CN217735662U - 塔筒段及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种塔筒段及风力发电机组，塔筒段包括混凝土塔段、金属连接段和预应力连接件，混凝土塔段呈筒状结构体，混凝土塔段在自身轴向上的两端分别连接有金属连接段，每个金属连接段通过预应力连接件与混凝土塔段连接。通过将塔筒段分设为混凝土塔段和两端的金属连接段，故可采用分段运输并逐节组装的方式来安装塔筒段，在一定程度上解决运输困难和成本较高的问题。同时，通过使混凝土塔段的两端连接金属连接段，在实际安装时，即可通过其端部的金属连接段与海上单桩基础及导管架基础相连，从而满足了塔筒段与海上风机基础的连接要求，实现了混凝土塔段在海上风电的应用。

Description

塔筒段及风力发电机组

技术领域

本申请涉及风电技术领域，特别是涉及一种塔筒段及风力发电机组。

背景技术

风电能源是一种无污染、可再生的清洁能源，与陆上风电能源相比，海上风电能源具有发电量高、运行更稳定、风电场的建设无需占用土地等优势，近年来逐渐受到关注。

塔筒作为风力发电机的基础，在工程建设和成本控制方面具有重要的影响，为便于运输，塔筒往往包括多个塔筒段，塔筒段根据材质可分为金属塔段和混凝土塔段，受现有混凝土塔段的结构限制，其难以满足海上风电的连接要求，故而限制了混凝土塔段在海上风电的应用。

实用新型内容

本申请实施例提供一种塔筒段及风力发电机组，能够在一定程度上解决运输困难和成本较高的问题，同时能够满足塔筒段与海上风机基础的连接要求，实现了混凝土塔段在海上风电的应用。

一方面，根据本申请实施例提出了一种塔筒段，包括：混凝土塔段，呈筒状结构体；金属连接段，混凝土塔段在自身轴向上的两端分别连接有金属连接段；预应力连接件，每个金属连接段通过预应力连接件与混凝土塔段连接。

根据本申请实施例的一个方面，金属连接段包括空心筒节、第一连接部以及第二连接部，第一连接部和第二连接部沿轴向相对设置于空心筒节的两端，在混凝土塔段的径向上，第一连接部和第二连接部分别凸出于空心筒节设置，第一连接部通过预应力连接件与混凝土塔段连接。

根据本申请实施例的一个方面，预应力连接件包括预应力筋，预应力筋沿轴向延伸，且预应力筋沿轴向的两端凸出于混凝土塔段并与第一连接部相连。

根据本申请实施例的一个方面，第一连接部设置有锚具孔，沿轴向相对设置的两个第一连接部上的锚具孔对应设置，预应力筋的两端分别连接于相对应的两个锚具孔。

根据本申请实施例的一个方面，预应力连接件所包括的预应力筋的数量为多个，多个预应力筋沿混凝土塔段的周向间隔设置，第一连接部呈环状结构体且其上沿周向间隔设置有多个锚具孔，每个预应力筋穿过其中一个锚具孔并与第一连接部连接。

根据本申请实施例的一个方面，混凝土塔段具有筒壁，预应力筋设置于筒壁的内侧或者外侧；或者，筒壁上沿混凝土塔段的周向间隔设置有多个预应力孔道，各预应力孔道沿轴向延伸并贯穿筒壁的两端，预应力筋对应设置于各预应力孔道内。

根据本申请实施例的一个方面，混凝土塔段在轴向上的两端的外径等于其所连接的第一连接部的外径。

根据本申请实施例的一个方面，金属连接段和混凝土塔段呈圆筒状或者锥筒状。

根据本申请实施例的一个方面，在轴向上，混凝土塔段包括主体区域以及位于其两端的加厚区域，加厚区域的壁厚大于主体区域的壁厚，混凝土塔段通过加厚区域与金属连接段相连。

另一个方面，根据本申请实施例提供一种风力发电机组，包括：风机基础；金属塔段；塔筒段，为上述实施例中的塔筒段，风机基础和金属塔段沿轴向相对设置于塔筒段的两端，混凝土塔段分别通过其两端的金属连接段与风机基础和金属塔段连接。

