专利名称：体外预应力钢-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，特别涉及一种体外预应力钢-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外预应力风电塔架，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外预应力钢-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，所述过渡段包括混凝土过渡段和钢结构过渡段；塔架按照混凝土段、过渡混凝土段、过渡钢结构段、钢结构段依序连接；且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。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，所述下法兰设有双头螺栓孔；所述过渡混凝土段的上端具有径向凸台，且径向凸台上设有与所述双头螺栓孔位置对应的通孔；所述双头螺栓贯穿所述双头螺栓孔和所述通孔，且所述双头螺栓的两端通过螺母分别和所述下法兰以及所述过渡混凝土段固定。 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，所述径向凸台上设有钢绞线埋管，所述钢绞线的一端由锚具固定于所述下法兰上，所述钢绞线贯穿所述钢绞线孔和所述钢绞线埋管并沿所述混凝土段和所述过渡混凝土段的内壁张拉固定于塔架基础的内部。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，所述混凝土段的内壁均设有纵向加劲肋，且所述导向棒和所述导向槽设于所述加劲肋上。优选地，所述过渡钢结构段与所述混凝土段之间、所述混凝土过渡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。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双头螺栓连接，使得过渡钢结构段和过渡混凝土段的连接较为牢固，且安装较为方便。
图I为本实用新型所提供体外预应力钢-混凝土风电塔架第一种具体实施方式
的结构示意图图2-1为图I中Cl-Cl向剖视图；图2-2为图I中C2-C2向剖视图；图2-3为图I中的II部位的局部放大示意图；图2-4为双头螺栓与过渡混凝土段另一种连接方式的结构示意图；图3为图I中III部位的局部放大示意图；图4为图I中D-D向剖视图；图5为图4中一块混凝土片的示意图；图6图4中IV部位的局部放大示意图。图7为图I中I部位的局部放大示意图图8为图I中E-E向剖视图；图9为图8中El-El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、环形凸台201、双头螺栓套管2011、钢绞线埋管2012、双头螺栓303、第二螺母302、第一塞头2015、锚具304、混凝土片100、箍筋1010、直钢筋1000、导向槽1015、螺纹套筒1011、导向棒1014、第一安装垫块1018、第一填充料1017、第二安装垫块2016、第二填充料2017、第二环形密封2019、第一环形密封1016、第二塞头1013、第三环形密封2018、纵向加劲肋102、第一螺母300、通孔2013。
具体实施方式
本实用新型的核心为提供一种体外预应力风电塔架，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外预应力钢-混凝土风电塔架第一种具体实施方式
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。该实施例中的体外预应力钢-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。体外预应力混凝土风电塔架，即将预应力钢绞线50(钢筋)放在预置混凝土体的外侧，图I中所示的钢绞线50沿预制混凝土体(包括过渡混凝土段20和混凝土段10)内壁的外侧张拉固定于塔架基础的内部。其中，过渡钢结构段30和过渡混凝土段20通过双头螺栓和钢绞线50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所示，图2-1为图I中Cl-Cl向剖视图；图2-2为图I中C2-C2向剖视图；图2_3为图I中的II部位的局部放大示意图。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上端设有径向凸台，径向凸台的径向尺寸显然大于过渡钢结构段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。请继续参考图2-2和图2-3，该实施例中，过渡混凝土段20上端的径向凸台内可以预置设置通孔2013以及钢绞线埋管2012，实际操作时，径向凸台可以设置为图I中所示的环形凸台201，通孔2013和钢绞线埋管2012均可以沿环形设置。安装时，双头螺栓303插入过渡钢结构段30的双头螺栓孔3011并直接插入环形凸台201上的通孔2013内，从而贯穿环形凸台201的上下端面，双头螺栓303的两端再通过第一螺母300分别与下法兰301和环形凸台201的下端面旋紧固定，从而达到连接的目的。双头螺栓303与过渡混凝土段20的连接方式也可以如图2-4所示，图2_4为双头螺栓与过渡混凝土段另一种连接方式的结构示意图。、[0041]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2011中螺纹配合后，再通过第二螺母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2011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2011内，可以在双头螺栓套管2011的底部设置第一塞头2015，如图2-3所示，则第一塞头2015的设置可以有效防止混凝土进入双头螺栓套管2011 内。为了加强双头螺栓套管2011与过渡混凝土段20的连接强度，防止双头螺栓套管2011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2011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2015也可以防止混凝土进入双头螺栓套管2011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。钢绞线50的施工一般于混凝土结构体施工结束后进行。钢绞线50的具体安装方式可以参考图3，图3为图I中III部位的局部放大示意图。除了双头螺栓303连接，钢绞线50也可以连接过渡钢结构段30和过渡混凝土段20。该实施例中过渡钢结构段30的下法兰301上不仅设置双头螺栓孔3011，还设置有钢绞线孔3012，见图2-1。过渡混凝土段20的环形凸台201上的通孔2013(或双头螺栓套管2011)和钢绞线埋管2012，可以沿同一周向设置，且下法兰301的内缘贴近环形凸台201的内缘，此时，无需加长下法兰301的尺寸，也可以实现钢绞线50和下法兰301的连接，当然，也并不限于此种布置方式，下法兰301和环形凸台201上分别设置对应的钢绞线埋管2012和钢绞线孔3012、通孔2011和双头螺栓孔3011即可。过渡混凝土段20的上端设置径向凸台易于钢绞线50的张拉。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，并穿出过渡混凝土段20的环形凸台201上的钢绞线埋管2012，并沿过渡混凝土段20和混凝土段10的内壁张拉固定于塔架基础的内部。穿入钢绞线孔3012和钢绞线埋管2012的一端同样可以由锚具304固定于下法兰301的钢绞线孔3012处。上述实施例中，通过双头螺栓303连接过渡混凝土段20和过渡钢结构段30，双头螺栓303的连接方式能够较为简易且可靠地实现过渡混凝土段20和过渡钢结构段30的连接。