專(zhuān)利名稱(chēng)：大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，特別是涉及一種大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架。
背景技術(shù)：
目前，全球風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展的特點(diǎn)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量不斷擴(kuò)大，2-3MW級(jí)風(fēng)機(jī)已是國(guó)際市場(chǎng)的主流機(jī)組，丹麥部分風(fēng)電場(chǎng)已在使用容量為5MW的風(fēng)機(jī)，塔架高度都在80m 以上。陸上風(fēng)電單機(jī)容量已達(dá)到6MW，海上風(fēng)電已經(jīng)達(dá)到10MW，且更大容量的風(fēng)機(jī)正在研發(fā)中。大容量風(fēng)機(jī)意味著風(fēng)機(jī)重量、葉片長(zhǎng)度的增加，作用在塔架上荷載增加，就需要塔架擁有更大的強(qiáng)度、剛度和高度。導(dǎo)致傳統(tǒng)的鋼椎管塔架直徑越來(lái)越大，壁厚增加，鋼材用量大幅增加，如3MW風(fēng)電機(jī)安裝輪觳高度為80m時(shí)，塔架重160噸，如果塔架升到105m，重量將達(dá)到285噸，大大增加了塔架的材料、制造、運(yùn)輸和安裝等費(fèi)用。對(duì)于現(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常采用鋼制錐筒式塔架，一般由若干段20-30m的錐筒用法蘭連接而成，塔架由底向上直徑逐漸減小，整體呈圓臺(tái)狀。該類(lèi)塔架的優(yōu)點(diǎn)是具有良好抵抗各個(gè)方向荷載的能力，安全性能好，良好的視覺(jué)效果，并且安裝省時(shí)，維修比較方便。但隨著風(fēng)電機(jī)單機(jī)容量增加，不斷需要增加塔架的強(qiáng)度、剛度以及高度，這就需要增加塔架的直徑、塔壁的厚度。塔架直徑和壁厚的增加，帶來(lái)的問(wèn)題是大大增加了材料費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用和加工安裝費(fèi)用。特別是在陸地運(yùn)輸方面，當(dāng)塔架直徑超過(guò)4. 2m時(shí)，很難通過(guò)一些道路隧道；塔壁的增厚，使鋼板的卷曲和焊接變的困難。且由于整體穩(wěn)定性要求，限制了高強(qiáng)鋼材的應(yīng)用。另外，大型風(fēng)機(jī)塔架一般設(shè)計(jì)成柔性塔架，為防止共振，其一階固有頻率需避開(kāi)風(fēng)輪激振頻率，工程上一般要求控制在士 10%左右。而鋼管塔架阻尼較小，動(dòng)力性能較差，水平荷載作用下變形較大，易造成疲勞破壞。傳統(tǒng)鋼錐管塔架接頭一般采用L型法蘭式連接方式，法蘭一般焊接在內(nèi)部，上、下塔筒法蘭用預(yù)拉高強(qiáng)螺栓連接。大多數(shù)法蘭直徑在3m-4. 5m，寬度根據(jù)不同連接螺栓一般在 100mm-300mm，底部塔筒法蘭厚度要達(dá)到IOOmm以上。螺栓一般采用M36-M42。目前鋼管塔筒法蘭采用鑄造或鋼板卷制而成，對(duì)法蘭面平整度有較高的要求，如一般直徑3m，平整度誤差控制在0.8mm以?xún)?nèi)，否則會(huì)影響塔架的連接和垂直度。如果焊接中影響到法蘭平面的平整度，還需要進(jìn)一步的機(jī)械加工，故法蘭制作加工成本較高。另外，法蘭采用螺栓連接，在風(fēng)機(jī)反復(fù)振動(dòng)荷載作用下，螺栓容易產(chǎn)生應(yīng)力集中從而導(dǎo)致疲勞破壞，某一螺栓破壞，會(huì)導(dǎo)致一系列螺栓破壞，從而導(dǎo)致整個(gè)塔架倒塌。所以塔架法蘭連接的高強(qiáng)預(yù)緊螺栓需要定期檢查，防止螺栓銹蝕和預(yù)緊力損失，日常維護(hù)費(fèi)用較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架，塔架上部采用傳統(tǒng)的鋼椎管塔架，下部采用中空夾層鋼管自應(yīng)力免振混凝土結(jié)構(gòu)，通過(guò)灌漿連接上部與下部，有效減少接頭處應(yīng)力集中，增加了接頭處的承載能力和抗疲勞性能。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架，該塔架為錐形，從上至下分成上部和下部二個(gè)區(qū)段，該上部為鋼椎管結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)在于，所述的下部為中空夾層鋼椎管自應(yīng)力免振混凝土結(jié)構(gòu)；
