CN114382657B - 一种组合塔架、塔架基础和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开提供一种组合塔架、塔架基础和风力发电机机组，组合塔架的第一塔架部包括位于内侧的内管和位于外侧的外管，所述内管和所述外管的材质均包括纤维复合增强材料；所述内管和所述外管之间形成环形腔，所述环形腔内填充有混凝土；所述内管和所述外管的至少一个端部为连接端部，所述连接端部预埋有第一连接件。通过纤维复合增强材料制成的外管、内管来约束混凝土，可以提高混凝土的强度，具有低成本优势。另外，由纤维复合增强材料制成的外管可以抵抗外部海洋环境的腐蚀。而且利用纤维复合增强材料制成的外管和内管，作为第一连接件的预埋基础，从而在强度较高的材质中可靠地设置第一连接件，保障第一连接件与其他部件连接的可靠性。

Description

一种组合塔架、塔架基础和风力发电机组

技术领域

本发明涉及塔架技术领域，具体涉及一种组合塔架、塔架基础和风力发电机组。

背景技术

目前，风力发电的塔架一般是钢制筒形，以海上风电塔架的主流结构为例，塔架由钢制筒体和钢制法兰组成约30米左右的分段，在施工现场通过高强螺栓进行连接。随着海上风电向深远海发展，钢制筒体制成的塔架的重量越来越重，成本也越来越高。为此，现在也有组合塔架，由钢制的外管和内管之间填充混凝土形成，但是这种方式中钢结构的外管、内管依然具有较重的重量。

发明内容

本申请实施例提供一种组合塔架，包括第一塔架部，所述第一塔架部包括位于内侧的内管和位于外侧的外管，所述内管和所述外管的材质均包括纤维复合增强材料；所述内管和所述外管之间形成环形腔，所述环形腔内填充有混凝土；所述内管和所述外管的至少一个端部为连接端部，所述连接端部预埋有第一连接件。

在一种具体实施方式中，所述内管和所述外管包括主体段，所述连接端部相接于所述主体段的一端，所述连接端部的厚度大于所述主体段的厚度。

在一种具体实施方式中，所述连接端部和所述主体段圆弧过渡。

在一种具体实施方式中，所述内管和所述外管，至少一者设有朝向所述环形腔突出的加劲肋。

在一种具体实施方式中，所述内管或所述外管设有多个所述加劲肋，多个所述加劲肋沿所述组合塔架的纵向、环向分布。

在一种具体实施方式中，所述外管的厚度大于所述内管的厚度。

在一种具体实施方式中，所述第一连接件为螺杆，或为设有内螺纹的套管。

在一种具体实施方式中，所述套管的外表面具有纹路。

在一种具体实施方式中，还包括第二塔架部，所述第二塔架部通过第二连接件与所述第一塔架部一个所述连接端部的所述第一连接件固定连接；或，所述组合塔架还包括转换段，所述转换段通过第二连接件与所述第一塔架部的所述连接端部的所述第一连接件固定连接，所述第二塔架部固定连接于所述转换段。

在一种具体实施方式中，所述第一连接件为螺杆或设有内螺纹的套管；所述第二连接件为与所述螺杆匹配的螺母，或所述第二连接件为与所述套管匹配的螺栓，或所述第二连接件包括螺柱和螺母，所述螺柱的两端分别与所述套管、所述螺母匹配。

在一种具体实施方式中，所述转换段为锥形。

本申请实施例还提供一种塔架基础，包括基础，以及上述任一项所述的组合塔架；

所述基础，通过第三连接件与所述组合塔架一个所述连接端部的所述第一连接件固定连接；或，所述塔架基础还包括转换段，所述转换段通过第二连接件与所述组合塔架的所述连接端部的所述第一连接件固定连接，所述基础固定连接于所述转换段。

本申请实施例还提供一种风力发电机组，包括上述任一项所述的塔架基础。

本申请实施例中组合塔架的主体结构是以具有一定强度的纤维复合增强材料制成内管和外管，并将混凝土作为夹层的组合结构。如此，通过纤维复合增强材料制成的外管、内管来约束混凝土，可以提高混凝土的强度，提供混凝土的承载能力。而且，纤维复合增强材料相较于背景技术中的钢材质，具有更低的成本优势。另外，纤维复合增强材料具有更好的防腐蚀能力，由纤维复合增强材料制成的外管可以抵抗外部海洋环境的腐蚀。而且本申请实施例利用纤维复合增强材料制成的外管和内管，作为第一连接件的预埋基础，从而在强度较高的材质中可靠地设置第一连接件，保障第一连接件与其他部件连接的可靠性。

