逐級變徑式現澆混凝土風電機組塔架的製作方法
2023-06-02 22:07:36 1
本實用新型屬於風力發電設備，特別涉及逐級變徑式現澆混凝土風電機組塔架。
背景技術：
能源是人類社會發展的基礎，能源技術的更新和能源種類的改變決定著人類社會發展的性質和方式。自20世紀以來，以煤和石油為代表的化學燃料的廣泛使用，一方面使得人類的生產力得到巨大的提高和發展；另一方面，消耗化學燃料排放的二氧化碳和有害氣體帶來了嚴重的環境問題，給人類社會的發展和地球的安全帶來了威脅。減少溫室氣體的排放和避免環境問題的惡化，成為能源行業的重點關注目標。為此，各國科學家都在尋找和研究可再生能源來解決目前人類社會可持續發展遇到的問題。
風力發電作為清潔的可再生能源，具有顯著的社會和環保效益，對於推動我國可再生能源發展有著重要意義，國家支持和鼓勵對風電的開發。風電機組塔架用於連接風電機組機艙和地基基礎，承擔風力發電機運行時的水平力、豎向力和彎矩。目前我國絕大多數風電機組塔架採用圓錐形鋼塔架。
近年來，隨著我國風電建設的發展，風電機組的單機容量越來越大，輪轂高度越來越高。當風電機組的輪轂高度超過100m時，傳統圓錐形鋼塔架底段直徑將超過5m，這樣的大直徑鋼筒製造、運輸和吊裝非常困難；若採用小直徑厚壁鋼筒，則整體塔架剛度過小，機組振動過大，且不經濟。此外，鋼製塔架高度超過100 m時，陣風容易激髮長時間的塔架渦激振動，造成吊裝人員無法登塔作業、機頭不易對孔連接等問題，更有可能會因為長時間渦激振動造成塔架和螺栓報廢。
技術實現要素：
針對上述存在的問題，本實用新型提供一種逐級變徑式現澆混凝土風電機組塔架。該塔架輪轂高度大、自振頻率小，機組振幅小，塔架穩固性、耐久性、整體性和抗震性等性能均較好；其不僅克服了傳統鋼塔架大直徑的製造、運輸和吊裝等方面約束，而且能夠提高低風速地區的風資源利用率，提升發電量，並能節省模板費用和鋼材，是一種安全可靠、施工便捷和經濟環保的新型風力發電機塔架。
為實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案是：逐級變徑式現澆混凝土風電機組塔架，包括上部鋼製塔段、下部現澆混凝土塔段、預應力鋼絞線組件和鋼筋混凝土基座；上部鋼製塔段與下部現澆混凝土塔段通過預應力鋼絞線組件相連；下部現澆混凝土塔段固接在鋼筋混凝土基座上；預應力鋼絞線組件上下端分別與現澆混凝土塔段的上端和鋼筋混凝土基座錨固。
一些實施例中，所述上部鋼製塔段包括塔筒壁和底法蘭，上部鋼製塔段通過底法蘭和預應力鋼絞線組件與現澆混凝土塔段相連；為防水防塵，在上部鋼製塔段與現澆混凝土塔段相連處外側膠粘防水材料。
進一步地，防水材料需具有一定的延展性和很好的耐久性，以確保在鋼製塔段和現澆混凝土塔段連接處長期在荷載作用下發生微小位移時的可靠密封。
一些實施例中，所述下部現澆混凝土塔段包括多個直段、斜段和頂段；直段通過滑模現澆而成，斜段和頂段單獨立模現澆，每個直段的直徑保持一致，並且直段從上而下直徑依次增大，斜段的直徑上小下大，相鄰兩個直段之間通過斜段連接，斜段與直段的連接處具有與直段相配的折角，斜段的折角處配製加強鋼筋或鋼板。多個直段、斜段和頂段組成逐級變徑的旗杆式塔段。所述下部現澆混凝土塔段各段的直徑、高度、壁厚及斜段的斜率根據塔段受力情況結合塔架整體高度和現場運輸要求確定。一些實施例中，所述預應力鋼絞線組件包括鋼絞線、鋼製塔段底法蘭、下端錨固裝置和鎖頭。鋼絞線上端錨固在鋼製塔段底法蘭上，下端錨固裝置端部預埋在基座內。
進一步地，鋼絞線可以由單股或多股預應力鋼絲組成，需做一定的防腐措施。鋼絞線與鋼筋混凝土基座成一定的角度，其長度、直徑、根數和跟開大小等需根據荷載條件計算得到。待下部現澆混凝土達到設計強度，將上部鋼製塔段吊至現澆混凝土塔段上，將鋼絞線穿過縱向套管連接到鋼製塔段的底法蘭上，對預應力鋼絞線組件中的鋼絞線施加預應力，再用鎖頭鎖緊。
一些實施例中，所述鋼筋混凝土基座在與下部現澆混凝土塔段最下端的直段相連處布置加強配筋；鋼筋混凝土基座的截面形式、尺寸和埋深等根據地基承載力和荷載條件確定，鋼筋混凝土基座根據現場情況，可在鋼筋混凝土基座側面和上部進行填土保護。