本申请实施例提供的塔筒段，包括混凝土塔段、金属连接段和预应力连接件，混凝土塔段呈筒状结构体，混凝土塔段在自身轴向上的两端分别连接有金属连接段，每个金属连接段通过预应力连接件与混凝土塔段连接。通过将塔筒段分设为混凝土塔段和两端的金属连接段，故可采用将混凝土塔段和金属连接段分段运输，并通过预应力连接件逐节组装的方式来安装塔筒段，在一定程度上解决运输困难和成本较高的问题。同时，通过使混凝土塔段的两端连接金属连接段，在实际安装时，即可通过其端部的金属连接段与海上单桩基础及导管架基础相连，从而满足了塔筒段与海上风机基础的连接要求，实现了混凝土塔段在海上风电的应用。

附图说明

下面将参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本申请实施例的塔筒段的结构示意图；

图2是本申请实施例的塔筒段的断面图；

图3是本申请实施例的塔筒段的体内预应力索体系的剖视图；

图4是本申请实施例的风力发电机组的结构示意图。

其中：

100-塔筒段；200-风机基础；300-金属塔段；

1-混凝土塔段；11-筒壁；12-预应力孔道；2-金属连接段；21-空心筒节；22-第一连接部；221-锚具孔；23-第二连接部；3-预应力连接件；31-预应力筋；32-锁紧螺母；

S1-主体区域；S2-加厚区域；

X-径向；Y-轴向。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本申请造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、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例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的塔筒段及风力发电机组的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

现有的塔筒段根据材质可分为金属塔段和混凝土塔段，其中，海上风电多采用金属塔段，金属塔段的成本较高，而混凝土塔段虽然成本较低，但现有的混凝土塔段往往需要通过锚栓组件来与混凝土基础相连，其难以满足海上单桩基础及导管架基础的连接要求，故而限制了混凝土塔段在海上风电的应用。

因此，为克服上述缺陷，本申请实施例提供了一种新型的塔筒段以及风力发电机组，通过改进塔筒段的结构，使其能够与海上单桩基础及导管架基础相连，以实现混凝土塔段在海上风电的应用。

为了更好地理解本申请，下面结合图1至图4对本申请实施例的塔筒段及风力发电机组进行详细描述。

请参阅图1和图2，本申请实施例提出了一种塔筒段100，包括混凝土塔段1、金属连接段2和预应力连接件3，混凝土塔段1呈筒状结构体，混凝土塔段1在自身轴向Y上的两端分别连接有金属连接段2，每个金属连接段2通过预应力连接件3与混凝土塔段1连接。

本申请实施例中的塔筒段100，通过将塔筒段100分设为混凝土塔段1和两端的金属连接段2，可采用将混凝土塔段1和金属连接段2预制后分段运输，并通过预应力连接件3逐节组装的方式来形成塔筒段100，能够在一定程度上解决运输困难和成本较高的问题。同时，通过使混凝土塔段1的两端连接金属连接段2，在实际安装时，即可通过其端部的金属连接段2与海上单桩基础及导管架基础相连，从而满足了塔筒段100与海上风机基础的连接要求，实现了混凝土塔段1在海上风电的应用。

可以理解的是，本申请实施例中的塔筒段100可以单独制造或使用，也可以用于风力发电机组中。在实际安装时，塔筒段100背离海上风机基础一端的金属连接段2可以与金属塔段连接，并通过金属塔段连接风力发电机组的机舱，也可以将金属连接段2直接与风力发电机组的机舱连接。此外，还可以设置多个本申请实施例中的塔筒段100，并将一塔筒段100上端的金属连接段2与另一塔筒段100下端的金属连接段2相连，从而减少单个塔筒段100的尺寸以便于运输，即塔筒段100的具体连接方式可根据塔筒的实际结构及尺寸进行调整，本申请对此不作具体限定。

为便于描述，以下均以将塔筒段100上端的金属连接段2与金属塔段连接为例进行说明。

请参阅图1至图3，在一些可选地实施例中，金属连接段2包括空心筒节21、第一连接部22以及第二连接部23，第一连接部22和第二连接部23沿轴向Y相对设置于空心筒节21的两端，在混凝土塔段1的径向X上，第一连接部22和第二连接部23分别凸出于空心筒节21设置，第一连接部22通过预应力连接件3与混凝土塔段1连接。通过将金属连接段2设置为空心筒节21，减少了塔筒段100的整体重量且降低了成本，即无需增加空心筒节21的厚度，仅通过调整第一连接部22和第二连接部23沿径向X凸出的尺寸即可保证金属连接段2与混凝土塔段1的稳定连接。

