一种风力发电机组预制干式装配混凝土-钢混合塔架的制作方法

一种风力发电机组预制干式装配混凝土
‑
钢混合塔架
技术领域
1.本实用新型涉及风力发电机塔架的技术领域，尤其是指一种风力发电机组预制干式装配混凝土
‑
钢混合塔架。


背景技术：

2.进入竞价和平价上网时代，降低度电成本lcoe成为当前和未来风电发展的迫切需求和关键因素。作为风机的重要大部件，塔架的竞争力对机组乃至整个项目度电成本的竞争力影响显著。随着风电机组大型化和风电场开发向低风速地区的全面推进，市场对塔架高度、安全性、可靠性、经济性提出了更高的要求。常规的筒形钢塔架由于运输条件和经济性的限值，在大容量机组和超高塔架中的应用面临越来越多的困难。新的塔架形式，如混凝土塔架、格构式钢塔架、分片钢塔架等不断发展，其中，混凝土塔架以良好的结构性能和发展前景广受关注，并在工程中得到一定应用。从已公开的混凝土塔架技术来看，主要采用预制混凝土塔架，也有部分项目采用现浇结构。预制混凝土塔架采用圆柱或圆锥形塔身，沿高度分为多个环形筒节，每个筒节由1个或多个弧形塔筒片组成。相邻两个环形筒节之间，以及相邻弧形塔筒片之间采用灌浆连接。受到构件预制精度限制，直接进行弧形塔筒片拼装或直接进行环形筒节吊装，安装后的精度均不能满足要求。为此，弧形筒片和环形筒节在组拼过程中需要首先进行调平定位，达到精度要求后再进行灌浆连接。整个拼装操作复杂，耗时长，增加了辅材消耗，导致混凝土塔架建造工期延长，占用场地多，成本增加，影响了混凝土塔架的市场推广和工程应用。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风力发电机组预制干式装配混凝土
‑
钢混合塔架，充分利用混凝土塔架刚度大、阻尼高、运输约束小的优点和钢塔架安装快、结构轻的优点，通过二者组合获得经济性良好的塔架设计。借助混凝土塔架结构形式的设计创新和预制生产精度的提高，保证了预制构件的高精度和高质量，实现了构件干式装配的要求。装配过程中通过预埋的定位装置进行塔节和塔片安装定位，然后通过螺栓连接，无需在接触面灌浆或涂覆粘结材料，大大简化了安装工艺，节省了安装时间，提高了生产、施工的效率，并有效降低了混凝土塔架的成本。
4.为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种风力发电机组预制干式装配混凝土
‑
钢混合塔架，包括上部钢塔架、下部混凝土塔架和预应力筋；所述下部混凝土塔架由位于顶部的第一预制塔节和位于第一预制塔节下方的多节第二预制塔节依次拼接而成，且两节相邻的预制塔节之间是通过干式连接结构连接，每节第二预制塔节均由多片弧形预制塔片沿环向拼接组成，且两片相邻的弧形预制塔片之间是通过干式连接结构连接，该下部混凝土塔架的底端放置于风力发电机组基础的预留安装槽中并进行灌浆连接，其顶端与上部钢塔架相连接；所述预应力筋有多束，沿下部混凝土塔架的环向均匀分布，每束预应力筋沿下部混凝土塔架通体张拉，其顶端锚固于上部钢塔架的底部法兰上，其底端
锚固于基础混凝土中；所述上部钢塔架与下部混凝土塔架通过预应力筋的整体张拉作用连接为整体。
5.进一步，所述下部混凝土塔架为筒状结构，其筒体外形为等斜率圆锥形、分段变斜率圆锥形或圆柱形。
6.进一步，所述第一预制塔节为整体不分片混凝土结构，其顶端设有钢垫板，且其顶端的形状与上部钢塔架的底端的形状相匹配，该塔节为转换段，并通过干式连接结构与上部钢塔架相连接，其筒壁上预留有与预应力筋集束相同的孔道，用于贯穿预应力筋。
7.进一步，所述弧形预制塔片的上、下两个连接端面处均设置有定位预埋件和吊装预埋件，且相邻两节预制塔节之间的竖向拼接缝相互错开。
