半桁架式塔架的制作方法

本实用新型涉及风力发电机组塔架，尤其涉及桁架式塔架。

背景技术：

随着风力发电机组容量的增加，为使风轮获取更大的风能，使得轮毂中心高度也随着增加，圆柱式塔筒的体积和高度相应增加，随着圆筒直径的增加，使得塔筒的重量也随之增加，从而使得塔架运输和安装的困难也大大增加，制造成本也随之增加，占地面积增大。所以能降低塔筒重量，运输方便的桁架式塔架应运而生，但是，桁架式塔架安装起来非常浪费时间。

因此，有必要进一步改进塔架。

技术实现要素：

本实用新型之目的是提供一种半桁架式塔架，以减轻塔架质量、节约安装时间、减少占地面积。

本实用新型提供一种半桁架式塔架，用于支撑风力发电机组，其特征在于，包括下段桁架式塔架和上段塔筒，所述下段桁架式塔架由四根主塔柱和多个斜杆、以及多个横杆构成，用来支撑所述上段塔筒；所述上段塔筒安装于所述下段桁架式塔架的顶端，用于支撑风力发电机组的机舱部分；并且，在所述下段桁架式塔架和所述上段塔筒的连接处朝向所述半桁架式塔架的中轴线弯曲，形成扫掠变角度，用于避开风力发电机组桨叶的扫掠。

作为优选方式，所述半桁架式塔架还包括过渡塔筒，设置于所述下段桁架式塔架和所述上段塔筒之间，用于连接所述下段桁架式塔架和所述上段塔筒。

作为优选方式，所述下段桁架式塔架和所述上段塔筒高度各占整个所述半桁架式塔架的一半。

作为优选方式，所述横杆中间设置有四角节点板；四根所述斜杆通过高强度螺栓连接副固定连接到所述四角节点板的四个角上；并且，每根所述斜杆的另一端均通过三角节点板固定在所述主塔柱上，从而使所述横杆、所述斜杆和所述主塔柱形成三角形的稳定结构，以保证塔架连接的稳定性。

作为优选方式，所述横杆和所述斜杆之间设置有次斜杆和腹杆，所述次斜杆和所述腹杆通过节点板用高强度螺栓连接副与所述斜杆、所述横杆、以及所述主塔柱中的两个连接，从而在所述斜杆、所述横杆和所述主塔柱形成的三角形当中形成小三角，以增加塔架的稳定性。

作为优选方式，在每个横杆间还有横膈和再分式腹杆用高强度螺栓连接副连接起来，用于增加塔架的稳定性。

作为优选方式，每个所述主塔柱由两根或四根角铁用高强度螺栓连接副连接而成，以保证塔柱的刚性。

作为优选方式，所述两根或四根角铁之间设有十字交叉连接板，用于防止塔柱的扭曲。

作为优选方式，所述两根角铁设置在所述十字交叉连接板的一、三象限或二、四象限，用于防止塔柱的扭曲。

作为优选方式，所述四个塔柱的塔脚用混凝土底座固定，以保证塔架的稳定性。

作为优选方式，在每个所述横杆间还设有横膈和再分式腹杆均用高强度螺栓连接副连接起来。

本实用新型的半桁架式塔架整体的重量比传统的塔筒式塔架减轻近20％，能够大大降低钢材的使用量，还可以有效避免塔筒增大带来的运输问题。

而且在上段塔筒和下段桁架式塔架之间设置一个过渡塔筒，可以简化上段塔筒的生产和制造。本实用新型的半桁架式塔架适用于风力发电机组的轮毂中心从80到160米的风力发电机组。相比于全桁架式塔架，半桁架式塔架能节约安装的时间，可以使风力发电机组更快地投入使用，这种半桁架式塔架还有占地面积小的特点，只需在四个塔柱的地方修建塔架，其余地方还可以用来退耕还田。

