专利名称：体内预应力钢-混凝土风电塔架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电设备技术领域，特别涉及一种体内预应力钢-混凝土风电塔架。
背景技术：
风力发电塔架是风力发电设备的重要组成部分，塔架起到支撑发力发电机组中的叶片、机舱等机构的作用，为主要承重设备。目前，风电塔架的形式多种多样，有钢结构、桁架、全混凝土结构、钢-混凝土混合结构等。随着风力发电机组功率不断增大，对风力发电塔架高度、强度的要求越来越高。由于大型塔架的高度和直径较大，对于运输和吊装来说均存在技术上的困难。为此，混凝土风电塔架得到较为广泛的应用。混凝土风电塔架主要包括钢结构段、过渡段和混凝土段，其中过渡段是连接的钢结构段和混凝土段的必要节点。混凝土段有现场浇注方式，也有预制好混凝土段后安装再施加预应力的方式，或预制好混凝土段后现场安装，不需要施加预应力。对于钢-混凝土混合结构的风电塔架，钢结构段、过渡段和混凝土段可以单独运输再现场组装，降低了运输和吊装的难度。然而，现有技术中，该结构的风电塔架的各部分连接并不便于操作施工且并不可靠，影响分体组装式风电塔架的可靠性。有鉴于此，如何提供一种便于运输、安装方便且可靠的风电塔架是本领域技术人员需要解决的技术问题。
实用新型内容本实用新型的目的为提供一种体内预应力风电塔架，该风电塔架便于运输且安装方便，过渡段之间的连接也较为可靠。为达到本实用新型的目的，本实用新型提供一种体内预应力钢-混凝土风电塔架，包括混凝土段和钢结构段，以及连接二者的过渡段，所述过渡段包括过渡混凝土段和钢结构过渡段；按照混凝土段、过渡混凝土段、过渡钢结构段、钢结构段依序连接；所述过渡钢结构段和所述过渡混凝土段通过双头螺栓连接，同时还通过钢绞线连接，所述钢绞线连接所述过渡钢结构段，并贯穿所述过渡混凝土段和混凝土段内部设置的钢绞线埋管且张拉固定于塔架基础内部。优选地，所述过渡钢结构段具有下法兰，所述下法兰设有双头螺栓孔，所述过渡混凝土段的上端内预置双头螺栓套管；所述双头螺栓插入所述双头螺栓孔和所述双头螺栓套管并通过螺母固定。优选地，所述过渡钢结构段具有下法兰，且所述下法兰具有钢绞线孔，所述钢绞线的一端由锚具固定于所述下法兰上，另一端插入所述过渡混凝土段和所述混凝土段内的钢绞线埋管内并张拉固定于塔架基础内部。优选地，所述混凝土段包括两块以上轴向叠置的混凝土环段；各所述混凝土环段包括至少两块依次相拼接的弧形混凝土片；所述混凝土片设有箍筋，相邻的两所述混凝土片的侧面拼接时，两所述混凝土片的箍筋横向交错形成箍筋孔，箍筋孔的四角均竖向插装有直钢筋；所述混凝土片侧面的箍筋和直钢筋之间灌装有高强砂浆。优选地，所述弧形混凝土片拼接的侧面具有锯齿形表面；且所述混凝土片用于拼接的侧面设置有胶条。优选地，所述过渡混凝土段和所述混凝土段之间、各所述混凝土环段之间均通过所述钢绞线和导向棒连接；相邻两所述混凝土环段相对的一端分别设有导向槽、导向棒，所述导向棒插入所述导向槽中。优选地，相邻两所述混凝土环段中位于上方的混凝土环段的下端设有螺纹套筒，所述导向棒的上端插入于所述螺纹套筒内并螺纹固定，所述导向槽设于位于下方的混凝土环段的上端，所述导向棒的下端插入所述导向槽。优选地，所述过渡钢结构段与所述过渡混凝土段之间、所述过渡混凝土段与所述 混凝土段之间、所述混凝土段的各所述混凝土环段之间均加入有用于找平上下相接段的填充料。优选地，所述过渡钢结构段与所述过渡混凝土段之间、所述过渡混凝土段与所述混凝土段之间、所述混凝土段的各所述混凝土环段之间均设有安装垫块，所述填充料与所述安装垫块的厚度相当。优选地，所述钢绞线的下端为锥端。该实用新型中的钢-混凝土风电塔架包括混凝土段、过渡混凝土段、过渡钢结构段、钢结构段，使得塔架的运输和安装更为便利，且过渡钢结构段和过渡混凝土段的设置，使得钢结构段和混凝土段之间的过渡更为顺畅。此外，过渡混凝土段和过渡钢结构段之间通过钢绞线连接的同时，还通过双头螺栓，避免钢绞线布置不均匀或间距过大造成法兰受力不均匀，使得过渡钢结构段和过渡混凝土段的连接更为牢固，从而有效抵抗外载，从而进一步提高了钢-混凝土风电塔架的安装可靠性。
