一种新型预应力钢混塔架过渡段转换装置的制作方法

本实用新型属于预应力钢混塔架技术领域，具体涉及一种新型预应力钢混塔架过渡段转换装置。

背景技术：

随着我国风电行业的快速发展，风资源较好的陆上风电场建设渐趋饱和，未来风电场开发将逐步向低风速区发展，风电机组向大单机容量、大叶轮直径和高塔筒发展。钢混塔架下部采用钢筋混凝土塔筒，上部采用钢制塔筒，基础采用圆盘形钢筋混凝土结构，三者通过预应力钢绞线相连，其能满足大型风电机组轮毂高度和刚度的要求，在风电领域得到广泛关注和推广应用。

混凝土塔筒与钢塔筒连接的过渡段存在刚度突变问题，过渡段是钢混塔架的薄弱环节和关键技术难题，需对其进行加强设计。传统钢混塔架过渡段的连接方式通常采用l型法兰连接，该连接方式需选用整体锻造成型的厚法兰，随着塔筒高度和直径的增加，与之匹配的法兰厚度越来越厚，从而增加原材料成本和机加工成本。另一方面，与l型法兰匹配的螺栓组件长度受制于法兰板的厚度，导致l型法兰的连接螺栓长度较短，抗疲劳性能差；此外，螺栓的预应力损失受连接处的结构变形影响非常大，因此无法有效控制螺栓预应力的大小，难以保证风机运行过程中塔筒连接处始终处于受压状态。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述存在的问题，提供一种新型预应力钢混塔架过渡段转换装置，其结构设计合理、连接牢固、受力特性良好、抗疲劳性能强、造价低廉、安装便捷，可实现预应力混凝土塔筒与钢塔筒的合理紧固连接。为此，本实用新型采用以下技术方案：

一种新型预应力钢混塔架过渡段转换装置，其特征在于：所述过渡段转换装置包括上法兰板、下法兰板、法兰筒节、加劲板、钢垫板、预应力钢绞线、连接螺栓和定位螺栓；

钢垫板布置在法兰筒节的下端，上法兰板布置在法兰筒节的上端，下法兰板布置在钢垫板和上法兰板之间，加劲板上端与下法兰板焊接，外侧与法兰筒节内壁焊接，下端和钢垫板焊接；

所述上法兰板环向设有与连接螺栓对应的螺栓穿孔，下法兰板环向设有与预应力钢绞线对应的钢绞线穿孔；所述下法兰板和钢垫板环向设有与定位螺栓对应的螺栓穿孔；

所述过渡段转换装置通过上法兰板和连接螺栓与上部钢塔筒相连；

所述过渡段转换装置在安装过程中通过定位螺栓与下部混凝土塔筒连接，定位螺栓上端锚固于下法兰板的上表面，贯穿下法兰板、加劲板之间的间隔和钢垫板，下端锚固于置于混凝土塔筒内部的下锚板上；

所述过渡段转换装置通过预应力钢绞线与下部混凝土塔筒和风机基础连接。

进一步地，预应力钢绞线布置应尽可能贴近混凝土塔筒内壁以充分利用钢绞线的张拉力；钢绞线的上锚固点置于下法兰板的外沿，利用加劲板与钢垫板连接处支点的杠杆效应，将钢绞线的张拉力有效传递至过渡段转换装置与混凝土塔筒的连接处，以保证两者在连接面处始终处于受压状态。

进一步地，预应力钢绞线的控制张拉力值需结合荷载资料进行整体计算后确定。

进一步地，所述加劲板立置于下法兰板和钢垫板之间并成对环向均匀布置在钢绞线穿孔的两侧，加劲板上端与下法兰板焊接，外侧与法兰筒节内壁焊接；加劲板与下法兰板、钢垫板、法兰筒节内壁的连接处均设置弧形开孔使局部应力平滑过渡，优化应力传递路径。

进一步地，所述加劲板为倒梯形钢板，加劲板上端内侧与下法兰板内壁齐平，下端内侧与钢垫板内壁齐平，可更好的适应加劲板的内力分布，并有效传递预应力钢绞线的张拉力。

进一步地，所述钢垫板内外径与混凝土塔筒顶面的内外径相等，以保证过渡段转换装置与混凝土塔筒在断面处完全重叠，避免尺寸不一致导致的尖角应力集中问题。

进一步地，所述钢垫板与混凝土塔筒顶面的缝隙间涂抹防水密封胶。

进一步地，所有焊缝需经打磨处理以消除残余应力。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型提出的一种新型预应力钢混塔架过渡段转换装置，其结构设计合理、连接牢固、受力特性良好、抗疲劳性能强、造价低廉、安装便捷，能有效解决混凝土塔筒与钢塔筒连接过渡段的刚度突变问题，可实现预应力混凝土塔筒与钢塔筒的合理紧固连接，能满足风电机组大型化、高空化的发展要求，可更好的利用低风速区的风资源。

（2）本实用新型利用反向连接法兰原理，通过在法兰板和钢垫板之间设置加劲板，可不增加法兰板厚度，仅通过增高或增厚加劲板的方式即可增加整体连接法兰的刚度，与传统l型厚法兰相比可大幅缩减材料和机加工成本，同时可避免传统l型法兰连接螺栓长度短、抗疲劳性能差、预应力损失严重等弊端。