附图说明

下面将简要说明本申请所使用的附图，显而易见地，这些附图仅用于解释本发明的构思。

图1是本实用新型的半桁架式塔架第一实施例的结构示意图。

图2是本实用新型的半桁架式塔架第一实施例下段桁架式塔架局部放大结构示意图。

图3是本实用新型的半桁架式塔架第一实施例的下段桁架式塔架与上段塔筒连接部分的结构示意图。

图4是本实用新型的半桁架式塔架第一实施例塔脚的结构示意图。

图5是本实用新型的半桁架式塔架第一实施例主塔柱第一种连接方式的剖视示意图。

图6是本实用新型的半桁架式塔架第一实施例主塔柱第二种连接方式的剖视示意图。

图7是本实用新型的半桁架式塔架第一实施例横杆和斜杆用节点板连接的局部放大图。

图8是本实用新型的半桁架式塔架第一实施例横杆、斜杆和主塔柱用节点板连接的局部放大图。

图9是本实用新型的半桁架式塔架第一实施例橫膈的结构示意图。

图10是本实用新型的半桁架式塔架第二实施例的结构示意图。

图11是本实用新型的半桁架式塔架第二实施例的下段桁架式塔架、过渡塔筒以及上段塔筒的连接示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本实用新型的半桁架式塔架的实施例。

在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括对在此记载的实施例做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部分的结构，各附图之间不一定按照相同的比例绘制。相同或相似的参考标记用于表示相同或相似的部分。

第一实施例

参见图1，本实用新型提供一种半桁架式塔架，用于支撑风力发电机组，其特征在于，包括下段桁架式塔架2和与其高度相同的上段塔筒1，下段桁架式塔架2由四根主塔柱21和多个斜杆23、以及多个横杆22组合连接成一个刚性的桁架，用来支撑上段塔筒1，上段塔筒1安装于下段桁架式塔架2的顶端，用于支撑风力发电机组的机舱部分，并且，下段桁架式塔架2和上段塔筒1的连接处朝向半桁架式塔架的中轴线弯曲，形成扫掠变角度，用于避开风力发电机组桨叶的扫掠。

参见图2，四根主塔柱21中任意两个相邻的主塔柱21之间均利用多根斜杆23、多根横杆22、多根次斜杆24、以及多根腹杆25连接成稳定钢结构。每根横杆22通过设置在横杆22中间的四角节点板26与四根沿四角节点板26对角线设置的斜杆23相连，其中每根斜杆23的另一端均通过三角节点板27与主塔柱21相连。这样每根主塔柱21和与其相连的两根斜杆23会构成一个三角形结构，并且每根横杆22、斜杆23和主塔柱21之间也构成三角形结构。因为三角形结构具有稳定性，所以这样连接可以增加塔架的稳定性。

为了进一步增加下段桁架式塔架2的稳定性，在每个横杆22、斜杆23和主塔柱21构成的大三角形结构中增设次斜杆24和腹杆25，将大三角形分割成多个小三角形，以保证塔架连接的稳定性，增加塔架的使用寿命。

图3是本实施例的半桁架式塔架下段桁架式塔架2与上段塔筒1连接部分的结构示意图。由图3可知下段桁架式塔架2与上段塔筒1之间通过四角节点板26和三角节点板27直接用高强度连接副固定连接，并且为了避开风力发电机组桨叶的扫掠，将上段塔筒1做成侧壁与竖直方向夹角小于下段桁架式塔架2与竖直方向夹角的桶状结构，从而使整个半桁架式塔架能做的更高，适用范围更广。由图可以看出如果没有设置该扫掠变角度，为了达到相同的高度势必会将塔架做的更大，不但浪费钢材，还会增大占地面积。

图4是本实施例的半桁架式塔架塔脚3的结构示意图。塔脚3包括中心桩31、基础埋板32、精轧螺纹钢36、调平板33、支撑螺栓35、以及基础连接件34，其中基础埋板32通过精轧螺纹钢36固定在中心桩31上形成塔脚3的底座，然后支撑螺栓35通过现场焊接的方式固定在基础埋板32上，最后将焊接有基础连接件34的调平板33穿过支撑螺栓35固定在基础埋板32上以形成塔脚3。其中调平板33可以调整基础连接件34的角度，从而确定塔架的高度和体积，安装时主塔柱21固定连接在塔脚3上，然后在塔脚3处浇注混凝土底座，以保证塔架的稳定性，并且该塔脚3结构简单、稳定性强、占地面积小、方便安装。

图5是本实施例的半桁架式塔架主塔柱21第一种连接方式的剖视示意图。每个主塔柱21由四根角铁用高强度螺栓连接副连接而成，以保证塔柱的刚性，并且在四根角铁之间设有十字交叉连接板37，用于防止塔柱的扭曲，该主塔柱21的横截面为十字形。

