钢-混凝土混合式塔筒的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种钢-混凝土混合式塔筒。


背景技术：

2.随着风机发电效率的增加，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。目前国内塔筒的常用高度多为120米，虽然提高塔筒能带来发电量的提升，但是提高塔筒高度必然导致塔筒和基础的成本增加，因此低成本的实现超高塔筒是目前行业面临的挑战。传统的钢结构塔筒成本较高、运输困难，且钢塔筒在轮毂高度较高时自振频率较低，容易产生与风轮的共振，对机舱设备造成损伤，因此钢塔筒在低风速区的应用受到了一定的限制，难以满足大截面超高塔筒的建造要求。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出一种结构强度高的超高钢-混凝土混合式塔筒。
4.本实用新型实施例提供的钢-混凝土混合式塔筒，包括：塔筒基础，所述塔筒基础的至少一部分设在地面下方；塔筒本体，所述塔筒本体设在所述塔筒基础上，所述塔筒本体从上至下包括依次相连的钢塔筒段、连接件和混凝土塔筒段，所述塔筒本体在上下方向上的高度大于等于150米；和预应力索，所述预应力索穿设在所述混凝土塔筒段内，所述预应力索的顶端锚固在所述连接件上，所述预应力索的底端与所述塔筒基础相连。
5.本实用新型实施例提供的钢-混凝土混合式塔筒的塔筒本体的下半段的混凝土塔筒段混凝土材料，混凝土具有刚度大、抗疲劳性能好的优势，能够为建造超高塔筒提供强度基础，在低风速区风电能源开发中具有广阔的应用场景。并且，本实用新型实施例提供的混凝土塔筒的高度高于相关技术中普遍塔筒的120米高度,塔筒高度的提升带来了风力发电发电量的提升，因此包括本实用新型实施例提供的超高混凝土塔筒的风力发电设备的发电效率得到大幅度提高。
6.在一些实施例中，所述混凝土塔筒段的最大横向尺寸从下至上逐渐减小，所述钢塔筒段为直筒段。
7.在一些实施例中，所述钢塔筒段的顶端的最大横向尺寸为4.0米-4.5米。
8.在一些实施例中，所述混凝土塔筒段的底端的最大横向尺寸为10米-13米。
9.在一些实施例中，所述混凝土塔筒段在上下方向上的高度为70米-90米。
10.在一些实施例中，所述混凝土塔筒段包括在上下方向上依次相连的若干混凝土段，所述钢塔筒段包括在上下方向上依次相连的若干钢段。
11.在一些实施例中，位于最顶部的所述混凝土段的筒壁上设有塔筒孔道，所述连接件上设有与所述塔筒孔道相对应的连接件孔道，所述预应力索的顶端依次穿过所述塔筒孔道和所述连接件孔道后被锚固。
12.在一些实施例中，所述连接件为圆环形，所述连接件的顶端的外径小于其底端的
外径，所述连接件在上下方向上的高度小于等于4米，所述连接件的顶端的外径小于等于4.8米,所述连接件的底端的外径小于等于4.5米。
13.在一些实施例中，位于最顶部的所述混凝土段为现浇混凝土段，所述现浇混凝土段为环形且被构造成一体成型件。
14.在一些实施例中，所述塔筒基础为实心结构，所述钢-混凝土混合式塔筒包括预埋锚杆，所述预埋锚杆的底部埋设于所述塔筒基础内，所述预应力索的底端与所述预埋锚杆的露出所述塔筒基础的部分相连。
附图说明
15.图1是本实用新型实施例提供的混凝土塔筒。
16.图2是图1的a处的局部放大图。
17.图3是图1的b处的局部放大图。
18.附图标记：
19.钢-混凝土混合式塔筒100、
20.塔筒基础110、塔筒本体120、钢塔筒段121、钢段1211、连接件122、混凝土塔筒段123、混凝土段1231、塔筒孔道124、连接件孔道125、转接头130、预应力索140、预埋锚杆150。
具体实施方式
21.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
22.下面以图1-3为例描述本实用新型实施例提供的钢-混凝土混合式塔筒，钢-混凝土混合式塔筒100包括塔筒基础110、塔筒本体120和预应力索140。
23.塔筒基础110的至少一部分设在地面下方。塔筒本体120设在塔筒基础110上，塔筒本体120的底端与塔筒基础110相连。塔筒本体120从上至下包括依次相连的钢塔筒段121、连接件122和混凝土塔筒段123。也可以说，钢塔筒段121和混凝土塔筒段123通过连接件122连接。塔筒本体120在上下方向上的高度大于等于150米。塔筒本体120呈中空状。钢塔筒段121、连接件122和混凝土塔筒段123均为筒状结构。预应力索140穿设在混凝土塔筒段123内，预应力索140的顶端锚固在连接件122上，预应力索140的底端与塔筒基础110相连。可选地，塔筒本体120在上下方向上的高度大于等于150米，小于等于170米。进一步可选地，塔筒本体120在上下方向上的高度为160米。