所述的上部和下部之間為灌漿連接，所述的上部底部的內(nèi)徑比所述的下部頂部的外徑大，使該下部的頂部部分嵌入上部的底部中，在上部底部和下部頂部的重疊環(huán)形間隙之間填充有灌漿材料；
所述的中空夾層鋼椎管自應(yīng)力免振混凝土結(jié)構(gòu)包括內(nèi)層鋼管和外層鋼管，在所述內(nèi)層鋼管和外層鋼管之間填充有混凝土。優(yōu)選的，所述的混凝土為自應(yīng)力免振混凝土。優(yōu)選的，所述的環(huán)形間隙底部設(shè)有擋板，防止施工時(shí)灌漿材料滲流。優(yōu)選的，所述上部底部和下部頂部的重疊環(huán)形間隙部分高為所述上部底部外徑長(zhǎng)的1.3 1.6倍。優(yōu)選的，所述的灌漿材料為水泥基高強(qiáng)無(wú)收縮材料。由于風(fēng)機(jī)塔架是個(gè)懸臂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制部位在塔架下部，故本發(fā)明僅需考慮增強(qiáng)塔架結(jié)構(gòu)下部的抗力性能，塔架上部還采用傳統(tǒng)的鋼椎管塔架結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果如下
(1) 由于下部采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，使整體阻尼大于上部的純鋼管結(jié)構(gòu)，塔架長(zhǎng)期承受動(dòng)力荷載，結(jié)構(gòu)阻尼對(duì)減小其動(dòng)力響應(yīng)，增加其抗疲勞性能。(2) 由于在外層鋼管和內(nèi)層鋼管之間澆筑有混凝土，因?yàn)榛炷恋拇嬖?，約束了鋼管的側(cè)向變形，增加了其穩(wěn)定性，可以有效的減小鋼管壁厚，有利于使用高強(qiáng)鋼材；同時(shí)混凝土的存在，中空夾層混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較大，可以有效的減小塔架底部的直徑。(3) 由于采用具有較高工作性能的自應(yīng)力免振混凝土，解決了普通混凝土難以保證施工質(zhì)量的問(wèn)題，外層鋼管有效約束了膨脹混凝土的膨脹變形，有效解決普通混凝土收縮等引起的鋼一混組合界面的粘結(jié)問(wèn)題，從而保證兩者協(xié)調(diào)工作，并且使得混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，鋼管充分利用了膨脹混凝土的膨脹能，能夠產(chǎn)生較大的化學(xué)應(yīng)力，為核心混凝土提供較高的側(cè)向預(yù)應(yīng)力。(4)由于采用灌漿連接，在塔架上部、下部和下部之間的環(huán)形間隙中填充水泥漿等灌漿材料來(lái)連接上部與下部、下部與下部，通過(guò)填充材料凝固后的剪切強(qiáng)度來(lái)傳遞軸力。(5)由于采用水泥基高強(qiáng)無(wú)收縮材料作為灌漿材料，結(jié)構(gòu)體無(wú)收縮、強(qiáng)度高，連接效果可靠，可以滿(mǎn)足極端工況條件下塔架的受力。(6)由于采用底部灌漿，灌漿體較密實(shí)，與鋼管粘結(jié)效果好，不存在較大的空隙。(7)本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，制造方便，便于運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。


圖1是本發(fā)明大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架實(shí)施方式示意圖。圖2是圖1中A部分的局部放大剖面圖。圖3是圖2的橫截面圖。圖中I-上部；II-下部；1-風(fēng)機(jī)和葉片；2-灌漿材料；3-擋板；4-內(nèi)層鋼管； 5-混凝土 ；6-外部鋼管；7-水面；8-泥面；9-樁下部。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。請(qǐng)先參閱圖1和圖2，圖1是本發(fā)明大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架實(shí)施方式示意圖，圖2是圖1中A部分的局部放大剖面圖。由圖可知，一種大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架，該塔架為錐形，從上至下分成上部I和下部II 二個(gè)區(qū)段，該上部為鋼椎管結(jié)構(gòu)，所述的下部為中空夾層鋼椎管混凝土結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)層鋼管4和外層鋼管6，在所述內(nèi)層鋼管4和外層鋼管6之間填充有自應(yīng)力免振混凝土 5。