一种风力发电塔架及其制备方法与流程

1.本发明涉及风力发电设备制造领域，具体涉及一种风力发电塔架及其制备方法。


背景技术：

2.钢制管状塔架设计时，无论是在陆上还是海上项目，为了方便塔架生产和运输，塔架10会被分成若干段塔节11。目前常见结构，如图1所示，在塔节11两端分别安装上法兰12(安装上法兰和内饰件的塔节称为塔段)，以使各个塔节之间利用法兰通过高强度紧固件连接。塔架10的设计寿命一般在 25年，因为塔架10频繁震动，相邻塔节11之间的高强度紧固件需定期进行维护，如图2所示，因此在下方距离紧固件约1200mm处设置力矩平台14 用于维护紧固件。海上机型通常受焊接场地、厂房内起吊设备额定载重、喷砂油漆房限制，通常分三段或四段进行设计。相邻塔节11之间布置法兰12，法兰12之间用高强度紧固件连接，每段塔段在焊接、喷砂油漆为满足标准规范要求均在室内完成焊接及油漆。
3.目前的塔架结构以及制备方法存在以下问题：
4.1、目前分多段塔段发往风场，塔段与塔段之间的紧固件在风场紧固，在风场的工作量非常大；使得单台机组的安装时间较长；
5.2、受天气影响，海上作业窗口期比较短，由于分段吊装增加吊装船在机位的等待时间，使得施工成本较大；
6.3、受塔架振动影响，塔段与塔段之间的紧固件会有松动、断裂等重大风险；
7.4、每个塔节之间均通过法兰和紧固件的方式连接，法兰数量比较多，法兰为锻件，锻件成本较高；
8.5、相邻塔段之间需设置力矩平台维护塔段间连接紧固件，每个力矩平台重量达到2～3t，成本较大；
9.6、塔段与塔段之间连接法兰，焊接后平面度要求0～2mm，内倾值一般要求0.3～1.5，法兰不允许外翻，对于海上大直径塔段要求较高，焊接后容易超出公差范围；
10.7、塔段长度最长达到36米，长度较难控制，影响塔段间的内饰件(爬梯、电缆架等)安装，目前所有的内饰件(爬梯、电缆架)是在制造厂安装完成，而现有的塔架分段制造包含内饰件，现场塔段之间通过紧固件连接后，段与段之间的爬梯、电缆架在现场进行连接。
11.针对以上缺点，因此急需发明一种成本低、结构强度大，且易维护的塔架，因此需减少塔节之间法兰连接的数量，以减少力矩平台的数量，以便降低成本；并且减少现场安装的时间，降低人工和时间成本。


