塔筒單元、塔筒及其制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種塔筒單元，包括筒體，所述筒體由混凝土、至少一個第一鋼筋層、第二鋼筋層及設于筒體兩端的連接裝置整體澆筑形成，所述第二鋼筋層由若干第二鋼筋沿所述筒體環向布置組成，所述第二鋼筋具有預定應力，且其兩端分別通過鎖緊件與所述筒體兩端的連接裝置安裝固定。本發明塔筒單元的筒體采用鋼筋混凝土環形結構和預應力混凝土技術，在風機現場澆筑完成后再將第二鋼筋張拉至設計預緊力值，使混凝土承受一定的預壓力，提高了混凝土筒體的抗拉強度，提升了塔筒的整體承載能力。本發明進一步還公開了采用該塔筒單元的塔筒及其制作方法。
【專利說明】
塔筒單元、塔筒及其制作方法
技術領域
[0001]本發明主要涉及風力發電技術領域，具體地說，涉及一種塔筒單元、塔筒及其制作方法。【背景技術】
[0002]人類社會的發展需要源源不斷的能源供應做支撐。隨著節能減排的全球趨勢，以及石化能源的日益枯竭，選擇替代能源就成為能源領域亟待解決的技術問題。風能是取之不盡、用之不竭的可再生型清潔能源，是21世紀最主要的綠色動力之一。現在風資源豐富的國家都在努力開發本國的風力發電技術。
[0003]塔筒是風力發電機組的重要組成部分。在風電機組工作過程中，風力發電機塔筒主要用于支撐其上的葉片和發電機組，承受風機輪轂傳遞過來的壓力和彎矩以及機艙重力和塔筒自重，因而設計塔筒時需充分考慮塔筒的強度、剛度和穩定性等。[〇〇〇4]目前常用的塔筒結構有鋼質塔筒、預應力鋼筋混凝土塔筒或木質塔筒結構，其中以鋼質塔筒最為常見，現有的鋼制混凝土塔筒主要存在以下缺點:
[0005]1)鋼質混凝土塔筒由鋼質內筒和鋼質外筒或者其中之一來作為混凝土筒體澆筑的模板，同時由于混凝土的抗拉與抗壓強度低，鋼質內外筒還需承受相應的風機載荷，由此導致鋼質混凝土塔筒的重量較重，且無成本優勢；
[0006]2)鋼制內外筒筒壁與上下法蘭的環焊縫應力較大，易開裂；
[0007]3)塔筒重量重且無導向對孔裝置，吊裝困難；
[0008]4)塔筒的法蘭結構復雜，不便于加工。
【發明內容】

[0009]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種風力發電機塔筒單元、采用該塔筒單元的塔筒及其制作方法，至少可解決現有技術中重量大、成本高、承載能力差、焊縫開裂的缺陷之一。
[0010]本發明的第一方面，提供了一種塔筒單元，包括筒體，所述筒體由混凝土、至少一個第一鋼筋層、第二鋼筋層及設于筒體兩端的連接裝置整體澆筑形成，所述第二鋼筋層由若干第二鋼筋沿所述筒體環向布置組成，所述第二鋼筋具有預定應力，且其兩端分別通過鎖緊件與所述筒體兩端的連接裝置安裝固定。
[0011]進一步地，所述第一鋼筋層由若干第一鋼筋沿所述筒體環向布置組成，所述第一鋼筋層設為兩層，分別布置于所述第二鋼筋層的內側和外側。[0012 ]進一步地，所述連接裝置包括第一連接單元、第二連接單元，所述第一連接單元和第二連接單元之間通過第一環板和第二環板連接，所述第二連接單元、第一環板和第二環板預埋設置在所述筒體內，所述第一連接單元與所述筒體的端面貼合。
[0013]進一步地，所述第二連接單元環向上設有若干用于安裝第一鋼筋的第一安裝孔以及若干用于安裝第二鋼筋的第二安裝孔，所述第一鋼筋兩端分別穿過筒體兩端第二連接單元的第一安裝孔;所述第二鋼筋兩端分別穿過筒體兩端第二連接單元的第二安裝孔，并通過所述鎖緊件安裝固定。
[0014]進一步地，所述筒體上端的連接裝置的第一環板和/或第二環板上對應所述鎖緊件開設有若干操作孔。
[0015]進一步地，所述第一連接單元環向上設有若干用于安裝第二鋼筋的第三安裝孔， 所述第二鋼筋的上端穿過所述第三安裝孔延伸至所述筒體的上端外側。
[0016]進一步地，所述第二鋼筋外部套設有防護套，所述防護套采用波紋管或PE護管。
