一种分片预制式风电机组预应力混凝土塔筒的制作方法

本实用新型属于高塔低风速区风电机组预应力混合塔筒技术领域，具体涉及一种上部是常规钢制塔筒、下部是分片预制式的预应力混凝土塔筒。

背景技术：

目前，我国传统风电机组支撑结构绝大多数采用钢制圆锥形塔筒，但随着我国风力发电行业的快速发展，风电机组单机容量越来越大，为了有效利用低风速区的风能资源，风电机组逐步向大型化高空化发展，与之匹配的轮毂高度和刚度要求不断增加。当轮毂高度超过100m时，传统圆锥形钢塔筒底段直径将超出常规公路运输的尺寸限制，且随着钢筒高度的增加，其整体刚度下降会诱发风电机组的不良振动特性，从而限制高塔筒风电机组的发展。因此混凝土-钢筒混合式塔架能满足大型风电机组轮毂高度的要求，在风电领域得到广泛关注。

混凝土-钢筒混合式塔架下部采用混凝土塔筒，上部采用钢制塔筒，基础采用中空圆盘形钢筋混凝土结构，三者通过预应力钢绞线相连，从而可大幅缩减了钢制塔筒段的高度，在满足运输条件的前提下，也保证高塔筒结构具有更好的力学特性。现浇混凝土塔筒具有施工复杂、养护周期长、模板拆卸繁琐、混凝土施工质量难以保证等局限性，难以满足大型风力发电机组批量化、流程化的施工建造要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述存在的问题，提供一种设计合理、施工简单、运输方便、连接牢固、造价低廉、可批量流程化施工建造的分片预制式风电机组预应力混凝土塔筒。为此，本实用新型采用以下技术方案：

一种分片预制式风电机组预应力混凝土塔筒，其特征在于：该混凝土塔筒由若干圆台形预制塔筒段竖向连接而成，分段方式为水平分段；每一段塔筒段由多片圆弧形预制混凝土分片环向连接而成，分片方式为竖向分片，塔筒段拼接成环后，采用逐段吊装的方式错缝安装；整个混凝土塔筒拼接后呈高耸圆台形。

进一步地，混凝土塔筒除顶段外，各段壁厚均在300mm~500mm之间；底段混凝土塔筒开设门洞，方便人员进出及设备搬运，塔筒基础设计成中空圆盘式以预留钢绞线张拉锚固空间；顶段塔筒壁厚按一定比例缓慢过渡，保证顶部端面壁厚显著大于筒身壁厚，用此作为预应力钢绞线和螺栓组件的锚固端，顶段预制混凝土塔筒段预留钢绞线埋管，并在顶面预设锚固装置。

进一步地，顶段以下的混凝土塔筒不设置预留钢绞线埋管，连接用的钢绞线贯穿混凝土塔筒顶段后进入混凝土塔筒筒内空间。

进一步地，混凝土塔筒采用分片预制再组装，混凝土强度等级在C40~C70之间，每段塔筒高3m~6m，所有圆弧形预制混凝土分片设置水平螺栓孔道和螺母安装槽及竖向螺栓孔道和螺母安装槽；预制混凝土分片之间的纵缝采用直螺栓和坐浆方式连接，竖向连接同样采用直螺栓和坐浆方式，拼接吊装完成后，把螺母安装槽处用砂浆填实、抹平，起到防腐的作用，所有连接处缝隙用防水砂浆或防水胶填充；全部安装完成后，对预应力钢绞线进行穿管张拉，并将两端锚固。

进一步地，预制混凝土分片之间的纵缝采用直螺栓和坐浆方式连接，螺栓位于靠近塔筒外壁约1/3壁厚处，单排布置，沿高度方向每4排钢筋配1根螺栓；竖向连接同样采用直螺栓和坐浆方式，每段混凝土之间沿环向均匀布置8根螺栓；拼接吊装完成后，把螺母安装槽处用砂浆填实、抹平，起到防腐的作用，所有连接处缝隙用防水砂浆或防水胶填充；全部安装完成后，对预应力钢绞线进行穿管张拉，并将两端锚固。