技术实现要素：

12.为达到到上述目的，本发明提供了一种风力发电塔架，所述塔架的底部安装有底部法兰，以及顶部安装有顶部法兰，所述塔架由若干段塔节通过环缝焊接构成。
13.优选地，所述塔节在其不同高度处沿着其内壁环向均匀设置有多个加强筋。
14.进一步地，每个所述塔节为圆筒形或者为锥筒形。
15.进一步地，每个所述塔节通过单块钢板首尾连接卷制而成，在钢板首尾连接处进行纵缝焊接。
16.其中，塔架的底部法兰用于定位安装该塔架，顶部法兰用于在该塔架上安装轮毂。
17.优选地，位于塔架中间部位的两个所述塔节可根据塔架的强度要求通过法兰连接，剩余塔节之间采用环缝焊接方式连接。
18.本发明还提供了一种风力发电塔架制备方法，用于制备上述的风力发电塔架，具体包含以下步骤：
19.s1：采用钢板制备塔节，每个单块钢板首尾连接卷制成塔节，对钢板首尾连接处进行纵缝焊接；
20.s2：对用于制成塔架底部的塔节进行底部法兰焊接，对用于制成塔架顶部的塔节进行顶部法兰焊接；
21.s3：对各个塔节依次进行连接，制成所述塔架。
22.优选地，所述s1步骤中包含根据塔架强度要求对其中间部位的两个塔节的连接端面焊接中间法兰。
23.其中，所述s3步骤中在对各个塔节进行端面焊接或者对中间相邻两个塔节通过中间法兰连接，并在各个塔节内部靠近焊接端面处安装支撑结构；
24.进一步地，两个相邻的所述塔节端面焊接完成后，拆除所述支撑结构。
25.其中，所述支撑结构包含：支撑圆环、沿着支撑圆环的环向设置的多根支撑杆，每个所述支撑杆的第一端与支撑圆环外侧壁固定连接，第二端固定连接有固定装置，各个固定装置与塔节的内侧壁固定连接。
26.优选地，所述支撑杆由第一连接板、可调节板、第二连接板依次连接构成；所述第一连接板的第一端与所述支撑圆环外侧壁连接，第一连接板的第二端与可调节板的第一端可拆卸连接，所述可调节板的第二端与第二连接板的第一端可拆卸连接，第二连接板的第二端与所述固定装置连接。
27.优选地，通过调节可调节板的长度，调节支撑杆的长度，以适用不同内径的塔节。
28.优选地，s3步骤包含以下内容：对各个所述塔节进行连接前，在各个塔节内壁安装加强筋以及内饰件，并对安装有加强筋以及内饰件的塔节的内、外侧面进行喷漆处理，且预留塔节待连接位置处不进行喷漆处理。
29.本发明具有以下有益效果：
30.1.、减少法兰数量，降低塔架采购成本；
31.2、减少塔架内饰件力矩平台数量，降低塔架采购成本；
32.3、塔架内无需使用高强度紧固件，避免了由高强度紧固件带来的风险，减少了海上吊装作业的时间，减少全生命周期内的运维成本；
33.4、塔架内饰件组装全部在制造厂内完成，避免了由于装有内饰件的塔节在对接时造成内饰件无法匹配的风险。
附图说明
34.图1为现有塔架的示意图；
35.图2为现有塔架内部力矩平台的结构示意图；
36.图3为本发明的塔架的示意图；
37.图4为本发明塔节内部加强筋的结构示意图；(a)其一实施例的加强筋结构示意图；(b)为另一实施例的加强筋结构示意图；
38.图5为本发明塔节内部结构剖视图；(a)其一实施例中加强筋的安装分布图；(b)为另一实施例的加强筋的安装分布图；
39.图6为本发明塔节之间焊接的示意图；
40.图7为本发明支撑塔节的支撑结构示意图；
41.图8为本发明支撑结构的固定装置部位放大图；
42.图9为本发明塔架焊接油漆遮挡的示意图；
43.图10为本发明塔架焊接油漆遮挡工装的示意图。
具体实施方式
44.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种风力发电塔架及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
45.本发明提供的一种风力发电塔架，其主要目的在于减少塔架的法兰数量，以减少后期运维成本，以及降低法兰之间的连接螺栓松动造成的风险，本发明提供的塔架内部无需设置如图2所示的力矩平台14。如图3所示，为本发明的风力发电塔架，所述塔架1的底部和顶部均安装有法兰12，底部的法兰 12用于定位安装塔架1，顶部的法兰12用于在塔架1上安装轮毂；所述塔架 1由若干段塔节11通过环缝焊接构成，塔架1的整体高度范围在70米至130 米之间。
46.基于本发明的目的，塔节11之间的可以通过少量的中间法兰进行连接，但是大部分塔节11通过焊接方式连接，如图3所示，本优选例中，根据塔架1强度的要求，塔架1中间部位的两个塔节11可安装中间法兰12’，通过紧固件将中间法兰12’连接，剩余的塔节11以环缝焊接方式连接，制成所述塔架1。