图I为本实用新型所提供体内预应力钢-混凝土风电塔架一种具体实施方式
的结构示意图；图2-1为图I中C-C向剖视图；图2-2为图2-1的Cl-Cl向剖视图；图2-3为图2-1中C2-C2向剖视图；图3-1为图I中D-D向剖视图；图3-2为图I中IV部位的局部放大示意图；图4为图I中V部位的局部放大示意图；图5为图I中A-A向剖视图；图6为图5拼接前的结构示意图；图7为图5中一块混凝土片的示意图；图8为图6中I部位的局部放大示意图；图9为图5中VI部位的局部放大示意图；[0031]图10为图I中E-E向剖视图；图11为图I中II部位的局部放大示意图；图12为图I中III部位的局部放大示意图；图13为图I中B-B向剖视图；图14为图13中Bl-Bl向剖视图。图中，混凝土段10、过渡混凝土段20、过渡钢结构段30、钢结构段40、螺栓孔401、混凝土环段101、钢绞线50、下法兰301、双头螺栓孔3011、钢绞线孔3012、双头螺栓套管
201、钢绞线埋管202、双头螺栓303、第一螺母302、第一塞头205、锚具304、混凝土片100、箍筋1010、钢绞线埋管1012、直钢筋1000、导向槽1015、螺纹套筒1011、导向棒1014、第二 安装垫块1018、第二填充料1017、第一安装垫块206、第一填充料207、第一环形密封209、第二环形密封1016、第二塞头1013、第三环形密封208、第四环形密封1019。
具体实施方式
本实用新型的核心为提供一种体内预应力风电塔架，该风电塔架便于运输且安装方便，过渡段之间的连接也较为可靠。为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。请参考图1，图I为本实用新型所提供体内预应力钢-混凝土风电塔架一种具体实施方式
的结构示意图，图中未示出完整的钢结构段，仅示出与过渡钢结构段连接的一部分。该实施例中的体内预应力钢-混凝土风电塔架，包括混凝土段10和钢结构段40，以及连接二者的过渡段。过渡段具体包括过渡混凝土段20和过渡钢结构段30。各段按照混凝土段10、过渡混凝土段20、过渡钢结构段30、钢结构段40的次序连接，请参考图I理解，下述内容涉及的“上” “下”等方位均以图I为视角。体内预应力混凝土风电塔架，即将预应力钢绞线50 (钢筋)放在预置混凝土段10内，图I中所示的钢绞线50贯穿整个预制混凝土体(包括过渡混凝土段20和混凝土段10)，预置混凝土体内预留有钢绞线埋管。过渡钢结构段30和过渡混凝土段20通过钢绞线50连接的同时，还通过双头螺栓连接。混凝土风电塔架一般先安装混凝土段10和过渡混凝土段20，再将过渡混凝土段20和过渡钢结构段30连接，最后，吊装钢结构段40以便与过渡钢结构段30连接。过渡混凝土段20和过渡钢结构段30之间的双头螺栓连接方式具体可以参照图2-1、2-2、2-3，图2-1为图I中C-C向剖视图；图2-2为图2-1的Cl-Cl向剖视图；图2-3为图2_1中C2-C2向剖视图。图2-1示出过渡钢结构段30下端设置的下法兰301，结合图I理解，过渡混凝土段20的厚度大于过渡钢结构段30的厚度，安装时，下法兰301位于过渡混凝土段20的上端面上。下法兰301上设有双头螺栓孔3011和钢绞线孔3012。继续参见图3-1和图3-2，图3-1为图I中D-D向剖视图；图3-2为图I中IV部位的局部放大示意图。过渡混凝土段20的上端内预置双头螺栓套管201以及钢绞线埋管