本實用新型由於採用以上技術方案，使之與現有技術相比，具有的優點和積極效果為：（1）現澆混凝土塔段直段採用了滑模技術，相對於錐型塔架結構，簡化了模板工程，降低了模板費用，且逐級變徑相對於等直徑的塔架來說受力條件更好；（2）採用現澆混凝土結構，塔架整體性好，抗震、防水和防塵等性能相比於裝配式塔架更好，其與鋼製塔段的組合避免了採用過大直徑的鋼製塔段，克服了其製造、運輸和吊裝等方面的約束；（3）現澆混凝土—鋼組合使塔架輪轂高度增大、自振頻率減小、振幅減小，有利於提高發電量，有利於低風速地區的風資源利用，有利於避免塔架發生渦激振動和共振，也有利於現場吊裝和機組安全穩定運行；（4）預應力鋼絞線組件使塔架處於預壓狀態，結構的穩固性提高，耐久性和抗裂性好；（5）鋼製塔段底法蘭兼作預應力鋼絞線組件的上錨板，可節省鋼材。
附圖說明
結合附圖，通過下述的詳細說明，可更清楚地理解本實用新型的上述及其他特徵和優點，其中：
圖1是本實用新型實施例的結構正面示意圖。
圖2是本實用新型實施例的現澆混凝土塔段和鋼製塔段連接處示意圖。
圖3是本實用新型實施例的現澆混凝土塔段斜段外折角結構示意圖。
圖4是本實用新型實施例的現澆混凝土塔段斜段內折角結構示意圖。
圖5是本實用新型實施例的結構頂面示意圖。
標號說明：
1-鋼製塔段塔筒壁
2-鋼製塔段底法蘭
3-現澆混凝土塔段直段
4-現澆混凝土塔段斜段
5-現澆混凝土塔段頂段
6-鋼絞線
7-鎖頭
8-縱向套管
9-加強鋼筋
10-下端錨固裝置
11-鋼筋混凝土基座
12-防水材料。
具體實施方式
為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。然而，本實用新型可以以許多不同形式實現，並且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達成充分及完整公開，並且使本技術領域的技術人員完全了解本實用新型的範圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區域的尺寸及相對尺寸。
如圖1所示，本實施例為逐級變徑式現澆混凝土風電機組塔架，包括上部鋼製塔段、下部現澆混凝土塔段、預應力鋼絞線組件和鋼筋混凝土基座等組成部分；上部鋼製塔段在現澆混凝土塔段上方並通過預應力鋼絞線組件與之相連；下部現澆混凝土塔段固接在基座之上；預應力鋼絞線組件上下端分別與現澆混凝土塔段的上端和鋼筋混凝土基座錨固。
如圖2所示，所述上部鋼製塔段包括塔筒壁1和底法蘭2等組成部分，上部鋼製塔段通過底法蘭2和預應力鋼絞線組件與下部現澆混凝土塔段相連；上部鋼製塔段外徑為4000 mm，下部現澆混凝土塔段頂段5的外徑為4300 mm；在鋼製鋼製塔段與現澆混凝土塔段相連處的外側膠粘防水材料12。
如圖1所示，在本實施例中，所述下部現澆混凝土塔段由2個直段3、2個斜段4和1個頂段5組成；直段3通過滑模現澆而成，斜段4和頂段5單獨立模現澆，直段3、斜段4和頂段5組成逐級變徑的旗杆式塔段；現澆混凝土塔段頂段5內預留有穿鋼絞線的縱向套管8；待現澆混凝土達到設計強度，將鋼製塔段吊至現澆混凝土塔段上；將鋼絞線6穿過縱向套管8連接到鋼製塔段的底法蘭2上，對鋼絞線6施加預應力，再用鎖頭7鎖緊。
所述預應力鋼絞線組件由鋼絞線6、鋼製塔段底法蘭2、下端錨固裝置10和鎖頭7組成。鋼絞線上端錨固在鋼製塔段底法蘭2上，下端錨固裝置10端部預埋在基座11內。
如圖1~5所示，所述下部現澆混凝土塔段總高度為30 m，底端外徑7000 mm，頂端外徑4300 mm。直段高9.45 m，斜段高4.05 m，壁厚均為300 mm；頂段高3 m，壁厚600 mm；斜坡段斜率為1：6。在預應力鋼絞線下端錨固裝置10端部加強配筋；在斜段4折角處配加強鋼筋9。
所述鋼筋混凝土基座11在與現澆混凝土塔段最下端的直段3相連處附近加強配筋；鋼筋混凝土基座11採用正八邊形筏板式基礎；在鋼筋混凝土基座11側面和上部進行填土保護。
所述防水材料12需具有一定的延展性和很好的耐久性，以確保在鋼製塔段和現澆混凝土塔段連接處長期在荷載作用下發生微小位移時的可靠密封。本實施例中採用1.5mm厚自粘聚合物改性瀝青防水卷材和高分子防水塗料，但在接縫處不粘實並留有1cm的富餘長度。
所述鋼絞線6為多股預應力鋼絲（16根Φs15.2無黏結鋼絞線外包PE套）組成的鋼絲束，一共40束，沿塔架環向布置。鋼絞線跟開為6 m，上下錨固端離塔段壁均為200 mm。
最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的技術人員應當理解，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和範圍。