本实用新型涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种塔架和风力发电机组。
背景技术：
风力发电机组中的塔架是承重、承压和承受载荷的组件，其结构直接影响风力发电机的工作可靠性。
现有的塔架可包括混凝土塔架。然而，混凝土塔架存在以下问题：混凝土结构承载力相对较低；混凝土塔架的尺寸大、质量重，因此导致生产、运输、安装、吊装困难；混凝土塔架施工困难、制造粗糙、精度控制困难、易出现缺棱少角、质量难以保障；混凝土塔架现场灌浆坐浆会引起一系列问题。
因此，急需一种承载能力高、质量轻、易于安装、占地面积小、便于运输且精度高的塔架。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种承载能力高、质量轻、易于安装、占地面积小、便于运输且精度高的塔架和风力发电机组。
根据本实用新型的一方面，提供一种塔架，所述塔架包括第一筒式塔架，所述第一筒式塔架包括：多段管约束混凝土构件，所述多段管约束混凝土构件沿长度方向彼此连接，每段所述管约束混凝土构件包括第一管件、插设在所述第一管件内的第二管件以及填充在所述第一管件与所述第二管件之间的填充物；预应力筋，沿着所述第一筒式塔架的长度方向依次穿过每段所述管约束混凝土构件中的所述填充物，并固定至所述第一筒式塔架的顶端和底端。
可选地，所述塔架还可包括第二筒式塔架，所述第二筒式塔架连接至所述第一筒式塔架的顶端。
可选地，所述第一筒式塔架和所述第二筒式塔架可通过连接法兰彼此连接，所述预应力筋可穿过所述连接法兰并通过锚具固定至所述连接法兰。
可选地，所述管约束混凝土构件的顶端面可设置有上盖板，底端面设置有下盖板，所述上盖板和所述下盖板可被设置为仅与所述管约束混凝土构件的所述填充物接触。
可选地，所述填充物可沿着所述管约束混凝土构件的长度方向从所述第一管件和所述第二管件向外突出。
可选地，所述管约束混凝土构件还可包括第三管件，所述第三管件可套设在所述预应力筋的外周。
可选地，所述管约束混凝土构件还可包括第四管件，所述第四管件与所述第三管件同轴地套设在所述第三管件的外周，并且在所述第四管件和所述第三管件之间填充所述填充物。
可选地，所述填充物可沿着所述管约束混凝土构件的长度方向从所述第三管件和所述第四管件向外突出。
可选地，所述管约束混凝土构件还可包括连接杆，所述连接杆可连接在所述第一管件和所述第二管件之间。
可选地，所述管约束混凝土构件沿所述管约束混凝土构件的周向可被分成至少两片。
根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的塔架。
根据本实用新型，通过使用第一管件包覆诸如混凝土的填充物，可使混凝土处于三向受压，使混凝土由脆性变为塑性，提高了混凝土的抗压承载力。另外，通过在填充物中设置预应力筋，既能提高筒式塔架的抗压性能，又能提高筒式塔架的抗拉性能，从而可提高筒式塔架的承载力。
附图说明
图1是根据本实用新型的实施例的塔架的示意图；
图2是根据本实用新型的实施例的管约束混凝土构件的示意图；
图3是图2中的管约束混凝土构件的俯视图，其中，为了方便示出，去除了设置在管约束混凝土构件的顶端面上的上盖板；
图4是根据本实用新型的另一实施例的管约束混凝土构件的俯视图；
图5是根据本实用新型的实施例的第一筒式塔架和第二筒式塔架之间的连接的示意图，其中，为了方便示出，去除了第二筒式塔架的一部分。
具体实施方式
以下，将参照附图描述根据本实用新型的实施例的塔架。
如图1至图4所示，根据本实用新型的实施例的塔架可包括第一筒式塔架100，第一筒式塔架100包括：多段管约束混凝土构件100a，多段管约束混凝土构件100a沿长度方向彼此连接，每段管约束混凝土构件100a包括第一管件110、插设在第一管件110内的第二管件120以及填充在第一管件110与第二管件120之间的填充物130；预应力筋140，沿着第一筒式塔架100的长度方向依次穿过每段管约束混凝土构件100a中的填充物130，并固定至第一筒式塔架100的顶端和底端。
