[发明专利]海上风电塔架结构

说明书

技术领域

本发明涉及风电塔架技术领域，尤其涉及一种容量在3MW以上、轮觳高度大于80m的海上风电塔架结构。

 

背景技术

目前，全球风电市场发展的特点是风力发电机组单机容量不断扩大，2-3MW级风机已是国际市场的主流机组，丹麦部分风电场已在使用容量为5MW的风机，塔架高度都在80m以上。陆上风电单机容量已达到6MW，海上风电已经达到10MW，且更大容量的风机正在研发中。大容量风机意味着风机重量、叶片长度的增加，因而作用在塔架上的荷载也相应增加，这就需要塔架拥有更大的强度、刚度和高度。这也导致传统的钢椎管塔架直径越来越大、壁厚增加、钢材用量大幅增加，如3MW风电机安装轮觳高度为80m时，塔架重160吨，如果塔架升到105m，重量将达到285吨，因而大大增加了塔架的材料、制造、运输和安装等费用。

对于现代大型风力发电机组，通常采用钢制锥筒式塔架，该塔架一般由若干段20-30m的锥筒用法兰连接而成，塔架由底向上直径逐渐减小，整体呈圆台状。该类塔架的优点是具有良好抵抗各个方向荷载的能力、安全性能好、良好的视觉效果，并且安装省时、维修方便。但随着风电机单机容量增加，不断需要增加塔架的强度、刚度以及高度，这就需要增加塔架的直径、塔壁的厚度。塔架直径和壁厚的增加，带来的问题是大大增加了材料费用、运输费用和加工安装费用。塔壁的增厚，使钢板的卷曲和焊接变得困难。且由于整体稳定性的要求，限制了高强钢材的应用。同时，海洋环境下对钢材的防腐处理也增加了额外的费用。另外，大型风机塔架一般设计成柔性塔架，为防止共振，其一阶固有频率需避开风轮激振频率，工程上一般要求控制在±10％左右。而钢管塔架阻尼较小，动力性能较差，水平荷载作用下变形较大，易造成疲劳破坏。

为了解决这个问题，针对大型风电机组，研发可代替传统钢锥管塔架成为风电发展中需要解决的问题。而混凝土作为常用的一种建筑材料，已被广泛应用于各种结构中，且相对于钢结构，混凝土结构阻尼较大，动态性能好，可以现浇、也可以预制，耐久性好，日常维护费用较低。研究表明，塔架高于90m后，混凝土塔架逐渐显示出其经济优势。在目前已有的一些研究，一般针对陆上风电塔架。但是对于海上风电，由于预应力混凝土塔架需由若干片预制构件经螺栓和预应力索连接而成，施工时间长，增加了安装成本和施工不确定性；另外，在风和波浪长期动载作用下，可能存在由螺栓松动和预应力松弛导致塔架结构整体性能下降；在海洋强腐蚀环境下，连接螺栓和预应力筋腐蚀也增加了日常维护费用；此外，混凝土塔架自重较重，地震对其造成的影响较大，增加了基础建设和运输安装中安全费用的投入。

公开号为CN202500731U的中国实用新型专利公开了一种体内预应力钢-混凝土风电塔架，这种风电塔架包括混凝土段和钢结构段，以及连接二者的过渡段，按照混凝土段、过渡混凝土段、过渡钢结构段、钢结构段依次连接；所述过渡钢结构段和所述过渡混凝土段用双头螺栓连接，同时还通过钢绞线连接。该实用新型实现了风电塔可以分段单独运输再现场组装，降低了运输和吊装的难度，也一定程度上降低了法兰受力不均的风险。但是，由于锥筒式的塔架结构的局限性，已难以满足海上风电塔对于塔架高度、强度的高要求，也不易解决由此带来的成本上升问题。

鉴于此，如何提供一种合理的风电塔架、能够实现海上风电塔对于塔身高度、塔体强度的更高需求，并同时兼顾成本和安全，是本领域技术人员需要解决的技术问题。 

 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种海上风电塔架结构，以提高海上风电塔架结构的性能。

所述海上风电塔架结构包括塔筒结构以及肋板结构，其中：

所述塔筒结构的横截面呈中空的正八边形结构；

所述正八边形结构的每条边的中心位置均固定有一肋板结构，且所述肋板结构向所述塔筒结构的内部突出，并沿着塔筒结构的内壁呈纵向延伸。

在本发明的一个实施例中，所述塔筒结构以及所述肋板结构的材料为混凝土。

较佳地，所述混凝土为碳纤维混凝土。

在本发明的一个实施例中，所述海上风电塔架结构还包括无粘结预应力筋；所述塔筒结构上设置有预应力筋孔洞，所述预应力筋孔洞在所述塔筒结构的横截面上呈均匀分布，并沿着塔筒结构的塔壁呈纵向延伸；所述无粘结预应力筋纵向穿设在所述预应力筋孔洞内。

在本发明的一个实施例中，所述塔筒结构包括若干相互连接的塔筒构件单元。