可以理解的是，在轴向Y上相对设置的两个金属连接段2中，一个金属连接段2中的第一连接部22通过预应力连接件3与混凝土塔段1的上端连接，其第二连接部23与金属塔段300连接，另一个金属连接段2中的第一连接部22通过预应力连接件3与混凝土塔段1的下端连接，其第二连接部23与海上风机基础连接，从而实现混凝土塔段1在海上风电的应用。可选地，金属连接段2的材料可以设置为钢，例如可以为Q335结构钢。

考虑到海上风电吊装窗口时间较短，若将混凝土塔段1和金属连接段2分段运输至海上的机位点进行吊装的整体安装时间较长，难以满足海上风电窗口期的要求。

请参阅图2和图3，在一些可选地实施例中，预应力连接件3包括预应力筋31，预应力筋31沿轴向Y延伸，且预应力筋31沿轴向Y的两端凸出于混凝土塔段1并与第一连接部22相连。因此，在运输至海上的机位点前，可先将预应力筋31的两端分别与两侧的金属连接段2相连，即通过预应力筋31的张紧力将混凝土塔段1与其两侧的金属连接段2连接为一个整体，从而将塔筒段100整体运输到海上的机位点进行安装，其能够节约塔筒段100的安装时间并提高安装效率，并满足海上风电吊装窗口的时限要求，进一步保证了塔筒段100在海上风电的应用。

可选地，由于混凝土塔段1为塔筒段100受压时的主要受力构件，故混凝土塔段1的牌号可设置为C60及以上，以提高塔筒段100的抗压强度。同时，由于预应力筋31为塔筒段100受拉时的主要受力构件，故预应力筋31可由超高强预应力钢绞线组成，以提高塔筒段100的抗拉强度。

为便于预应力筋31与第一连接部22相连，在一些可选地实施例中，第一连接部22设置有锚具孔221，沿轴向Y相对设置的两个第一连接部22上的锚具孔221对应设置，预应力筋31的两端分别连接于相对应的两个锚具孔221。通过使沿轴向Y相对设置的两个第一连接部22上的锚具孔221对应设置，故可将预应力筋31的两端分别对应连接于相对应的两个锚具孔221，来实现预应力筋31的张紧，从而通过预应力筋31的张紧力将混凝土塔段1与其两侧的金属连接段2结合为一个整体。

可选地，预应力连接件3还包括锁紧螺母32，以将张拉后的预应力筋31锚固在锚具孔221。为避免锚固时导致第一连接部22发生弯曲变形，第一连接部22沿轴向Y的尺寸不应过小，以保证锚固的可靠性。其中，锚具孔221的尺寸可设置为100mm-200mm。

可以理解的是，第二连接部23上可设置有连接孔，以通过连接孔将第二连接部23与海上风机基础或金属塔段相连，即第二连接部23上连接孔的开设位置和数量可根据与其连接的海上风机基础或金属塔段进行调整，能够满足第二连接部23与海上风机基础和金属塔段的稳定连接即可。

请参阅图2和图3，为了保证金属连接段2与混凝土塔段1连接的可靠性，在一些可选地实施例中，预应力连接件3所包括的预应力筋31的数量为多个，多个预应力筋31沿混凝土塔段1的周向间隔设置，第一连接部22呈环状结构体且其上沿周向间隔设置有多个锚具孔221，每个预应力筋31穿过其中一个锚具孔221并与第一连接部22连接。通过在混凝土塔段1的周向设置多个预应力筋31，并与第一连接部22上的多个锚具孔221对应连接，从而提高金属连接段2与混凝土塔段1的连接强度。可选地，多个预应力筋31沿混凝土塔段1的周向均匀间隔设置，以进一步保证金属连接段2与混凝土塔段1的可靠连接。