如图1所示，第一筒式塔架100可呈筒状，且第一筒式塔架100的横截面积由下至上逐渐减小。第一筒式塔架100可包括彼此连接的多段管约束混凝土构件100a，其中，图2示出了多段管约束混凝土构件100a中的一段管约束混凝土构件100a。
如图2所示，在管约束混凝土构件100a的顶端面和底端面上可分别设置有上盖板300和下盖板400。受塔架整体尺寸的影响，管约束混凝土构件100a的周向尺寸较大，因此为了便于运输，管约束混凝土构件100a可沿其周向被分成至少两片。沿其周向被分成至少两片的管约束混凝土构件100a之间可通过螺栓或灌浆的形式连接，然而，本实用新型不限于此。
图2示出了管约束混凝土构件100a沿其周向分成两片的情况，然而，本实用新型不限于此，管约束混凝土构件100a也可沿其周向分成三片或多于三片。此外，应理解的是，在不考虑运输的情况下，管约束混凝土构件100a也可为一个整体而不沿周向分片。
图3是图2中的管约束混凝土构件100a沿其周向的一片的俯视图，为了方便示出，去除了设置在管约束混凝土构件100a的顶端面上的上盖板300。
如图2和图3所示，管约束混凝土构件100a可包括第一管件110和插设在第一管件110内的第二管件120。优选地，第二管件120可与第一管件110同轴设置，以保证受力均匀性和结构稳定性。
填充物130可填充在第一管件110与第二管件120之间，并被第一管件110和第二管件120约束。例如，填充物130可以为混凝土。根据本实用新型的实施例，由于填充物130填充在第一管件110与第二管件120之间，而未填充在第二管件120内，即，第二管件120为空心，因此可减轻整个塔架的重量。
根据本实用新型的实施例，通过使用第一管件110包覆诸如混凝土的填充物130，可使混凝土处于三向受压，使混凝土由脆性变为塑性，提高了混凝土的抗压承载力。
根据本实用新型的实施例，预应力筋140(如图5所示)可沿第一筒式塔架100的长度方向依次穿过每段管约束混凝土构件100a中的填充物130，将多段管约束混凝土构件100a彼此连接。
预应力筋140可固定至第一筒式塔架100的顶端和底端。例如，预应力筋140的顶端可通过锚具211固定至设置在第一筒式塔架100的顶端处的连接法兰210，预应力筋140的底端可通过锚具固定至例如支撑第一筒式塔架100的塔架基础。
如图5所示，预应力筋140可在第一管件110与第二管件120之间均匀地设置，以提高结构性能。此外，预应力筋140的数量可根据塔架的载荷设计而合理地确定。根据本实用新型，通过在填充物130中设置预应力筋140，预应力筋140的预张拉力可传递给填充物130，使其产生预压应力，从而既能提高筒式塔架的抗压性能，又能提高筒式塔架的抗拉性能，从而可提高筒式塔架的承载力。
根据本实用新型的另一实施例，管约束混凝土构件100a还可包括第三管件150，第三管件150可套设在预应力筋140的外周。也就是说，预应力筋140可穿过每段管约束混凝土构件100a中的第三管件150。
如图3所示，根据本实用新型的实施例，管约束混凝土构件100a还可包括第四管件160。第四管件160可套设在第三管件150的外周，并且在第四管件160和第三管件150之间填充有填充物130。可选地，第四管件160可与第三管件150同轴布置，以保证受力均匀性。
根据本实用新型的实施例，由于诸如混凝土的填充物130在受压状态下有向外扩张的趋势，因此，通过设置第三管件150和第四管件160，可提高第一管件110对填充物130的约束能力。
应理解的是，虽然以上示出的管约束混凝土构件100a的横截面呈圆形，然而本实用新型不限于此，例如，管约束混凝土构件100a的横截面可呈正方向或多边形等形状。
