CN118003463A - 一种风机预制混凝土塔筒及生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于混凝土塔筒制作技术领域，公开了一种风机预制混凝土塔筒及生产工艺，采用3D打印技术制作混凝土塔筒，无需模板开发、制作与安装，显著缩短开发周期并降低制作成本。相比钢塔筒，其制作成本大幅降低。此外，该技术减少了人工浇筑需求，极大减少了用工量，降低工人劳动强度。通过一台3D打印机，塔筒可打印至20米甚至更高，且加入速凝剂的混凝土缩短了凝固、强化时间。打印过程中，塔筒立柱、平台及圈梁等可同步完成，提升了塔筒的承载、稳定性及安装便捷性，降低了吊装难度与周期。与现有塔筒段浇筑模式相比，本发明优势显著，为塔筒制作领域带来了革命性的改变。

Description

一种风机预制混凝土塔筒及生产工艺

技术领域

本发明属于混凝土塔筒制作技术领域，尤其涉及一种风机预制混凝土塔筒及生产工艺。

背景技术

风力发电机组简称风机，风机中主要包括叶轮、发电机、塔筒等部件。其中，塔筒用于支撑其上的叶轮和发电机等部件。

由于高空的风速更大，风力发电可以产生更高的发电效率，因此需要增加塔筒的高度。据测算，通过将一个高度为80米的5MW风机提高至160米的高度，风电场运营商可以增加至少30％的发电量。为了满足风电装机增长和成本降低的要求，通过建造更高、更结实的塔筒，在最大化发电量产出时尽量降低制造和维护成本成为当前的主要发展方向。高塔筒的优点是可以获取相对高海拔处的高风速，通过直径更大的叶轮获取更稳定的高风速。特别是低风速地区，此类地区平均风速较小，受地表粗糙度和大气垂直稳定度等因素影响，区域内风切变指数较大，高塔筒在低风速时代的趋势下已经成为刚性需求。

随着风机发电功率的增加，叶片长度越来越长，与之匹配的风机塔筒的高度和截面尺寸也不断增加。高度在120米及以上的钢制塔筒，已属于柔性塔筒范畴。尽管近年“柔塔”应用已较为广泛，但其与风电机组的配合仍然是一项较为复杂的***工程，机组的安全与可靠运行仍存在着不确定性。一方面，大高度钢制塔筒会导致“涡激振动”和“塔筒共振”现象。为抑制“涡激振动”引发的塔筒振动，常常需要加装扰流条或临时阻尼器。同时，随着高度的增加导致吊装时发生“涡激振动”的临界风速在不断降低。运行期间需要依赖控制策略来规避“塔筒共振”带来的失稳风险，目前业内主要通过“共振穿越”、“不平衡补偿”、增加阻尼器等技术来实现。另一方面，塔筒高度增加会带来塔顶摆幅的增大，这对机组的稳定运行、后期运维以及结构的疲劳都带来了不少困扰。此外，低空急流现象会造成的风轮轴向力和切向力变化，这对“柔塔”的抗剪能力提出更高挑战。因此钢塔难以满足大截面高塔筒的建造要求。

混凝土塔筒有天然的耐久性，在极端条件下仍能保持其性能，生产及维护成本低，生命期结束后容易回收并再用于其它工程项目。通过低成本的混凝土高塔筒，开发商可以实现快速的投资回报。而预制混凝土塔筒能够经济地建造大型风力发电机组。混凝土塔筒建造过程中通过塔吊由下往上依次吊装单个塔筒段，最终建造成完整的混凝土塔筒。相关技术在海外已经有近20年的历史，国际主流风机厂商Acciona、Enercon、Gamesa均有大规模的应用。巴西、智利、丹麦已有数个风场采用混凝土，西班牙和英国等国的新项目也有采用。

以Enercon为代表的分片式，在国内并未广泛应用。尽管可以解决塔筒运输尺寸受限问题，但如此高密度的螺栓连接，将极大程度削弱分片式的运输优势。此外，受分片式塔筒强度限制，其单片的高度也是有限的，且针对连接螺栓的监测及后期维护等也将带来诸多问题。

筒节式浇筑塔筒，塔筒由一段段的塔筒段堆叠而成，但受到浇筑质量的影响，塔筒段高度一般不超过5米，这就带来了塔筒吊装的次数较多，筒节的连接位置增多等诸多问题。一般会将混凝土塔筒设计成直筒段与变径段，这样做的好处是减少了模具种类，提高了模具的通用性，但采用这种塔筒方式，将使得塔筒增加混凝土的使用量，造成材料成本的增高。