所述的上部I和下部II之間為灌漿連接，所述的上部I底部的內(nèi)徑比所述的下部 II頂部的外徑大，使該下部II的頂部部分嵌入上部I的底部，在所述上部底部和下部頂部的重疊環(huán)形間隙之間填充有水泥基高強(qiáng)無(wú)收縮材料2，在所述的環(huán)形間隙底部設(shè)有擋板3。本發(fā)明的制造是根據(jù)塔架的高度，分別在工廠加工塔架上部和下部。當(dāng)需要加工 IOOm高的塔架時(shí)，一般將下部的中空夾層鋼椎管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為30-40m長(zhǎng)，首先分別加工內(nèi)層鋼管和外層鋼管，然后組裝定位，并采用自應(yīng)力免振混凝土澆筑，澆筑完成后預(yù)留一定混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間。上部的鋼錐管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為30-35m長(zhǎng)的兩段，其中間采用傳統(tǒng)法蘭連接。塔架的上部和下部加工完成后，運(yùn)輸?shù)斤L(fēng)機(jī)建造現(xiàn)場(chǎng)，將塔架下部中空夾層鋼管混凝土與基礎(chǔ)采用灌漿式連接，待漿體有足夠承載力后，吊裝上部塔架。
權(quán)利要求
1.一種大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架，該塔架為錐形，從上至下分成上部(I)和下部(II)二個(gè)區(qū)段，該上部(I)為鋼椎管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的下部(I)為中空夾層鋼椎管混凝土結(jié)構(gòu)；所述的上部(I)和下部(II)之間為灌漿連接，所述的上部(I)底部的內(nèi)徑比所述的下部(II)頂部的外徑大，使該下部(II)的頂部部分嵌入上部(I)的底部，在所述上部底部和下部頂部的重疊環(huán)形間隙之間填充有灌漿材料(2 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架，其特征在于，所述的中空夾層鋼椎管混凝土結(jié)構(gòu)包括內(nèi)層鋼管(4)和外層鋼管(6)，在所述內(nèi)層鋼管(4)和外層鋼管(6)之間填充有混凝土(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架，其特征在于，所述的混凝土(5)為自應(yīng)力免振混凝土。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架，其特征在于，所述上部(I)底部和下部(II)頂部的重疊環(huán)形間隙高為所述上部(I)底部外徑長(zhǎng)的1. 3^1. 6倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架，其特征在于，所述的環(huán)形間隙底部設(shè)有擋板(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架，其特征在于，所述的灌漿材料為水泥基高強(qiáng)無(wú)收縮材料。
全文摘要
一種大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架，該塔架為錐形，從上至下分成上部和下部二個(gè)區(qū)段，上部為鋼椎管結(jié)構(gòu)，下部為中空夾層鋼椎管混凝土結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)層鋼管和外層鋼管，在所述內(nèi)層鋼管和外層鋼管之間填充有混凝土；上部和下部之間為灌漿連接，上部底部的內(nèi)徑比所述的下部頂部的外徑大，在上部底部和下部頂部的重疊環(huán)形間隙之間填充有灌漿材料。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低成本，制造方便，便于運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。
文檔編號(hào)F03D11/04GK102269136SQ20111023199
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者馬宏旺 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)