CN213981057U - 一种底部设墩柱的装配式风电塔筒 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风电塔筒技术领域，公开了一种底部设墩柱的装配式风电塔筒，包括：第一筒段、第二筒段、以及基座；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；所述基座包括支撑台、以及多根相对间隔设置的墩柱；所述支撑台的上表面开设有容置槽，所述第二筒段的第二端端面伸入所述容置槽内且所述第二筒段的第二端与所述支撑台固定连接；各所述墩柱的一端端面分别抵接至所述支撑台的下表面并与所述支撑台固定连接，多根所述墩柱的另一端端面位于同一水平面上。本实用新型利用多根墩柱分别承受整体的压力及拉力，减小第二筒段底部的拉应力，使风电塔筒整体结构受力更加合理。

Description

一种底部设墩柱的装配式风电塔筒

技术领域

本实用新型涉及风电塔筒技术领域，特别是涉及一种底部设墩柱的装配式风电塔筒。

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。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种底部设墩柱的装配式风电塔筒，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，本实用新型提供了一种底部设墩柱的装配式风电塔筒，包括：第一筒段、第二筒段、以及基座；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；

所述基座包括支撑台、以及多根相对间隔设置的墩柱；所述支撑台的上表面开设有容置槽，所述第二筒段的第二端端面伸入所述容置槽内且所述第二筒段的第二端与所述支撑台固定连接；各所述墩柱的一端端面分别抵接至所述支撑台的下表面并与所述支撑台固定连接，多根所述墩柱的另一端端面位于同一水平面上。

进一步地，任意相邻两根所述墩柱之间设置有横梁，所述横梁的下表面与所述墩柱的远离所述支撑台的一端端面位于同一水平面上。

进一步地，所述支撑台、所述墩柱、以及所述横梁为采用混凝土浇筑成一体化结构。

进一步地，所述墩柱的数量n为4～16个。

进一步地，所述墩柱的横截面为圆形，任意相邻两根所述墩柱之间的最小间距L与所述墩柱的直径D满足以下第一计算公式：

L＝(1.5～2)＊D。

进一步地，所述墩柱的横截面为正方形，任意相邻两根所述墩柱之间的最小间距L与所述墩柱的宽度B满足以下第二计算公式：

L＝(1.5～2)＊B。

进一步地，所述第二筒段为混凝土材质，所述第二筒段和所述支撑台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，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。

本实用新型实施例一种底部设墩柱的装配式风电塔筒与现有技术相比，其有益效果在于：

本实用新型实施例在运输过程中，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和承拉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，提高风电塔筒的整体安全性。

进一步地，第二筒段的第二端端面伸入支撑台的容置槽内，且第二筒段与支撑台固定连接，支撑台的下表面设置有多根相对间隔设置的墩柱，多根墩柱的自由端位于同一水平面上，其中墩柱选用横截面较大的，以增大风电塔筒与地面的接触面积，以使多根墩柱可以贴合放置在地面上，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，同时利用多根墩柱分别承受整体的压力及拉力，减小第二筒段底部的拉应力，使风电塔筒整体结构受力更加合理。第二筒段与支撑台、墩柱的材质相同，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是本实用新型的底部设墩柱的装配式风电塔筒的结构示意图；

图2是本实用新型的第二筒段和基座的结构示意图；

图3是本实用新型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是本实用新型的底部设墩柱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－基座、31－支撑台、311－容置槽、32－墩柱、33－横梁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型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实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，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。

在本实用新型中，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，本实用新型优选实施例的一种底部设墩柱的装配式风电塔筒的结构示意图。具体地，底部设墩柱的装配式风电塔筒包括第一筒段1、第二筒段2、以及基座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；基座3包括支撑台31、以及多根相对间隔设置的墩柱32；支撑台31的上表面开设有容置槽311，第二筒段2的第二端端面伸入容置槽311内且第二筒段2的第二端与支撑台31固定连接；各墩柱32的一端端面分别抵接至支撑台31的下表面并与支撑台31固定连接，多根墩柱32的另一端端面位于同一水平面上。

其中，本实用新型的“底部设墩柱”是指在第二筒段2的第二端设置有多根墩柱32，多根墩柱32分别承受风电塔筒整体的压力及拉力，减小第二筒段2底部的拉应力，使风电塔筒整体结构受力更加合理。

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由于预应力钢绞线的存在不会发生开裂现象，结构牢固，提高风电塔筒的整体安全性。支撑台31的材质与第二筒段2的材质相同，可选为混凝土材质，支撑台31可以在安装地点采用浇筑工艺与第二筒段2形成一体化结构，结构牢固且使运输更加便捷。其中，第二筒段2的第二端端面底部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，支撑台31在位于容置槽311的内部设置有多根与自身一体成型的第二连接钢筋，第二筒段2与支撑台31通过多根第一连接钢筋和多根第二连接钢筋一一对应连接后，再将第一连接钢筋和第二连接钢筋套有模体并向模体内浇筑混凝土，以使支撑台31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。