为了保证混凝土浇筑件强度，混凝土内部需要制作钢筋结构、外部还需使用模具来确保浇筑形状，由于内部钢筋结构的存在，混凝土内部容易出现空洞等缺陷。受混凝土浇筑工艺的影响、所浇筑塔筒壁的内部一般只能做成实心壁，侧壁内部要形成孔洞需要采取很多的措施才能实现。

目前，国内在混凝土塔筒建设方面还存在诸多问题：

一是制造技术远未成熟，混凝土塔筒的混凝土预制的加工精度较高，较一般建筑领域的预制生产难度大。

二是难以体现成本优势，单套模板的造价较高，需要有足够的生产套数来分摊成本。而不同项目的塔筒是依据机型、风力特征、载地地质条件等来设计的，一套模板很难包容多个项目，这是混凝土塔筒相比于钢塔的最大劣势。即使采用直筒加变径筒的设计方式达到减少模具种类的目的，但这种方式使得混凝土的用量比纯圆锥形塔筒的用量增加，且变径筒位置也存在较大应力问题。

三是塔筒生产、安装施工面积大，混凝土塔筒受混凝土浇筑质量的影响，每段只有3-5米的高度，且浇筑混凝土的固化、养护的时间较长。因此，预制工厂需要较大的作业面。

四是因为塔筒每段只有3-5米的高度，而塔筒要达到一百多米的高度，势必需要更多的混凝土塔筒段数，由此也增加了吊装的次数与难度，也增加了塔筒连接的处数，造成了吊装周期及塔吊使用费用的增加及连接处出现问题的风险。因此，目前高塔一般采用钢混塔筒，其底部采用混凝土塔筒，塔筒顶端一般都是使用钢塔段，这也就导致目前高塔主要是钢混塔筒底部采用混凝土塔筒，顶端采用钢制塔筒存在的主要原因。而即使是钢混塔顶端的钢塔，也存在腐蚀、使用寿命、运行噪音等诸多问题。

五是当在吊装高度极高的塔筒时，需要使用高度相匹配的塔吊装置，高度极高的塔吊装置在吊装的过程中极易发生变形与歪斜。为了增加塔吊装置的稳定性，当两个或多个混凝土塔筒段堆叠完毕后，塔筒已具有一定高度，这时需利用扶臂支撑结构将混凝土塔筒与塔吊装置连接在一起，以实现混凝土塔筒对塔吊装置的支撑，从而避免塔吊装置侧翻。但现有技术中，当在塔筒上设置连接装置支撑塔吊装置时，塔筒的支撑部位会产生更多的侧向载荷，使得塔筒受侧向推力容易出现变形与歪斜，需要进行结构强化。

六是塔筒浇筑时都通过模具进行浇筑，但混凝土在固化、养护过程中会因为水分的蒸发而收缩，但模具会限制他同的收缩变形，这就使得塔筒表面受到了拉应力，极大的降低塔筒的疲劳强度及整体力学性能指标。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

混凝土塔筒都是通过模板浇筑的方式进行，存在成本高、用工大，内部容易出现缺陷、浇筑高度小，施工面积大、新产品开发周期长、施工周期长、占地面积大等问题，且浇筑的筒体都为实心壁结构，混凝土的使用量大。

针对混凝土塔筒的制作问题，目前仅有GE公司进行了风电塔筒的3D打印尝试，但其因设备原因，打印的塔筒最大高度只有十米，而且还存在打印精度低、打印表面质量、层间结合质量都较差等问题。且所打印塔筒无立柱、平台等附件。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种风机预制混凝土塔筒及生产工艺。

