一种基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒及施工方法

本发明涉及风力发电，特别是涉及一种基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒及施工方法。

背景技术：

1、风能作为清洁的可再生能源，具备成熟的技术支撑和规模化、商业化的发展前景，目前机组大型化、超高轮毂高度及超长叶片已经成为行业共识和发展趋势。同时风电塔筒的设计使用寿命通常为20-25年，大规模退役潮即将临近，技术升级、设备迭代速率加快也会导致众多风电机组提前退役。

2、目前风机塔筒以钢-混凝土混合塔筒为主，塔筒刚度较大，稳定性能好，但仍存在以下几点不足：混凝土塔段钢筋网较密集，绑扎复杂；混凝土塔段脱模工艺较复杂；混凝土塔段通常采用灌浆料进行连接，现场装配耗时较长，制约了钢-混凝土混合塔筒的进一步发展，有必要研发新型高塔筒及超高塔筒结构。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒及施工方法，以解决现有技术中混凝土塔筒施工复杂，装配耗时较长的问题，并提高施工效率，缩短施工周期。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒，包括筒身，所述筒身包括双钢板混凝土组合塔筒和既有锥形钢塔筒，所述双钢板混凝土组合塔筒由现浇双钢板混凝土塔筒筒段和预制双钢板混凝土塔筒筒段中的任一者组成或者两者同时组合而成；所述双钢板混凝土组合塔筒和既有锥形钢塔筒通过预埋螺栓节点连接紧固。

3、优选地，所述双钢板混凝土组合塔筒由一个现浇双钢板混凝土塔筒筒段和若干个预制双钢板混凝土塔筒筒段组合而成；

4、所述现浇双钢板混凝土塔筒筒段包括底段锥形钢塔筒钢板、设置于底段锥形钢塔筒钢板外侧的锥形外钢板、浇筑于底段锥形钢塔筒钢板和锥形外钢板之间的现浇混凝土以及设置于底段锥形钢塔筒钢板和锥形外钢板顶部的环形端板；

5、所述预制双钢板混凝土塔筒筒段的截面为圆形，所述预制双钢板混凝土塔筒筒段的截面尺寸与环形端板的尺寸一致，且所述预制双钢板混凝土塔筒筒段沿环向由若干个双钢板混凝土塔筒段单元焊接而成。

6、优选地，所述锥形外钢板由若干个弧形钢板单元拼焊而成，且锥形外钢板内侧设置有剪力连接件；所述剪力连接件为栓钉或pbl连接件，且剪力连接件沿筒身环向和轴向均匀布置。

7、优选地，所述双钢板混凝土塔筒段单元包括弧形内钢板、弧形外钢板、左右侧板、上下端板以及设置于弧形内钢板和弧形外钢板之间的预制混凝土。

8、优选地，所述弧形内钢板和弧形外钢板所对应的圆心角度数相同，所述弧形内钢板和弧形外钢板的厚度均不小于8mm且不大于20mm，所述弧形内钢板的外侧和弧形外钢板的内侧均设置有剪力连接件。

9、优选地，上下相邻的所述现浇双钢板混凝土塔筒筒段和预制双钢板混凝土塔筒筒段通过法兰螺栓节点连接紧固，所述法兰螺栓节点包括焊接于上下筒段的l形法兰、沿筒身环向均匀布置的高强螺栓和与高强螺栓相间布置的加劲肋板。

10、优选地，所述预埋螺栓节点包括设置于既有锥形钢塔筒底部的法兰板、设置于预制双钢板混凝土塔筒筒段顶部的预埋螺栓和与预埋螺栓相间布置的加劲肋板。

11、优选地，所述双钢板混凝土组合塔筒由若干个预制双钢板混凝土塔筒筒段组成，所述预制双钢板混凝土塔筒筒段的截面沿筒身高度方向逐渐减小，其中底部预制双钢板混凝土塔筒筒段的弧形外钢板外侧焊接有均匀布置的剪力连接件，且底部预制双钢板混凝土塔筒筒段锚固于混凝土基础里。

12、优选地，所述双钢板混凝土组合塔筒由若干个现浇双钢板混凝土塔筒筒段组成，上下相邻的现浇双钢板混凝土塔筒筒段通过法兰螺栓节点连接紧固；所述现浇双钢板混凝土塔筒筒段包括设置于既有锥形钢塔筒外侧的锥形外钢板、浇筑于既有锥形钢塔筒和锥形外钢板的现浇混凝土以及设置于既有锥形钢塔筒和锥形外钢板的环形端板。

13、本发明还提供一种基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒的施工方法，应用于上述的基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒，包括以下步骤：

14、步骤一：工厂预制一

15、在弧形内钢板的外侧和弧形外钢板的内侧焊接剪力连接件，在连接好的弧形内钢板和弧形外钢板的两端分别焊接左右侧板，然后在弧形内钢板和弧形外钢板之间的腔体内浇筑预制混凝土，浇筑完成后焊接上下端板，完成双钢板混凝土塔筒段单元的加工；

16、步骤二：工厂预制二

17、将加劲肋板焊接于l形法兰内壁，l形法兰分别焊接于双钢板混凝土塔筒段单元的上下端板的顶部或底部；

18、步骤三：现场焊接

19、环向拼焊完成锥形外钢板的加工，在锥形外钢板和底段锥形钢塔筒钢板之间浇筑现浇混凝土，顶部焊接环形端板，完成现浇双钢板混凝土塔筒筒段的加工，双钢板混凝土塔筒段单元拼焊完成预制双钢板混凝土塔筒筒段的加工；