附图说明

图1为本申请第一实施例所提供一种塔架基础的示意图；

图2为图1的轴向剖视图；

图3为图2中B部位的放大图；

图4为图2中A部位的放大图；

图5为图2中C部位的放大图；

图6为图1的横向剖视图；

图7为图6中D部位的放大图；

图8为图1中组合塔架的透视图；

图9为本申请第二实施例所提供一种塔架基础的示意图；

图10为图9中E部位的放大图。

图1-10中附图标记说明如下：

1-第一塔架部；

11-外管；111-第一外连接端部；112-第二外连接端部；113-外主体段；

12-内管；121-第一内连接端部；122-第二内连接端部；123-内主体段；

13-混凝土；14-螺杆；15-套管；

1a-加劲肋；

2-钢制塔架；21-T形法兰；

3-基础；31-T形法兰；

4-转换段；41-L形法兰；42-T形法兰；43-筒部；

5-螺柱；6-垫片；7-螺母。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

请参考图1-3，图1为本申请第一实施例所提供一种塔架基础的示意图；图2为图1的轴向剖视图；图3为图2中B部位的放大图。

该实施例中提供一种塔架基础，塔架基础可作为风力发电设备的支撑结构，风力发电设备可以是陆上或者海上，塔架基础包括塔架和基础，塔架一般处于陆上或水上，基础一般处于地下或水下，当然，也不限于此设置。本实施例中塔架基础的塔架为组合塔架，组合塔架包括第一塔架部1，第一塔架部1包括位于内侧的内管12和位于外侧的外管11，内管12和外管11均由FRP(Fiber Reinforced Polymer，纤维复合增强)材料制成，纤维复合增强材料具有较高的强度。此外，内管12和外管11间隔设置，这样，内管12和外管11之间可以形成环形腔，环形腔内填充有混凝土13，混凝土13可以是自密实微膨胀混凝土13，选用的混凝土13等级可以为C50-C80。制造第一塔架部1时，可以预先放置好外管11和内管12，作为浇筑模板，将混凝土13浇筑到二者围合的环形腔内，从而将外管11、内管12和混凝土13结合为一体。

由此可见，本申请实施例中第一塔架部1的主体结构是以具有一定强度的纤维复合增强材料制成内管12和外管11，并将混凝土13作为夹层的组合结构，即第一塔架部1为三层夹心结构。如此，通过纤维复合增强材料制成的外管11、内管12来约束混凝土13，可以提高混凝土13的强度，提供混凝土13的承载能力。而且，纤维复合增强材料相较于背景技术中的钢材质，具有更低的成本优势。另外，纤维复合增强材料具有更好的防腐蚀能力，由纤维复合增强材料制成的外管11可以抵抗外部海洋环境的腐蚀，为了更好地发挥防腐蚀的优势，外管11的厚度可以进一步设置为大于内管12的厚度。

此外，请继续参考图4、5，图4为图2中A部位的放大图；图5为图2中C部位的放大图。

第一塔架部1的内管12和外管11包括主体段和位于主体段两端的端部，端部设置为连接端部，主体段和连接端部为整体式结构，这里作划分是便于理解。具体地，可定义外管11的两个连接端部分别为第一外连接端部111、第二外连接端部112，内管12的两个连接端部分别为第一内连接端部121、第二内连接端部122，图2中，第一外连接端部111、第一内连接端部121位于第一塔架部1的上端，第二外连接端部112、第二内连接端部122位于第一塔架部1的下端。连接端部内可预埋有第一连接件。

这样，通过预埋的第一连接件，第一塔架部1可与相接的其他部件进行连接，其他部件例如是机舱，此时第一塔架部1组成整个的塔架，或者组合塔架也包括和第一塔架部1项组装的其他段，第一塔架部1还可以包括第二塔架部，第二塔架部比如是图1中所示的钢制塔架2，或者，组合塔架包括多个组装在一起的第一塔架部1，则第一塔架部1的第一连接件可用于连接其他的第一塔架部1。由此可见，本实施例利用纤维复合增强材料制成的外管11和内管12，作为第一连接件的预埋基础，从而在强度较高的材质中可靠地设置第一连接件，保障第一连接件与其他部件连接的可靠性。

而且，内管12和外管11均设有预埋的第一连接件，可以满足较高的连接强度需求，并且这样建立连接后有利于均匀地承载载荷，避免偏心载荷，当然，在连接强度满足要求的前提下，仅在内管12内预埋第一连接件，或者仅在外管11内预埋第一连接件也可以。预埋第一连接件时，可以沿内管12、外管11的周向均匀埋设。