24.本实用新型实施例提供的钢-混凝土混合式塔筒的塔筒本体的下半段的混凝土塔筒段混凝土材料，混凝土具有刚度大、抗疲劳性能好的优势，能够为建造超高塔筒提供强度基础，在低风速区风电能源开发中具有广阔的应用场景。并且，本实用新型实施例提供的混凝土塔筒的高度高于相关技术中普遍塔筒的120米高度,塔筒高度的提升带来了风力发电发电量的提升，因此包括本实用新型实施例提供的超高混凝土塔筒的风力发电设备的发电效率得到大幅度提高。
25.下面根据图1-图3详细描述本实用新型提供的一个具体实施例。
26.如图1所示，钢-混凝土混合式塔筒100包括塔筒基础110、塔筒本体120和预应力索
140。预应力索140包括多个，多个预应力索140沿钢-混凝土混合式塔筒100的周向间隔设置。塔筒本体120的顶端还设有转接头130，转接头用于安装风机。
27.塔筒基础110作为塔筒本体120的支撑基础，起支撑作用，塔筒基础110的至少一部分位于地面之下。预应力索140的底端与塔筒基础110相连。
28.在本实施例中，塔筒基础110为实心结构。可选地，塔筒基础110由浇筑而成。为了便于预应力索140的下端能够与塔筒基础110相连，在对塔筒基础110进行浇筑时，可以预埋锚栓。
29.如图3所示，钢-混凝土混合式塔筒100包括预埋锚杆150，预埋锚杆150的底部埋设于塔筒基础110内，预应力索140的底端与预埋锚杆150的露出塔筒基础110的部分相连，从而实现预应力索140的底端的锚固。
30.塔筒本体120主要由底部的混凝土塔筒段123和顶部的钢塔筒段121构成，混凝土塔筒段123和钢塔筒段121之间通过连接件122相连。如图1所示，在本实施例中，混凝土塔筒段123为锥形段，混凝土塔筒段123的最大横向尺寸从下至上逐渐减小，钢塔筒段121为直筒段，即钢塔筒段121的尺寸在上下方向上不变。混凝土塔筒段123的最大横向尺寸是指其最大外接圆的直径，当混凝土塔筒段123为圆筒结构时，其最大横向尺寸为其外径。
31.混凝土塔筒段123包括在上下方向上依次相连的若干混凝土段1231，钢塔筒段121包括在上下方向上依次相连的若干钢段1211。也就是说，若干混凝土段1231在上下方向上叠设构造成混凝土塔筒段123，若干钢段1211在上下方向上叠设构造成钢塔筒段121。位于最底部的钢段1211与连接件122的顶部相连，位于最顶部的混凝土段1231与连接件122的底部相连。
32.可选地，混凝土段1231可以为圆形筒结构，即横截面为圆形，也可以为多边形筒结构，即横截面为多边形，例如八边形、六边形。钢段1211可以为圆形筒结构，即横截面为圆形，也可以为多边形筒结构。本领域的技术人员可根据需要设置。
33.可选地，混凝土塔筒段121为一体成型结构，也可以为多片组装结构。
34.作为示例，在本实施例中，混凝土段1231为八边形环。如图1所示，混凝土段1231呈锥形，每个混凝土段1231的最大横向尺寸从下至上逐渐减小。由于每个混凝土段1231的尺寸不同，为了便于运输和吊装，使混凝土段1231的重量控制在合理范围内，可以将混凝土段1231设置为具有不同高度。如图1所示，位于下方的混凝土塔筒段123的高度小于位于上方的混凝土塔筒段123的高度。
35.钢段1211为直圆筒结构，即钢段1211的外径从上而下均匀不变，每段钢段1211的长度可以相同。可选地，为了便于运输，每段钢段1211的高度小于20米。
36.可选地，混凝土塔筒段123在上下方向上的高度为70米-90米。钢塔筒段121在上下方向上的高度可根据需要的塔筒本体120的高度选择设置。
37.为了在保障塔筒本体120具有足够的强度的前提下，使其尺寸更小。可选地，钢塔筒段121的顶端的最大横向尺寸为4.0米-4.5米，若钢段1211为圆筒，即钢段1211的外径为4.0米-4.5米。从而可以更好地避免塔筒本体120干扰叶片的转动。塔筒本体120的高度越高，叶片承受的风能可能会更大，由于叶片柔性较强，因此当钢塔筒段121的顶端的最大横向尺寸大于4.5米时，塔筒本体120干扰叶片转动的风险较高。当钢塔筒段121的顶端的最大横向尺寸小于4.0米时，会导致塔筒本体120的结构强度不达标。因此使钢塔筒段121的顶端
的最大横向尺寸在4.0米-4.5米的范围内，塔筒本体120具有足够的强度，也可避免干扰叶片的转动。
