混凝土塔架段、混合塔架以及风力发电机组的制作方法

1.本公开属于风力发电技术领域，尤其涉及一种混凝土塔架段、混合塔架以及风力发电机组。


背景技术：

2.塔架在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收风力发电机组的震动。目前，风力发电机组大部分采用钢制塔架，为保障塔架的承载载荷，钢制塔架的厚度、直径随之越来越大，在制作工艺和运输等方面存在较多难题，严重影响了大功率风力发电机组的发展。
3.为保证塔架的可靠性和经济性，混合塔架应运而生，混合塔架是两种塔架段组合而成，主要为传统钢制塔架段和混凝土塔架段组合而成，利用各自优点互补，保证混合塔架的安全性，提高混合塔架的经济性。
4.已有的混合塔架的塔架段在连接时，因连接方式缺陷，使得混合塔架的整体成本高，进而影响风力发电机组的发电效益。


技术实现要素：

5.本公开的主要目的在于提供一种混凝土塔架段、混合塔架以及风力发电机组，以提高混凝土塔架段的结构强度。
6.针对上述目的，本公开提供如下技术方案：
7.本公开的一个方面，提供一种混凝土塔架段，所述混凝土塔架段包括混塔段本体和连接组件，连接组件固定于所述混塔段本体的顶端，所述连接组件包括多个第一连接件和加强环，所述加强环沿所述混塔段本体的周向延伸，多个所述第一连接件固定于所述加强环上，且所述第一连接件设置有内螺纹孔，所述内螺纹孔沿所述混塔段本体的轴向延伸。
8.本公开一示例性实施例，所述加强环包括外环加强环，所述第一连接件设置于所述外环加强环的径向内侧；和/或，所述加强环包括内环加强环，所述第一连接件设置于所述内环加强环的径向外侧。
9.可选地，所述连接组件还包括径向加强筋，所述径向加强筋固定于所述第一连接件的外周和/或加强环上，且所述径向加强筋沿所述混塔段本体的径向延伸。
10.具体地，所述连接组件还包括加强板，所述加强板沿所述混塔段本体的周向延伸，所述加强板上具有与所述第一连接件的内螺纹孔对位设置的多个通孔，所述加强板与所述第一连接件、所述加强环以及所述径向加强筋中的至少一者固定，所述加强板设置于所述径向加强筋和所述加强环的上方，且所述第一连接件的顶端不突出于所述加强板的顶表面。
11.进一步地，所述第一连接件的外周设置有锚钩，所述锚钩固定于所述第一连接件的外周，且至少部分所述锚钩从所述第一连接件的外周壁向外辐射延伸。
12.本公开另一示例性实施例，所述混凝土塔架段还包括内筒衬，所述内筒衬的外周壁固定贴合于所述混塔段本体的内侧壁上，所述内筒衬为金属件；和/或，所述混凝土塔架
段还包括外筒衬，所述外筒衬的内周壁固定贴合在所述混塔段本体的外侧壁上，所述外筒衬为金属件。
13.可选地，所述混凝土塔架段还包括预拉力索，所述预拉力索沿所述混凝土塔架段的周向间隔布置，所述连接组件沿所述混凝土塔架段的径向间隔设置于所述预拉力索的径向外侧。
14.本公开另一方面，提供一种混合塔架，所述混合塔架包括钢制塔架段和如上所述的混凝土塔架段，所述钢制塔架段的底端固定于所述混凝土塔架段的顶端。
15.可选地，所述混合塔架还包括第二连接件，所述第二连接件设置有与所述第一连接件的内螺纹孔匹配的外螺纹，通过所述第二连接件与所述第一连接件螺纹配合能够将所述钢制塔架段连接于所述混凝土塔架段上，所述混凝土塔架段的外径与所述钢制塔架段的外径相同。
16.本公开另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的混合塔架。
17.本公开提供的混凝土塔架段、混合塔架以及风力发电机组至少具有如下有益效果：混凝土塔架段包括连接组件，通过将多个第一连接件固定设置在内环加强环和/或外环加强环上，提高了连接组件的结构强度，使连接组件的受力更为均匀，避免局部应力集中。
附图说明
18.通过下面结合附图对实施例进行的描述，本公开的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：
19.图1为本公开一示例性实施例提供的风力发电机组的塔架的结构图。
20.图2为图1中的一示例性实施例提供的塔架的纵向剖视图。
21.图3为图2中第一示例性实施例提供的连接组件的结构图。
22.图4为图2中第二示例性实施例提供的连接组件的结构图。
23.图5为图2中的连接组件的局部放大图。
24.图6为图2中另一示例性实施例提供的连接组件的局部放大图。
25.图7为图5中的另一示例性实施例提供的第一连接件的结构图。
26.图8为图1中另一示例性实施例提供的塔架的纵向剖视图。
27.附图标记说明：
28.10、钢制塔架段；
