环向预应力装置、组件、混凝土塔筒及混凝土风电机塔架的制作方法

本技术涉及一种环向预应力装置、组件、混凝土塔筒及混凝土风电机塔架。

背景技术：

1、风力发电的风电机的组地支撑结构传统采用钢制圆锥形塔筒，由上部塔架和下部基础两部分组成。随着我国风力发电行业的快速发展，风电机组单机容量越来越大，为了有效利用低风速区的风能资源，风电机组逐步向大型化高空化发展，与之匹配的塔架的轮毂高度和刚度要求也不断增加，目前我国传统的塔架采用钢结构塔架。但是，当轮毂高度超过120m时，由于钢塔架筒段长距离运输的尺寸限制、塔架共振问题以及后期的频繁拆装等要求，使得柔性钢塔架的建造、运输及运维与经济收益很难达到理想的效果，从而限制了高塔筒风电机组的发展。

2、为了解决上述技术问题，采用混凝土-钢筒混合式塔架来降低钢制塔筒高度，提高轮毂高度。混凝土-钢筒混合式塔架的下部采用混凝土塔筒，上部采用钢制塔筒，中间采用中空的锥形筒钢筋混凝土结构作为过渡筒段。

3、现有的过渡筒段通过预制混凝土竖向分片拼装形成预应力混凝土塔筒。在风电机运行过程中，塔架结构受到的扭矩和剪应力对拼装结构，尤其是在变径的锥形过渡筒段的整体性提出了挑战。中国专利cn201810181334.1公开了一种分片预制式风电机组预应力混凝土塔筒，该混凝土塔筒由底段、顶段和十个中间段错缝连接而成，分段方式为水平分段；各段塔筒由四片相同的1/4圆弧形预制混凝土分片拼接而成，分片方式为竖向分片。分片之间环向通过螺栓连接，采用体外预应力钢绞线张拉锚固后，塔筒整体处于预压状态。该混凝土塔筒能够增加轮毂高度，满足风电机组的大型化和高空化要求，但是拼装结构复杂，整体性的扭矩和剪应力都不佳。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种环向预应力装置、组件、混凝土塔筒及混凝土风电机塔架。该环向预应力装置固定的竖向分片塔筒，其结构简单施工便捷、整体性好，能够为风电机塔架的大型化和高空化作业提供更好的扭矩和剪应力。

2、为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种环向预应力装置，所述装置应用于竖向分片的预应力混凝土风电机塔架的塔筒，所述装置包括预应力筋、预应力筋孔道和锚具系统；其中，

3、所述预应力筋孔道沿塔筒成环形后，其两端交错分别延伸至塔筒内壁形成张拉端，所述张拉端均设有锚具系统；所述预应力筋穿过预应力筋孔道，其两端分别连接相应张拉端处的锚具系统进行锚固定。

4、本实用新型的环向预应力装置，从环向对竖向分片构成的塔筒进行预应力固定，提高了塔筒的整体性，而且相对现有的通过螺栓连接的竖向分片，该种环向预应力装置施工便捷、质量可控；另外，节省了昂贵的灌浆材料，提高了预制混凝土塔筒的材料使用效率以及预制装配化效率和规模。

5、在本实用新型中，形成环形的预应力筋孔道分段埋设于围成塔筒的数个竖向分片中，其中一片竖向分片用于预应力筋孔道的两端交错延伸至塔筒内壁并形成张拉端。即预应力筋孔道的两端交错处以及预应力筋孔道的张拉端均位于同一片圆弧形竖向分片上。

6、在本实用新型中，所述的锚具系统包括单孔锚具、锚环、锚垫板和螺旋钢筋。优选地，锚具系统采用b&s体系，所述b&s体系包括z15型夹片式单孔锚具、锚环、锚垫板和螺旋钢筋等配件组成。更优选地，锚垫板选择q345，钢板或选择带肋铸铁锚垫板。

7、根据本实用新型所述的一种环向预应力装置，优选地，所述预应力筋包括中心设置数根钢绞线的钢绞线束，所述钢绞线束的外侧涂防腐油脂层，所述防腐油脂层的外侧包覆pe层。

