[发明专利]钢-混凝土组合结构风电塔架

说明书

技术领域

本发明属于风力发电设备，特别涉及一种钢-混凝土组合结构风电塔架。

背景技术

风力发电机组塔架是风力发电系统中的重要组成部分。近年来，国家大力发展风电行业，目前主流风电塔架均采用钢结构塔架，但随着风机单机容量逐渐扩大、风轮直径增加，对塔筒的高度和刚度提出了更高要求，所需要的钢结构塔架的壁厚、直径和高度都大大增加。随着3.0 MW及更大型机组进入市场，需要100 m及更高更大型的塔架作为支撑。研究表明，85 m及以上的钢结构塔筒因不具备足够的刚度，自振频率与风叶激振频率重叠，将引起共振。为了提高钢塔筒的刚度，只能增加钢塔筒的壁厚，导致成本大大增加，加工难度增大。以5 MW的机组为例，100m高的钢结构塔架壁厚超过50 mm，钢板的圈制和加工难度极大。因此，本发明提出了一种钢-混凝土组合结构风电塔架。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构合理，便于运输和装配，刚度大，稳定性高，运行可靠，制造成本和使用维护成本低的钢-混凝土组合结构风电塔架。

本发明解决上述技术问题采用的基本方案是：一种钢-混凝土组合结构风电塔架，其包括基础和底段塔筒、中间段塔筒和顶段塔筒,所述基础为钢筋混凝土基础，其中预埋钢质基础环,其特征在于：所述每段塔筒由同心的内钢筒、外钢筒和限位拉结件组成钢制模具，内钢筒和外钢筒中间浇筑混凝土制造而成；所述限位拉结件预先焊接固定于内钢筒的外侧和外钢筒内侧。

进一步，所述内钢筒和外钢筒均为锥筒形，同心叠放后内钢筒、外钢筒之间形成间隙，间隙的宽度为上窄下宽。

本发明在内钢筒的外侧和外钢筒的内侧设置与所在部位间隙相适应的限位拉结件。所述的限位拉结件由钢板焊接而成，水平断面呈T型或Γ型，焊接于内钢筒外侧和外钢筒内侧的T型或Γ型限位拉结件纵向设置，并沿环向交替分布。限位拉结件一方面起限位作用，控制内外钢筒之间的间距，保证内外钢筒同心；另一方面浇筑混凝土后在内外钢筒与混凝土之间起到拉结作用。

进一步，所述限位拉结件沿高度方向分段分层设置，焊接于内钢筒外侧和外钢筒内侧。

进一步，所述的T型或Γ型限位拉结件断面亦可制成或其他形状。

进一步，所述混凝土为自密实微膨胀混凝土。

进一步，所述的底段塔筒的下端设有与基础环相连接的钢制法兰，钢制法兰与底段塔筒焊接，钢制法兰与基础环之间以高强螺栓群连接。

进一步，所述顶段塔筒上端设有固定风力发电机组的钢制法兰，钢制法兰与顶段塔筒焊接连接。

本发明塔筒分段预制时，每段塔筒上下两端以钢板封闭，预留混凝土浇筑孔。每段塔筒分瓣预制时，每瓣沿纵向的左右两端亦用钢板封闭。瓣与瓣之间的纵向接缝、段与段之间的水平缝均在现场焊接，形成塔筒。

所述的塔筒可根据设计需要，仅保留外部钢筒，形成单层钢筒与钢筋混凝土的组合结构。混凝土内部配构造钢筋。钢筒内侧仍沿纵向分层设置限位拉结件，使钢筒与钢筋混凝土之间形成有效拉结。分段预制时，纵向构造钢筋与上下两端端部的环形钢板焊接。每段分瓣预制时，环向构造钢筋再与每瓣左右两端端部的钢板焊接。

本发明钢-混凝土组合结构风电塔架在工厂分段预制，每段塔筒分为整体预制或分瓣预制，运输到安装现场进行装配。对照现有技术，本发明结构合理，重量和断面远小于钢筋混凝土塔架，刚度和稳定性远大于钢结构塔架。便于运输和装配，制造成本和使用维护成本较低，提高塔架使用寿命。是一种理想的风电塔架结构。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1是本发明组成结构纵向剖面示意图。

图2是本发明塔筒剖面I局部放大图。

图3是本发明中内钢筒的结构示意图。

图4是本发明中外钢筒的结构示意图。

图5是本发明内钢筒和外钢筒组合示意图。

图6是本发明整体预制塔筒截面示意图。

图7是本发明分瓣预制相邻两瓣连接局部示意图。

图中的标号是：1.基础，2.基础环，3.底段塔筒，4.中间段塔筒，5.顶段塔筒，6.限位拉结件，7.限位拉结件，8.自密实微膨胀混凝土，9.焊缝，10.内钢筒，11.外钢筒，12.定位钢板。

具体实施方式

从图1中可以看出，一种钢-混凝土组合结构风电塔架，其包括基础1和底段塔筒3、中间段塔筒4和顶段塔筒5,所述基础1为钢筋混凝土基础，在其中预埋基础环2。基础环2可以为钢制，底段塔筒的内外钢板均焊接在其上面，基础环埋入底部混凝土基础中。