进一步地，每一段塔筒由4片相同的1/4圆弧形预制混凝土分片环向连接而成。

本实用新型的有益效果是：

（1）混凝土塔筒采用分片预制，施工质量和混凝土强度较现浇方式有更充分的保证，且能大幅提高混凝土材料的利用率；每一分片尺寸规则合理，可叠放运输，可提高运输效率。

（2）混凝土塔筒分片预制方式可对塔筒进行批量流程化施工建造和养护，在保证质量的前提下大幅缩短了施工和养护周期。

（3）分片预制方式可大幅缩减模板数量，仅需传统模板的1/4，且相近高度风电机组可采用相同尺寸的塔筒，模板可重复利用，降低成本。

（4）根据混凝土塔筒的受力特性，分片之间环向通过螺栓连接，既能保证吊装和运行工况时的受力强度要求，也便于现场安装施工。

（5）采用体外预应力结构张拉锚固后，塔筒整体处于预压状态，大幅提升了塔筒的抗拉强度和稳定性，保证了混凝土塔筒的刚度和强度；该方式与体内预应力结构相比，无需在预制混凝土分片时预设钢绞线埋管，在施工阶段可避免各段塔筒预埋管的对齐以及钢绞线的整个穿管工序。

（6）采用混凝土-钢筒混合式塔架使风电机组轮毂高度增加，刚度增强，振幅缩减，有利于结构安全稳定运行，能满足风电机组大型化、高空化的发展要求，能有效利用低风速区的风资源。

附图说明

图1是本实用新型实施例中分片预制式风电机组预应力混凝土塔筒剖面图。

图2是本实用新型实施例中分片预制式风电机组预应力混凝土塔筒顶段剖面图。

图3是本实用新型实施例中分片预制式风电机组预应力混凝土塔筒顶面自A-A向下的俯视图。

图4是本实用新型实施例中分片预制式风电机组预应力混凝土塔筒1/4分片外侧三维视图。

图5是本实用新型实施例中分片预制式风电机组预应力混凝土塔筒1/4分片内侧三维视图。

具体实施方式

本实施例为一座48m高的分片预制式风电机组预应力混凝土塔筒，下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1~图5所示，该混凝土塔筒由底段2、顶段3和十个中间段1错缝连接而成，分段方式为水平分段；各段塔筒由四片相同的1/4圆弧形预制混凝土分片12拼接而成，分片方式为竖向分片。所有混凝土塔筒分片12在预制厂统一预制养护并运输至现场拼接吊装，整个混凝土塔筒拼接完成后呈高耸圆台形。塔筒顶端外径5.2m，壁厚1.0m，顶面预埋环形钢垫板11用以保护塔筒顶面受压区混凝土；塔筒底段2与基础7相连，底端外径7.8m；塔筒顶段3通过螺栓组件9和法兰10与钢塔筒段4相连。该混凝土塔筒单侧坡度为2.7%。

塔筒底段开设门洞5，除顶段3外，各段壁厚均为400mm。为了设置塔筒顶部预应力钢绞线6和螺栓组件9的锚固端并保证顶段受压区混凝土的强度，顶段塔筒壁厚按1:3的坡度均匀过渡减小，保证顶部端面壁厚为1.0m。顶段塔筒预留钢绞线埋管，并在顶面预设锚固装置，作为连接法兰结构的锚固结构。钢绞线穿管张拉后上端锚固于混凝土塔筒顶面上的法兰结构上，下端锚固至基础环底面8，使塔筒整体处于预压状态，能有效提高混凝土塔筒的抗拉强度和稳定性；预应力钢绞线沿混凝土塔筒环向间隔15°布置，共24束，为躲开门洞，门洞两侧的预应力索（共4束）向两侧张开。

如图4~图5所示，在本实施例中，每段塔筒高4.0m，各段混凝土塔筒采用分片预制，混凝土强度等级在C40~C70之间，优选混凝土强度为C50。所有分片在预制厂批量生产，预制时模板呈拱形放置，模板指定位置做凸起，预留螺栓孔道和螺母安装槽，脱模后自动形成安装槽，进料口位于模板顶部，振捣均匀，混凝土分片浇筑完成后，外侧做地模，蒸汽养护，保证混凝土浇筑质量。预制好的混凝土分片平躺叠放，可满足常规公路运输要求。

塔筒拼接过程中，首先将2个1/4预制混凝土分片12通过水平螺栓组件13及坐浆方式拼接成1/2圆环，再将2个1/2圆环通过同样的方式拼接成圆台形塔筒段。待所有预制混凝土分片拼接完成后，采用由下及上逐段吊装的方式错缝安装，竖向连接采用竖向螺栓组件14及坐浆方式，每段混凝土之间沿环向均匀布置8根螺栓。拼接完成后，把螺母安装槽15用砂浆填实、抹平，起防腐作用，所有连接处缝隙用防水砂浆或防水胶填充。

各段塔筒吊装完成后，在预留埋管内圈抹油并穿入钢绞线，钢绞线下端在锚固操作坑内锚固至基础环底面，对钢绞线进行张拉后将上端锚固至塔筒顶面。

以上实施例仅为本实用新型的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。