作为本实用新型的一种实施例，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钢筋21，预埋钢筋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。

进一步地，参考图2，由于多根墩柱32是相对间隔设置，零散度较大，且墩柱32与地面接触面积较小，因此本实用新型在任意相邻两根墩柱32之间设置有横梁33，横梁33的下表面与墩柱32的远离支撑台31的一端端面位于同一水平面上。横梁33的材质与墩柱32的材质相同，横梁33优选为混凝土材质，支撑台31、墩柱32、以及横梁33为采用混凝土浇筑成一体化结构的基座3，方便基座3的运输。通过横梁33和墩柱32同时贴合接触地面，增大基座3与地面的接触面积，进一步减小第二筒段2底部的拉应力，使风电塔筒整体结构受力更加合理。

本实用新型的墩柱32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，因此本实用新型的墩柱32的数量n的范围为4～16。当墩柱32数量过少时，墩柱32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；当墩柱32数量过多时，用材过多，导致造价成本较大。

作为一种实施例，墩柱32的横截面为圆形，为了使所有墩柱32更好地承受风电塔筒的整体压力及拉力，任意相邻两根墩柱32之间的最小间距L与墩柱32的直径D满足以下第一计算公式：L＝(1.5～2)＊D。

作为另一种实施例，墩柱32的横截面为正方形，为了使所有墩柱32更好地承受风电塔筒的整体压力及拉力，任意相邻两根墩柱32之间的最小间距L与墩柱32的宽度B满足以下第二计算公式：L＝(1.5～2)＊B。

下面为采用MIDAS软件对本实用新型的变截面的风电塔筒进行建模分析其承受应力载荷的情况。

其中，本实用新型的变截面的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70m、壁厚为500m、直径为5000mm，墩柱的高度为40m、横截面为正方形且宽度为3000mm、厚度为400mm。

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，风电塔筒的变形为弯曲型，第一筒段1的位移最大为595.3mm，对应位移角为1/202，小于《风力发电机组预应力现浇式混凝土塔筒技术规范》(T/CEC5007－2018)规定的位移角限值(1/200)，符合规范设计要求。同时，墩柱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，本实用新型实施例提供一种底部设墩柱的装配式风电塔筒，其在运输过程中，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，提高风电塔筒的整体安全性。进一步的，第二筒段2的第二端端面伸入支撑台31的容置槽311内，且第二筒段2与支撑台31固定连接，支撑台31的下表面设置有多根相对间隔设置的墩柱32，多根墩柱32的自由端位于同一水平面上，以使多根墩柱32可以贴合放置在地面上，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，同时利用多根墩柱32分别承受整体的压力及拉力，减小第二筒段2底部的拉应力，使风电塔筒整体结构受力更加合理。第二筒段2与支撑台31、墩柱32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实用新型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实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种底部设墩柱的装配式风电塔筒，其特征在于，包括：第一筒段、第二筒段、以及基座；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；

所述基座包括支撑台、以及多根相对间隔设置的墩柱；所述支撑台的上表面开设有容置槽，所述第二筒段的第二端端面伸入所述容置槽内且所述第二筒段的第二端与所述支撑台固定连接；各所述墩柱的一端端面分别抵接至所述支撑台的下表面并与所述支撑台固定连接，多根所述墩柱的另一端端面位于同一水平面上。

2.如权利要求1所述的底部设墩柱的装配式风电塔筒，其特征在于，任意相邻两根所述墩柱之间设置有横梁，所述横梁的下表面与所述墩柱的远离所述支撑台的一端端面位于同一水平面上。

3.如权利要求2所述的底部设墩柱的装配式风电塔筒，其特征在于，所述支撑台、所述墩柱、以及所述横梁为采用混凝土浇筑成一体化结构。

4.如权利要求1所述的底部设墩柱的装配式风电塔筒，其特征在于，所述墩柱的数量n为4～16个。

5.如权利要求1所述的底部设墩柱的装配式风电塔筒，其特征在于，所述墩柱的横截面为圆形，任意相邻两根所述墩柱之间的最小间距L与所述墩柱的直径D满足以下第一计算公式：

L＝(1.5～2)＊D。

6.如权利要求1所述的底部设墩柱的装配式风电塔筒，其特征在于，所述墩柱的横截面为正方形，任意相邻两根所述墩柱之间的最小间距L与所述墩柱的宽度B满足以下第二计算公式：

L＝(1.5～2)＊B。

7.如权利要求1～6任一项所述的底部设墩柱的装配式风电塔筒，其特征在于，所述第二筒段为混凝土材质，所述第二筒段和所述支撑台通过浇筑工艺形成一体化结构。

8.如权利要求7所述的底部设墩柱的装配式风电塔筒，其特征在于，所述第二筒段为圆柱状筒体结构。

9.如权利要求1～6任一项所述的底部设墩柱的装配式风电塔筒，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，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9所述的底部设墩柱的装配式风电塔筒，其特征在于，所述第一筒段为钢铁材质。

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