CN112112769A - 一种带翼墙的装配式风电塔筒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风电塔筒技术领域，公开了一种带翼墙的装配式风电塔筒，包括：第一筒段、第二筒段以及多个翼墙；所述第一筒段的第一端与所述第二筒段的第一端可拆卸连接；所述翼墙具有用于贴合地面的下表面，多个所述翼墙依次环设在所述第二筒段的第二端的外侧壁上，且各所述翼墙的下表面分别与所述第二筒段的第二端端面位于同一水平面上；任意相邻两个所述翼墙之间间隔设置。本发明通过翼墙有效减小第二筒段的底部拉应力，使风电塔筒整体结构受力更加合理；同时运输及安装简便快捷，减轻作业人员的工作负担。

Description

一种带翼墙的装配式风电塔筒
技术领域
本发明涉及风电塔筒技术领域，特别是涉及一种带翼墙的装配式风电塔筒。
背景技术
风电塔筒是风力发电机组的重要组成部分，其作用是支撑机舱和风轮，将风轮举到相应的高度运行，获取足够风能动力以驱动发电机组发电。随着风力发电产业的不断成熟，国内对于低风速地区、中东部地区的风能资源的开发已经日趋激烈，在风切变指数较好的地方增大轮毂高度可以有效提高风力发电机组的发电量，因此，增大风电塔筒的高度已成为主要趋势。但是，目前国内的风电塔筒多数是钢制塔筒，钢制塔筒存在制作成本高(钢制塔筒的成本随高度成指数规律增加)、易腐蚀、维护成本高、运输安装困难等问题。此外，由于钢制塔筒承压能力和承拉能力有限，塔筒的高度较大时，钢制塔筒的底部容易出现承受应力过载而发生开裂或屈曲现象，存在较大的安全性隐患。
发明内容
本发明的目的是：提供一种带翼墙的装配式风电塔筒，底部承载能力较强，同时运输及安装简便快捷，减轻作业人员的工作负担。
为了实现上述目的，本发明提供了一种带翼墙的装配式风电塔筒，包括：第一筒段、第二筒段、以及多个翼墙；所述第一筒段的第一端与所述第二筒段的第一端可拆卸连接；
所述翼墙具有用于贴合地面的下表面，多个所述翼墙依次环设在所述第二筒段的第二端的外侧壁上，且各所述翼墙的下表面分别与所述第二筒段的第二端端面位于同一水平面上；任意相邻两个所述翼墙之间间隔设置。
进一步地，所述翼墙的数量n的范围为4～16。
进一步地，所述翼墙的截面为方形或梯形。
进一步地，所述翼墙的高度h与所述第二筒段的高度H满足以下计算公式：
h＝(1/10～1/2)＊H。
进一步地，所述第二筒段在位于相邻两个所述翼墙之间的侧壁上开设有门洞。
进一步地，所述第二筒段和所述翼墙均为混凝土材质，所述第二筒段和所述翼墙通过浇筑工艺形成一体化结构。
进一步地，所述第二筒段为圆柱状筒体结构。
进一步地，所述第一筒段为圆台状筒体结构，所述第一筒段的第一端为横截面较大的一端。
进一步地，所述第一筒段的第一端端面与所述第二筒段的第一端端面通过法兰连接。
进一步地，所述第一筒段为钢铁材质。
本发明实施例一种带翼墙的装配式风电塔筒与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明实施例的带翼墙的装配式风电塔筒在运输过程中，将第一筒段和第二筒段拆分成两部分，分别将第一筒段和第二筒段运输到安装地点后再拼接起来，便于运输。
进一步地，第二筒段是采用承压能力较强的材料制成，如混凝土，可通过增大第二筒段的长度以增大风电塔筒的整体高度，以实现风力发电机组获取更多风能动力来提高发电量的目的，同时第二筒段由于预应力钢绞线的存在不会发生开裂现象，结构牢固，提高整体安全性。
进一步地，第二筒段的第二端的外侧壁上环设有多个翼墙，且翼墙的下表面与第二筒段的第二端端面位于同一水平面上，以使第二筒段的第二端端面和翼墙的下表面同时贴合地面，增大了风电塔筒底部与地面的接触面积以提高整体的稳定性，同时翼墙能够有效减小第二筒段的底部拉应力，使整体结构受力更加合理。第二筒段与翼墙的材质相同，可以为混凝土材质，在安装地点采用浇筑工艺成一体化结构，结构牢固且使运输更加便捷。
附图说明
图1是本发明的带翼墙的装配式风电塔筒的结构示意图；
图2是本发明的第二筒段和翼墙的结构示意图；
图3是本发明的第一筒段和第二筒段拆分示意图；
图4是图3中A部分的放大图；
