风机支承结构及其加固方法与流程

1.本发明涉及风机基础技术领域，尤其是涉及一种风机支承结构及其加固方法。


背景技术：

2.老旧风机占据着很好的发电地区，风资源好且年均风速高，但老旧风机存在着诸多问题，例如发电效率较低以及维护成本较高问题，因此老旧风机亟待技改升级。
3.技改升级主要是指在不改变风机基础和底部塔筒的前提下，针对在役运行的机组进行技术升级、优化或部件替换，增加风机支承结构高度，增大装机容量等。这就对风机支承结构提出了更高的要求。
4.拉线式塔是常用的风机支承结构之一，拉线式塔可以提高结构的抗弯刚度，提高结构效率。拉线式塔的抗扭转性能不佳，风机运转会产生扭转疲劳振动，当绞线与拉线式塔连接处产生扭转振动时，拉线式塔容易发生扭转变形，甚至引起拉耳疲劳断裂。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种风机支承结构及风机支承结构加固方法，以解决现有技术中的拉线式塔抗扭转性能不佳的技术问题。
6.本发明提供的风机支承结构，包括塔基，其特征在于，还包括转接组件、自立塔筒和多个绞线；所述塔基、所述转接组件和所述自立塔筒沿竖直方向依次连接；多个所述绞线沿所述转接组件的周向间隔设置，每个所述绞线的顶端与所述转接组件连接，每个所述绞线的底端锚固于地面，且每个所述绞线与所述转接组件的轴向倾斜设置；每个所述绞线在水平面的投影为第一投影；每个所述绞线的底端与所述自立塔筒的塔心的连线在水平面的投影为第二投影；所述第一投影与所述第二投影倾斜设置。
7.进一步地，每个所述绞线在水平面的投影与所述自立塔筒的边缘在水平面的投影相切设置。
8.进一步地，所述塔基包括底部塔筒和中心基础；
9.所述底部塔筒固定在所述中心基础顶部，所述转接组件固定在所述底部塔筒顶部。
10.进一步地，还包括多个桩体；
11.多个所述桩体套设在所述中心基础外侧，且多个所述桩体沿所述中心基础的周向间隔设置。
12.进一步地，所述桩体的顶部设有抗剪板；所述绞线的底端穿过所述抗剪板并与所述桩体连接后锚固于连接环板上。
13.进一步地，所述转接组件包括转接塔筒和连接结构；
14.所述转接塔筒固定在塔基的顶部；所述第二法兰板焊接于所述转接塔筒的顶部，所述第一法兰板焊接于所述自立塔筒的底部；所述连接环板位于所述第二法兰板和所述第一法兰板之间，并通过螺栓连接；所述螺栓的两端分别设有螺母，两个所述螺母锁紧所述第
一法兰板、第二法兰板和连接环板；
15.所述连接环板的边缘凸出于所述第一法兰板和所述第二法兰板的边缘，所述连接环板凸出于所述第一法兰板和所述第二法兰板的区域上设置有绞线连接孔，所述绞线顶端穿过所述绞线连接孔后锚固于连接环板上。
16.进一步地，任意两个相邻所述桩体间设置有环向加强梁，且各个所述桩体与所述塔基之间均设置有径向加强梁。
17.进一步地，每个所述绞线顶端与底端锚固点的相位差小于或等于90
°
。
18.进一步地，所述自立塔筒至少为一个。
19.本发明的目的还在于提供一种风机支承结构加固方法，包括以下步骤：
20.将自立塔筒通过转接组件安装在塔基上；
21.沿转接组件的周向间隔张拉多个绞线，使每个所述绞线在水平面的投影与每个所述绞线的底端和所述自立塔筒的塔心的连线在水平面的投影倾斜设置。
22.本发明提供的风机支承结构，包括塔基，还包括转接组件、自立塔筒和多个绞线；所述塔基、所述转接组件和所述自立塔筒沿竖直方向依次连接；多个所述绞线沿所述转接组件的周向间隔设置，且每个所述绞线的顶端与所述转接组件连接，每个所述绞线的底端锚固于地面，且每个所述绞线与所述转接组件的轴向倾斜设置；每个所述绞线在水平面的投影为第一投影；每个所述绞线的底端与所述自立塔筒的塔心的连线在水平面的投影为第二投影；所述第一投影与所述第二投影倾斜设置。以一组绞线为例，每组绞线包括相邻设置的第一绞线和第二绞线，第一绞线和第二绞线与自立塔筒的塔心的垂直距离均为h。当自立塔筒产生逆时针转动时，假设扭矩作用为m
u
，第一绞线的拉力为t1，第二绞线的拉力为t2，且t1＞t2。t1和t2产生的扭矩分别为t1h和t2h，二者方向相反，合扭矩大小为(t1‑
t2)h，方向为顺时针。当(t1‑
t2)h≥m
u
时，塔筒不会产生扭转变形。可以看出，第一绞线和第二绞线的拉力差相同时，h越大，可以抵抗的扭矩作用越大。相比于现有技术，第一投影与第二投影倾斜设置，能够使h增大，从而提高结构抗扭刚度，绞线在水平面的投影与自立塔筒的边缘在水平面的投影相切设置时，第一绞线和第二绞线与自立塔筒的塔心的垂直距离h最大，此时结构抗扭刚度最大，能够较大限度避免扭转疲劳破坏。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明实施例提供的风机支承的结构示意图；