图6是本实施例的半桁架式塔架主塔柱21第二种连接方式的剖视示意图。每个主塔柱21由十字交叉连接板37和两根对角设置的角铁用高强度螺栓连接副连接而成，为了增加强度，还可以在角钢外面增加包接板，此设计不但可以节省钢材，而且不影响桁架的强度，并且可以有效防止塔柱的扭曲。

以上两种主塔柱21都具有良好的刚度和强度，并且相对于传统的塔筒式塔架可以减轻近20％的重量，不但节约资源、方便运输，而且以主塔柱21的形式支撑起上段塔筒1可以减小占地面积。

图7是本实施例的半桁架式塔架横杆22和斜杆23用四角节点板26连接的局部放大图。如图所示四根斜杆23通过四角节点板26与一根横杆22利用高强度螺栓连接副连接在一起，并且四根斜杆23沿该四角节点板26的对角线设置，使这四根斜杆23向四个方向延伸至主塔柱21，并与主塔柱21通过三角节点板27用高强度螺栓连接副连接。如图8所示即为横杆22、斜杆23与主塔柱21连接处的局部放大图，由图8可以看出在任意两个相邻的主塔柱21所在平面内的每个主塔柱21均通过三角节点板27与一根横杆22和两个分别位于横杆22两侧的斜杆23相连，以形成图2中所示的桁架结构。

应当说明的是下段桁架式塔架2整个结构的水平截面呈四边形，并且在横杆22所在的水平面上形成一个正四边形，该正四边形的四个边即为同一水平面上连接主塔柱21的四根横杆22。为了保证下段桁架式塔架2的连接可靠性，将这四根横杆22利用再分式腹杆51连接形成橫膈5，其中横杆22和再分式腹杆51通过节点板利用高强度螺栓连接副连接在一起。如图9所示为本实施例的半桁架式塔架橫膈5的结构示意图。该橫膈5一方面可以增加半桁架式塔架的稳定性，另一方面在组装时还可以用来放置材料。

另外，本实用新型的上段塔筒1利用现有技术的塔筒结构，首先其强度可以保证，并且无需重新设计与风力发电机组的机舱连接的连接件。

以下第二实施例为第一实施例的变形。

第二实施例

图10和图11是本实用新型的半桁架式塔架第二实施例的结构示意图。本实施例的半桁架式塔架还包括过渡塔筒4，该过渡塔筒4设置于下段桁架式塔架2和上段塔筒1之间，用于连接下段桁架式塔架2和上段塔筒1。这样可以简化上段塔筒1的生产和制造。

第二实施例相比于第一实施例的区别仅在于在下段桁架式塔架2和上段塔筒1之间设置过渡塔筒4，并且将扫掠变角度设置在过渡塔筒4和下段桁架式塔架2连接处。其它特征与第一实施例中相同，因此为简洁起见，关于第二实施例的其它构造请参见前面的说明，在此不再重复。

通过有限元模型计算半桁架式塔架的受力状况，以确保在风力发电机组的运行寿命期半桁架式塔架的安全可靠。在有限元分析时，主要考虑塔身的风载荷和塔架顶部法兰传来的极限载荷和等效疲劳载荷，计算显示半桁架式塔架的设计能满足这些载荷的要求。

本实用新型的半桁架式塔架整体的重量比传统的塔筒式塔架减轻近20％，能够大大降低钢材的使用量，还可以有效避免塔筒增大带来的运输问题。

本实用新型的半桁架式塔架适用于风力发电机组的轮毂中心从80到160米的风力发电机组。相比于全桁架式塔架，半桁架式塔架能节约安装的时间，可以使风力发电机组更快地投入使用，这种半桁架式塔架还有占地面积小的特点，只需在四个塔柱的地方修建塔架，其余地方还可以用来退耕还田。而且在上段塔筒1和下段桁架式塔架2之间设置一个过渡塔筒4，可以简化上段塔筒1的生产和制造。

以上对本实用新型的半桁架式塔架的实施方式进行了说明。对于本实用新型的半桁架式塔架的具体特征如形状、尺寸和位置可以根据上述披露的特征的作用进行具体设计，这些设计均是本领域技术人员能够实现的。而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据本发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。