一种风电机组混凝土塔筒预应力钢绞线端部保护装置的制作方法

1.本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风电机组混凝土塔筒预应力钢绞线端部保护装置。


背景技术：

2.环境污染和资源短缺一直以来都是亟待解决的全球性问题，风电能源作为一种清洁能源受到越来越多的重视。为了获得稳定的发电量，风电机组通过支撑结构架设在高空中。近年来，风电结构的单机容量、轮毂高度和风轮直径都在逐步提升，传统的圆锥形钢塔支撑结构因承载能力受限，越来越难以满足风电结构大型化发展的趋势。
3.混凝土每立方造价不到钢材每吨的十分之一，混凝土的引入将降低支撑结构的用钢量，有利于突破风电结构因成本等问题造成的适用局限。为了降低运输尺寸和吊装重量，混凝土塔筒通常需要采取工厂分片预制、现场整体拼装的方式。现场拼装时，通常使用预应力钢绞线对各分段进行连接，并为混凝土塔筒提供主要的抗倾覆力矩。
4.但当塔筒遭受极端外荷载作用时，预应力钢绞线提供的抗倾覆力矩不足以抵抗混凝土塔筒分段之间的脱开，此时预应力筋钢绞线会随着分段之间接缝脱开程度的增大而拉长，并导致预应力的增加。若预应力增加过快，会使混凝土塔筒截面受压侧压应力迅速增大从而导致了塔筒的压溃。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种风电机组混凝土塔筒预应力钢绞线端部保护装置，通过保护装置的弹性变形，降低钢绞线的变形量，延缓预应力的增加，保护塔筒不会因为预应力增加过快而过早压溃。
6.本发明目的通过下述技术方案来实现：
7.一种风电机组混凝土塔筒预应力钢绞线端部保护装置，各混凝土塔筒纵向叠合设置，且预应力钢绞线纵向贯穿于各混凝土塔筒，完成各混凝土塔筒的连接固定，所述保护装置设置于混凝土塔筒的顶端，所述预应力钢绞线贯穿于所述保护装置，且所述钢绞线的端部与所述保护装置的顶端连接固定，且所述保护装置的顶端与底端之间设置弹性伸缩机构。
8.根据一个优选的实施方式，所述保护装置包括：第一限位件、第二限位件、弹性垫圈和锚具，所述第一限位件设置于第二限位件上方，所述第二限位件设置于混凝土塔筒的顶端，且所述第一限位件和第二限位件之间设有若干弹性垫圈，所述预应力钢绞线贯穿于第二限位件、弹性垫圈和第一限位件，并与设置于所述第一限位件的顶部的锚具刚性连接。
9.根据一个优选的实施方式，所述第二限位件与所述混凝土塔筒之间设有垫板。
10.根据一个优选的实施方式，所述垫板的表面面积大于第二限位件底面面积。
11.根据一个优选的实施方式，所述弹性垫圈为碟形垫圈。
12.根据一个优选的实施方式，所述第一限位件为上连接钢套筒，所述第二限位件为
下连接钢套筒，所述上连接钢套筒和下连接钢套筒为设有开口的槽体结构，且上连接钢套筒和下连接钢套筒的槽体开口相向设置；所述弹性垫圈叠放于上连接钢套筒和下连接钢套筒的槽体结构之间。
13.根据一个优选的实施方式，所述上连接钢套筒和下连接钢套筒间设有间隙，且所述间隙的距离等于设置于所述上连接钢套筒和下连接钢套筒间弹性垫圈的预设最大弹性变形量d。
14.根据一个优选的实施方式，所述预设最大弹性变形量d为：
[0015][0016]
其中，j表示混凝土塔筒的段数，δl
i
和δdl
i
分别为在受到相同外荷载情况下，不设置本保护装置与设置本保护装置时，与混凝土塔筒各段对应的钢绞线的变形量。
[0017]
根据一个优选的实施方式，所述第一限位件、第二限位件和弹性垫圈中心设置用于穿过预应力钢绞线的通孔结构。
[0018]
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
[0019]
本发明的有益效果：
[0020]
(1)本发明能有效增强混凝土塔筒的变形能力。传统的预应力混凝土塔筒在受到极端外荷载作用后，塔筒分段之间的接缝会因为产生了拉应力而脱开，预应力钢绞线伴随着脱开程度的增大而不断伸长。预应力钢绞线的伸长对接缝的脱开起到抑制作用，降低了塔筒变形的第二刚度，但其降低效果并不明显。本发明采用多个碟形垫圈串联于预应力钢绞线端部，当预应力钢绞线伸长时，多个碟形垫圈之间受压产生变形，进一步降低了塔筒变形的第二刚度，使得塔筒的变形能力增强。