在一些可选地实施例中，混凝土塔段1具有筒壁11，预应力筋31设置于筒壁11的内侧或者外侧；或者，筒壁11上沿混凝土塔段1的周向间隔设置有多个预应力孔道12，各预应力孔道12沿轴向Y延伸并贯穿筒壁11的两端，预应力筋31对应设置于各预应力孔道12内。即预应力筋31可以设置于混凝土塔段1的筒壁11外形成体外预应力索体系，也可以设置于混凝土的筒壁11内形成体内预应力索体系。当采用体外预应力索体系时，筒壁11无需设置用于预应力筋31穿过的预应力筋31孔道，故可将筒壁11做薄，并利于施工，而当采用体内预应力索体系时，能够提高塔筒段100的可靠性，故可根据实际施工条件进行选择预应力筋31的具体设置位置。

可选地，混凝土塔段1可包括多个沿轴向Y层叠设置的混凝土子塔段，当预应力筋31设置于混凝土的筒壁11内时，各混凝土子塔段上可均沿轴向Y延伸设置有子孔道，当相邻两个混凝土子塔段的端面相对接，从而使各混凝土子塔段的子孔道相互连通并形成沿轴向Y延伸设置的预应力孔道12。在将多个混凝土子塔段在轴向Y上彼此连接之后，通过使预应力筋31的两端依次穿设各混凝土子塔段上的子孔道并连接于两侧的第一连接部22，来将多个混凝土子塔段紧固连接在一起。

可以理解的是，在其他的一些实施例中，也可以同时形成体内预应力体系和体外预应力体系，使塔筒段100分两个层次进行张紧，以进一步提高锚固的可靠性。

请参阅图2和图3，在一些可选地实施例中，混凝土塔段1在轴向Y上的两端的外径等于其所连接的第一连接部22的外径，从而使得在混凝土塔段1与金属连接段2连接后，其连接区域的外径呈均匀过渡，避免在连接区域出现应力集中，提高塔筒段100整体的可靠性。

其中，当预应力筋31设置于混凝土塔段1的筒壁11内时，由于混凝土塔段1的端部的外径等于第一连接部22的外径，故在径向X上，第一连接部22可相对于空心筒节21向内侧凸出，以使得第一连接部22的锚具孔221与预应力筋31相对应。

在一些可选地实施例中，金属连接段2和混凝土塔段1设置为圆筒状或者锥筒状。通过使金属连接段2和混凝土塔段1设置为圆筒状能够更便于塔筒的制造及吊装，节约成本，而根据外载情况，金属连接段2和混凝土塔段1可以设置为锥筒状，以扩大塔筒段100部分直径，提高承载能力。

需要说明的是，金属连接段2和混凝土塔段1设置为圆筒状或者锥筒状包括，金属连接段2和混凝土塔段1均设置为圆筒状，金属连接段2和混凝土塔段1均设置为锥筒状，以及金属连接段2和混凝土塔段1中一者设置为圆筒状，另一者设置为锥筒状的情况。当然，在一些其他的实施例中，金属连接段2和混凝土塔段1的形状不限于上述圆筒状或锥筒状，还可以呈多边形。

可选地，当金属连接段2和混凝土塔段1设置为圆筒状时，由于混凝土塔段1在轴向Y上的两端的外径等于其所连接的第一连接部22的外径，故可将混凝土塔段1两侧的金属连接段2设置为规格相同的结构，从而能够更便于塔筒段100的制造及吊装，节约成本。

请参阅图3，在一些可选地实施例中，在轴向Y上，混凝土塔段1包括主体区域S1以及位于其两端的加厚区域S2，加厚区域S2的壁厚大于主体区域S1的壁厚，混凝土塔段1通过加厚区域S2与金属连接段2相连。通过增加混凝土塔段1两端的厚度，以承担金属连接段2带来的较大压力，以保证塔筒段100整体的可靠性。

可选地，混凝土塔段1沿轴向Y两端设置的两个金属连接段2中，位于下端的金属连接段2的空心筒节21的壁厚大于位于上端的金属连接段2的空心筒节21的壁厚，从而使得下端的金属连接段2的结构强度更高，以实现其对混凝土塔段1的稳定支撑，进一步保证塔筒段100整体的可靠性。

请参阅图4，本申请实施例还提供了一种风力发电机组，包括风机基础200、金属塔段300和塔筒段100，风机基础200和金属塔段300沿轴向Y相对设置于塔筒段100的两端，混凝土塔段1分别通过其两端的金属连接段2与风机基础200和金属塔段300连接。