202。安装过渡钢结构段30和过渡混凝土段20时，将双头螺栓303插入下法兰301的双头螺栓孔3011和过渡混凝土段20的双头螺栓套管201中螺纹配合后，再通过第一螺母302固定。则双头螺栓303起到连接过渡钢结构段30和过渡混凝土段20的作用。由于双头螺栓套管201预置于过渡混凝土段20内，为防止浇注形成过渡混凝土段20时，混凝土流入双头螺栓套管201内，可以在双头螺栓套管201的底部设置第一塞头205，如图3-2所示，则第一塞头205的设置可以有效防止混凝土进入双头螺栓套管201内。为了加强双头螺栓套管201与过渡混凝土段20的连接强度，防止双头螺栓套管201在连接完毕受力过程中脱离主体结构，也可以在双头螺栓套管201的底部预先焊接端板，并将端板与过渡混凝土段20内部的钢筋焊接固定。该种情况下，不设置第一塞头205也可以防止混凝土进入双头螺栓套管201内。上述实施例中，双头螺栓303的数量和布置点均可以根据计算确定，即根据过渡混凝土段20和下法兰301的径向尺寸、强度和厚度要求、钢绞线50的数量和布置情况等因素确定。除了双头螺栓303连接，钢绞线50也连接过渡钢结构段30和过渡混凝土段20，钢绞线50张拉于过渡混凝土段20和混凝土段10内部设置的钢绞线埋管内，图3-1中示出过渡混凝土段20内设置的钢绞线埋管202。钢绞线50的施工一般于混凝土结构体施工结束后进行。过渡钢结构段30设置有下法兰301，且下法兰301设置有钢绞线孔301，见图2-1、2-2。钢绞线50施工时，钢绞线50 —端可以通过卷扬装置由过渡钢结构段30下法兰301的钢绞线孔3012穿入，另一端一直放入混凝土结构体内部的钢绞线埋管内并在张拉固定于塔架基础内。穿入钢绞线孔3012的一端可以由锚具304固定于下法兰301的钢绞线孔3012处，请参考图4，图4为图I中V部位的局部放大示意图，该图示出的锚具304实现钢绞线50和过渡钢结构段30的连接。为了使得钢绞线50的施工更为简便，可以将钢绞线50的另一端加工为锥端，锥端更易于插入钢绞线埋管，能够自动校正安装偏差，即使混凝土段10的各管段(结合图I以及后续描述)的钢绞线埋管位置度不理想，也可以比较顺利地通过钢绞线埋管的接口。上述实施例中的钢绞线50 —端连接过渡钢结构段30，一端插入过渡混凝土段20以及混凝土段10的钢绞线埋管内并张拉固定于塔架基础内部，则钢绞线50起到了固定过渡钢结构段30和过渡混凝土段20的作用。而且，又通过双头螺栓303连接，即螺纹连接和钢绞线50共同配合实现过渡混凝土段20和过渡钢结构段30的连接。由于钢绞线50的布置不均匀、间距不等，而下法兰301的厚度有限，仅通过钢绞线50连接可能使下法兰301的受力不均匀，影响下法兰301使用寿命或需要加厚下法兰301的厚度。增设双头螺栓303连接后，能够使过渡钢结构段30和过渡混凝土段20的连接更为牢固，从而有效抵抗外载，提高钢-混凝土风电塔架的安装可靠性。此外，过渡段分设为过渡混凝土段20和过渡钢结构段30也使得钢结构段40和混凝土段10之间的过渡更为顺畅。此外，针对上述各实施例，对于混凝土段10的结构可以作出进一步的改进。混凝土段10可以包括两块以上轴向叠置的混凝土环段101，即根据设计所需的混凝土段10的高度和便于运输的混凝土段10高度，可以将混凝土段10分体加工为若干环段，运输至现场后再叠置安装于一体，达到便于运输和吊装的目的，可以继续参考图I理解，图I中混凝土段10由若干混凝土环段101叠置而成。进一步地，各混凝土环段101还可以包括若干依次相接的弧形混凝土片100，即将混凝土片100运输至现场后，再将各混凝土片100依次拼接形成所需的混凝土环段101，各混凝土环段101再叠置形成混凝土段10，进一步降低运输和吊装的难度。