47.如图4所示，为了增加塔节11的刚度，塔节11的内侧壁环向通过焊接方式安装有若干个加强筋13，每个加强筋13沿着塔节11的轴向设置。如图 4(a)所示，每个加强筋13的截面结构为中间突出两端细窄的钢块，如图5 (a)所示，该些加强筋13在塔节11的不同高度处沿着塔节内侧壁环向均匀分布。或者如图4(b)所示，每个加强筋13为一对镜像对称设置的截面为三角形的钢块，如图5(b)所示，该些加强筋13在塔节11的不同高度处沿着塔节内侧壁环向均匀分布。每个塔节11上设置的加强筋13数量可以不等，根据塔节11所处塔架1的实际高度，塔节11自身的直径、壁厚等参数进行强度计算，以确定其上需设置加强筋13的数量，也可根据塔节11的刚度需求不设置加强筋13。
48.本实施例中，每个所述塔节11通过单块钢板首尾连接卷制而成，在钢板首尾连接
处进行纵缝焊接，每个所述塔节11为圆筒形或者为锥筒形。
49.本发明还提供了一种风力发电塔架制备方法，用于制备上述的风力发电塔架，具体包含以下步骤：
50.s1：采用钢板制备塔节11，每个单块钢板首尾连接卷制成其中一塔节11，对钢板首尾连接处进行纵缝焊接；
51.s2：对用于制成塔架1底部的塔节11进行底部法兰焊接，对用于制成塔架1顶部的塔节11进行顶部法兰焊接；
52.s3：对各个塔节11依次进行连接，制成所述塔架1。
53.其中，所述s1步骤中包含根据塔架1强度要求对其中间部位的两个塔节11的连接端面焊接中间法兰12’。
54.在优选例中，上述的s3步骤包含，对各个塔节11进行端面焊接或者对中间相邻两个塔节11通过中间法兰12’连接，并在各个塔节11内部靠近焊接端面处安装支撑结构2。
55.如图6所示，相邻塔节11的端部采用环缝焊接方式连接，由于焊接时的高温会造成塔节11端面处变形，因此，环缝焊接时在每个塔节11的内部靠近焊接端部设置有支撑结构2，以保证每个塔节11的椭圆度，焊接完成后拆除该支撑结构2。
56.如图7和图8所示，所述支撑结构2包含：支撑圆环21、沿着支撑圆环 21环向设置的多根支撑杆22，每个所述支撑杆22的第一端与支撑圆环21 的外侧壁固定连接，第二端固定连接有固定装置23，各个固定装置23与塔节11的内侧壁固定连接，以使所述支撑结构2固定设置在塔节11内部。需要说明的是，塔节11内侧壁上设置的加强筋13与该支撑结构2之间需要错位分布。
57.所述支撑杆22由第一连接板221、可调节板222、第二连接板223通过螺栓依次连接构成；所述第一连接板221的第一端与所述支撑圆环21的外侧壁固定连接，第一连接板221的第二端与可调节板222的第一端通过螺栓可拆卸连接，所述可调节板222的第二端与第二连接板223的第一端通过螺栓可拆卸连接，第二连接板223的第二端与固定装置23连接。
58.为适应不同直径塔节11的支撑要求，通过调节可调节板222的长度以调节支撑杆22的长度，以适配更多不同直径的塔节11。
59.在塔节11之间环缝焊接之前，对各个塔节11内壁安装加强筋13以及内饰件，并对焊接有加强筋13以及内饰件的塔节11的内、外侧面进行喷漆处理，且预留塔节待焊接位置处不进行喷漆处理。具体地，将各个塔节11转运至油漆车间进行油漆，其中相邻塔节11的待焊位置(包含待焊接的端面以及待焊接的环向侧面)无需进行油漆，待全部塔节11油漆完成后运输至露天场地进行环缝焊接及油漆。如图9所示，在焊接及油漆前，用如图10所示遮挡工装3将已油漆的塔节11区域覆盖密封并露出待焊接区域，焊接完成后对焊接区域进行油漆处理，同样使用该遮挡工装3遮挡已油漆区域，该遮挡工装 3的在两侧开孔与塔节11直径相匹配，底部采用万向轮结构，使遮挡工装3 能根据工位变化而移动，在保证焊接及油漆质量满足标准规范要求。
60.综上所述，本发明减少了法兰数量，降低塔架采购成本；减少塔架内饰件力矩平台数量，降低塔架采购成本；塔节之间无需使用高强度紧固件，避免了由高强度紧固件带来的风险，减少了海上吊装作业的时间，减少全生命周期内的运维成本；塔架内饰件组装全部在制造厂内完成，避免了由于塔段 (安装有内饰件和法兰的塔节)对接造成内饰件无法匹配
的风险。
61.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
62.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
63.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
64.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。