[0017]本發明的第二方面，還提供了一種塔筒，由至少兩節上述任一項所述的塔筒單元疊裝組成，所述第一連接單元環向上設有若干固定裝配孔，相鄰所述塔筒單元的第一連接單元通過穿設于所述固定裝配孔的緊固件連接固定。
[0018]進一步地，相鄰所述塔筒單元的第二鋼筋層通過連接器連接固定，所述連接器由螺紋連接器、塑料波紋管、熱縮管與連接套管或密封套管組成。
[0019]本發明的第三方面，進一步提供了一種制作上述任一項所述塔筒的方法，包括制作各節塔筒單元并將相鄰塔筒單元連接固定，所述塔筒單元的制作方法包括以下步驟:
[0020]S1、裝配筒體模具，在模具內預埋第一鋼筋層、第二鋼筋層及兩端的連接裝置；
[0021]S2、向模具內澆筑混凝土，制作筒體；[〇〇22] S3、待混凝土凝固后，拆除模具；[〇〇23]S4、對第二鋼筋層的各第二鋼筋施加預緊力矩，當第二鋼筋達到預定預緊力后，采用鎖緊件將第二鋼筋鎖緊。
[0024]進一步地，上層塔筒單元可直接在下層塔筒單元上澆筑制作，并與下層塔筒單元進行連接固定，或，預先澆筑制作上層塔筒單元后，再將其吊運至下層塔筒單元上進行連接固定。[〇〇25]本發明塔筒單元的筒體采用鋼筋混凝土環形結構和預應力混凝土技術，在風機現場澆筑完成后再將第二鋼筋張拉至設計預緊力值，使混凝土承受一定的預壓力，提高了混凝土筒體的抗拉強度，提升了塔筒的整體承載能力。
[0026]同時，筒體取消了鋼質內外筒，直接采用混凝土澆筑形成，減少了塔筒鋼材的利用，大大降低了成本。
[0027]連接裝置采用雙層法蘭結構，上層法蘭用于塔筒單元之間的連接，下層法蘭用于安裝固定具有預定應力的第二鋼筋，與傳統鋼質塔筒相比，取消了內外筒與法蘭的環焊縫， 簡化了制造加工工藝，消除了環焊縫開裂隱患。[〇〇28]此外，第二鋼筋能對上層塔筒單元的吊裝起到導向定位作用，便于塔筒快速吊裝定位。【附圖說明】
[0029]構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:[〇〇3〇]圖1是本發明實施例塔筒單元的內部結構示意圖；
[0031]圖2是本發明實施例塔筒單元一種實施例的剖面結構示意圖；
[0032]圖3是本發明實施例塔筒單元另一種實施例的剖面結構示意圖；
[0033]圖4是連接裝置的側視結構示意圖；[〇〇34]圖5是連接裝置的俯視結構示意圖；
[0035]圖6是本發明實施例塔筒的剖面結構示意圖。[〇〇36] 附圖標記說明:[〇〇37]1、筒體；11、混凝土； 12、第一鋼筋層；121、第一鋼筋；13、第二鋼筋層；131、第二鋼筋；132、防護套；133、鎖緊件;2、連接裝置;21、第一連接單元;211、第三安裝孔;212、固定裝配孔;22、第二連接單元;221、第一安裝孔;222、第二安裝孔;23、第一環板;24、第二環板； 25、操作孔;3、緊固件;4、張拉旋扭裝置。【具體實施方式】
[0038]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。本發明的“上下”、“內外”是以風力發電機在使用狀態時的方位為基準。[〇〇39]如圖1、2所示，本實施例的塔筒單元，包括筒體1，筒體1由混凝土11、至少一個第一鋼筋層12、第二鋼筋層13及設于筒體1兩端的連接裝置2整體澆筑形成，第二鋼筋層13由若干第二鋼筋131沿筒體1環向布置組成，第二鋼筋131具有預定應力，且其兩端分別通過鎖緊件133與筒體1兩端的連接裝置2安裝固定，第一鋼筋層12由若干第一鋼筋121沿筒體1環向布置組成，第一鋼筋層12設為兩層，分別布置于第二鋼筋層13的內側和外側。
[0040]本實施例中，第二鋼筋131優先選擇高強預應力螺紋鋼筋，具體公稱直徑和屈服強度可根據風機塔筒高度及塔筒所受外部載荷大小計算確定。第一鋼筋121具體采用普通鋼筋。
[0041]本實施例中，，第二鋼筋131外部套設有防護套132,用于隔離第二鋼筋131與混凝土，以保證第二鋼筋131在預緊張拉時能具有預應力，防護套132采用波紋管或PE護管。