请结合图5-9理解，图5为图I中A-A向剖视图；图6为图5拼接前的结构示意图；图7为图5中一块混凝土片的不意图；图8为图6中I部位的局部放大不意图；图9为图5中VI部位的局部放大示意图。该实施例中，混凝土环段101由两块具有半圆形横截面的混凝土片100拼接而成。相邻混凝土片100相接时，可以使一混凝土片100具有侧面接缝，即呈凹槽状，槽口朝向另一混凝土片100的侧面，另一混凝土片100的侧面具有凸出的箍筋1010，箍筋1010插入相邻混凝土片100的侧面接缝内，侧面接缝内也具有凸出的箍筋1010，则两相邻混凝土片100的箍筋1010横向交错形成箍筋孔，如图9所示的两箍筋1010交错形成腰形箍筋孔，箍筋1010可以设置为多层，则可以形成沿纵向设置的多个箍筋孔。箍筋孔的四角均竖向插装有直钢筋1000，如图9所示，再于混凝土片100侧面的箍筋1010和直钢筋1000之间灌入高强砂浆，从而实现了混凝土片100的拼接。拼接时，可于混凝土片100凹槽状接缝的内外侧均设置胶条。拼接后，需要在拼接缝隙内灌入高强砂浆，以实现固定目的，设置胶条可以防止高强砂浆外漏，高强砂浆硬化 后，连接成整体的混凝土环段101具有一定强度后，再进行整体吊装安装形成混凝土段10。弧形混凝土片100的侧面接缝的表面可以加工为具有锯齿形表面，以便浇注高强砂浆的时候结合紧密。另外，混凝土段10和过渡混凝土段20之间、混凝土段10的各混凝土环段101之间除了通过钢绞线50连接外，均可以增设导向棒1014连接。请参考图10和图11，图10为图I中E-E向剖视图；图11为图I中II部位的局部放大示意图，该两图示出混凝土环段101之间的连接，混凝土段10和过渡混凝土段20之间的连接可以参照理解。该实施例中，相邻两混凝土环段101中位于上方的混凝土环段101的下端设有螺纹套筒1011，导向棒1014插入于螺纹套筒1011内并螺纹固定，即导向棒1014的上端为螺纹段，导向槽1015设于位于下方的混凝土环段101的上端。则安装上下相邻的两混凝土环段101时，将二者对准，使得导向棒1014能够插入于导向槽1015中，导向棒1014和导向槽1015的数目，位置相对应，具体数目可以根据混凝土段10外径以及安装工艺而定，优化的方案为至少三个。设置导向棒1014和导向槽1015后，混凝土环段101之间的安装对准更易于把握，且混凝土环段101得以有效定位，便于钢绞线50的安装施工，同时，导向棒1014和钢绞线50共同实现了各混凝土环段101之间的连接，强化了混凝土环段101之间的连接可靠性，保证混凝土段10的整体式效果。需要说明的是，该具体实施方式
中，导向棒1014和导向槽1015分别设于上方和下方，这样设置便于安装时的对准，当然，将导向棒1014和导向槽1015分别设于下方和上方也可以实现该目的。此外，该实施例中设置螺纹套筒1011用于固定导向棒1014，可以想到，将导向棒1014预置于混凝土环段101中同样可以实现此目的，即无需预置螺纹套筒1011。与上述关于双头螺栓套管201的描述类似，螺纹套筒1011的顶部同样可以设置第二塞头1013。防止浇注形成混凝土环段101时，混凝土流入螺纹套筒1011内。进一步，为了保证导向棒1014能够精准地插入导向槽1015内，可以将导向棒1014插向导向槽1015的一端设计为锥状，如图11所示。同样，与上述关于双头螺栓套管201的描述类似，螺纹套筒1011的顶部可以焊接端板，端板与对应的混凝土环段101内部的钢筋焊接固定，可以提高螺纹套筒1011与混凝土环段101的链接可靠性，防止螺纹套筒1011在连接受力完毕过程中脱离主体结构。