25.图2是本发明实施例提供的风机支承结构中绞线的俯视图；
26.图3是本发明实施例提供的风机支承结构的俯视图；
27.图4是图1中a处剖视结构示意图；
28.图5是本发明实施例提供的风机支承结构中绞线角度示意图。
29.图标：1
‑
自立式塔；2
‑
拉线式塔；3
‑
中心基础；4
‑
桩体；5
‑
自立塔筒；51
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塔心；6
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机舱；7
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轮毂；8
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叶片；9
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底部塔筒；10
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转接塔筒；11
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绞线；111
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第一绞线；112
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第二绞线；12
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抗剪板；13
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第一法兰板；14
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第二法兰板；15
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连接环板；16
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高强螺栓；17
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绞线连接孔；18
‑
不锈钢压接环；19
‑
径向加强梁；20
‑
环向加强梁；21
‑
连接钢板。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
31.本发明提供了一种风机支承结构及其加固方法，下面给出多个实施例对本发明提供的进行详细描述。
32.实施例1
33.本实施例提供的一种风机支承结构，如图1至图5所示，包括塔基、转接组件、自立塔筒5和多个绞线11；塔基、转接组件和自立塔筒5沿竖直方向依次连接；多个绞线11沿转接组件的周向间隔设置，每个绞线11的顶端与转接组件连接，每个绞线11的底端锚固于地面，且每个绞线11与转接组件的轴向倾斜设置；每个绞线11在水平面的投影为第一投影；每个绞线11的底端与自立塔筒5的塔心51的连线在水平面的投影为第二投影；第一投影与第二投影倾斜设置。
34.需要说明的是，塔心51为：沿自立塔筒5的轴向，自立塔筒5的轴线上任意高度的点。
35.以一组绞线11为例，如图5所示，每组绞线11包括相邻设置的第一绞线111和第二绞线112，第一绞线111和第二绞线112与自立塔筒5的塔心51的垂直距离均为h。当自立塔筒5产生逆时针转动时，假设扭矩作用为m
u
，第一绞线111的拉力为t1，第二绞线112的拉力为t2，且t1＞t2。t1和t2产生的扭矩分别为t1h和t2h，二者方向相反，合扭矩大小为(t1‑
t2)h，方向为顺时针。当(t1‑
t2)h≥m
u
时，塔筒不会产生扭转变形。可以看出，第一绞线111和第二绞线112的拉力差相同时，h越大，可以抵抗的扭矩作用越大。
36.相比于现有技术(第一投影与第二投影重叠)，第一投影与第二投影倾斜设置，能够使h增大，从而提高结构抗扭刚度。
37.优选地，每个绞线11在水平面的投影与所述自立塔筒5的边缘在水平面的投影相切设置。
38.以一组绞线11为例，如图5所示，每组绞线11包括相邻设置的第一绞线111和第二绞线112，第一绞线111和第二绞线112与自立塔筒5的塔心51的垂直距离均为h。当自立塔筒5产生逆时针转动时，假设扭矩作用为m
u