具体地，图4中示意出外管11的第一外连接端部111和内管12的第一内连接端部121，第一外连接端部111和第一内连接端部121内预埋的第一连接件均为螺杆14，与螺杆14配合的第二连接件为螺母7。结合图1理解，第一塔架部1的上端连接有钢制塔架2，钢制塔架2包括筒部，筒部的下端设有T形法兰21，T形法兰21与筒部为整体式结构。

T型法兰21以筒部为界划分为内、外两部分，如图4所示，第一塔架部1与钢制塔架2安装时，钢制塔架2可以架设到第一塔架部1的上方，第一塔架部1的第一外连接端部111、第一内连接端部121预埋的螺杆14伸出第一塔架部1的上端面，螺杆14可***T形法兰21的法兰孔内，具体地，第一外连接端部111预埋的螺杆14***T形法兰21外侧部分的法兰孔并穿出，第一内连接端部121预埋的螺杆14***T形法兰21内侧部分的法兰孔并穿出，穿出的部分和螺母7螺纹连接，从而锁紧T形法兰21。可以在T形法兰21和螺母7间设置垫片6，以保护T形法兰21和螺母7，并增加接触面积，避免松动，T形法兰21和第一塔架部1的整个端面之间也可以设置垫片。

如图4所示，预埋的螺杆14的轴向截面呈T形，即螺杆14包括头部和螺纹杆部，头部的横向尺寸大于螺纹杆部，螺纹杆部伸出对应的连接端部，这样，头部可以限制螺纹杆部脱离连接端部，提高螺杆14预埋的可靠性。制造时，可以预备螺杆14，以螺杆14为芯模或芯模的部分，然后将纤维复合增强材料以缠绕、铺贴等方式和螺杆14形成一体。

再看图5，第一塔架部1安装在基础3的上端，基础3可以是钢制构架，具体的，基础3例如是桁架结构的导管架、单桩结构等。基础3的上端同样设置T形法兰31，第一塔架部1下端的第二外连接端部112、第二内连接端部122预埋的第一连接件也是螺杆14，与基础3通过第三连接件连接，第三连接件参照第二连接件理解，即螺杆14与基础3的T形法兰31的连接方式参照与钢制塔架2的连接方式理解，不再赘述。可知，钢制塔架2和基础3不设置T形法兰也可以，例如可以是L形法兰，满足连接强度要求即可。当然，T形法兰与内、外连接端部预埋的第一连接件配合，受力较为均衡。

如图2所示，内管12和外管11均包括主体段，分别定义为内主体段123、外主体段113，第一内连接端部121和第二内连接端部122分别相接于内主体段123的两端，第一外连接端部111和第二外连接端部112分别相接于外主体段113的两端。本申请实施例中，连接端部的厚度大于主体段的厚度，即外管11和内管12在端部位置局部加厚，如此，可以提供足够的空间以预埋第一连接件。

如图2和图5所示，由于外管11、内管12的连接端部与对应的主体段存在厚度差，相接位置a会形成台阶，本申请过实施例中在相接位置a采取圆弧过渡，如此可减小应力集中。

请继续参考图6-8，图6为图1的横向剖视图，横向为垂直于第一塔架部1轴向的方向；图7为图6中D部位的放大图；图8为图1中第一塔架部1的透视图。

本申请实施例中，内管12和外管11，至少一者可设有朝向环形腔突出的加劲肋1a，图7中，内管12和外管11均设有加劲肋1a。加劲肋1a与对应的内管12、外管11可以是一体式结构。加劲肋1a的设置可以增加混凝土13和内管12或外管11之间的粘接力。

如图8所示，内管12、外管11均设有多个加劲肋1a，多个加劲肋1a可沿第一塔架部1的纵向、环向分布。纵向相邻两个加劲肋1a的纵向间距值可以是1000mm，环向间距可以为60°，即沿周向相邻的两个加劲肋1a之间弧长所对应的圆心角的角度为60°，上、下相邻的两圈加劲肋1a在周向上错开布置。当然，上述数值仅仅是示例，可根据对混凝土13的粘接力要求涉及加劲肋1a的具体数量为位置。另外，如图7所示，加劲肋1a沿横向的截面结构可以是矩形，尺寸具体可以为沿径向的长度为100mm，沿周向的宽度为20mm，加劲肋1a与内管12、外管11一体形成，也是纤维复合增强材料制成。

实施例2

请参考图9、10，图9为本申请第二实施例所提供一种塔架基础的示意图，塔架基础的组合塔架包括第一塔架部1和转换段4，图中仅示意出第一塔架部1的上部；图10为图9中E部位的放大图。

该实施例中的第一塔架部1与第一实施例相同，只是预埋的第一连接件不同，本实施例中预埋的第一连接件为套管15，套管15设有内螺纹，与套管15配合的第二连接件或第三连接件包括螺柱5、螺母7，从而通过套管15、螺柱5、螺母7与其他部件建立螺纹连接。