本发明是这样实现的，一种风机预制混凝土塔筒段包括：安装在混凝土基座上的底层段、中间段以及塔顶段，所述的预制混凝土塔筒段从下至上直径逐渐变小，呈圆锥台形状。

进一步，所述塔筒段采用3D整体打印到20米甚至更高。

进一步，塔筒段结构圆周的方向均匀分布有塔筒立柱，在塔筒段的高度方向有圈梁、平台结构，且其与塔筒段其他部位同步打印而成。

进一步，塔筒层间铺设了纤维网，且纤维网下垂到筒体外壁并碾压进筒体外表面，通过纤维网将塔筒混凝土连为一体。

进一步，除塔顶段以外的塔筒段顶端都做成榫头结构，除底层段之外的所有塔筒段底部做成卯眼结构，塔筒段之间的连接采用榫卯结构。

进一步，塔筒段打印过程中，在筒体内壁同步安装直梯、较高部位的中间段立柱部位的外壁表面安装塔吊固定座等塔筒段附属件。

进一步，塔筒段侧壁圆周方向均匀分布有塔筒段纵向加强筋安装孔、预应力绞线安装孔等内部结构，且其与塔筒段其他部位同步整体打印而成。

进一步，塔筒纵向加强筋安装孔内安装的加强筋可以是内部充填混凝土的钢管、钢筋、玻璃纤维复合筋、玄武岩筋、碳纤维复合筋或内部填充混凝土的这类材料所制管件等。

进一步，混凝土塔筒段内可以张拉体内预应力绞线。

进一步，预应力绞线可以是钢绞线以及碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维绞线。

进一步，所述的风机预制混凝土塔筒段的制作方法，包括以下步骤：

a.在3D打印平台上进行找平层打印，以使得打印塔筒段的底面处于水平面并确保塔筒底面的平面度；

b.在找平层上表面铺设隔离薄膜或者喷涂其他防粘涂料等隔离物质；

c.在隔离物质上表面进行塔筒段打印，打印过程中层间铺设纤维网并使纤维网伸出筒体外侧，且将伸出筒体外侧的纤维网碾压进筒体侧壁外表面内；

d.塔筒打印过程中，在筒体内壁同步安装直梯、较高位置的中间段的外壁表面安装塔吊固定座等塔筒附属件；

e.在塔筒段顶部附近打印出塔筒内平台；

f.塔筒段打印结束后，将塔筒段从打印位置移开到附件安装位置，打印机继续进行下一个塔筒段的打印；

g.在附件安装位置将塔筒内平台护栏、直梯护栏等附件进行安装；

h.将塔筒的纵向加强筋装入纵向加强筋安装孔内，再在安装孔内灌浆，使加强筋与塔筒成为一体，加强筋上端与塔筒起吊用吊耳座连接，下端与塔筒连接件相连；

i.在塔筒段的内预应力绞线安装孔内放入预应力绞线安装管；

j.可以进行分段或不分段预应力绞线安装。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、本发明带来的一些具备创造性的技术效果，具体描述如下：

(一)通过采用3D打印进行混凝土塔筒打印，塔筒制作再也无需进行模板的开发、制作以及模板的安装，节省了塔筒开发周期，也降低了开发、制作成本，使得混凝土塔筒的制作成本远低于钢塔筒以及现有的混凝土浇筑塔筒。

(二)由于采用3D打印，无需人工浇筑，因此，可以极大的减少用工量，也降低工人的劳动强度。

(三)由于采用本技术方案发明人申请的《一种超大型3D打印***及其打印方法》ZL201710508051.9专利技术，塔筒段可以整体打印到20米甚至更高，这样可极大的减少塔筒段数，大幅减少塔筒段的起吊次数，大幅降低吊装时间与费用。从而，使得高塔采用纯混凝土塔筒成为甚至必然。

(四)由于采用3D打印，塔筒段可以打印成20米甚至更大高度，较现有3-5米浇筑塔筒或者与GE打印的十米塔筒段相比减少了塔筒段数量。又由于3D打印所用混凝土中加入了速凝剂，降低了塔筒混凝土凝固、养护的时间。与现有浇筑塔筒段以及GE的3D打印生产模式相比，大幅降低了对生产基地面积的要求。

(五)塔筒侧壁采用内、外壁及中部的连接筋构成的非实心墙体结构，与现有浇筑的实心壁墙体相比节约了20％以上的混凝土，降低了混凝土塔筒的单位重量，也节约了原材料成本，从而也减轻了对混凝土塔筒吊装设备的载荷要求。即使通过加大侧壁厚度、改变内外壁及中部的连接筋的结构形式来提高塔筒稳定性与结构的承载能力，所增加的混凝土重量也会低于目前通过浇筑的混凝土塔筒。

(六)由于塔筒侧壁采用内、外壁及中部的连接筋构成的非实心墙体结构，除了减重外，其内部结构设计空间还能更加丰富。

(七)塔筒打印的混凝土都是通过3D打印机的打印头挤压出来，并且层与层之间是通过打印头碾压铺设而成，塔筒混凝土的结合密实性远远超过浇筑而成的混凝土塔筒。打印时铺设纤维网，没有横向钢筋，其内部不会出现混凝土浇筑时所存在的孔洞等缺陷。

(八)塔筒与塔筒之间的连接采用榫卯结构而非平面接缝，极大的提高了塔筒的抗剪、抗弯等能力，也使得塔筒安装对接变得简单。

(九)采用本技术方案发明人申请的《一种3D打印结构、制作方法及其应用》ZL202010128457.6专利技术，塔筒的层间铺设了纤维网，且纤维网下垂到筒体外壁并碾压进筒体外表面，通过纤维网将塔筒整个圆周连为一体，极大的提高了塔筒的整体性、抗裂、抗震、稳定性及强度。同时，也由于纤维网的铺设，可以替代当前浇筑混凝土水平方向钢筋的铺设，大幅降低了钢筋的应用，降低了成本，也具有更好的防腐效果。