，第一绞线111的拉力为t1，第二绞线112的拉力为t2，且t1＞t2。t1和t2产生的扭矩分别为t1h和t2h，二者方向相反，合扭矩大小为(t1‑
t2)h，方向为顺时针。当(t1‑
t2)h≥m
u
时，塔筒不会产生扭转变形。可以看出，第一绞线111和第二绞线112的拉力差相同时，h越大，可以抵抗的扭矩作用越大。绞线11在水平面的投影与自立塔筒5的边缘在水平面的投影相切设置时，第一绞线111和第二绞线112与自立塔筒5的塔心51的垂直距离h最大，此时结构抗扭刚度最大，能够较大限度的避免扭转疲劳破坏。
39.在对风机支承结构进行安装使用时，转接组件分别与自立塔筒5和塔基紧固连接，自立塔筒5可根据需求定制，其自立塔筒5与转接组件相匹配连接，从而达到稳固连接自立塔筒5与塔基，以避免自立塔筒5与塔基的连接不牢固。
40.绞线11在塔筒塔基安装后连接转接组件，绞线11在水平面的投影与自立塔筒5的边缘在水平面的投影相切。需要说明的是，绞线11在水平面的投影与自立塔筒5的边缘在水平面的投影近似相切时，也能够提高结构抗扭刚度，避免扭转疲劳破坏。
41.绞线11张拉在地面和转接组件之间，绞线11施加预拉力后，塔基的抗疲劳性能得到改善。其中，绞线11可采用钢绞线、铜绞线等任意符合要求的材质。
42.在本实施例中，塔基包括底部塔筒9和中心基础3；底部塔筒9固定在中心基础3顶部，转接组件固定在底部塔筒9顶部。
43.其中，中心基础3与底部塔筒9为现有技术中原风机的中心基础3与底部塔筒9，在对支承结构进行安装时，现场拆除原风机的上部塔筒，保留底部塔筒9和中心基础3，此方式充分利用原风机的基础和部分塔身，通过加装转接组件与其他部件相连接，无需重新更换和安装基础设施，在增大风机轮毂7高度、提高主机功率的前提下，充分利用了原风机的中心基础3与底部塔筒9，减少了资源的浪费，中心基础3的占地变化较小，也能节省大量时间以提升安装效率。
44.在本实施例中，还包括多个桩体4；多个桩体4套设在中心基础3外侧，且多个桩体4沿中心基础3的周向间隔设置。
45.其中，桩体4可采用phc桩、钻孔灌注桩、钢桩或预应力锚索等任意符合要求的桩型。
46.各桩体4嵌入地面内，使得桩体4四周地面的压力增大，从而使埋入地表内的中心基础3更加牢固，绞线11可与各桩体4连接，以便于绞线11末端的固定。
47.本实施例仅在原风机的中心基础3周围增加一圈桩体4，占地范围变化较少。
48.在本实施例中，桩体4的顶部设有抗剪板12；绞线11的底端使用抗剪板12并与桩体4连接后锚固于桩体4上。
49.桩体4与绞线11间采用抗剪板将二者连接，可有效提升其连接处的抗剪能力，使得整体耐用性得到加强。
50.转接组件包括转接塔筒10和连接结构。
51.其中，连接结构可采用对法兰连接进行再次加固的连接方式，也可采用通过套筒对转接塔筒10和自立塔筒5进行连接的方式，若采用套筒对其进行连接，需在转接塔筒10与底部塔筒9连接后，将套筒套至转接塔筒10外，随后将自立塔筒5吊装插入套筒中，使用螺钉与销钉对套筒和自立塔筒5、套筒和转接塔筒10分别锁紧固定。
52.如图4所示，在本实施例中，连接结构包括第一法兰板13、第二法兰板14和连接环板15；转接塔筒10固定在塔基的顶部；第二法兰板14预先焊接于转接塔筒10的顶部，第一法兰板13预先焊接于自立塔筒5的底部；连接环板15位于第二法兰板14和第一法兰板13之间，并通过高强螺栓连接，高强螺栓施加预紧力后，采用螺母锁紧两端以限位，此连接方式十分牢固。
53.在本实施例中，连接环板15的外边缘凸出于第一法兰板13和第二法兰板14的边缘，连接环板15凸出于第一法兰板13和第二法兰板14的区域上设置有绞线连接孔17，绞线11顶端穿过绞线连接孔17后锚固于连接环板15上。
54.绞线11上部穿过连接环板15上的绞线连接孔17，通过不锈钢压接环18锚固于连接环板上后，按要求施加预拉力。
55.绞线11在与连接环板15进行连接后，在自立塔筒5因外力产生扭转时，由绞线11产生反向力，并通过连接环板将力互相抵消，以避免筒身受扭转力而损坏。
56.并且，各个桩体4可独立设置于地面内，也可互相连接设置，在各个桩体4独立设置时，若有单独某一桩体4因受力过大或遭受意外情形使得其位置发生变化，因其为独立设置，该桩体4不会影响其他桩体4位置，在维修和更换时也更加方便。
57.如图3所示，在本实施例中，任意两个相邻桩体4间设置有环向加强梁20，且各个桩体4与塔基之间均设置有径向加强梁19。
58.此状态下，各桩体4为相互连接状态，在有桩体4受力时，该外力会分散至所有桩体4，能大幅度减少单一桩体4所受外力，并且各个桩体4与塔基之间的径向加强梁19使得力可传导至塔基，最大化的将外力分散，避免有外力较大时，单一或少数桩体4受力过多产生位移而损坏，有效延长整体使用寿命。