另外，在另一实施例中，钢绞线50也连接过渡混凝土段20和过渡钢结构段30，使过渡钢结构段30和过渡混凝土段20的连接更为牢固，从而能够有效抵抗外载，提高钢-混凝土风电塔架的安装可靠性。而且，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并结合图4-6理解，图4为图I中D-D向首I]视图；图5为图4中一块混凝土片的不意图；图6图4中IV部位的局部放大示意图。图I中混凝土段10均由若干混凝土环段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。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6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6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之间均可以通过导向棒1014连接。请参考图7，图7为图I中I部位的局部放大示意图，该图示出混凝土环段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，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2011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14所示。同样，与上述关于双头螺栓套管2011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。图4中，过渡混凝土段20和混凝土段10的内壁均可以设置纵向加劲肋102，将螺纹套筒1011和导向槽1015均设于纵向加经肋102中。纵向加劲肋102的设置在保证混凝土段10的前提下，可以减小混凝土段10的壁厚，从而达到节省材料、便于运输的目的。加劲肋102的数量和位置可以根据计算和工艺需求而定。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一安装垫块1018，可以继续参考图7。此实施例中，设置长条形第一安装垫块1018，第一安装垫块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。第一安装垫块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)，微调第一安装垫块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。安装好第一安装垫块1018后，可以在混凝土环段101环段之间均匀加入第一填充料1017，第一填充料1017的高度和第一安装垫块1018相当。选用的第一填充料1017，应当保证第一填充料1017的强度强于主体结构，且其模量和主体结构近似。待第一填充料1017成型后，上下两个混凝土环段101的荷载传递主要依靠第一填充料1017承担，第一填充料1017进一步巩固了第一安装垫块1018的找平效果。此时，可以在导向槽1015的上端安装第一环形密封1016,导向棒1014插入第一环形密封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。除了混凝土环段101之间设置第一填充料1017和第一安装垫块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之间也可以设置第二填充料2017和第二安装垫块2016，如图2-3、2-4和图3所示。此时，双头螺栓套管2011或通孔2013的上端均可以设置第二环形密封2019，双头螺栓303插入第二环形密封2019并进入双头螺栓套管2011或通孔2013内，同理，第二环形密封2019的设置可以防止第二填充料2017进入双头螺栓套管2011内，保证连接可靠性。由此可知，过渡混凝土段20和过渡钢结构段30之间还通过钢绞线50连接时，钢绞线埋管2012的上端也可以设置环形密封，图3中过渡混凝土段20的钢绞线埋管2012的上端设置第三环形密封2018，第二环形密封2019和第三环形密封2018可以选用软体材质，并使其相应地高出第二安装垫块2016 —定高度，当上方的过渡钢结构段30安装就位后，第二环形密封2019和第三环形密封2018会有一定的收缩量，此时第二环形密封2019和第三环形密封2018就会和上方结构过渡钢结构段密封良好。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8，图8为图I中E-E向剖视图，该图为钢结构段40的剖视图；图9为图8中El-El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。以上对本实用新型所提供的一种体外预应力钢-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1.一种体外预应力钢-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，所述过渡段包括混凝土过渡段和钢结构过渡段；塔架按照混凝土段、过渡混凝土段、过渡钢结构段、钢结构段依序连接；且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。
2.根据权利要求I所述的体外预应力钢-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所述的体外预应力钢-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具有径向凸台，且径向凸台上设有与所述双头螺栓孔位置对应的通孔；所述双头螺栓贯穿所述双头螺栓孔和所述通孔，且所述双头螺栓的两端通过螺母分别和所述下法兰以及所述过渡混凝土段固定。
4.根据权利要求2或3所述的体外预应力钢-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，所述径向凸台上设有钢绞线埋管，所述钢绞线的一端由锚具固定于所述下法兰上，所述钢绞线贯穿所述钢绞线孔和所述钢绞线埋管并沿所述混凝土段和所述过渡混凝土段的内壁张拉固定于塔架基础的内部。
5.根据权利要求1-3任一项所述的体外预应力钢-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。
6.根据权利要求5所述的体外预应力钢-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。
7.根据权利要求5所述的体外预应力钢-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。
8.根据权利要求7所述的体外预应力钢-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。
9.根据权利要求8所述的体外预应力钢-混凝土风电塔架，其特征在于，所述混凝土段的内壁均设有纵向加劲肋，且所述导向棒和所述导向槽设于所述加劲肋上。
10.根据权利要求5所述的体外预应力钢-混凝土风电塔架，其特征在于，所述过渡钢结构段与所述混凝土段之间、所述混凝土过渡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。
专利摘要本实用新型公开一种体外预应力钢-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，所述过渡段包括混凝土过渡段和钢结构过渡段；塔架按照混凝土段、过渡混凝土段、过渡钢结构段、钢结构段依序连接；且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。该风电塔架的过渡段之间双头螺栓连接，安装可靠，且塔架的运输和安装均较为方便。
文档编号F03D11/00GK202493386SQ20122005890
公开日2012年10月17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