该种情况下，不设置第二塞头1013也可以防止混凝土进入螺纹套筒1011内。导向棒1014准备完毕后，可以在下方混凝土环段101的上表面均匀放置若干第二安装垫块1018，可以继续参考图11并结合图12理解，图12为图I中III部位的局部放大示意图。此实施例中，设置长条形第二安装垫块1018，第二安装垫块1018的抗压强度应当弱于结构本体，但能够承受上方混凝土环段101的重量，且其变形量不至于过大，以使上下混凝土环段101能够接触。第二安装垫块1018的高度能够调整混凝土环段101的安装精度，当混凝土环段101安装存在误差时(如倾斜等)，微调第二安装垫块1018的厚度可以达到找平上下结构段的效果，即调整上方混凝土环段101安装后的平行度等，以满足安装精度要求。安装好第二安装垫块1018后，可以在混凝土环段101环段之间均匀加入第二填充料1017，第二填充料1017的高度和第二安装垫块1018相当。选用的第二填充料1017，应当保证第二填充料1017的强度强于主体结构，且其模量和主体结构近似。待第二填充料1017成型后，上下两个混凝土环段101的荷载传递主要依靠第二填充料1017承担，第二填 充料1017进一步巩固了第二安装垫块1018的找平效果。除了混凝土环段101之间设置第二填充料1017和第二安装垫块1018，混凝土段10和过渡混凝土段20之间也可以设置填充料和安装垫块，此外，过渡混凝土段20与过渡钢结构段30之间也可以设置第一填充料207和第一安装垫块206，如图3-1、3-2、3-3、3-4所示。此时，双头螺栓套管201的上端可以设置第一环形密封209，双头螺栓303插入第一环形密封209并进入双头螺栓套管201内，第一环形密封209的设置可以防止第一填充料207进入双头螺栓套管201内，保证连接可靠性。可以想到，在导向槽1015的上端同样可以安装第二环形密封1016，导向棒1014插入第二环形密封1016并插入导向槽1015内，同样可以防止填充料进入螺纹套筒1011内，从而保持导向棒1014和螺纹套筒1011连接的密封性，使二者始终保持可靠的连接。由此可知，钢绞线埋管的上端也可以设置环形密封，图4中过渡混凝土段20的钢绞线埋管202的上端设置第三环形密封208，图12中混凝土环段101中钢绞线埋管1012的上端设置第四环形密封1019，分别设置第一安装垫块206、第二安装垫块1018时，第三环形密封208、第四环形密封1019选用软体材质，并使其相应地高出第一安装垫块206、第二安装垫块1018 —定高度，当上方的过渡钢结构段30、混凝土环段101安装就位后，第三环形密封208和第四环形密封1019会有一定的收缩量，此时第三环形密封208和第四环形密封1019就会和上方结构段密封良好，保证整个钢绞线埋管(过渡混凝土段20内的钢绞线埋管202和混凝土环段101内各钢绞线埋管1012)从下至上的密封性。第一环形密封209和第二环形密封1016可以参照设置。上述各实施例中塔架的过渡钢结构段30和钢结构段40可以通过高强螺栓连接，请参考图13和图14，图13为图I中B-B向剖视图，该图为过渡钢结构段30的上法兰剖视图；图14为图13中Bl-Bl向剖视图，钢结构段40上多个螺栓孔401，过渡钢结构段30的上端也设置螺栓孔，以便高强螺栓连接钢结构段40和过渡钢结构段30，从而实现二者的可靠连接，提高整个塔架的连接可靠性，从而实现二者的可靠连接，提高整个塔架的连接可靠性。以上对本实用新型所提供的一种体内预应力钢-混凝土塔架结构进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实 施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求1.一种体内预应力钢-混凝土风电塔架，包括混凝土段和钢结构段，以及连接二者的过渡段，其特征在于，所述过渡段包括过渡混凝土段和钢结构过渡段；按照混凝土段、过渡混凝土段、过渡钢结构段、钢结构段依序连接；所述过渡钢结构段和所述过渡混凝土段通过双头螺栓连接，同时还通过钢绞线连接，所述钢绞线连接所述过渡钢结构段，并贯穿所述过渡混凝土段和混凝土段内部设置的钢绞线埋管且张拉固定于塔架基础内部。