8.进一步，所述弧形预制塔片的左、右两个连接端面上靠近塔架外侧的位置设有用于安装防水材料的凹槽，其四个连接端面处均设有防水密封条。
9.进一步，所述弧形预制塔片的四个连接端面的平面度均不超过1mm，且多片弧形预制塔片拼装成第二预制塔节后，其上、下表面平面度不大于3mm，成环后内直径偏差不大于2mm。
10.进一步，所述下部混凝土塔架在指定位置设置门洞。
11.进一步，所述预应力筋采用体内或体外布置方式；当采用体内布置方式时，下部混凝土塔架筒壁中预留预应力筋孔道。
12.进一步，每束预应力筋包含多根钢绞线。
13.进一步，所述上部钢塔架为圆柱筒状或圆锥筒状结构，由一节或多节两端带有法兰的钢塔节组成；其中，多节钢塔节通过螺栓依次相连接，且位于最底端的钢塔节的底部法兰上设置有与预应力筋集束相同的孔道，所述预应力筋穿过该法兰上的相应孔道，并锚固于底部法兰的锚具中。
14.本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
15.1、本实用新型的混凝土塔架采用分段、分片工厂预制，现场干式装配的形式，装配过程中通过定位预埋件进行塔片和塔节安装定位，然后通过螺栓连接，不需要对每节塔节进行调平，且没有任何灌浆、座浆或涂覆树脂的湿作业，大大简化了安装工艺，节省了安装时间，提高了生产、施工的效率，并降低了混凝土塔架的成本。
16.2、本实用新型不同于现有混凝土塔筒采用立式模具、立式浇筑方式，弧形预制塔片采用卧式模具、卧式浇筑，卧式模具四周设置高精度端模，采用顶部下料生产方式，使得每片塔片与其他塔片连接的端面具有良好的制造精度和质量。
附图说明
17.图1为本实用新型的整体结构图。
18.图2为本实用新型的下部混凝土塔架的结构示意图。
19.图3为本实用新型的下部混凝土塔架两节塔节之间安装定位孔示意图。
20.图4为本实用新型的单节第二预制塔节的结构示意图。
21.图5为本实用新型的单片弧形预制塔片的结构示意图。
22.图6为本实用新型的第一预制塔节的结构示意图。
23.图7为本实用新型的第一预制塔节上钢垫板的结构示意图。
24.图8为本实用新型的上部钢塔架单节钢塔节的结构示意图。
具体实施方式
25.下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
26.如图1所示，本实施例所述的风力发电机组预制干式装配混凝土
‑
钢混合塔架，包括下部混凝土塔架2、上部钢塔架3和预应力筋4；所述下部混凝土塔架2采用分段、分片工厂预制，现场干式装配的形式，其底端放置于风力发电机组基础1的预留安装槽中并进行灌浆连接，连接处应采用防水卷材或防水涂料的防水措施，其顶端与上部钢塔架3相连接，其指定位置处设置门洞；所述预应力筋4有多束，每束预应力筋4包含多根钢绞线；预应力筋4采用体内或体外布置方式，其中，当采用体内布置方式时，下部混凝土塔架2筒壁中预留与预应力筋4集束相同的孔道，多束预应力筋4贯穿于下部混凝土塔架2的预应力筋孔道中；当采用体外布置方式时，多束预应力筋4设置于下部混凝土塔架2的筒壁外部；每束预应力筋4的顶端锚具5锚固于上部钢塔架3的底部法兰上，其底端锚具6锚固于基础1混凝土上，多束预应力筋4沿下部混凝土塔架2通体张拉，可根据施工条件的便利性采用顶端或底端张拉；所述上部钢塔架3与下部混凝土塔架2通过预应力筋4的整体张拉作用连接为整体，并依靠塔节上下端面良好的制造精度，使相邻塔节在整个接触面上保持密切接触且受力均匀。