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20、混凝土塔架段；
29.21、连接组件；
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22、混塔段本体；
30.23、第二连接件；
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24、预拉力索；
31.211、外环加强环；
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212、径向加强筋；
32.213、第一连接件；
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214、内环加强环；
33.215、加强板；
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2131、锚钩；
34.2151、通孔。
具体实施方式
35.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，不应被理解为本公开的实施
形态限于在此阐述的实施方式。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
36.本实用新型实施例提供一种风力发电机组，可以包括风机基础、混合塔架、机舱、发电机以及叶轮。混合塔架可以设置于风机基础，机舱可以设置于混合塔架，发电机可以设置于机舱。
37.一些示例中，发电机可以位于机舱的外部，当然，在有些实施例中，发电机也可以位于机舱的内部。叶轮可以包括轮毂以及连接于轮毂上的多个叶片，叶轮通过其轮毂与发电机的转子连接。在风力作用于叶片时，叶片带动整个叶轮以及发电机的转子转动，进而满足风力发电机组的发电要求。
38.为了更好的满足对机舱、发电机以及叶轮的支撑要求，同时能够降低成本，保证风力发电机组的发电效益，本公开提供一种混合塔架，其可以用于上述实施例提供的风力发电机组。
39.参照图1和图2，混合塔架可以包括钢制塔架段10和混凝土塔架段20，该钢制塔架段10设置于混凝土塔架段20的顶端，例如但不限于，钢制塔架段10和混凝土塔架段20之间可以法兰连接。
40.参照图2至图6，混凝土塔架段20包括混塔段本体22和连接组件21，连接组件21固定于混塔段本体22的顶端，连接组件21包括多个第一连接件 213和加强环，加强环沿混塔段本体22的周向延伸，多个第一连接件213固定于加强环上，以使得多个第一连接件213与加强环形成一个整体，提高连接组件21的结构强度。
41.第一连接件213设置有内螺纹孔，内螺纹孔沿混塔段本体22的轴向延伸。混合塔架还包括能够有与第一连接件213螺纹配合的第二连接件23，该第二连接件23具有与内螺纹孔匹配的外螺纹，通过将第二连接件23设置于钢制塔架段10的底端法兰孔和内螺纹孔内，可以使第二连接件23与第一连接件 213连接，从而将钢制塔架段10连接在混凝土塔架段20的顶端。可选地，第一连接件213预埋在混塔段本体22，但不以此为限。进一步地，为了增大第一连接件213与混塔段本体22之间的接触面积，第一连接件213的外周壁设置为非光滑表面，但不以此为限。
42.作为示例，第二连接件23可以为单头螺栓或者双头螺栓。
43.在第二连接件23为双头螺栓的情况下，双头螺栓的一端可以旋拧到第一连接件213的内螺纹孔内，即双头螺旋可以与第一连接件213螺纹配合而连接到混凝土塔架段20，双头螺栓的另一端可以穿入到钢制塔架段10的底端法兰孔内，并与螺母配合，从而可以通过螺母、双头螺栓以及第一连接件213 三者配合将钢制塔架段10连接在混凝土塔架段20上，但不以此为限。
44.除此，在第二连接件23为单头螺栓的情况下，第二连接件23的螺杆可以穿入到钢制塔架段10的底端法兰孔内后旋入到第一连接件213上，以通过单头螺栓与第一连接件213螺纹配合将钢制塔架段10连接在混凝土塔架段 20上。
45.作为示例，混凝土塔架段20的外径可以与钢制塔架段10的外径相同，但不以此为限。
46.继续参照附图，加强环可以为至少一个。继续参照图5和图6，加强环可以包括间隔设置的外环加强环211和内环加强环214，其中，第一连接件 213固定于内环加强环214和外
环加强环211之间。作为示例，外环加强环 211和内环加强环214可以大致同轴设置，但不以此为限。本实施例中，内环加强环214和外环加强环211分别为两个，两个内环加强环214沿第一连接件213的延伸方向间隔设置，两个外环加强环211沿第一连接件213的延伸方向间隔设置，且外环加强环211和内环加强环214可以相对设置。