（3）本实用新型中加劲板采用上大下小的梯形钢板，通过将钢绞线的上锚点置于加劲板的外沿，一方面可利用加劲板与钢垫板连接处支点的杠杆效应，将钢绞线的张拉力有效传递至过渡段转换装置与混凝土塔筒的连接处，以保证两者在连接面处始终处于受压状态，可大幅提升塔筒的抗弯和抗倾覆能力；另一方面可通过调整钢绞线上锚点的位置保证钢绞线紧贴混凝土塔筒内壁，避免传统过渡段转换装置需在混凝土塔筒顶部设置钢绞线穿孔的弊端。

（4）本实用新型将钢垫板与过渡段整体焊接，避免了混凝土塔筒顶部预埋钢垫板的施工工序，可一次性完成过渡段转换装置的安装。

附图说明

图1是本实用新型一种新型预应力钢混塔架过渡段转换装置实施例1的整体立面图。

图2是本实用新型一种新型预应力钢混塔架过渡段转换装置实施例2的整体立面图。

图3是本实用新型一种新型预应力钢混塔架过渡段转换装置实施例1~2的下法兰板a-a视角剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。图1所示为实施例1，图2所示为实施例2，两个实施例的区别在于定位螺栓7的下端锚固方式不同，下文首先对实施例1作详细说明，进一步对实施例2的不同之处作补充说明。

如图1~图3所示，一种新型预应力钢混塔架过渡段转换装置，包括上法兰板3、下法兰板4、法兰筒节1、加劲板5、钢垫板6、预应力钢绞线13、连接螺栓16和定位螺栓7。

钢垫板6布置在法兰筒节1的下端，上法兰板3布置在法兰筒节1的上端，下法兰板4布置在法兰筒节1的中部，上法兰板3、下法兰板4、钢垫板6均为圆环形钢板，三者均与法兰筒节1焊接连接；上法兰板3环向均匀设有与连接螺栓16数量对应的螺栓穿孔20；下法兰板4环向均匀设有16个钢绞线穿孔8，钢绞线穿孔8的直径为175mm，预应力钢绞线13环向间隔22.5°布置；下法兰板4和钢垫板6环向分别均匀设有4个螺栓穿孔17和22，定位螺栓7环向间隔90°布置。

过渡段转换装置通过上法兰板3和环向均匀布置的连接螺栓16与上部钢塔筒15相连，连接螺栓16的上端锚固于钢塔筒15底法兰的上表面，下端锚固在过渡段转换装置上法兰板3的下表面。

过渡段转换装置在安装过程中通过四根定位螺栓7与下部混凝土塔筒2连接，定位螺栓7上端锚固于下法兰板4的上表面，贯穿下法兰板4、加劲板5之间的间隔和钢垫板6，并通过螺栓套管11延伸至混凝土塔筒2内部，下端锚固于置于混凝土塔筒2内部的下锚板12上。在实施例1中，下锚板12预埋在混凝土塔筒2内部，定位螺栓7的下端与焊接在下锚板12上的螺母14螺纹连接，螺母14外侧焊接螺母套21；在实施例2中，混凝土塔筒2内部对应定位螺栓7下锚点的位置处设有螺母安装槽19，过渡段转换装置吊装后，将定位螺栓7由上至下穿过下法兰板4、加劲板5之间的间隔、钢垫板6以及螺栓套管11伸至混凝土塔筒2内部的螺母安装槽19中，定位螺栓7的下端通过下锚板12和螺母14螺纹连接。作为优选方案，定位螺栓7的下锚板12附近需加配纵向钢筋以抵御螺栓对混凝土的拉力作用。

过渡段转换装置通过环向均匀布置的16束预应力钢绞线13与下部混凝土塔筒2和风机基础连接，使混凝土塔筒2整体处于预压状态以提高风电机组塔架的抗弯性能。预应力钢绞线13上端通过锁头18锚固于下法兰板4的上表面，通过底部张拉的方式将钢绞线13下端锚固至风机基础环梁底面。

预应力钢绞线13布置应尽可能贴近混凝土塔筒2内壁以充分利用钢绞线13的张拉力，作为优选方案，在实施例中，钢绞线13与混凝土塔筒2内壁的间距保持5cm左右；钢绞线13的上锚固点置于下法兰板4的外沿，利用加劲板5与钢垫板6连接处支点的杠杆效应，将钢绞线13的张拉力有效传递至过渡段转换装置与混凝土塔筒2的连接处，以保证两者在连接面处始终处于受压状态。进一步地，预应力钢绞线13的控制张拉力值需结合荷载资料进行整体计算后确定。

加劲板5立置于下法兰板4和钢垫板6之间并成对环向均匀布置在钢绞线穿孔8的两侧，下端和钢垫板6焊接，加劲板5之间的夹角为8°，厚度为30mm。加劲板5上端与下法兰板4焊接，外侧与法兰筒节1内壁焊接；加劲板5与下法兰板4、钢垫板6、法兰筒节1内壁的连接处均设置弧形开孔9和10使局部应力平滑过渡，优化应力传递路径。

所述加劲板5为倒梯形钢板，加劲板5上端内侧与下法兰板4内壁齐平，下端内侧与钢垫板6内壁齐平，可更好的适应加劲板的内力分布，并有效传递预应力钢绞线的张拉力。

所述钢垫板6内外径与混凝土塔筒2顶面的内外径相等，以保证过渡段转换装置与混凝土塔筒2在断面处完全重叠，避免尺寸不一致导致的尖角应力集中问题。

所述钢垫板6与混凝土塔筒2顶面的缝隙间涂抹防水密封胶。

进一步地，所有焊缝需经打磨处理以消除残余应力。

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。