(十)塔筒段打印过程中同步将塔筒内部平台打印出来，安装人员可以直接利用平台进行下一个塔筒的安装，极大的提高了塔筒安装效率，避免了风电塔筒安装时需要使用内部升降平台进行辅助安装的麻烦，也避免了在塔筒安装期间在其内部安装平台的麻烦及花费。

(十一)3D打印过程中可以同时在塔筒内进行直梯、塔吊固定座等附属部件的安装，在大幅减少附件安装成本、时间的同时也能更好的保证附件的安装质量及位置精度。

(十二)塔吊固定座设置在塔筒立柱位置，通过立柱强化和塔筒之间的榫卯结构，避免塔筒变形、错位与破坏。

(十三)塔筒段侧壁打印出塔筒段纵向加强筋安装孔，在塔筒打印完毕后再安装纵向加强筋，既保证了塔筒的纵向强度，同时，也能避免3D打印过程中提前安装纵向加强筋对打印过程的影响。

(十四)塔筒纵向加强筋安装孔内安装的加强筋可以用玻璃纤维复合筋、玄武岩筋、碳纤维复合筋或内部填充混凝土的这类材料所制管件等材料，大幅提高了其抗腐蚀能力。此外，单独放入的纵向加强筋，即使采用钢筋、钢管，由于无需焊接，也方便使用更加耐腐蚀的手段来提高整体防腐能力。

(十五)纵向加强筋顶端与塔筒吊耳相连、底部与塔筒连接件相连，这样，既方便了塔筒的吊运、同时也能在上下两塔筒对接好后将吊耳与塔筒连接件连接在一起形成机械固定，这样，上下塔筒在砂浆固化形成强度前可由其提供塔筒抗侧向载荷的能力，避免了在塔筒安装特别是受到塔吊侧向推力时塔筒的错位与歪斜。

(十六)塔筒结构包含塔筒立柱、圈梁，且其与塔筒其他部位同时打印而成，塔筒立柱、圈梁是建筑结构中的重要组成部分，其主要作用如下：

1、增强结构整体性：立柱能够提高建筑物的整体刚度，有效地抵抗地震等自然灾害。通过与圈梁、地梁等构件的连接，立柱可以形成一个更加稳定的空间结构体系，提高建筑物的抗震性能。

2、增强墙体承载力：立柱可以与墙体协同工作，可以增强建筑物的总体刚度，提高建筑物的抗侧裂度和抗震性，抵抗侧向力如风荷载和地震荷载。

3、增强支撑作用：立柱可以集中上部各结构产生的力，传递自上而下的重力荷载，使建筑物保持稳定立体形态和安全性。然后通过其截面向下均匀传递，有利于基础的设计。如果没有立柱，各上部结构产生的力会直接作用在墙体上，给基础带来较大困难。

4、调节水平荷载：立柱在高层或长高比较大的建筑中，能够有效地调节水平荷载的传递路径，将上部结构产生的剪力向基础传递，和重力荷载一起作用于建筑物的根部基础，降低建筑物的侧向位移。这有助于提高建筑物的舒适度和安全性。

5、增强结构耐久性：立柱采用混凝土材料制成，具有较好的耐久性。在正常使用和维护的情况下，立柱可以长期保持其原有性能，确保建筑物的安全性和稳定性。

6、界定空间：立柱和墙体一起，将建筑物内部空间划分为不同的功能区域。立柱的布置位置和节距在一定程度上决定着建筑空间的划分。

第二，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

1、塔筒段采用3D打印成圆锥台形状，塔筒高度可以整体打印到20米甚至更高。

2、塔筒段圆周均匀分布有立柱，且其高度方向还有圈梁与平台。塔筒立柱、圈梁在塔筒结构中可以提高建筑物的整体性能、增强塔筒结构安全性、提高抗震能力、调节水平荷载以及增强结构耐久性等多方面性能。平台除了起到圈梁作用外，还避免了风电塔筒安装时需要使用内部升降平台辅助安装的麻烦，极大的提高了塔筒装配效率，降低了后期平台安装的时间与成本。

3、塔筒的层间铺设了纤维网，且纤维网下垂到筒体外壁并碾压进筒体外表面，通过纤维网将塔筒打印道的混凝土连为一体，提高了塔筒的整体性、稳定性、抗裂性及强度。同时，也由于纤维网的铺设，可以替代混凝土水平方向钢筋的铺设，大幅降低了钢筋的应用，降低了成本，对于海上风电塔筒，更具有防腐效果。