47.具体地，一个内环加强环214可以固定在第一连接件213的顶端，另一个内环加强环214可以靠近第一连接件213的底端侧设置，每个内环加强环 214可以与外环加强环211对位设置。
48.本实施例中，加强环可以设置有至少一个内环加强环214，例如但不限于，加强环可以为一个或者为沿第一连接件213的延伸方向间隔设置的两个内环加强环214。或者，加强环可以设置有至少一个外环加强环211，例如但不限于，加强环可以为一个或者为沿第一连接件213的延伸方向间隔设置的两个外环加强环211。或者，加强环可以一个内环加强环214和一个外环加强环211，该内环加强环214和外环加强环211可以对位设置，也可以交错设置，但不以此为限。
49.如此，通过将多个第一连接件213固定设置在内环加强环214和/或外环加强环211上，提高了连接组件21的结构强度，使连接组件21的受力更为均匀，避免局部应力集中。除此，通过将多个第一连接件213固定于加强环上，避免第一连接件213晃动或者脱落，起到了稳固第一连接件213的作用。
50.为了减少连接组件21的整体重量，减少用料，内环加强环214和外环加强环211可以分别由l型角钢弯曲形成，使得连接组件21形成为框架结构。
51.继续参照附图，为了进一步提高连接组件21的结构强度，连接组件21 还包括径向加强筋212，径向加强筋212固定于第一连接件213的外周，且径向加强筋212可以沿混塔段本体22的径向延伸。作为示例，径向加强筋 212可以设置于相邻的两个第一连接件213之间，且径向加强筋212的两端可以分别固定在内环加强环214和外环加强环211上，以使第一连接件213、径向加强筋212以及加强环形成一个整体，进一步提高连接组件21的结构强度。
52.可选地，径向加强筋212可以固定于第一连接件213上，或者径向加强筋212固定于外环加强环211上，或者径向加强筋212固定于内环加强环214，或者径向加强筋212固定于内环加强环214和第一连接件213上，或者径向加强筋212固定于外环加强环211和第一连接件213上，或者径向加强筋212 固定于外环加强环211、内环加强环214以及第一连接件213上，可以根据实际需要确定。
53.继续参照附图，为了进一步提高连接组件21的结构强度，连接组件21 还包括加强板215，加强板215可以沿混塔段本体22的周向延伸，加强板215 上具有与第一连接件213的内螺纹孔对位设置的多个通孔2151，加强板215 可以与第一连接件213、加强环以及径向加强筋212中的至少一者固定。加强板215的作用是避免混凝土塔架段20局部受力过大、调平接触面，以方便现场安装，从而降低了混合塔架的组装成本。
54.作为示例，加强板215可以由低合金钢板热轧而成，材料成本低，生产工艺更为简单，从而使得混凝土塔架段20的制造成本降低。
55.具体地，加强板215可以大致形成为环状，加强板215可以固定在第一连接件213的顶端，其中第一连接件213的内螺纹孔可以与通孔2151对位设置，以方便第二连接件23插入。除此，加强板215可以由多个弧形段拼接形成为整环状，但不以此为限。
56.进一步地，第一连接件213的顶端可以设置有相对位的内环加强环214 和外环加强环211，加强板215可以设置于该内环加强环214和外环加强环 211的上方，加强筋212可以设置于该内环加强环214和外环加强环211的下方，使得加强板215、内环加强环214、外环加强环211、加强筋212以及第一连接件213稳定地连接为一体，使得第一连接件213受到的力分散传递给混塔段本体22，避免局部受力过大，从而提高了混凝土塔架段20的结构强度。
57.作为示例，加强板215设置于径向加强筋212和加强环的上方，使得加强板215可以设置于混塔段本体22的顶端，可选地，加强板215可以设置于混塔段本体22的顶表面上。加强板215的顶表面可以位于同一平面内，以方便用于与钢制塔架段10的底端法兰连接。进一步地，第一连接件213的顶端不突出于加强板215的顶表面，使得混塔段本体22的顶端面整齐，便于后续与钢制塔架段10底端贴合。
58.本实施例中，通过将加强板215设置于混塔段本体22的顶表面，避免混塔段本体22制造过程中端面不整齐，降低了混凝土塔架段20的制造难度，从而降低了混凝土塔架段20的制造成本。进一步地，连接组件21形成为一个整体，与混塔段本体22结合在一起，使得混凝土塔架段20形成为一个整体，避免第一连接件213从混塔段本体22脱离，提高了混凝土塔架段20的结构强度。
