风电塔筒的施工系统、施工方法及风电塔筒与流程

本发明属于风机施工，尤其涉及一种风电塔筒的施工系统、施工方法及风电塔筒。

背景技术：

1、随着可持续性发展的推进，近年来，全球可再生能源利用年增长率达到25％，其中，风能发电为除水力发电外技术最成熟的一种可再生能源发电，在世界各地受到越来越广泛的重视和推广。风能发电主要利用风力发电机组将风的动能转换为电能。风力发电机组包括风轮、发电机以及风力塔筒，其中，风力塔筒在风力发电机组中主要起支撑作用，其将风轮支撑到相应的高度进行运行，从而能够获得足够风能动力来驱动发电机进行发电。

2、传统的风电塔筒的施工方法通常是将风力发电机组整体吊装至相应位置进行安装。现有的风电塔筒的高度在110-180米高左右，风轮直径接近250米，需要采用专用大吊车一次性安装到位。当风力发电机组高度进一步增加时，会导致安装高度进一步增加，需要制造专用吊车，成本昂贵，一台吊车接近几千万；此外，如此大的吊车每次安装转场过程都需要接近一周的时间进行拆装，进一步增加了费用成本和时间周期。

3、对于风力发电而言，高度越高，风压越大，风能动力的资源越好，但是由于上述安装问题，很大程度上制约了现有风力发电高度的进一步增加。特别是当风力发电塔筒的高度超过150米后，没有合适的吊车进行安装，很大程度上限制了大功率风力发电机的推广应用。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的至少一个不足之处，本发明提供了一种风电塔筒的施工系统、施工方法及风电塔筒，实现风电塔筒自上而下的逐节装配，无需使用专用吊车，使得风电塔筒的高度不受吊车限制，且降低成本。

2、本技术第一方面提供一种风电塔筒的施工系统，风电塔筒由多个筒节自上而下装配而成，该施工系统包括：

3、多个升降装置，设立于风电塔筒的安装基础上，每个升降装置包括一个可沿竖向伸缩的升降杆，多个升降装置的升降杆可同步伸缩；

4、升降平台，其水平地支撑于升降杆之上以随升降杆的伸缩运动进行升降，升降平台的尺寸小于当前安装的筒节的内径，以使得当前安装的筒节可罩设于升降平台外；

5、多个水平伸缩装置，多个水平伸缩装置由升降平台所支撑且与升降平台同步升降，每个水平伸缩装置包括可沿水平方向伸出和缩回的伸缩杆，且伸缩杆的端部可伸出升降平台的外周边缘并插入筒节内壁上预留的凹槽中，以带动筒节与升降平台同步升降。

6、在第一方面的一些实施例中，风电塔筒由上至下包括n种不同内径的竖向筒节以及连接不同内径竖向筒节的过渡筒节，竖向筒节和过渡筒节按照内径由小到大的顺序依次装配形成风电塔筒，升降平台包括可根据施工进度由中心向外依次拼接的多个单元，依次为第一单元、第二单元、……、第n单元，可通过各单元之间的拼接而改变升降平台的外径，n个单元依次与n种内径的竖向筒节相对应并使每一单元拼接后的升降平台的外径小于对应的竖向筒节的内径且大于上一规格的竖向筒节的内径。

7、在第一方面的一些实施例中，升降平台的每个单元为圆环状，每个单元由两个以上扇形圆环段在周向上拼接而成，升降平台同一径向上的各扇形圆环段的圆心角相等以在径向上对应拼接，水平伸缩装置包括用于驱动伸缩杆做伸缩运动的驱动装置，驱动装置设于第一单元的扇形圆环段中且伸缩杆的伸缩路径位于升降平台的径向上。

8、在第一方面的一些实施例中，每个扇形圆环段包括底板以及位于底板之上的四个侧板，在底板之上和四个侧板之间围成一容纳腔，在四个侧板的顶部设有盖板，盖板可封闭容纳腔，位于伸缩杆的伸缩路径上的侧板对应开设有通孔，在同一径向上的一个或两个以上容纳腔中形成供伸缩杆做伸缩运动的伸缩通道，伸缩杆可经由伸缩通道伸出升降平台外。

9、在第一方面的一些实施例中，升降装置的数量与同一周向上扇形圆环段的数量相同，且位于外周上的每个扇形圆环段由一个升降装置所支撑。

10、在第一方面的一些实施例中，升降装置为液压千斤顶，液压千斤顶包括液压油缸以及可相对于液压油缸的顶部伸缩的升降杆。

11、在第一方面的一些实施例中，该施工系统还包括外围限位系统，外围限位系统包括架设在风电塔筒的安装基础之上的多个支撑架以及套接于风电塔筒外周的限位环，限位环由支撑架所支撑，限位环上沿周向设有多个滚轮，滚轮的滚动表面位于限位环的内表面侧并与风电塔筒的外表面接触，多个滚轮相互配合以限制风电塔筒的水平位移，限位环由多个部分拼接而成，使限位环的内径可变以适应筒节的外径变化。