[0042]結合圖4、5所示，筒體1兩端的連接裝置2均包括第一連接單元21、第二連接單元 22,第一連接單元21和第二連接單元22之間通過第一環板23和第二環板24連接，第二連接單元22、第一環板23和第二環板24預埋設置在筒體1內，第一連接單元21與筒體1的端面貼合。第一連接單元21、第二連接單元22、第一環板23和第二環板24圍成箱型結構，共同構成第二鋼筋層13的安裝預緊空間，同時箱型結構增強了連接裝置2的受力特性。第一連接單元 21、第二連接單元22、具體采用法蘭結構。[〇〇43]為便于第一鋼筋層12和第二鋼筋層13的安裝，第二連接單元22環向上設有若干用于安裝第一鋼筋121的第一安裝孔221以及若干用于安裝第二鋼筋131的第二安裝孔222,第一鋼筋121兩端分別穿過筒體1兩端第二連接單元22的第一安裝孔221;第二鋼筋131兩端分別穿過筒體1兩端第二連接單元22的第二安裝孔222,并通過鎖緊件133安裝固定，鎖緊件 133具體采用錨固螺母，還可根據需要采用其他具有鎖定功能的部件，本實施例并不受限于此。
[0044]另外，為便于對第二鋼筋層13的各第二鋼筋131進行張拉預緊，第一連接單元21上還設有若干第三安裝孔211，第二鋼筋131上端伸出第三安裝孔211，伸出的第二鋼筋131會高出筒體1上端連接裝置2—定高度，在制作或吊裝上層塔筒單元時，該第二鋼筋131還能起到導向定位作用，便于上層塔筒單元的快速定位與安裝。
[0045]在第二鋼筋131被預緊后，為便于緊固上端的鎖緊件133,在筒體1上端連接裝置的第一環板23上對應鎖緊件133開設有若干與第二鋼筋133數量相等，布置相同的操作孔25， 具體如圖2所示。當然，操作孔25也可選擇開設在第二環板24，如圖3所示，本實施例并不受限于此。[〇〇46]本實施例塔筒單元的筒體采用鋼筋混凝土環形結構和預應力混凝土技術，在風機現場澆筑完成后再將第二鋼筋張拉至設計預緊力值，使混凝土承受一定的預壓力，提高了混凝土筒體的抗拉強度，提升了塔筒的整體承載能力。
[0047]同時，筒體取消了鋼質內外筒，直接采用混凝土澆筑形成，減少了塔筒鋼材的利用，大大降低了成本。
[0048]連接裝置采用雙層法蘭結構，上層法蘭用于塔筒單元之間的連接，下層法蘭用于安裝固定具有預定應力的第二鋼筋，與傳統鋼質塔筒相比，取消了內外筒與法蘭的環焊縫， 簡化了制造加工工藝，消除了環焊縫開裂隱患。[〇〇49]此外，第二鋼筋能對上層塔筒單元的吊裝起到導向定位作用，便于塔筒快速吊裝定位。
[0050]在上述實施例的基礎上，本發明實施例還提供了一種塔筒，如圖6所示，由至少兩節上述的塔筒單元疊裝組成，相鄰塔筒單元的連接裝置2通過緊固件3連接固定。具體的，第一連接單元21環向上設有若干固定裝配孔212相鄰塔筒單元的第一連接單元21通過穿設于固定裝配孔212的緊固件3連接固定。緊固件3具體采用高強度螺栓。
[0051]相鄰塔筒單元之間的第二鋼筋層13也可通過連接器進行連接，以滿足塔筒高度方向第二鋼筋長度的需要。連接器可以為螺紋連接器、塑料波紋管、熱縮管與連接套管組合， 也可以由螺紋連接器、塑料波紋管、熱縮管與密封套管組成。
[0052]由于本實施例的塔筒采用了上述塔筒單元，具有其所有優點，在此不再贅述。[〇〇53]本實施例進一步還提供了制作上述塔筒的方法，包括以下步驟:[〇〇54]制作各節塔筒單元，具體如下:[〇〇55]S1、裝配筒體模具，在模具內預埋第一鋼筋層12、第二鋼筋層13及兩端的連接裝置2；[〇〇56]S2、向模具內澆筑混凝土，制作筒體1;[〇〇57] S3、待混凝土凝固后，拆除模具；[〇〇58]S4、使用張拉旋扭裝置4在筒體1頂部按照一定的規則對第二鋼筋層13的各第二鋼筋131施加預緊力矩，當第二鋼筋131達到預定預緊力后，采用將第二鋼筋131上端的鎖緊件 133鎖緊。由此筒體1上也承受了一定的預壓力，從而可以提高混凝土塔筒的抗拉承載能力。
[0059]在制作安裝塔筒時，通常由下至上逐層制作安裝塔筒單元，在制作安裝過程中，相鄰的塔筒單元，上層塔筒單元可直接在下層塔筒單元上澆筑制作并完成連接固定，也可預先在地面澆筑制作后，再吊運至下層塔筒單元上與下層塔筒單元完成連接固定。