为了进一步提高套管15预埋的可靠性，可以在套管15的外表面设置出纹路，纹路例如是异形螺纹，或者其他形式的纹路都可以，只要在套管15的外表面形成规则分布突起或不规则分布的突起，即可提高预埋连接的可靠性，使得套管15能够更好地与内管12或外管11的纤维复合增强材料粘接在一起。

另外，与实施例1的组合塔架有所区别，本实例中的第一塔架部1并不直接连接钢制塔架2，而是连接转换段4，由转换段4再与钢制塔架2连接，转换段4可以是钢制结构。如图10所示，转换段4包括筒部43，筒部43朝向外管11和内管12的一端设置为T形法兰42。T形法兰42以转换段4的筒部43为界划分为内、外两部分，可将螺柱5向下穿过T形法兰42内侧的法兰孔并***第一内连接端部121预埋的套管15内，与套管15螺纹紧固，并将配套的螺母7拧紧在螺柱5的上端，即螺柱5为双头螺柱，这样便于两头的拧紧操作，可知，与套管15配合的第二连件也可以是螺栓；同样，可将螺柱5向下穿过T形法兰42外侧的法兰孔内并***第一外连接端部111预埋的套管15内螺纹连接，然后将配套的螺母7拧紧在螺柱5的上端。即转换段4与第一塔架部1的连接方式，与实施例1中第一塔架部1和钢制塔架2的连接方式类似，转换段4的上端设有L形法兰41，可与钢制塔架2底部的法兰进行连接，从而完成衔接第一塔架部1和钢制塔架2的功能。

另外，螺柱5在和设有内螺纹的套管15连接之前，可以通过张拉器进行张拉，以获取合适的预紧力。

与实施例1相同，本实施例中第一塔架部1的下端可以连接基础3，同样可以通过转换段4与基础3连接，即第一塔架部1的下端也可以如图9所述的连接方式设置转换段4。

本实施例中的转换段4可以为直筒形或者锥形，不同锥度的转换段4可以配不同直径的钢制塔架2或者基础3，使得塔架基础的组装更具备灵活性。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种组合塔架，其特征在于，包括第一塔架部，所述第一塔架部包括位于内侧的内管和位于外侧的外管，所述内管和所述外管的材质均包括纤维复合增强材料；所述内管和所述外管之间形成环形腔，所述环形腔内填充有混凝土；所述内管和所述外管的至少一个端部为连接端部，所述连接端部预埋有第一连接件；所述内管和所述外管包括主体段，所述连接端部相接于所述主体段的一端，所述连接端部的厚度大于所述主体段的厚度。

2.根据权利要求1所述的组合塔架，其特征在于，所述连接端部和所述主体段圆弧过渡。

3.根据权利要求1所述的组合塔架，其特征在于，所述内管和所述外管，至少一者设有朝向所述环形腔突出的加劲肋。

4.根据权利要求3所述的组合塔架，其特征在于，所述内管或所述外管设有多个所述加劲肋，多个所述加劲肋沿所述组合塔架的纵向、环向分布。

5.根据权利要求1所述的组合塔架，其特征在于，所述外管的厚度大于所述内管的厚度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的组合塔架，其特征在于，所述第一连接件为螺杆，或为设有内螺纹的套管。

7.根据权利要求6所述的组合塔架，其特征在于，所述套管的外表面具有纹路。

8.根据权利要求1-5任一项所述的组合塔架，其特征在于，还包括第二塔架部，所述第二塔架部通过第二连接件与所述第一塔架部一个所述连接端部的所述第一连接件固定连接；或，所述组合塔架还包括转换段，所述转换段通过第二连接件与所述第一塔架部的所述连接端部的所述第一连接件固定连接，所述第二塔架部固定连接于所述转换段。

9.根据权利要求8所述的组合塔架，其特征在于，所述第一连接件为螺杆或设有内螺纹的套管；所述第二连接件为与所述螺杆匹配的螺母，或所述第二连接件为与所述套管匹配的螺栓，或所述第二连接件包括螺柱和螺母，所述螺柱的两端分别与所述套管、所述螺母匹配。

10.根据权利要求9所述的组合塔架，其特征在于，所述转换段为锥形。

11.一种塔架基础，其特征在于，包括基础，以及权利要求1-10任一项所述的组合塔架；

所述基础，通过第三连接件与所述组合塔架一个所述连接端部的所述第一连接件固定连接；或，所述塔架基础还包括转换段，所述转换段通过第三连接件与所述组合塔架的所述连接端部的所述第一连接件固定连接，所述基础固定连接于所述转换段。

12.一种风力发电机组，其特征在于，包括权利要求11所述的塔架基础。

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