节本体，所述的筒节本体由若干片弧面结构的筒片1通过拼接组件依次拼接构成；拼接组件包括灌浆孔4、键槽102和钢筋103，灌浆孔4和键槽均位于筒片1的两端拼接面上，且灌浆孔4和键槽102贯穿筒片1的拼接面，灌浆孔4的上端贯穿筒片1的顶面，灌浆孔4的下端与键槽102的上端连通；若干根钢筋103的一端分别沿键槽102的高度方向间隔设置在键槽102内，若干根钢筋103的另一端分别插入在相邻筒片1的键槽102内，用于提高灌浆连接部位的强度。

优选的，所述的灌浆孔4的半径为5-10cm，深度为20-50cm。

优选的，所述的键槽102的外侧（即靠近筒节本体外壁方向）高度为1.5-2m，外侧宽度为300-400mm，内侧（即靠近筒节本体内壁方向）高度为1.4-1.9m，内侧宽度为200-300mm，键槽102沿筒节本体环向的深度为0.2-0.4m。

所述的钢筋103为U形结构，钢筋103的开口端固定在键槽102内，钢筋103的闭口端延伸到键槽102的外部，且钢筋103延伸到键槽102外部的长度小于键槽102的深度，相邻两片筒片1内的若干根钢筋103交错设置，优选的，相邻两根钢筋103的设置间距为100-200mm。

所述的预应力筋孔3沿筒节本体的环向等间隔设置或沿筒节本体的环向分组均布，预应力筋孔3的轴向与筒节本体的外壁平行，且预应力筋孔3的下端贯穿筒节本体的过渡面101，预应力筋孔3的数量可根据下方的混凝土塔筒的预应力筋数量确定，优选的，预应力筋孔3的数量为12-20个，预应力筋孔3的孔径一般为预应力筋的直径的1.5-2倍。

所述的若干个预应力筋孔3所在的分度圆直径小于若干个预应力锚栓孔2所在的分度圆直径，即预应力筋孔3位于预应力锚栓孔2的内侧，两者互不干涉，确保过渡段筒节的上部钢塔筒连接和下部混凝土塔筒连接的稳定性。

所述的预应力锚栓7的下端低于第一固定件8的底面，优选的，预应力锚栓7的下端露出第一固定件8的底面的长度为2-5个丝牙，防止预应力锚栓7松脱。

所述的圆柱孔9的尺寸大于第一固定件8的尺寸，优选的，圆柱孔9的直径为10-15cm，高度为10-15cm，确保第一固定件8能置于圆柱孔9内，且预应力锚栓7能露出第一固定件8的底面。

实施例1：

过渡段塔筒的筒节本体由两片半圆环形的筒片1拼接构成，两片筒片1由混凝土预制制成，筒节本体的顶面外径为4.5m，顶面内径为3m，底面外径为4.6m，底面内径为4m，高度为2.5m。筒片1的顶面厚度为750mm，底面厚度为300mm，过渡面101的高度为0.5m。

每片筒片1内均预留45个预应力锚栓孔2，预应力锚栓孔2沿筒片1的环向均匀设置并靠近筒片1的外壁，预应力锚栓孔2的孔径为53mm，高度为1.5m。

每片筒片1内均预留8个预应力筋孔3，16个预应力筋孔3沿筒节本体的环向分成四组，四组预应力筋孔3靠近筒片1的内壁均匀设置，预应力筋孔3的孔径为200mm。预应力筋孔3的轴向与筒片1的外壁平行，且预应力筋孔3的下端贯穿过渡面101。

采用厚度为60mm、宽度为350mm的水平弧形钢板和厚度为40mm高度为250mm的竖直弧形钢板焊接成截面为L形的半圆环形上法兰5，上法兰5上均匀设置45个上通孔，45个上通孔所在的分度圆直径为4.3m，上通孔的孔径为49mm。上法兰5预埋在筒片1的顶面和外壁顶部。

采用厚度为80mm、宽度为250mm的半圆环形钢板制成下法兰6，下法兰6的预埋位置为距离筒片1底面1.2m高度处，下法兰6上均匀设置45个下通孔，45个下通孔所在的分度圆直径为4.3m，下通孔的孔径为49mm。筒片1内对应45个下通孔的位置对应预留45个直径为12cm、高度为10cm的圆柱孔9。

每片筒片1的两端拼接面上预留半径为5cm、深度为25cm的半圆形灌浆,4，每片筒片1的两端拼接面上预留与灌浆孔4连通的键槽102，键槽102的外侧高度为1.6m、外侧宽度为300mm、内侧高度为1.5m、内侧宽度为200mm、深度为0.2-0.4m。键槽102内沿高度方向每间隔150mm设置一根U形的钢筋103。

第一固定件8、第二固定件10和第三固定件11可采用与预应力锚栓7相匹配的螺母。在筒片1浇筑前，预先将第一固定件8焊接在下法兰6的底面，且第一固定件8的螺母中心与下通孔中心重合。筒片1浇筑后，将45根预应力锚栓7分别对应插入45个预应力锚栓孔2内，预应力锚栓7的下端贯穿下通孔时分别与第一固定件8和第三固定件11通过螺纹匹配旋接，预应力锚栓7的下端位于圆柱孔9内并露出第一固定件8底面2-5个丝牙。在预应力锚栓7受力时，通过第一固定件8将预应力锚栓7的轴力传递给下法兰6，进而传递给筒片1；第三固定件11可用于定位预应力锚栓7，避免预应力锚栓7下沉。