27.如图2所示，所述下部混凝土塔架2为筒状结构，其筒体外形可以为等斜率圆锥形、分段变斜率圆锥形或圆柱形，优选锥筒结构；该下部混凝土塔架2由位于顶部的第一预制塔节201和位于第一预制塔节201下方的多节第二预制塔节202依次拼接而成，两节相邻的塔节之间是通过干式连接结构连接；且两节相邻的塔节之间设有一一对应的安装定位孔，即位于下节塔节顶面的下部定位孔203与位于上节塔节底面的上部定位孔204一一对应，如图3所示，两个定位孔中均预埋定位套筒，下部混凝土塔架2安装时，将定位销205插入下部定位孔203中，然后将上部定位孔204对准定位销205缓缓放下；安装过程中无需对每节塔节调平，无需在接触面上灌浆、座浆或涂覆树脂等粘结材料，利用水平接缝处两个接触面的良好制造精度保证相邻塔节之间具有良好的接触状态，安装后水平缝203的最大宽度不大于2mm；后期施加预应力后，利用预应力筋4压力在接触面上产生的摩擦力来提供水平承载力，必要时接触面还可采用螺栓或抗剪键加强连接。
28.如图4所示，每节第二预制塔节202均由多片弧形预制塔片2021沿环向拼接组成，且两片相邻的弧形预制塔片2021的左、右连接端面，即竖向连接端面之间无需设置预留钢筋或凹凸键槽，无需灌浆、座浆或涂覆树脂等粘结材料，而采用如连接螺栓等干式连接结构连接，连接螺栓在左连接端面和右连接端面的上、下两端安装孔2022内各设置一个；现场吊装前，每片弧形预制塔片2021首先在拼装位置组拼成筒，然后安装连接螺栓并按照设计要求施加预紧力，使相邻塔片2021侧面处于均匀接触的压紧状态，通过连接螺栓的预紧力，多片塔片2021被装配形成一个整体塔节，然后依次吊装塔节组成混凝土塔架，且相邻两节塔节之间的竖向拼接缝相互错开。
29.如图5所示，弧形预制塔片2021是下部混凝土塔架2中最小组成单元，其最大尺寸由生产、运输和吊装条件确定。弧形预制塔片2021采用高精度卧式模具，采用卧式生产工艺。模具四周设置高精度机加工端模板，顶部下料的浇筑工艺，保证塔片与周围塔片或塔节的连接端面，即上、下、左、右四个连接端面，均为平面，且均具有良好的制造精度和质量，不
需要再使用专用研磨设备对弧形预制塔片2021端面进行二次加工。每个连接端面的平面度不大于1mm。且多片弧形预制塔片2021拼装成第二预制塔节202后，其上、下表面平面度不大于3mm，成环后内直径偏差不大于2mm，保证了下部混凝土塔架2的安装精度要求。此外每片弧形预制塔片2021的左、右连接端面上靠近塔架外侧的位置均设有用于安装防水材料的凹槽，其四个连接端面处均设有防水密封条2023，利用预紧螺栓压紧或塔节自重压紧，实现结构连接处的防水要求。
30.如图6所示，所述第一预制塔节201为整体不分片混凝土结构，该塔节为转换段，其顶端的形状与上部钢塔架3的底端的形状相匹配，其筒壁上预留有多个与预应力筋4数量相同的孔道2011，用于贯穿预应力筋4；其顶端设有一定厚度的钢垫板206，钢垫板206的结构如图7所示，该钢垫板206沿厚度设置有与转换段预应力筋4孔道2011数量、位置一致的开孔2061，钢垫板下表面焊有栓钉2062，以增强与混凝土的连接。该转换段通过干式连接结构与上部钢塔架3的底部法兰相连接，通过钢垫板206提供良好的平面度，保证转换段与上部钢塔架3法兰连接的效果，并将法兰传递来的荷载进行扩散，保证结构受力安全。
31.所述上部钢塔架3整体为圆柱筒状或圆锥筒状结构，由一节或多节两端带有法兰的钢塔节301组成。单节钢塔节301的结构如图8所示，其两端焊有l型或t型法兰302；多节钢塔节通过螺栓依次相连接，且位于最底端的钢塔节的底部t型法兰302上设置有与预应力筋4数量相同的孔道3021，所述预应力筋4穿过该法兰302上的相应孔道3021，并锚固于底部法兰302的锚具中。
32.以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。