[0060]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種塔筒單元，包括筒體(1)，其特征在于:所述筒體(1)由混凝土( 11)、至少一個第 一鋼筋層(12)、第二鋼筋層(13)及設于筒體(1)兩端的連接裝置(2)整體澆筑形成，所述第 二鋼筋層(13)由若干第二鋼筋(131)沿所述筒體(1)環向布置組成，所述第二鋼筋(131)具 有預定應力，且其兩端分別通過鎖緊件(133)與所述筒體(1)兩端的連接裝置(2)安裝固定。2.根據權利要求1所述的塔筒單元，其特征在于:所述第一鋼筋層(12)由若干第一鋼筋 (121)沿所述筒體(1)環向布置組成，所述第一鋼筋層(12)設為兩層，分別布置于所述第二 鋼筋層(13)的內側和外側。3.根據權利要求1-2任一項所述的塔筒單元，其特征在于:所述連接裝置(2)包括第一 連接單元(21)、第二連接單元(22)，所述第一連接單元(21)和第二連接單元(22)之間通過 第一環板(23)和第二環板(24)連接，所述第二連接單元(22)、第一環板(23)和第二環板 (24)預埋設置在所述筒體(1)內，所述第一連接單元(21)與所述筒體(1)的端面貼合。4.根據權利要求3所述的塔筒單元，其特征在于:所述第二連接單元(22)環向上設有若 干用于安裝第一鋼筋(121)的第一安裝孔(221)以及若干用于安裝第二鋼筋(131)的第二安 裝孔(222)，所述第一鋼筋(121)兩端分別穿過筒體(1)兩端第二連接單元(22)的第一安裝 孔(221);所述第二鋼筋(131)兩端分別穿過筒體(1)兩端第二連接單元(22)的第二安裝孔 (222)，并通過所述鎖緊件(133)安裝固定。5.根據權利要求4所述的塔筒單元，其特征在于:所述筒體(1)上端的連接裝置(2)的第 一環板(23)和/或第二環板(24)上對應所述鎖緊件(133)開設有若干操作孔(25)。6.根據權利要求3所述的塔筒，其特征在于:所述第一連接單元(21)環向上設有若干用 于安裝第二鋼筋(131)的第三安裝孔(211)，所述第二鋼筋(131)的上端穿過所述第三安裝 孔(211)延伸至所述筒體(1)的上端外側。7.根據權利要求1或2所述的塔筒單元，其特征在于:所述第二鋼筋(131)外部套設有防 護套(132)，所述防護套(132)采用波紋管或PE護管。8.—種塔筒，其特征在于:由至少兩節權利要求1-7任一項所述的塔筒單元疊裝組成， 所述第一連接單元(21)環向上設有若干固定裝配孔(212)，相鄰所述塔筒單元的第一連接 單元(21)通過穿設于所述固定裝配孔(212)的緊固件(3)連接固定。9.根據權利要求8所述的塔筒，其特征在于:相鄰所述塔筒單元的第二鋼筋層(13)通過 連接器連接固定，所述連接器由螺紋連接器、塑料波紋管、熱縮管與連接套管或密封套管組 成。10.—種制作權利要求8-9任一項所述塔筒的方法，包括制作各節塔筒單元并將相鄰塔 筒單元連接固定，其特征在于，所述塔筒單元的制作方法包括以下步驟:51、裝配筒體模具，在模具內預埋第一鋼筋層(12)、第二鋼筋層(13)及兩端的連接裝置(2)；52、向模具內澆筑混凝土 (11)，制作筒體(1);53、待混凝土( 11)凝固后，拆除模具；54、對第二鋼筋層(13)的各第二鋼筋(131)施加預緊力矩，當第二鋼筋(131)達到預定 預緊力后，采用鎖緊件(133)將第二鋼筋(131)鎖緊。11.根據權利要求10所述塔筒的制作方法，其特征在于:上層塔筒單元可直接在下層塔 筒單元上澆筑制作，并與下層塔筒單元進行連接固定，或，預先澆筑制作上層塔筒單元后，再將其吊運至下層塔筒單元上進行連接固定。
【文檔編號】F03D13/25GK106014875SQ201610505792
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】胡柱, 夏益民, 陳培洪
【申請人】三重型能源裝備有限公司, 三一重型能源裝備有限公司