4、除塔顶段3以外的塔筒段顶端都做成榫头结构，除底层段1之外的所有塔筒段底部做成卯眼结构，塔筒段之间的连接采用榫卯结构，使得塔筒段之间连接更加可靠。

5、塔筒段打印过程中，在筒体内壁同步安装直梯、较高部位的中间段2立柱部位的外壁表面安装塔吊固定座等塔筒段附属件，在提高装配精度、质量的同时也大幅降低了浇筑后装配的时间及费用。

6、塔筒段侧壁结构圆周方向均匀分布有塔筒段纵向加强筋安装孔、预应力绞线安装孔等内部结构孔，并与塔筒段其他部位同步打印而成，且其是在塔筒段打印完毕后再装入纵向加强筋安装孔，并进行灌浆固定。这使得3D打印结构不但和浇筑塔筒同样拥有纵向加强筋，而且还大幅降低了纵加强筋对3D打印造成的麻烦。此外，纵向加强筋在塔筒段顶部与塔筒吊耳相连，加强筋底部可与塔筒连接件相连，甚至做成所需形状。当两塔筒安装在一起后，可以将下一个塔筒的吊耳与上一个塔筒段的塔筒连接件连接起来，这样可避免现有装配时塔筒段之间采用砂浆等连接需要的凝固时间，也避免了当塔吊支撑在塔筒时给塔筒带来的移位。

7、塔筒段侧壁打印有预应力绞线安装孔，这样可将预应力绞线安装在侧壁内部，使得塔筒的预应力绞线成为内置钢绞线，提高了塔筒内部的整洁性，也减少了施工时该绞线错乱的风险。

因此，通过本发明技术方案的转化，不但可降低塔筒的重量，制造成本，降低用工量，提高生产效率，而且，通过3D打印还可提高混凝土塔筒的质量，提高装配效率。因此，其可以完全颠覆现有混凝土塔筒的生产，与现有塔筒模式相比，净利润至少增加20％以上。

本发明在塔筒段立柱、圈梁及平台的同步整体3D打印以及20米高度塔筒段的整体打印、混凝土塔筒层间进行纤维网铺设方面填补了国内外空白。

本发明解决了人们一直未能解决的混凝土塔筒在大高度、高稳定性、高整体性、耐久性以及高效、高质量生产、吊装的技术难题。

第四，本发明获取的显著技术进步：

1.3D整体打印20米甚至以上高度技术：与传统的分段制造和组装方法相比，采用3D整体打印技术制造风机预制混凝土塔筒段是一个显著的技术进步。这种技术允许更复杂的结构设计，同时提高生产效率、减少施工时间、施工场地和劳动力成本。通过整体打印，可以确保塔筒段的精度和一致性，减少现场装配的误差。同时，20米甚至以上打印高度可以大幅减少塔筒段数，减少生产场地需求以及吊装次数。

2.圆锥台形状设计：塔筒段采用从下至上直径逐渐变小的圆锥台形状设计，这种设计有助于分散风力作用在塔筒上的力，提高结构的稳定性。与传统的等直径塔筒相比，圆锥台形状可以更好地承受风力，减少塔筒的振动和疲劳损伤，也降低了材料消耗。

3.纤维网增强技术：在塔筒层间铺设纤维网，并将纤维网碾压进筒体外表面，通过纤维网将塔筒打印的混凝土连为一体，是一种创新的增强技术，这种技术增强了塔筒的整体性和抗裂性，其可以代替现有浇筑混凝土塔筒的横向钢筋结构。由于少钢筋化甚至无钢筋化处理，塔筒的耐腐蚀能力更强。纤维网的使用还可以减少混凝土的开裂和渗漏问题，提高结构的可靠性、耐久性和使用寿命。

4.集成化设计与制造：风机预制混凝土塔筒段的各个部件，如塔筒立柱、圈梁、平台和直梯等，都与塔筒段的其他部分同步打印而成，实现了集成化设计与制造。这种设计简化了结构的构件数量，简化了装配过程，减少了现场安装的复杂性。同时，集成化设计还可以提高结构的整体性和稳定性，减少维护和修理的需求。

5.现有塔筒的模板浇筑模式，混凝土在固化时会有收缩倾向，但模板限制了其变形量，因此，其塔筒的内外表面都会存在拉应力，降低了塔筒的力学性能。而采用3D打印的混凝土塔筒，没有模板限制其变形，因此，在固化过程中其内、外径都会出现收缩变形，从而使得其内外表面都受到压应力，大幅提升塔筒的力学性能。