[0021]
(2)本发明能有效避免混凝土塔筒的过早压溃。如上所述，传统的预应力混凝土塔筒在分段之间的接缝脱开之后，预应力伴随着预应力钢绞线的伸长而不断增大，混凝土塔筒截面受压区面积伴随着接缝的脱开而不断减小，从而使混凝土塔筒截面受压侧的压应力快速增大并导致混凝土的压溃。本发明利用多个碟形垫圈的受压变形，分担了部分预应力钢绞线的变形，减少了预应力钢绞线的伸长量、降低了预应力的增加量，从而有效地减缓了混凝土塔筒截面受压侧的压应力增长，避免混凝土塔筒的过早压溃。
[0022]
(3)本发明能有效避免预应力钢绞线的断裂。如上所述，传统的预应力混凝土塔筒在分段之间的接缝脱开之后，预应力伴随着预应力钢绞线的伸长而不断增大。如果初张拉预应力较大，预应力钢绞线很容易在过度伸长后进入塑性状态甚至发生断裂。本发明利用多个碟形垫圈的受压变形，分担了部分预应力钢绞线的变形，减少了预应力钢绞线的伸长量、降低了预应力的增加量，从而防止了预应力钢绞线的断裂。
[0023]
(4)本发明制作方便，现场安装简单，适合工业化生产与制造。不同于预应力混凝土塔筒的其他加固方法，本发明的所有构件都没有涉及较为复杂的加工工艺及施工工艺，
且可以直接组装于预应力钢绞线端部，便于批量生产、制造及安装，从而有效地降低了生产成本与施工时间，具有良好的经济效益。
附图说明
[0024]
图1是本发明保护装置的立体结构示意图；
[0025]
图2是本发明保护装置的正视图；
[0026]
图3是本发明保护装置变形前的剖视图；
[0027]
图4是本发明保护装置变形后的剖视图；
[0028]
图5是本发明保护装置变形前与混凝土塔筒连接构造示意图；
[0029]
图6是本发明保护装置变形后与混凝土塔筒连接构造示意图；
[0030]
图7是塔筒设置本发明保护装置与不设置本发明保护装置的变形能力比较图；
[0031]
图8是塔筒不受外荷载情况下时本发明保护装置与混凝土塔筒连接构造示意图；
[0032]
图9是塔筒受外荷载情况下本发明保护装置与混凝土塔筒变形结构示意图；
[0033]
图10是在不设置本发明保护装置时塔筒受外荷载情况下混凝土塔筒变形结构示意图；
[0034]
其中，1
‑
碟形垫圈，2
‑
上连接钢套筒，3
‑
下连接钢套筒，21
‑
钢绞线圆孔，4
‑
预应力钢绞线，5
‑
锚具，6
‑
垫板，d
‑
钢套筒间距，7
‑
混凝土塔筒。
具体实施方式
[0035]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0036]
需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0037]
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0039]
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0040]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、
“
安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0041]
另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
[0042]
实施例1：
[0043]
参考图1至图7所示，本发明公开了一种风电机组混凝土塔筒预应力钢绞线端部保护装置。
[0044]
本发明保护装置包括两个对立设置的上连接钢套筒2和下连接钢套筒3、置于所述钢套筒内的多个碟形垫圈1、固定所述上连接钢套筒2、下连接钢套筒3、碟形垫圈1及预应力钢绞线4于塔筒顶部的锚具5及垫板6。
[0045]