图4是根据本实用新型的另一实施例的管约束混凝土构件100a的俯视图，如图4所示，管约束混凝土构件100a的横截面可呈六边形。与图3中示出的管约束混凝土构件100a类似地，图4中示出的管约束混凝土构件100a也可包括第一管件110、第二管件120、填充物130和第三管件150。
图4中示出的管约束混凝土构件100a与图3中示出的管约束混凝土构件100a的不同点在于，图4中的管约束混凝土构件100a可不包括第四管件160，而是包括连接杆170。连接杆170可连接在第一管件110和第二管件120之间，使得图4中的管约束混凝土构件100a呈现多腔体结构，而填充物130填充在各个腔体内。具体地，图4中的示出的多腔体结构可通过使用H型钢、工字钢和钢板等材料焊接而成。
根据本实用新型的实施例，如图2所示，管约束混凝土构件110a的顶端面可设置上盖板300，其底端面可设置下盖板400。上盖板300上可设置有孔310，下盖板400上也可设置有孔(未示出)。预应力筋140可从上盖板300的孔310和下盖板400的孔穿出，从而依次穿过多段管约束混凝土构件110a。
根据本实用新型的实施例，上盖板300和下盖板400可被设置为仅与管约束混凝土构件100a中的填充物130接触。也就是说，上盖板300和下盖板400可不与第一管件110、第二管件120、第三管件150和第四管件160接触。具体地，上盖板300和下盖板400可通过使第一管件110、第二管件120、第三管件150和第四管件160暴露而不与它们接触。在这种情况下，可避免轴向压力通过上盖板300和下盖板400传递给第一管件110、第二管件120、第三管件150和第四管件160，而仅由诸如混凝土的填充物130承担轴向压力。这是因为第一管件110、第二管件120、第三管件150和第四管件160的轴向抗压承载力明显低于诸如混凝土的填充物130的轴向抗压承载力，因此通过使得上盖板300和下盖板400仅与管约束混凝土构件100a中填充物130接触，可仅使用填充物130承担轴向压力。
为了使上盖板300和下盖板400不与第一管件110、第二管件120、第三管件150和第四管件160接触，可选地，可将上盖板300和下盖板400的横截面面积制造为小于第一管件110的横截面面积，以将第一管件110暴露于外部。另外，可在上盖板300和下盖板400上的与第二管件120、第三管件150和第四管件160对应的位置处设置暴露孔，以暴露第二管件120、第三管件150和第四管件160。
虽然以上示出了在管约束混凝土构件100a的顶端面和底端面上分别设置上盖板300和下盖板400的示例，但本实用新型不限于此。根据本实用新型，除了最上面的管约束混凝土构件100a的上盖板300和最下面的管约束混凝土构件100a的下盖板400之外，可省略最上面的管约束混凝土构件100a的下盖板400、处于中间段的管约束混凝土构件100a的上盖板300和下盖板400以及最下面的管约束混凝土构件100a的下盖板400。在这种情况下，为了避免轴向压力施加到第一管件110、第二管件120、第三管件150和第四管件160，可使填充物130沿管约束混凝土构件100a的长度方向从第一管件110、第二管件120、第三管件150和第四管件160向外暴露，从而仅使相邻段的管约束混凝土构件100a中的填充物130彼此接触。
另外，根据本实用新型的实施例，通过如上所述设置上盖板300和下盖板400，或者通过使填充物130沿长度方向从第一管件110、第二管件120、第三管件150和第四管件160向外暴露，在施加轴向拉力的情况下，第一管件110、第二管件120、第三管件150和第四管件160不承担轴向拉力，而仅由抗拉性能更好的预应力筋140来承担轴向拉力。