6.塔筒打印的混凝土都是通过3D打印机的打印头挤压出来，并且层与层之间是通过打印头碾压铺设而成，塔筒混凝土的结合密实性远远超过浇筑而成的混凝土塔筒。打印时铺设纤维网，没有横向钢筋，其内部不会出现混凝土浇筑时所存在的孔洞等缺陷。因此，其对水泥的强度级别将可远低于现有浇筑用水泥，从而达到进一步降低成本的目的。

本发明采用3D整体打印技术、圆锥台形状设计、纤维网增强技术和集成化设计与制造等显著的技术进步，使得风机预制混凝土塔筒段具有更高的稳定性、耐久性和生产效率，为风力发电行业带来了重大的技术创新和效益提升。

附图说明

图1是本发明实施例提供的风机预制混凝土塔筒结构图。

图2是本发明实施例提供的底层段结构图。

图3是本发明实施例提供的中间段结构图。

图4是本发明实施例提供的塔顶段结构图。

图5是本发明实施例提供的风机预制混凝土塔筒俯视图。

图6是本发明实施例提供的风机预制混凝土塔筒段的制作方法流程图。

图中：1；底层段；2、中间段；3、塔顶段；101、外侧壁；102、连接筋；103、内侧壁；104、加强筋安装孔；105、加强筋；106、砂浆；107、预应力绞线安装孔；108、预应力绞线安装管；109、塔筒立柱；110、筒内平台；111、平台人孔；112、直梯；113、圈梁；114、榫头；115、吊耳；116、平台；117、塔筒连接件；201、卯眼；202、塔吊固定座；301、机舱连接法兰。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-5所示，本发明提供一种风机预制混凝土塔筒段包括：安装在混凝土基座上的底层段1、中间段2以及塔顶段3，所述的预制混凝土塔筒段从下至上直径逐渐变小，呈圆锥台形状。

塔筒立柱109：位于底层段侧壁内侧，起到强化、支撑、稳定作用。

筒内平台110：在底层段的内部，提供工作空间、功能空间或通道。

外侧壁101、连接筋102、内侧壁103：构成塔筒的壁体，塔筒的重要构件。

加强筋105：提供额外的纵向结构强度。

直梯112：贯穿上、中、下塔筒段，用于安装、维保人员上下进出。

圈梁113：水平方向上的支撑结构，增强塔筒的整体性，提高塔筒稳定性。

榫头114：便于塔筒段的装配，提高塔筒的抗弯、抗剪能力。

吊耳115：用于与其他部件或结构进行连接或吊装。

中间段2：

卯眼201：用于与底层段或其他中间段进行连接。

塔顶段3：

机舱连接法兰301：位于塔顶段顶部，用于与风机的机舱进行连接。

砂浆106：用于塔筒加强筋固定以及塔筒之间的连接或空隙填充。

预应力绞线安装孔107和预应力绞线安装管108：用于预应力绞线的安装和固定，提高塔筒的稳定性和耐久性。

风机预制混凝土塔筒段的各个部件和结构之间具有明确的链接或位置关系，共同构成了一个稳定、高效的风力发电支撑结构。

本发明提供的风机预制混凝土塔筒段详细工作原理如下：

首先，本发明通过采用先进的3D打印技术，将混凝土材料逐层堆积，精确地制作出具有特定形状和尺寸的塔筒段。这种技术无需传统的模板开发和制作，从而显著缩短了开发周期，降低了制作成本。

各塔筒段(包括底层段1、中间段2和塔顶段3)在预制过程中，严格按照设计要求进行制造和加固。外侧壁101、连接筋102和内侧壁103共同构成了塔筒的坚固壁体，确保塔筒的整体强度和稳定性。加强筋105则提供额外的纵向结构强度，进一步增强塔筒的承载能力。

在塔筒的组装过程中，底层段1首先安装在混凝土基座上，然后通过卯眼201和榫头114等结构，与中间段2进行精确对接和固定。这种装配方式不仅简化了安装过程，还提高了塔筒的抗弯和抗剪能力。同样，中间段2与塔顶段3之间也采用类似的连接方式，确保整个塔筒结构的稳定性和连续性。

塔筒立柱109位于底层段侧壁内侧，起到强化、支撑和稳定塔筒的作用。筒内平台110则提供了工作空间，方便维修人员进行设备的安装、检修和维护。直梯112贯穿整个塔筒，为安装和维保人员提供了便捷的上下通道。

圈梁113作为水平方向上的支撑结构，增强了塔筒的整体性，提高了其稳定性。同时，预应力绞线通过预应力绞线安装孔107和预应力绞线安装管108进行安装和固定，进一步提高了塔筒的稳定性和耐久性。