本实施例中，所述上连接钢套筒2及下连接钢套筒3是一侧开口，一侧为带有圆孔21的端板的空心开口圆筒构件，上连接钢套筒2及下连接钢套筒3开口侧对立放置且开口侧朝内，两连接钢套筒开口侧边缘留有一定间距d，保证其互不接触，预应力钢绞线4穿过圆孔21依次插入上连接钢套筒2及下连接钢套筒3之中。
[0046]
多个碟形垫圈1依次叠放于上连接钢套筒2及下连接钢套筒3的空槽内，并嵌套于预应力钢绞线4之上。所述碟形垫圈1可为任意数量的多个串联，以改变本发明装置的保护能力。
[0047]
上连接钢套筒2和下连接钢套筒3之间的间距d大小等于串联于上连接钢套筒2和下连接钢套筒3内的碟形垫圈1的最大弹性变形设计值，可通过更改间距d的大小以改变本发明装置的保护能力(同时相应的增加或减少碟形垫圈1的数量)。
[0048]
参考图8、9和10。图8是塔筒不受外荷载情况下时本发明保护装置与混凝土塔筒连接构造示意图，此时本发明保护装置未被压缩。图9是塔筒受外荷载情况下本发明保护装置与混凝土塔筒变形结构示意图；此时本发明保护装置发生压缩变形，钢绞线发生变形。图10是在不设置本发明保护装置时塔筒受外荷载情况下混凝土塔筒变形结构示意图，钢绞线发生变形。所述预设最大弹性变形量d为：
[0049][0050]
其中，j表示混凝土塔筒的段数，本实施例中j为3。δl
i
和δdl
i
分别为在受到相同外荷载情况下，不设置本保护装置与设置本保护装置时，与混凝土塔筒各段对应的钢绞线的变形量。也即是，通过设置本发明装置使得塔筒在承受相同的水平方向外力或外载荷的情况下，钢绞线4能够具有更大的变形能力，从而更不容易被拉断。
[0051]
本发明装置嵌套于预应力钢绞线4之上，并通过锚具5及垫板6固定于混凝土塔筒7之上，其中锚具5锚固于上连接钢套筒2顶部，垫板放置于下连接钢套筒3及混凝土塔筒7之间。
[0052]
本发明装置能有效增强混凝土塔筒的变形能力，并有效避免了混凝土塔筒的过早压溃及预应力钢绞线的断裂。
[0053]
具体的，本发明采用多个碟形垫圈1串联于预应力钢绞线4端部，当预应力钢绞线4伸长时，多个碟形垫圈1之间相互受压变形，有效降低了混凝土塔筒7变形的第二刚度，使得混凝土塔筒7的变形能力增强。进一步的，碟形垫圈1的受压变形，分担了部分预应力钢绞线4的变形，减少了预应力钢绞线4的伸长量、降低了预应力的增加量，从而防止了预应力钢绞线4的断裂，也有效地减缓了混凝土塔筒7截面受压侧的压应力增长，避免混凝土塔筒7的过早压溃。
[0054]
具体的，本发明装置的保护能力由碟形垫圈1的个数及上、上连接钢套筒2和下连接钢套筒3开口侧间距d所决定。参考图5和图6所示，混凝土塔筒7变形时，碟形垫圈1之间相互受压变形，上连接钢套筒2和下连接钢套筒3之间的间距d逐渐减小，当混凝土塔筒7变形使得本发明装置的上连接钢套筒2及下连接钢套筒3的开口侧相接触时(即d＝0时)，本发明装置的保护能力发挥至极致，塔筒第二刚度将恢复至不设本发明装置时的刚度。因此，碟形垫圈1的串联个数越多，上连接钢套筒2和下连接钢套筒3间距d越大，则本发明装置可发生的挤压变形越大，可降低的塔筒第二刚度程度越大，保护能力越强。
[0055]
图7为塔筒设置本发明保护装置与不设置本发明保护装置的变形能力比较图。即是，通过设置本发明装置使得塔筒在承受相同的水平方向外力或外载荷的情况下，钢绞线4能够具有更大的变形能力，相应地，塔筒也就具备更大的变形能力。即是，本发明采用多个碟形垫圈串联于预应力钢绞线端部，当预应力钢绞线伸长时，多个碟形垫圈之间受压产生变形，进一步降低了塔筒变形的第二刚度，使得塔筒的变形能力增强。
[0056]
此外，本发明装置所有的构件都没有涉及较为复杂的加工工艺及施工工艺，具体实施时可以直接组装于预应力钢绞线端部，便于批量生产、制造及安装，从而有效地降低了生产成本与施工时间，具有良好的经济效益，有利于推广。
[0057]
前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。
[0058]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。