也就是说，根据本实用新型的实施例，第一管件110、第二管件120、第三管件150和第四管件160可不承担轴向拉力和轴向压力，而仅由抗压性能更好的诸如混凝土的填充物130承担轴向压力，由抗拉性能更好的预应力筋140来承担轴向拉力，从而可提高塔架整体的轴向抗压性能和抗拉性能，提高塔架承载力。
根据本实用新型的实施例，由于第一管件110不承担轴向压力和轴向拉力，而仅起到对填充物130的约束作用，因此第一管件110可以是普通钢管、不锈钢钢管、FRP(纤维增强复合材料)管、螺纹钢管或者它们的组合，例如，第一管件110可以是不锈钢-低碳钢组合管(外层为不锈钢，内层为低碳钢)、FRP-低碳钢组合管(外层为FRP，内层为低碳钢)等。
此外，第二管件120、第三管件150和第四管件160会受到填充物130的环向压力作用，而FRP管的抗压能力差，因此优选地，第二管件120、第三管件150和第四管件160可由普通钢管、不锈钢钢管、螺纹钢管或者它们的组合形成。
如图1和图5所示，根据本实用新型的实施例的塔架还可包括设置在第一筒式塔架100上方的第二筒式塔架200。第二筒式塔架200可以为钢桶式塔架，与第一筒式塔架100类似地，第二筒式塔架200的横截面积可由下至上逐渐减小。
如图5所示，第一筒式塔架100和第二筒式塔架200可通过连接法兰210彼此连接。具体地，第二筒式塔架200的底端可设置有连接法兰210，连接法兰210上可设置有连接孔(未示出)，设置在第一筒式塔架100中的预应力筋140可从连接孔中伸出并通过锚具211固定至连接法兰210，从而将第一筒式塔架100和第二筒式塔架200彼此连接。另外，预应力筋140的底端可通过锚具固定至为塔架底端的塔架基础，从而可通过预应力筋140将塔架基础、第一筒式塔架100和第二筒式塔架200彼此连接。
应理解的是，虽然以上示出的根据本实用新型的实施例的塔架包括彼此连接的第一筒式塔架100和第二筒式塔架200，但本实用新型不限于此，根据本实用新型的实施例的塔架可仅包括第一筒式塔架100，而不包括第二筒式塔架200。在这种情况下，第一筒式塔架100的顶端可设置有用于连接风力发电机组的机舱的法兰，第一筒式塔架100的预应力筋140可固定至该法兰。
以上描述了根据本实用新型的实施例的塔架的示例，根据本实用新型的另一实施例，可提供一种风力发电机组，该风力发电机组可包括上述塔架。风力发电机组的机舱可安装在根据本实用新型的实施例的塔架上。
根据本实用新型的实施例，通过使用第一管件110包覆诸如混凝土的填充物130，可使混凝土处于三向受压，使混凝土由脆性变为塑性，提高了混凝土的抗压承载力。另外，通过在填充物130中设置预应力筋140，既能提高筒式塔架的抗压性能，又能提高筒式塔架的抗拉性能，从而可提高筒式塔架的承载力。
另外，根据本实用新型的实施例，通过将上盖板300和下盖板400设置为不与填充物130接触，或者通过使填充物130沿长度方向从第一管件110、第二管件120、第三管件150和第四管件160向外暴露，第一管件110、第二管件120、第三管件150和第四管件160可不承担轴向拉力和轴向压力，而仅由抗压性能更好的诸如混凝土的填充物130承担轴向压力，由抗拉性能更好的预应力筋140来承担轴向拉力，从而可提高塔架整体的轴向抗压性能和抗拉性能，提高塔架的承载能力。
此外，根据本实用新型的实施例，由于第一筒式塔架100的承载力高，因此第一筒式塔架100的尺寸可相应地减小，且由于第一筒式塔架100中的第二管件120为空心，因此可减轻整个塔架的重量。
另外，根据本实用新型的实施例，通过第一管件110包覆填充物130，因此可提高塔架的精度。并且，根据本实用新型的实施例的塔架无现场灌浆、坐浆等工艺，因此安装方便快捷、受环境因素影响小、施工周期短、建设成本低。
虽然已表示和描述了本实用新型的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。