20、步骤四：现场组装

21、双钢板混凝土组合塔筒之间通过法兰螺栓节点连接紧固，将法兰板焊接于既有锥形钢塔筒底部，既有锥形钢塔筒与双钢板混凝土组合塔筒通过预埋螺栓节点连接紧固。

22、本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

23、1)施工便捷

24、本发明的风电塔筒基于组合结构对既有钢塔筒进行改造加固，在底段锥形钢塔筒外侧放置锥形外钢板，充当浇筑混凝土的模板，加快施工速度，节省现场施工时间，在工厂预制完成多段双钢板混凝土塔筒，简化施工工序，提高施工效率，塔筒段间均采用干式连接，施工方便，连接可靠，施工性能大为提高。

25、2)性能提升

26、本发明的风电塔筒下部采用双钢板混凝土组合结构塔筒，钢板与混凝土互为约束，具有承载力高、刚度大、稳定性能好等优势，弧形内、外钢板均设置有剪力连接件，提高内、外钢板的稳定性能，加强钢板与混凝土的协同工作能力，塔筒连接节点设置加劲肋板，提高节点刚度和抗震性能。

27、3)降低成本

28、本发明的风电塔筒基于双钢板混凝土组合结构对既有钢塔筒进行改造加固，能有效解决退役塔筒难处理这一产业难题，组合塔筒稳定性能好，能有效减小截面尺寸，减少用钢量，降低工程造价，同时能增加轮毂高度提高风电机组发电效率，具有良好的经济效益。

29、总体来说，基于双钢板混凝土结构的既有钢塔筒改造利用的风电塔筒具有承载力高、刚度大、稳定性能好等优势，现场基于组合结构对底段钢塔筒进行改造加固，并在工厂预制完成多段双钢板混凝土塔筒，节省现场施工时间，提高施工效率，塔筒段间采用干式连接，施工方便，连接可靠。本发明发挥组合结构的优势，充分利用既有钢塔筒，能显著提高塔筒的强度和刚度，增加轮毂高度提高风电机组发电效率，满足大兆瓦级风电机组的发展需求，具有广阔的工程应用场景。

技术特征：

1.一种基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒，其特征在于：所述双钢板混凝土组合塔筒由一个现浇双钢板混凝土塔筒筒段和若干个预制双钢板混凝土塔筒筒段组合而成；

3.根据权利要求2所述的基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒，其特征在于：所述锥形外钢板由若干个弧形钢板单元拼焊而成，且锥形外钢板内侧设置有剪力连接件；所述剪力连接件为栓钉或pbl连接件，且剪力连接件沿筒身环向和轴向均匀布置。

4.根据权利要求2所述的基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒，其特征在于：所述双钢板混凝土塔筒段单元包括弧形内钢板、弧形外钢板、左右侧板、上下端板以及设置于弧形内钢板和弧形外钢板之间的预制混凝土。

5.根据权利要求4所述的基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒，其特征在于：所述弧形内钢板和弧形外钢板所对应的圆心角度数相同，所述弧形内钢板和弧形外钢板的厚度均不小于8mm且不大于20mm，所述弧形内钢板的外侧和弧形外钢板的内侧均设置有剪力连接件。

6.根据权利要求2所述的基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒，其特征在于：上下相邻的所述现浇双钢板混凝土塔筒筒段和预制双钢板混凝土塔筒筒段通过法兰螺栓节点连接紧固，所述法兰螺栓节点包括焊接于上下筒段的l形法兰、沿筒身环向均匀布置的螺栓和与螺栓相间布置的加劲肋板。

7.根据权利要求1所述的基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒，其特征在于：所述预埋螺栓节点包括设置于既有锥形钢塔筒底部的法兰板、设置于预制双钢板混凝土塔筒筒段顶部的预埋螺栓和与预埋螺栓相间布置的加劲肋板。

8.根据权利要求1所述的基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒，其特征在于：所述双钢板混凝土组合塔筒由若干个预制双钢板混凝土塔筒筒段组成，所述预制双钢板混凝土塔筒筒段的截面沿筒身高度方向逐渐减小，其中底部预制双钢板混凝土塔筒筒段的弧形外钢板外侧焊接有均匀布置的剪力连接件，且底部预制双钢板混凝土塔筒筒段锚固于混凝土基础里。

9.根据权利要求1所述的基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒，其特征在于：所述双钢板混凝土组合塔筒由若干个现浇双钢板混凝土塔筒筒段组成，上下相邻的现浇双钢板混凝土塔筒筒段通过法兰螺栓节点连接紧固；所述现浇双钢板混凝土塔筒筒段包括设置于既有锥形钢塔筒外侧的锥形外钢板、浇筑于既有锥形钢塔筒和锥形外钢板的现浇混凝土以及设置于既有锥形钢塔筒和锥形外钢板的环形端板。

10.一种基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒的施工方法，应用于权利要求1-7中任一项所述的基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开一种基于既有钢塔筒改造利用的风电塔筒及施工方法，风电塔筒包括筒身，筒身包括双钢板混凝土组合塔筒和既有锥形钢塔筒，双钢板混凝土组合塔筒由现浇双钢板混凝土塔筒筒段和预制双钢板混凝土塔筒筒段中的任一者或两者组合而成，双钢板混凝土组合塔筒和既有锥形钢塔筒通过预埋螺栓节点连接紧固。本发明基于双钢板混凝土结构对既有钢塔筒进行改造加固，具有承载力高、刚度大、稳定性能好等优势，并在工厂预制完成多段双钢板混凝土塔筒，节省现场施工时间，提高施工效率，塔筒段间采用干式连接，施工方便，连接可靠。技术研发人员：杨勇,张树堔,顾江龙,温开华,刘享阳受保护的技术使用者：西安建筑科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15