[发明专利]一种预应力中空夹层钢管混凝土格构式混合塔架及其生产安装方法

说明书

本发明公开了一种预应力中空夹层钢管混凝土格构式混合塔架及其生产安装方法，涉及陆上和海上风力发电技术领域。该体系包括风机、钢塔筒、塔架过渡段，格构式塔架和基础。所述基础采用预埋件标准件进行精确定位；所述格构式塔架的角柱与基础中的预埋件通过螺栓连接；所述钢塔筒下端四周布置四个短工字型钢；所述塔架过渡段为四个灌注混凝土的箱型梁，与钢塔筒下端的四个短工字型钢连接；所述的风机布置在钢塔筒上；所述格构式塔架可采用三角形或四边形，角柱均采用中空夹层钢管混凝土，中空部分为张拉预应力筋孔道，构件长度为标准化尺寸，各构件采用法兰连接；格构式塔架中的横杆与斜杆均采用钢管混凝土，各构件之间的连接均通过连接板螺栓连接。

技术领域

本发明涉及陆上和海上风力发电技术领域。

背景技术

风电能源是一种无污染、可再生的清洁能源。与陆上风电能源相比，海上风电能源具有风机发电量高、单机装机容量更大、风机运行更稳定、风电场的建设无需占用土地等优势，近年来开始受到国家能源主管部门和行业的广泛关注。

近年来风机的尺寸越来越大，所需的塔筒高度和直径也越来越大，传统的风机多采用实腹式的钢-混凝土塔筒，生产成本较高，生产工艺复杂，人工需求高且生产效率低。现场拼装、灌浆、吊装周期过长，且部分零部件需要超限运输，存放场地要求较高，生产质量不易把控，构件成本差较严重。生产供应链较长，易受到各行业价格波动影响。

因此，为了充分开发我国广阔的陆上和海洋风能资源，降低塔筒所受荷载和材料用量，精简工程实施工序、工艺，减少劳动力需求，并缩短安装施工时间，减少吊装费用，应对传统塔筒的结构形式作出改进，将零部件进行轻量化设计，研发出性能、成本和质量最优的塔筒形式。

发明内容

本发明综合提出了一种预应力中空夹层钢管混凝土格构式混合塔架：上部为钢塔筒，下部为格构式塔架，减小构件尺寸的同时显著降低塔架上的风荷载。格构式塔架中各杆件主要承受轴向力，充分发挥材料的强度。格构式塔架的角柱采用预应力中空夹层钢管混凝土，增加刚度的同时减少钢材和混凝土的用量，降低各构件的重量，便于运输和吊装，中空部分作为预应力孔道，沿高度通长整体张拉，增加结构的稳定性和抗拉性能。横向和斜向构件采用钢管混凝土，充分发挥混凝土抗压、钢材抗拉的性能。结构构造简单、竖向和整体稳定性好，是一种全新的风机塔架形式。结构体系全部采用装配化建造方式，各构件均在工程或现场标准化生产，显著提高施工效率、保证施工质量、降低施工措施费用。

本发明的技术方案如下：

一种预应力中空夹层钢管混凝土格构式混凝土塔架，该结构包含风机、钢塔筒、塔架过渡段、格构式塔架、基础。所述基础采用工厂制作的预埋件标准件进行精确定位；所述格构式塔架的角柱与基础中的预埋件通过螺栓连接；所述格构式塔架顶部与塔架过渡段相连；所述塔架过渡段与钢塔筒相连；所述钢塔筒与风机相连。

所述基础中的预埋件标准件为带有盖板的钢管预制构件，盖板上有预留孔，底部螺帽和螺杆提前预埋，精准定位安装后灌注混凝土。

所述格构式塔架中角柱采用预应力中空夹层钢管混凝土，中空部分作为预应力孔道。横杆与斜杆采用钢管混凝土，端板预埋连接件，与其他杆件之间通过螺栓连接，斜杆交叉处断开一根斜杆，通过贯穿另一根斜杆的连接板进行螺栓连接。

所述塔架过渡段为4个箱形钢管混凝土梁。塔架过渡段与格构式塔架的角柱连接处的截面与角柱截面相同，中间段为箱形钢管混凝土，侧面均匀分布圆形穿透孔，孔的直径为工字型钢截面高度的1/3～1/2，减轻吊装重量和风荷载的不利影响；与钢塔筒连接处则由端板过渡到工字型截面，与钢塔筒上的工字型钢进行螺栓连接。待塔架过渡段安装完成，进行由基础至塔架过渡段顶部的预应力张拉。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：