12、本技术第二方面提供一种风电塔筒的施工方法，其利用如上第一方面任一项所述的风电塔筒的施工系统进行施工，该施工方法至少包括以下步骤：

13、在风电塔筒的安装基础之上设立风电塔筒的施工系统；

14、顶部塔筒施工：将位于风电塔筒顶部的顶部塔筒吊装至安装基础之上，在顶部塔筒的内壁上预留有凹槽，升降平台的尺寸小于顶部塔筒在凹槽处的内径，将顶部塔筒罩设于升降平台外，且顶部塔筒内壁上预留的凹槽与水平伸缩装置的伸缩杆的伸缩路径对准，控制所有的伸缩杆伸出并插入顶部塔筒内壁上的凹槽中；

15、塔筒顶升：控制所有的升降杆同步伸出以使得升降平台升高，通过升降平台带动风电塔筒已安装部分同步升高并使得风电塔筒已安装部分的底部被升高至大于一个筒节的高度；

16、筒节吊装：将下一筒节吊装至安装基础之上且位于已被顶升的风电塔筒已安装部分的正下方，下一筒节将在后续步骤中作为当前安装筒节进行安装；

17、塔筒下落：控制所有的升降杆同步回缩以使升降平台下降，风电塔筒已安装部分下落至当前安装筒节的顶部；

18、筒节连接：将风电塔筒已安装部分与当前安装筒节进行连接；

19、顶升对象转换：控制所有的升降平台上的伸缩杆缩回并控制所有的升降杆继续回缩，使升降平台下降至当前安装筒节的内部且伸缩杆的伸缩路径与当前安装筒节内壁上预留的凹槽对准；

20、控制所有的升降平台上的伸缩杆伸出并插入当前安装筒节内壁上的凹槽中；

21、重复塔筒顶升步骤及其以后的步骤，依次进行后续筒节的安装，至最后一个筒节完成筒节连接步骤后，拆除施工系统。

22、在第二方面的一些实施例中，风电塔筒包括顶部钢塔筒以及位于顶部钢塔筒之下的多个预制混凝土筒节，顶部塔筒包括顶部钢塔筒以及位于顶部钢塔筒下方的第一节预制混凝土筒节，在第一节预制混凝土筒节的内壁上预留有凹槽；在顶部塔筒施工步骤中，还包括：首先在安装基础之上安装第一节预制混凝土筒节，然后将顶部钢塔筒吊装至第一节预制混凝土筒节之上构成顶部塔筒，将风力发电机安装至顶部钢塔筒之上，并将风机叶片安装至风力发电机上。

23、在第二方面的一些实施例中，风电塔筒的筒节均为预制混凝土筒节，顶部塔筒为位于顶部的第一节预制混凝土筒节，在第一节预制混凝土筒节的内壁上预留有凹槽；在顶部塔筒施工步骤中，还包括：将第一节预制混凝土筒节吊装至安装基础之上，将风力发电机安装至第一节预制混凝土筒节之上，并将风机叶片安装至风力发电机上。

24、在第二方面的一些实施例中，风电塔筒由上至下包括n种不同内径的竖向筒节以及连接不同内径竖向筒节的过渡筒节，升降平台包括可根据施工进度由中心向外依次拼接的第一单元、第二单元、……、第n单元，n个单元依次与n种内径的竖向筒节相对应并使每一单元拼接后的升降平台的外径小于对应的竖向筒节的内径且大于上一规格内径的竖向筒节的内径，在施工之初，升降平台仅包括与风电塔筒的第一种内径的竖向筒节对应的第一单元；在下一种规格内径的第一个筒节或者在过渡筒节作为当前安装筒节时，施工方法在顶升对象转换步骤之后，还包括：升降平台扩径的步骤，具体地：将与下一种规格内径对应的升降平台的单元拼接至当前的升降平台的外周，拼接后的升降平台的外径扩大但小于下一种规格内径的竖向筒节的内径，将各升降装置向外移位至支撑位于升降平台最外侧的单元，控制伸缩杆伸出并插入下一种规格内径的第一个筒节或过渡筒节内壁上预留的凹槽中，再进行下一筒节安装的塔筒顶升步骤。

25、在第二方面的一些实施例中，位于顶部塔筒之下的筒节均为预制混凝土筒节，每个预制混凝土筒节由两个或多个塔筒管片在周向上拼接而构成，每个塔筒管片的两侧端面分别为第一端面和第二端面，第一端面靠近外侧的部分延伸形成与塔筒管片弧度一致的第一延伸部，第二端面靠近内侧的部分延伸形成与塔筒管片弧度一致的第二延伸部，构成一个筒节的各塔筒管片依次拼接，一个塔筒管片的第一延伸部与相邻的另一个塔筒管片的第二延伸部相对地进行拼接从而在拼接位置围成空腔。