2.根据权利要求I所述的体内预应力钢-混凝土风电塔架，其特征在于，所述过渡钢结构段具有下法兰，所述下法兰设有双头螺栓孔，所述过渡混凝土段的上端内预置双头螺栓套管；所述双头螺栓插入所述双头螺栓孔和所述双头螺栓套管并通过螺母固定。
3.根据权利要求I或2所述的体内预应力钢-混凝土风电塔架，其特征在于，所述过渡钢结构段具有下法兰，且所述下法兰具有钢绞线孔，所述钢绞线的一端由锚具固定于所述下法兰上，另一端插入所述过渡混凝土段和所述混凝土段内的钢绞线埋管内并张拉固定于塔架基础内部。
4.根据权利要求I或2所述的体内预应力钢-混凝土风电塔架，其特征在于，所述混凝土段包括两块以上轴向叠置的混凝土环段；各所述混凝土环段包括至少两块依次相拼接的弧形混凝土片；所述混凝土片设有箍筋，相邻的两所述混凝土片的侧面拼接时，两所述混凝土片的箍筋横向交错形成箍筋孔，箍筋孔的四角均竖向插装有直钢筋；所述混凝土片侧面的箍筋和直钢筋之间灌装有高强砂浆。
5.根据权利要求4所述的体内预应力钢-混凝土风电塔架，其特征在于，所述弧形混凝土片拼接的侧面具有锯齿形表面；且所述混凝土片用于拼接的侧面设置有胶条。
6.根据权利要求4所述的体内预应力钢-混凝土风电塔架，其特征在于，所述过渡混凝土段和所述混凝土段之间、各所述混凝土环段之间均通过所述钢绞线和导向棒连接；相邻两所述混凝土环段相对的一端分别设有导向槽、导向棒，所述导向棒插入所述导向槽中。
7.根据权利要求6所述的体内预应力钢-混凝土风电塔架，其特征在于，相邻两所述混凝土环段中位于上方的混凝土环段的下端设有螺纹套筒，所述导向棒的上端插入于所述螺纹套筒内并螺纹固定，所述导向槽设于位于下方的混凝土环段的上端，所述导向棒的下端插入所述导向槽。
8.根据权利要求6所述的体内预应力钢-混凝土风电塔架，其特征在于，所述过渡钢结构段与所述过渡混凝土段之间、所述过渡混凝土段与所述混凝土段之间、所述混凝土段的各所述混凝土环段之间均加入有用于找平上下相接段的填充料。
9.根据权利要求8所述的体内预应力钢-混凝土风电塔架，其特征在于，所述过渡钢结构段与所述过渡混凝土段之间、所述过渡混凝土段与所述混凝土段之间、所述混凝土段的各所述混凝土环段之间均设有安装垫块，所述填充料与所述安装垫块的厚度相当。
10.根据权利要求I或2所述的体内预应力钢-混凝土风电塔架，其特征在于，所述钢绞线的下端为锥端。
专利摘要本实用新型公开一种体内预应力钢-混凝土风电塔架，包括混凝土段和钢结构段，以及连接二者的过渡段，所述过渡段包括过渡混凝土段和钢结构过渡段；按照混凝土段、过渡混凝土段、过渡钢结构段、钢结构段依序连接；所述过渡钢结构段和所述过渡混凝土段双头螺栓连接，同时还通过钢绞线连接，所述钢绞线连接所述过渡钢结构段，并贯穿所述过渡混凝土段和混凝土段内部设置的钢绞线埋管且张拉固定于塔架基础内部。该风电塔架的过渡段之间通过钢绞线连接以及双头螺栓连接，安装可靠，且塔架的运输和安装均较为方便。
文档编号F03D11/00GK202500731SQ20122005887
公开日2012年10月24日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者尹国友 申请人:阜新金胤新能源技术咨询有限公司