59.径向加强梁19朝向塔基的端部设有连接钢板21，连接钢板21与中心基础3的墩柱采用结构胶粘接。
60.进一步地，每个绞线顶端与底端锚固点的相位差小于或等于90
°
。相位差可以为60
°
、70
°
或80
°
等任意适合的形式。
61.如图4所示，在本实施例中，绞线11为12组，共24根，故而绞线连接孔17沿连接环板15的周向均匀间隔设置12组，此时，每个绞线11顶端与底端锚固点的相位差为60
°
，每组设置两个相邻的绞线连接孔17，绞线连接孔17的底端设置圆角，以减少绞线11的磨损。
62.其中，相位差是指：绞线11顶端锚固点与自立塔筒5中心的连线和绞线11底端锚固点与自立塔筒5中心的连线所成角度，在角度和绞线11长度均合适时，每个绞线11在水平面的投影与自立塔筒5在水平面的投影基本相切，能够提高抗扭刚度，避免扭转疲劳破坏。
63.并且，本实施例中可根据风机中轮毂高度增加或减少自立塔筒5数量，使支承结构的高度与叶片尺寸相匹配，适用于各尺寸风机轮毂7高度，且无需增加过多占地面积。
64.在本实施例中，自立塔筒5身至少为一个。
65.此外，自立塔筒5总高度不小于叶片长度，以便于风机叶片转动。自立塔筒5上设置机舱6、轮毂7和叶片8等部件，与现有技术中设置方式相同，此处不再赘述。自立塔筒5、机舱6、轮毂7和叶片8等组成上部自立式塔1，底部塔筒9、转接塔筒10和绞线11等组成下部拉线式塔2。
66.实施例2
67.本实施例提供的风机支承结构加固方法，如图1至图5所示，包括以下步骤：
68.将自立塔筒5通过转接组件安装在塔基上；
69.沿转接组件的周向间隔张拉多个绞线11，使每个绞线11的底端和自立塔筒5的塔心51的连线在水平面的投影倾斜设置。
70.以一组绞线11为例，如图5所示，每组绞线11包括相邻设置的第一绞线111和第二绞线112，第一绞线111和第二绞线112与自立塔筒5的塔心51的垂直距离均为h。当自立塔筒5产生逆时针转动时，假设扭矩作用为m
u
，第一绞线111的拉力为t1，第二绞线112的拉力为t2，且t1>t2。t1和t2产生的扭矩分别为t1h和t2h，二者方向相反，合扭矩大小为(t1‑
t2)h，方向为顺时针。当(t1‑
t2)h≥m
u
时，塔筒不会产生扭转变形。可以看出，第一绞线111和第二绞线112的拉力差相同时，h越大，可以抵抗的扭矩作用越大。
71.相比于现有技术(第一投影与第二投影重叠)，第一投影与第二投影倾斜设置，能够使h增大，从而提高结构抗扭刚度。
72.优选地，使每个绞线11在水平面的投影与自立塔筒5在水平面的投影相切设置。
73.以一组绞线11为例，如图5所示，每组绞线11包括相邻设置的第一绞线111和第二绞线112，第一绞线111和第二绞线112与自立塔筒5的塔心51的垂直距离均为h。当自立塔筒5产生逆时针转动时，假设扭矩作用为m
u
，第一绞线111的拉力为t1，第二绞线112的拉力为t2，且t1>t2。t1和t2产生的扭矩分别为t1h和t2h，二者方向相反，合扭矩大小为(t1‑
t2)h，方向为顺时针。当(t1‑
t2)h≥m
u
时，塔筒不会产生扭转变形。可以看出，第一绞线111和第二绞线112的拉力差相同时，h越大，可以抵抗的扭矩作用越大。绞线11在水平面的投影与自立塔筒5的边缘在水平面的投影相切设置，第一绞线111和第二绞线112与自立塔筒5的塔心51的垂直距离h最大，此时抗扭刚度大，能够避免扭转疲劳破坏。
74.具体地，根据设计要求分别制作自立塔筒5、转接塔筒10、连接环板15、环向加强梁20和径向加强梁19；
75.连接环板15的边缘区域钻12组(每组两个)钢绞线连接孔17，径向加强梁19端部焊接连接钢板21；
76.现场拆除原风机的上部塔筒，保留底部塔筒9和中心基础3；
77.在原中心基础3外侧环向均匀打入12根桩体4；
78.相邻桩体4间设置环向加强梁20，桩体4与中心基础3之间置径向加强梁19，径向加强梁19端部的连接钢板21与中心基础3的墩柱采用结构胶粘接，桩体顶部连接抗剪板12；
79.依次吊装转接塔筒10、连接环板15和自立塔筒5；转接塔筒10顶部焊接的第二法兰板14与自立塔筒5底部焊接的第一法兰板13之间插入连接环板15，并通过高强螺栓16连接；
80.安装24根钢绞线，钢绞线上部穿过连接环板15上的钢绞线连接孔17，通过不锈钢压接环18锚固，下端穿过桩顶抗剪板12，按要求施加预拉力，锚固在桩体4顶部；
81.依次吊装机舱6、轮毂7和叶片8。
82.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。