8、作为本实用新型更优的技术方案，所述钢绞线可以采用高强低松弛钢绞线。

9、根据本实用新型所述的一种环向预应力装置，优选地，所述预应力筋孔道为塑料管，所述塑料管设于混凝土塔筒的钢筋骨架上。

10、在本实用新型的实施例中，预应力筋孔道采用塑料管。

11、根据本实用新型所述的一种环向预应力装置，优选地，相邻所述竖向分片的接头处的预应力筋孔道通过朝向对侧竖向分片、且直径逐渐变大的变径套管连接。

12、作为本实用新型的一个具体的技术方案，预应力筋孔道采用塑料管，每片竖向分片上的预应力筋孔道的两端均设有朝向对侧竖向分片直径逐渐变大的变径套管。采用上述变径套管，可以使相邻的竖向分片在预应力筋穿束时能够更准确，便于操作。

13、根据本实用新型所述的一种环向预应力装置，优选地，所述预应力筋孔道的张拉端附近通过防崩钢筋约束在环形的预应力筋孔道上。即，张拉端附近指的是预应力筋孔道的两端交错后延伸出来的预应力筋孔道，通过防崩钢筋约束在相应侧环形的预应力筋孔道上。

14、根据本实用新型所述的一种环向预应力装置，优选地，所述塔筒位于锥形过渡筒段。

15、根据本实用新型所述的一种环向预应力装置，优选地，所述预应力筋为无粘接预应力筋。

16、另外，本实用新型还提供一种混凝土塔筒，所述混凝土塔筒由数片圆弧形竖向分片环向连接形成锥形圆台结构，数片所述竖向分片之间通过上述的环向预应力装置固定连接；预应力筋孔道的两端交错处以及预应力筋孔道的张拉端均位于同一片圆弧形竖向分片上。

17、根据本实用新型所述的一种混凝土塔筒，优选地，所述塔筒由下往上间隔设置2-5套环向预应力装置。

18、再次，本实用新型还提供如上所述的一种混凝土塔筒的安装方法，所述安装方法包括：

19、(1)制备竖向分片：在制备竖向分片时进行环向预应力筋孔道和锚具系统的锚垫板的预埋；

20、(2)穿束：环向预应力筋在竖向分片竖向缝闭合前完成穿束；

21、(3)张拉：各竖向分片的混凝土强度和竖向缝达标后，进行双端环向预应力的张拉，张拉完成后采用砂轮片切除钢绞线。

22、在本实用新型中，制备竖向分片的步骤为：先将塑料管环向固定在相应竖向分片的钢筋骨架上，其中，每片竖向分片上的塑料管的两端部均连接朝向对侧竖向分片直径逐渐变大的变径套管；然后，浇筑水泥固化形成竖向分片。

23、在本实用新型中，数片竖向分片中的一片用于设置预应力筋孔道的两端交错位置且设有预应力筋孔道的张拉端，张拉端设置锚具系统。环向预应力筋孔道及锚垫板在预制场完成预埋，环向预应力筋在塔筒壁竖向缝闭合前完成穿束。

24、本实用新型还提供一种混凝土风电机塔架，包括过渡筒段，所述过渡筒段由数个如上所述的混凝土塔筒首尾连接形成。

25、在本实用新型的一些实施例中，混凝土风电机塔架包括混凝土基部、过渡筒段及钢制塔架组成；优选地，所述过渡筒段由锥形圆台的塔筒依次首尾连接形成。

26、本发明还提供一种拼接式塔筒组件，包括：能够拼接成圆台结构的多个竖向分片，各竖向分片中预埋用于供预应力筋穿过的预应力筋孔道，当多个竖向分片拼接成圆台结构时，其中的预应力筋孔道拼接成一个或多个彼此独立的环形孔道，至少一个环形孔道的两个自由端在单个竖向分片中交错，并延伸至所述单个竖向分片的内周面，并且所述单个竖向分片的预应力筋孔道的所述两个自由端与交错位置之间的区段均预埋锚具零件，所述锚具零件用于锚固穿过所述环形孔道的预应力筋。

27、锚具零件具体例如是锚垫板。

28、本实用新型的环向预应力装置固定的塔筒施工流程简单、使用空间灵活，施工速度快，施工成本低，通过环向进行固定安装，能够为风电机塔架的大型化和高空化作业提供更好的扭矩和剪应力，整体性好。

29、作为本实用新型更优的技术方案，无粘接预应力筋可进行曲线配置，使其外形与外荷载弯矩图相适应，充分发挥其预应力筋的作用。

30、更进一步地，预应力钢绞线张拉无需灌浆，产品质量稳定，预应力损失小。