图5是本发明的带翼墙的装配式风电塔筒的一个模型的楼层位移曲线图。
图中，1－第一筒段、11－法兰盘；
2－第二筒段、21－预埋螺栓、22－孔道、23－预应力钢绞线；
3－翼墙；
4－门洞。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，下述筒段或筒体是指内部中空且两端带开口的结构，包括圆筒或方筒等，优选为圆筒结构。
如图1所示，本发明优选实施例的一种带翼墙的装配式风电塔筒的结构示意图。具体地，带翼墙的装配式风电塔筒包括第一筒段1、第二筒段2、以及多个翼墙3；第一筒段1的第一端与第二筒段2的第一端可拆卸连接；翼墙3具有用于贴合地面的下表面，多个翼墙3依次环设在第二筒段2的第二端的外侧壁上，且各翼墙3的下表面分别与第二筒段2的第二端端面位于同一水平面上；任意相邻两个翼墙3之间间隔设置。
其中，本发明的“带翼墙”是指环设在第二筒段2外侧壁的多个翼墙3，目的是增大风电塔筒与地面的接触面积以提高整体稳定性。
进一步地，第一筒段1为金属材质，其用于连接风力发电机组的机舱和风轮起支撑固定的作用，因此第一筒段1可选为钢铁材质，通过焊接的方式将机舱与风轮固定在第一筒段1上。第二筒段2采用承压能力较强的材料制成，可选为混凝土材质，通过增大第二筒段2的长度以增大风电塔筒的整体高度，以实现风力发电机组获取更多风能动力来提高发电量的目的，同时第二筒段2由于预应力钢绞线23的存在不会发生开裂现象，结构牢固，提高整体安全性。翼墙3的材质与第二筒段2的材质相同，可选为混凝土材质，翼墙3可以在第二筒段2施工完成后，张拉预应力钢绞线时，采用浇筑工艺与第二筒段2形成一体化结构，有效缩短工期且运输更加便捷。其中，第二筒段2的第二端沿其周向间隔设置有多根与自身一体成型的第一连接钢筋，翼墙3的一侧也设置有与自身一体成型的第二连接钢筋，多个翼墙3通过自身的第二连接钢筋分别与第二筒段2的第一连接钢筋相互连接后浇筑混凝土，以使翼墙3和第二筒段2通过浇筑工艺形成一体化结构。
进一步地，参考图3，第一筒段1优选为圆台状筒体结构，在满足机舱和风轮在第一筒段1的安装需求下，减小第一筒段1的受风面积可提高第一筒段1和第二筒段2的连接稳定性。
由于第二筒段2是带翼墙的装配式风电塔筒的主要支撑部位，长度尺寸较大，变径的第二筒段2在吊装及运输过程中较为麻烦，因此第二筒段2优选为圆柱状筒体结构，第二筒段2的横截面面积均匀相同，加工时，先将第二筒段2分割成多个尺寸相同的子筒段(或者是统一标准尺寸的子筒段)并在工厂预制，随后将子筒段运输至安装地点后拼接成第二筒段2。长度尺寸较小的子筒段可大大降低运输难度。
另一种施工方式是根据第二筒段2的结构先预制钢筋笼，将钢筋笼运至现场拼装后采用爬模的施工方法浇筑混凝土，形成第二筒段2。
作为本发明的一种实施例，第一筒段1横截面较大的一端端面与第二筒段2的一端端面通过法兰连接，以实现第二筒段2的一端与第一筒段1的一端可拆卸连接。具体地，参考图3、4，第一筒段1横截面较大的一端端面上一体成型有法兰盘11，第二筒段2的一端端面上通过浇筑工艺形成有一体成型的多根预埋螺栓21，预埋螺栓21的一端突出于第二筒段2的一端端面，第一筒段1和第二筒段2通过多根预埋螺栓21采用过盈配合一一对应地卡固在法兰盘11的通孔，以实现第一筒段1与第二筒段2之间的法兰连接。优选地，为了提高第二筒段2的整体结构强度，第二筒段2沿其周向间隔设置有多个孔道22，各孔道22内分别预埋有预应力钢绞线23，其中预应力钢绞线23通过锚固的方式固定在第二筒段2的端面，利用预应力钢绞线23有效提高第二筒段2的承拉能力。
本发明的翼墙3的数量n的设计与第二筒段2的直径尺寸相对应，第二筒段2的直径范围一般是4000－6000mm，因此本发明的翼墙3的数量n的范围为4～16。当翼墙3数量过少时，翼墙3减小第二筒段2底部拉应力的能力不足，容易导致第二筒段2的侧壁出现开裂现象；当翼墙3数量过多时，用材过多，导致造价成本较大。
进一步地，参考图2，翼墙3的截面为方形或梯形。其中，当翼墙3的截面为梯形时，翼墙3的面积较大的表面与第二筒段2的第二端端面位于同一水平面上，以增强翼墙3减小第二筒段2底部拉应力的效果。