26、在第二方面的一些实施例中，在塔筒管片中内置有与塔筒管片的弧度一致的横向钢筋，每条横向钢筋包括靠近塔筒管片的外表面的第一弧形段、靠近塔筒管片的内表面的第二弧形段以及两个连接段，第一弧形段的一端延伸至第一延伸部中，第一弧形段的另一端由第二端面穿出，第二弧形段的一端延伸至第二延伸部中，第二弧形段的另一端由第一端面穿出，两个连接段在分别在两端连接第一弧形段和第二弧形段，以使横向钢筋封闭；在筒节吊装步骤中，将构成下一筒节的塔筒管片吊装至安装基础之上进行拼接，塔筒管片拼接后在相邻两个塔筒管片的对接位置形成空腔且空腔内存在由塔筒管片内延伸出的横向钢筋，由相邻两个塔筒管片伸入空腔中的横向钢筋在纵向上交错排列；在筒节连接步骤中，向空腔内灌注混凝土或者灌浆料，将各塔筒管片以及内部的横向钢筋通过混凝土或者灌浆料进行固结连接，完成筒节的连接。

27、在第二方面的一些实施例中，在各塔筒管片的底部内置有灌浆套筒，灌浆套筒内设有灌浆腔，灌浆套筒的底部开口并与灌浆腔连通，在灌浆套筒上设有连通灌浆腔与外界的注浆孔和出浆孔，塔筒管片内置的纵向钢筋的底端与灌浆套筒连接，顶端由塔筒管片的顶部伸出；在塔筒下落步骤中，当风电塔筒已安装部分下落至当前安装筒节的顶部时，由当前安装筒节顶部伸出的纵向钢筋伸入上一筒节底部内置的灌浆套筒中；在筒节连接步骤中，通过注浆孔向灌浆套筒内注入灌浆料，观察出浆孔的出浆情况，实现上下筒节之间的固结连接。

28、在第二方面的一些实施例中，灌浆套筒为半灌浆套筒，塔筒管片内置的纵向钢筋的底端与灌浆套筒的上部采用非灌浆方式连接，塔筒管片的底部表面向上凹陷并在下落后与下一筒节的上表面共同围成灌浆料流道，灌浆料流道与各灌浆套筒底部的开口连通以供灌浆料流动，出浆孔位于注浆孔的上方；在筒节连接步骤中，保留一个注浆孔，封堵其它注浆孔，通过所保留的注浆孔进行注浆，观察各出浆孔的出浆情况，对已出浆的出浆孔进行封堵，当所有出浆孔出浆并封堵后，完成注浆。

29、在第二方面的一些实施例中，在各塔筒管片的下部内置有波纹管套筒且在各塔筒管片的顶部内置有与波纹管套筒位于同一竖向上的连接钢筋，连接钢筋由塔筒管片的顶部伸出，波纹管套筒的内部中空且顶部形成有与外界连通的注浆口，波纹管套筒的底部敞开以供下一节筒节顶部的连接钢筋插入其中，波纹管套筒的侧表面呈波纹状；在塔筒下落步骤中，当风电塔筒已安装部分下落至当前安装筒节的顶部时，由当前安装筒节顶部伸出的连接钢筋插入上一筒节底部的波纹管套筒中；在筒节连接步骤中，通过注浆口向波纹管套筒内注入灌浆料，实现上下筒节之间的固结连接。

30、在第二方面的一些实施例中，在风电塔筒的施工过程中和/或在所有的筒节安装完成后，还包括拉绳约束步骤，具体地：将提前设有预应力的拉绳的顶部与顶部塔筒连接，拉绳的底部与安装基础连接，拉绳设有多根，多根拉绳沿风电塔筒的内周分布；在施工过程中如遇大风天气则将预应力拉绳拉紧以对风电塔筒已安装部分进行约束；在筒节均安装完成后，将预应力拉绳拉紧以约束风电塔筒的位移。

31、本技术第三方面提供一种根据第二方面任一项所述的施工方法装配而成的风电塔筒。

32、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

33、(1)本技术至少一个实施例所提供的风电塔筒的施工系统，通过升降装置、升降平台以及水平伸缩装置的相互配合，可以实现整个风电塔筒由上至下的逐节装配，与现有技术相比，无需再单独定制专用的大吊车进行整体吊装，大大降低了施工成本，避免了转场时间和周期，提高了施工效率；此外，由该施工系统装配而成的风电塔筒的高度不再受到吊装设备的限制，有利于增加风电塔筒的高度，实现上层风能资源的利用；

34、(2)本技术至少一个实施例所提供的风电塔筒的施工方法，借助本技术所提供的施工系统进行施工，对构成风电塔筒的筒节由上至下逐节进行装配，在安装过程中通过升降平台对风电塔筒进行升降，使得筒节的装配不再需要高空作业，吊车和施工作业的高度不再成为风电塔筒高度的限制，有利于推动风力发电产业的进一步发展，且降低了施工成本；

35、(3)本技术至少一个实施例所提供的风电塔筒，其通过本技术所提供的施工系统及施工方法装配而成，与现有技术中的风电塔筒相比，可以具有更高的高度和更大的装机容量，有利于开发上层风能资源，提高风能利用率。