在塔筒段之间的连接处，使用砂浆106进行固定和空隙填充，确保连接的紧密性和稳定性。最后，塔顶段3的机舱连接法兰301与风机的机舱进行连接，完成整个风力发电支撑结构的搭建。

通过这种预制和装配的方式，本发明不仅提高了施工效率，降低了成本，还确保了塔筒的质量和稳定性。同时，其独特的设计和结构使得塔筒在风力发电***中能够发挥出最大的效能，为风力发电行业的可持续发展做出了重要贡献。

底层段：安装在混凝土基座上的最底部的塔筒段。

中间段：位于底层段和塔顶段之间的塔筒段。

塔顶段：位于塔筒的最上方的段，用于支撑风机的机舱和叶片。

递减的直径：从下至上，塔筒段的直径逐渐变小，形成圆锥台的形状。

3D整体打印：塔筒段可通过3D打印技术一体打印，可达到20米甚至更高的高度。

结构加固：塔筒段圆周方向均匀设置有塔筒立柱，高度方向设计有圈梁和平台结构，这些结构与塔筒段其他部位同步打印而成。

纤维网增强：塔筒层间铺设纤维网，纤维网延伸到筒体外壁并与之结合，通过纤维网强化混凝土结构的整体性，同时也减少甚至避免钢筋使用，提高了塔筒的防腐能力，非常合适海洋风电产业的应用。