进一步地，本发明的翼墙3的高度h的设计与第二筒段2的高度H相对应，翼墙3的高度h与第二筒段2的高度H满足以下计算公式：h＝(1/10～1/2)＊H，有效确保翼墙3减小第二筒段2底部拉应力的效果。
进一步地，第二筒段2在位于相邻两个翼墙3之间的侧壁上开设有门洞4，门洞4用于材料、设备和人员的进出。门洞4的数量可选为一个或多个。
下面为采用MIDAS软件对本发明的变截面的带翼墙的装配式风电塔筒进行建模，分析其承受应力载荷的情况。
其中，本发明的带翼墙的装配式风电塔筒的参数优选如下：第一筒段1的竖直高度为10m、壁厚为25mm、直径为3500－5000mm，第二筒段2的竖直高度为110m、壁厚为500/600m、直径为5000mm，翼墙3的高度为20m、长度为1500mm、厚度为500mm。
对第一筒段1施加风机荷载、三个方向的力和三个方向的弯矩，其中，外部风场的参数为：基本风压为0.85kN/m2、风载荷计算用阻尼比为5％。同时风电塔筒以间隔5m设置成一个标准层。
结果分析：参考图5，带翼墙的装配式风电塔筒的变形为弯曲型，第一筒段1的位移最大为574mm，对应位移角为1/209，小于《风力发电机组预应力现浇式混凝土塔筒技术规范》(T/CEC 5007－2018)规定的位移角限值(1/200)，符合规范设计要求。同时，翼墙3上部和风电塔筒底部的截面应力较大，但截面压应力均小于混凝土抗压强度。
综上，本发明实施例提供一种带翼墙的装配式风电塔筒，在运输过程中，将第一筒段1和第二筒段2拆分成两部分，分别将第一筒段1和第二筒段2运输到安装地点后再拼接起来，便于运输。进一步的，第二筒段2是采用承压能力较强的材料制成，如混凝土，可通过增大第二筒段2的长度以增大风电塔筒的整体高度，以实现风力发电机组获取更多风能动力来提高发电量的目的，同时第二筒段2由于预应力钢绞线的存在不会发生开裂现象，结构牢固，提高整体安全性。进一步的，第二筒段2的第二端的外侧壁上环设有多个翼墙3，且翼墙3的下表面与第二筒段2的第二端端面位于同一水平面上，以使第二筒段2的第二端端面和翼墙3的下表面同时贴合地面，增大了风电塔筒底部与地面的接触面积以提高整体的稳定性，同时翼墙3能够有效减小第二筒段2的底部拉应力，使整体结构受力更加合理。第二筒段2与翼墙3的材质相同，可以为混凝土材质，在安装地点采用浇筑工艺成一体化结构，结构牢固且使运输更加便捷。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种带翼墙的装配式风电塔筒，其特征在于，包括：第一筒段、第二筒段、以及多个翼墙；所述第一筒段的第一端与所述第二筒段的第一端可拆卸连接；
所述翼墙具有用于贴合地面的下表面，多个所述翼墙依次环设在所述第二筒段的第二端的外侧壁上，且各所述翼墙的下表面分别与所述第二筒段的第二端端面位于同一水平面上；任意相邻两个所述翼墙之间间隔设置。
2.如权利要求1所述的带翼墙的装配式风电塔筒，其特征在于，所述翼墙的数量n的范围为4～16。
3.如权利要求1所述的带翼墙的装配式风电塔筒，其特征在于，所述翼墙的截面为方形或梯形。
4.如权利要求3所述的带翼墙的装配式风电塔筒，其特征在于，所述翼墙的高度h与所述第二筒段的高度H满足以下计算公式：
h＝(1/10～1/2)＊H。
5.如权利要求1所述的带翼墙的装配式风电塔筒，其特征在于，所述第二筒段在位于相邻两个所述翼墙之间的侧壁上开设有门洞。
6.如权利要求1～5任一项所述的带翼墙的装配式风电塔筒，其特征在于，所述第二筒段和所述翼墙均为混凝土材质，所述第二筒段和所述翼墙通过浇筑工艺形成一体化结构。
7.如权利要求1～5任一项所述的带翼墙的装配式风电塔筒，其特征在于，所述第二筒段为圆柱状筒体结构。
8.如权利要求1～5任一项所述的带翼墙的装配式风电塔筒，其特征在于，所述第一筒段为圆台状筒体结构，所述第一筒段的第一端为横截面较大的一端。
9.如权利要求8所述的带翼墙的装配式风电塔筒，其特征在于，所述第一筒段的第一端端面与所述第二筒段的第一端端面通过法兰连接。
10.如权利要求8所述的带翼墙的装配式风电塔筒，其特征在于，所述第一筒段为钢铁材质。
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