筒片1运输至现场后在专用拼装平台上完成初步拼装后，在相邻两片筒片1相贴合的拼接面上，两个半圆形的灌浆孔4拼接成圆柱形孔，两个键槽102拼接成柱状孔，若干根钢筋103交错插接在柱状孔内，在圆柱形孔和柱状孔内浇筑高强灌浆料，并振捣密实，确保拼接部位的强度，待养护完成后，即可进行上部钢塔筒的吊装。

上部钢塔筒吊装时，将钢塔筒底面法兰上预留的锚栓孔对准筒节上的预应力锚栓7，使插入预应力锚栓7的上端插入钢塔筒底部的锚栓孔内，对预应力锚栓7施加规定的预应力并拧紧第二固定件10即可，位于上法兰5的顶面上。

在使用过程中如发现某些预应力锚栓7出现疲劳裂纹、腐蚀等状况后，卸下第二固定件10，反向旋转该预应力锚栓7并将其取出，由于上法兰5、下法兰6和预应力锚栓7均为钢制结构，通过螺纹和固定件实现连接，能够快速实现拆装，从而能预应力锚栓7。换上新的预应力锚栓7，将新的预应力锚栓7拧进去，对新的预应力锚栓7施加规定的预应力并拧紧第二固定件10，完成预应力锚栓7的更换。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，其特征是：包括筒节本体和预应力锚栓组件；预应力锚栓组件包括间隔预留在筒节本体内的若干个预应力锚栓孔（2）、预应力筋孔（3）和圆柱孔（9），预埋在筒节本体顶部的上法兰（5），预埋在筒节本体内的下法兰（6），若干根预应力锚栓（7），以及间隔设置在下法兰（6）底面上的若干个第一固定件（8）；预应力筋孔（3）为通孔结构，使预应力筋能通过预应力筋孔（3）纵向贯穿节本体，下方的混凝土筒节的预应力筋对应插入在预应力筋孔（3）内；预应力锚栓孔（2）为盲孔结构并竖直向上贯穿筒节本体的顶面，上法兰（5）上间隔设有若干个与预应力锚栓孔（2）上端对应连通的上通孔，下法兰（6）上间隔设有若干个下通孔，且下通孔的上端与预应力锚栓孔（2）对应连通，下通孔的下端与圆柱孔（9）对应连通；第一固定件（8）位于圆柱孔（9）内，使若干根预应力锚栓（7）对应插入在若干个预应力锚栓孔（2）内时，预应力锚栓（7）的下端贯穿下法兰（6）的下通孔并能在圆柱孔（9）内与第一固定件（8）活动连接，预应力锚栓（7）的上端贯穿上法兰（5）的上通孔并能通过第二固定件（10）与上方的钢塔筒筒节固定连接。

2.根据权利要求1所述的可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，其特征是：所述的筒节本体由若干片弧面结构的筒片（1）通过拼接组件依次拼接构成；拼接组件包括灌浆孔（4）、键槽（102）和钢筋（103），灌浆孔（4）和键槽均位于筒片（1）的两端拼接面上，且灌浆孔（4）和键槽（102）贯穿筒片（1）的拼接面，灌浆孔（4）的上端贯穿筒片（1）的顶面，灌浆孔（4）的下端与键槽（102）的上端连通；若干根钢筋（103）的一端分别沿键槽（102）的高度方向间隔设置在键槽（102）内，若干根钢筋（103）的另一端分别插入在相邻筒片（1）的键槽（102）内。

3.根据权利要求2所述的可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，其特征是：所述的钢筋（103）为U形结构，钢筋（103）的开口端固定在键槽（102）内，钢筋（103）的闭口端延伸到键槽（102）的外部，且钢筋（103）延伸到键槽（102）外部的长度小于键槽（102）的深度。

4.根据权利要求1所述的可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，其特征是：所述的上法兰（5）的截面为L形结构，上法兰（5）的水平段沿筒节本体的顶面边缘处预埋，上法兰（5）的竖直段沿筒节本体的外壁顶部边缘处预埋；上法兰（5）的水平段宽度不小于连接在上法兰（5）上的上部的钢塔筒的法兰宽度。

5.根据权利要求1所述的可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，其特征是：所述的下法兰（6）的顶面上间隔设有若干个第三固定件（11），第三固定件（11）与下通孔同轴连通并与预应力锚栓（7）活动连接。

6.根据权利要求1所述的可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，其特征是：所述的若干个上通孔所在的分度圆直径、若干个下通孔所在的分度圆直径、若干根预应力锚栓（7）所在的分度圆直径和若干个预应力锚栓孔（2）所在的分度圆直径均相同；若干个预应力筋孔（3）所在的分度圆直径小于若干个预应力锚栓孔（2）所在的分度圆直径。

7.根据权利要求1或6所述的可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，其特征是：所述的若干个预应力锚栓孔（2）沿筒节本体的环向均匀布置，预应力锚栓孔（2）的高度小于预应力锚栓（7）的长度，预应力锚栓孔（2）的孔径大于预应力锚栓（7）的直径。

8.根据权利要求1或6所述的可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，其特征是：所述的预应力筋孔（3）沿筒节本体的环向等间隔设置或沿筒节本体的环向分组均布，预应力筋孔（3）的轴向与筒节本体的外壁平行，且预应力筋孔（3）的下端贯穿筒节本体的过渡面（101）。

9.根据权利要求1所述的可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，其特征是：所述的预应力锚栓（7）的下端低于第一固定件（8）的底面。

10.根据权利要求1所述的可更换预应力锚栓的风电塔筒过渡段筒节，其特征是：所述的预应力锚栓孔（2）、预应力锚栓（7）、下法兰（6）的下通孔、上法兰（5）的上通孔、圆柱孔（9）、第一固定件（8）、第二固定件（10）、第三固定件（11）的数量一致。

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