本申请实施例中的风力发电机组，其中，通过使混凝土塔段1的两端连接金属连接段2，在实际安装时，即可通过混凝土塔段1一端的金属连接段2与金属塔段300相连，即可形成下部为混凝土结构、上部为金属结构的混合塔筒，从而能够在利用高空风能的同时，解决金属塔段300运输困难、成本较高的问题。同时，风机基础200可设置为海上单桩基础及导管架基础，通过使混凝土塔段1另一端的金属连接段2与海上风机基础200相连，从而满足了塔筒段100与海上风机基础200的连接要求，实现了混合塔筒在海上风电的应用。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种塔筒段(100)，其特征在于，所述塔筒段(100)包括：

混凝土塔段(1)，呈筒状结构体；

金属连接段(2)，所述混凝土塔段(1)在自身轴向(Y)上的两端分别连接有所述金属连接段(2)；

预应力连接件(3)，每个所述金属连接段(2)通过所述预应力连接件(3)与所述混凝土塔段(1)连接。

2.根据权利要求1所述的塔筒段(100)，其特征在于，所述金属连接段(2)包括空心筒节(21)、第一连接部(22)以及第二连接部(23)，所述第一连接部(22)和所述第二连接部(23)沿所述轴向(Y)相对设置于所述空心筒节(21)的两端；

在所述混凝土塔段(1)的径向(X)上，所述第一连接部(22)和所述第二连接部(23)分别凸出于所述空心筒节(21)设置，所述第一连接部(22)通过所述预应力连接件(3)与所述混凝土塔段(1)连接。

3.根据权利要求2所述的塔筒段(100)，其特征在于，所述预应力连接件(3)包括预应力筋(31)，所述预应力筋(31)沿所述轴向(Y)延伸，且所述预应力筋(31)沿所述轴向(Y)的两端凸出于所述混凝土塔段(1)并与所述第一连接部(22)相连。

4.根据权利要求3所述的塔筒段(100)，其特征在于，所述第一连接部(22)设置有锚具孔(221)，沿所述轴向(Y)相对设置的两个所述第一连接部(22)上的所述锚具孔(221)对应设置，所述预应力筋(31)的两端分别连接于相对应的两个所述锚具孔(221)。

5.根据权利要求4所述的塔筒段(100)，其特征在于，所述预应力连接件(3)所包括的预应力筋(31)的数量为多个，多个所述预应力筋(31)沿所述混凝土塔段(1)的周向间隔设置；

所述第一连接部(22)呈环状结构体且其上沿所述周向间隔设置有多个所述锚具孔(221)，每个所述预应力筋(31)穿过其中一个所述锚具孔(221)并与所述第一连接部(22)连接。

6.根据权利要求3所述的塔筒段(100)，其特征在于，所述混凝土塔段(1)具有筒壁(11)，所述预应力筋(31)设置于所述筒壁(11)的内侧或者外侧；

或者，所述筒壁(11)上沿所述混凝土塔段(1)的周向间隔设置有多个预应力孔道(12)，各所述预应力孔道(12)沿所述轴向(Y)延伸并贯穿所述筒壁(11)的两端，所述预应力筋(31)对应设置于各所述预应力孔道(12)内。

7.根据权利要求5所述的塔筒段(100)，其特征在于，所述混凝土塔段(1)在所述轴向(Y)上的两端的外径等于其所连接的所述第一连接部(22)的外径。

8.根据权利要求7所述的塔筒段(100)，其特征在于，所述金属连接段(2)和所述混凝土塔段(1)呈圆筒状或者锥筒状。

9.根据权利要求1所述的塔筒段(100)，其特征在于，在所述轴向(Y)上，所述混凝土塔段(1)包括主体区域(S1)以及位于其两端的加厚区域(S2)，所述加厚区域(S2)的壁厚大于所述主体区域(S1)的壁厚，所述混凝土塔段(1)通过所述加厚区域(S2)与所述金属连接段(2)相连。

10.一种风力发电机组，其特征在于，包括：

风机基础(200)；

金属塔段(300)；

塔筒段(100)，为本申请权利要求1至9任一项所述的塔筒段(100)，所述风机基础(200)和所述金属塔段(300)沿所述轴向(Y)相对设置于所述塔筒段(100)的两端，所述混凝土塔段(1)分别通过其两端的所述金属连接段(2)与所述风机基础(200)和所述金属塔段(300)连接。

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