筒内平台110：塔筒内部的工作平台及功能空间。

直梯112：用于塔筒内部人员上下的梯子。

圈梁113：沿塔筒内部周向设置的加强环。

榫头114和吊耳115：用于连接和吊装塔筒段的结构件。

平台116：指的是塔筒内部的工作平台或者塔筒顶部支撑风机机舱的平台。

卯眼201：与塔吊固定座202配合使用的连接孔，用于吊装时的定位和固定。

机舱连接法兰301：用于将风机的机舱与塔筒顶端连接。

外侧壁101、连接筋102、内侧壁103：构成塔筒的壁体，塔筒的重要构件。

加强筋105：提供额外的纵向结构强度。

预应力绞线安装孔107和安装管108：用于安装预应力绞线，进一步加强结构。

本发明提供的塔筒段采用3D整体打印到20米甚至更高。

本发明提供的塔筒段结构圆周的方向均匀分布有塔筒立柱，在塔筒段的高度方向有圈梁、平台结构，且其与塔筒段其他部位同步打印而成。

本发明提供的塔筒层间铺设了纤维网，且纤维网下垂到筒体外壁并碾压进筒体外表面，通过纤维网将塔筒打印道的混凝土连为一体。

本发明提供的除塔顶段3以外的塔筒段顶端都做成榫头结构，除底层段1之外的所有塔筒段底部做成卯眼结构，塔筒段之间的连接采用榫卯结构。

本发明提供的塔筒段打印过程中，在筒体内壁同步安装直梯、较高部位的中间段2立柱部位的外壁表面安装塔吊固定座等塔筒段附属件。

本发明提供的塔筒段侧壁圆周方向均匀分布有塔筒段纵向加强筋安装孔、预应力绞线安装孔等内部结构，且其与塔筒段其他部位同步整体打印而成。

本发明提供的塔筒纵向加强筋安装孔内安装的加强筋可以是内部充填混凝土的钢管、钢筋、玻璃纤维复合筋、玄武岩筋、碳纤维复合筋及充填混凝土的这类材料制备的管件等。

本发明提供的混凝土塔筒段内可以张拉体内预应力绞线6。

如图6所示，本发明提供的一种风机预制混凝土塔筒段的制作方法，包括以下步骤：

S101，在3D打印平台上进行找平层打印，以使得打印塔筒段的底面处于水平面并确保塔筒底面的平面度；

S102，在找平层上表面铺设隔离薄膜或者喷涂其他防粘涂料等隔离物质；

S103，在隔离物质上表面进行塔筒段打印，打印过程中层间铺设纤维网并使纤维网伸出筒体外侧，且将伸出筒体外侧的纤维网碾压进筒体侧壁外表面内；

S104，塔筒打印过程中，在筒体内壁同步安装直梯、较高位置的中间段的外壁表面安装塔吊固定座等塔筒附属件；

S105，在塔筒段顶部附近打印出塔筒内平台；

S106，塔筒段打印结束后，将塔筒段从打印位置移开到附件安装位置，打印机继续进行下一个塔筒段的打印；

S107，在附件安装位置将塔筒内平台护栏、直梯护栏等附件进行安装；

S108，将塔筒的纵向加强筋装入纵向加强筋安装孔内，再在安装孔内灌浆，使加强筋与塔筒成为一体，加强筋上端与塔筒起吊用吊耳座连接，下端与塔筒连接件相连；

S109，在塔筒段的内预应力绞线安装孔内放入预应力绞线安装管；

S110，可以进行分段或不分段预应力绞线安装。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风机预制混凝土塔筒段，其特征在于，所述风机预制混凝土塔筒段包括：安装在混凝土基座上的底层段、中间段以及塔顶段，所述的预制混凝土塔筒段从下至上直径逐渐变小，呈圆锥台形状；所述塔筒段采用3D整体打印技术制造；塔筒段的结构圆周方向均匀分布有塔筒立柱，高度方向设有圈梁和平台结构；塔筒打印的层间铺设了纤维网，纤维网下垂到筒体外壁并碾压进筒体外表面，通过纤维网将塔筒打印的混凝土连为一体。

2.根据权利要求1所述的风机预制混凝土塔筒段，其特征在于，底层段、中间段有榫头，中间段和塔顶段有卯眼，用于塔筒段之间的榫卯连接；中间有塔吊固定件，提高塔吊的稳定性和安全性；塔筒内部具有直梯和平台结构，用于人员上下和安装维护；塔顶段还设有机舱连接法兰，用于与风机的机舱进行连接；所述风机预制混凝土塔筒段还包括外侧壁、连接筋、内侧壁、加强筋安装孔、加强筋、砂浆、预应力绞线安装孔和预应力绞线安装管等部件，共同构成完整的风机预制混凝土塔筒段结构。

3.根据权利要求1所述的风机预制混凝土塔筒段，其特征在于，所述塔筒段采用3D整体打印到20米甚至更高；塔筒段结构圆周的方向均匀分布有塔筒立柱，在塔筒段的高度方向有圈梁、平台结构，且其与塔筒段其他部位同步打印而成。

4.根据权利要求2所述的风机预制混凝土塔筒段，其特征在于，塔筒层间铺设了纤维网，且纤维网下垂到筒体外壁并碾压进筒体外表面，通过纤维网将塔筒打印道的混凝土连为一体。

5.根据权利要求2所述的风机预制混凝土塔筒段，其特征在于，除塔顶段以外的塔筒段顶端都做成榫头结构，除底层段之外的所有塔筒段底部做成卯眼结构，塔筒段之间的连接采用榫卯结构。

6.根据权利要求2所述的风机预制混凝土塔筒段，其特征在于，塔筒段打印过程中，在筒体内壁同步安装直梯、较高部位的中间段立柱部位的外壁表面安装塔吊固定座等塔筒段附属件。

7.根据权利要求2所述的风机预制混凝土塔筒段，其特征在于，塔筒段侧壁圆周方向均匀分布有塔筒段纵向加强筋安装孔、预应力绞线安装孔等内部结构，且其与塔筒段其他部位同步整体打印而成。

8.根据权利要求7所述的风机预制混凝土塔筒段，其特征在于，塔筒纵向加强筋安装孔内安装的加强筋可以是内部充填混凝土的钢管、钢筋、玻璃纤维复合筋、玄武岩筋、碳纤维复合筋或内部充填混凝土的这些材料制备的管道。

9.根据权利要求7所述的风机预制混凝土塔筒段，其特征在于，混凝土塔筒段内可以张拉体内预应力绞线。

10.根据权利要求1至9任一项所述的风机预制混凝土塔筒段的制作方法，包括以下步骤：

a.在3D打印平台上进行找平层打印，以使得打印塔筒段的底面处于水平面并确保塔筒底面的平面度；

b.在找平层上表面铺设隔离薄膜或者喷涂其他防粘涂料等隔离物质；

c.在隔离物质上表面进行塔筒段打印，打印过程中层间铺设纤维网并使纤维网伸出筒体外侧，且将伸出筒体外侧的纤维网碾压进筒体外侧表面内；

d.塔筒打印过程中，在筒体内壁同步安装直梯、较高位置的中间段的外壁表面安装包括塔吊固定座的塔筒附属件；

e.塔筒段顶部附近打印出塔筒内平台；

f.塔筒段打印结束后，将塔筒段从打印位置移开到附件安装位置，打印机继续进行下一个塔筒段的打印；

g.在附件安装位置将塔筒内平台护栏、直梯护栏进行安装；

h.将塔筒的纵向加强筋装入纵向加强筋安装孔内，再在安装孔内灌浆，使加强筋与塔筒成为一体，加强筋上端与塔筒起吊用吊耳座连接，下端与塔筒连接件相连；

i.在塔筒段的内预应力绞线安装孔内放入预应力绞线安装管；

j.可以进行分段或不分段预应力绞线安装。