59.参照图7，为了进一步提高连接组件21的结构强度，第一连接件213的外周可以设置有锚钩2131，锚钩2131固定于第一连接件213的外周，且至少部分锚钩2131可以从第一连接件213的外周壁向外辐射延伸，以能够稳定地插入到混塔段本体22内，增大了第一连接件213与混塔段本体22的接触面积，提高了连接组件21的结构强度，从而使得混凝土塔架段20形成为一个整体，提高了混凝土塔架段20的结构强度。
60.为了进一步提高混凝土塔架段20的结构强度，混凝土塔架段20还可以包括内筒衬(图未示)，内筒衬的外周壁可以固定贴合于混塔段本体22的内侧壁上，内筒衬可以为金属件。如此，通过在混塔段本体22的内侧壁上固定设置由金属制成的内筒衬，提高了混凝土塔架段20的韧性，使得混凝土塔架段20具有更好地承载能力。
61.具体地，钢材可以具有很好的结构强度，但随着塔筒直径的不断增大，钢材形成的塔筒段容易局部屈曲，导致单位钢材的承载能力下降。通过在内筒衬的外周壁固定混塔段本体22，可以提高混凝土塔架段20的单位承载能力，避免钢材形成的塔筒段出现局部屈曲。由混凝土制成的混塔段本体22与钢材制成内筒衬结合，使得混凝土塔架段20既具有混凝土的承载能力，又具有钢材的结构韧性，即混凝土塔架段20的结构强度显著提高。本公开提供的混凝土塔架段20在未显著增加成本的基础上，显著提高了混凝土塔架段20 的结构强度，具有显著的经济效益。
62.为了使混塔段本体22与内筒衬能够稳定地结合，避免二者脱离，内筒衬的外周壁可以设置有多个凸起或者凹陷，以增大与混塔段本体22的接触面积，即在制造混塔段本体22时，可以将混凝土浇筑在内筒衬的外周，使混凝土能够与内筒衬的外周壁牢固结合，以提高混凝土塔架段20的结构强度。
63.可选地，混凝土塔架段20还可以包括外筒衬(图未示)，外筒衬的内周壁固定贴合在混塔段本体22的外侧壁上，外筒衬为金属件，该外筒衬的效果可以参照内筒衬。作为示例，内筒衬可以与外筒衬同轴设置，但不以此为限。
64.为了进一步提高混凝土塔架段20的结构强度，加强板215、内筒衬以及外筒衬三者
固定连接，作为示例，内筒衬、外筒衬以及加强板215三者可以采用同材质的低合金钢板热轧而成，但不以此为限。
65.参照图8，为了进一步提高混凝土塔架段20的结构强度，混凝土塔架段 20还可以包括预拉力索24，预拉力索24可以沿混凝土塔架段20的周向间隔布置，沿混凝土塔架段20的径向，连接组件21可以间隔设置于预拉力索24 的径向外侧。具体地，预拉力索24可以贯穿混凝土塔架段20的轴向两端设置，以提高混凝土塔架段20的承载能力。
66.本公开提供的混合塔架，转接段的制造难度较高，导致其制造成本居高不下，混凝土塔架段20和钢制塔架段10可以直接连接，无需额外使用转接段进行过渡，也就省去了转接段的制造成本，从而降低了混合塔架的制造成本。
67.进一步地，本公开提供的混合塔架，混凝土塔架段20和钢制塔架段10 可以直接通过螺栓进行法兰连接，结构更为简单，提高了混合塔架的组装效率。
68.本公开提供的连接组件21中的加强板215、内环加强环214、外环加强环211、加强筋212以及第一连接件213可以通过紧固件连接，也可以通过焊接工艺进行连接，但不以此为限。
69.作为混塔重要部件的转接段，由于结构和受力差异不得不设计得很复杂，本公开正是通过巧妙的设计避免的这个问题，本公开提供的混凝土塔筒段能够使风力发电机组进一步降低成本，为未来的能源桩型助力。
70.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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公开和简化描述，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公开的限制。
71.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。在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
72.在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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公开中的具体含义。
73.本公开所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。