38.在本实施例中，钢段1211的外径为4.4米。在其他实施例中，钢段1211的外径也可以为4.0米、4.1米、4.2米或4.5米。
39.可选地，混凝土塔筒段123的底端的最大横向尺寸为10米-13米，从而塔筒本体120具有优异的稳定性。
40.如图2所示，连接件122为圆环形，连接件122的顶端的外径小于其底端的外径，连接件在上下方向上的高度小于等于4米，以便方便运输。连接件的底端的外径小于等于4.8米,连接件的顶端的外径小于等于4.5米，从而能够尽可能地避免对叶片的干扰。可选地，连接件122为钢制连接件。
41.连接件122包括底盘、壳体和上法兰。底盘的外径大于上法兰的外径。底盘与壳体的底端相连，上法兰与壳体的顶端相连，连接件122的底盘与最顶部的混凝土段1231的顶端相连，上法兰与最底部的钢段1211的底端相连。连接方式可以为螺栓连接等方式，这里不作限制。
42.在本实施例中，位于最顶部的混凝土段1231为现浇混凝土塔筒段，现浇混凝土塔筒段为环形且被构造成一体成型件。可选地，位于最顶部的混凝土段1231为八边形整环。其余混凝土段1231采用预制工艺加工，采用装配式工艺施工安装。
43.预应力索140设在混凝土塔筒段123内，预应力索140可以采用体外预应力技术或体内预应力技术。预应力索140的顶端锚固在连接件122上。
44.如图2所示，本实施例中的预应力索140采用体外预应力技术，即预应力索140为外置预应力索。最顶部的混凝土段1231的筒壁上设有塔筒孔道124，连接件122的底盘上设有与塔筒孔道124相对应的连接件孔道125，预应力索140的顶端依次穿过塔筒孔道124和连接件孔道125后被锚固。
45.本实用新型的实施例还提供了一种钢-混凝土混合式塔筒的施工工艺，钢-混凝土混合式塔筒100为上述任一项实施例的钢-混凝土混合式塔筒100。
46.钢-混凝土混合式塔筒的施工工艺包括如下步骤：
47.s10：浇筑形成塔筒基础110，并在塔筒基础110内预埋设预埋锚杆150，预埋锚杆150的顶端从塔筒基础110内露出；
48.s20：将混凝土塔筒段123安装在塔筒基础110上；
49.s30：将连接件122安装在混凝土塔筒段123顶部；
50.s40：将预应力索140穿设混凝土塔筒段123，并将其底端锚固在预埋锚杆150的顶端，对预应力索140进行预应力张拉并将预应力索140的顶端锚固在连接件122的底盘上；
51.s50：将钢塔筒段121的底部与连接件122的顶部的法兰部(上法兰)相连。
52.在一些实施例中，步骤s20中混凝土塔筒段123由若干混凝土段1231构成，步骤s20具体包括：将若干混凝土段1231安装在塔筒基础110上以构成混凝土塔筒段123。
53.在一些实施例中，步骤s50中钢塔筒段121由若干钢段1211构成，步骤s50具体包括：将若干钢段1211构成的钢塔筒段121安装在连接件122的顶部，使位于最底部的钢段1211与连接件122相连。
54.本实用新型实施例提供的钢-混凝土混合式塔筒的施工工艺能够经济地建造超高
塔筒，进而建造发电效率更高的大型风力发电机组。
55.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”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
56.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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
57.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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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。
58.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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
59.在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
60.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。