[发明专利]圆环形钢管混凝土组合风电机组塔架结构

说明书

本发明提供了一种圆环形钢管混凝土组合风电机组塔架结构，所述塔架结构包括上部钢制塔筒和下部钢管混凝土塔筒，所述钢管混凝土塔筒由多节圆环形钢管混凝土塔筒段连接构成；所述钢管混凝土塔筒段包括内外双层钢筒，内外层钢筒在塔筒段的上下两端连接，在两者中间形成注浆空间，并灌注混凝土填充。本发明满足风电机组高空化、大型化的要求，上部钢制塔筒和下部钢管混凝土塔筒的总高度可达到不低于150m，并且制造、运输和安装方便、可重复利用，且降低成本。

技术领域

本发明属于低风速区风电机组高塔筒技术领域。

背景技术

目前，我国传统风电机组支撑结构绝大多数采用钢制圆锥形塔筒，但随着我国风力发电行业的快速发展，风电机组单机容量越来越大，为了有效利用低风速区的风能资源，风电机组逐步向大型化高空化发展，与之匹配的轮毂高度和刚度要求不断增加。当轮毂高度超过100m时，传统圆锥形钢塔筒底段直径将超出常规公路运输的尺寸限制，且随着钢筒高度的增加，其整体刚度下降会诱发风电机组的不良振动特性，从而限制高塔筒风电机组技术的发展。现阶段，预应力钢混塔筒和柔性塔筒，由于两者能满足大型风电机组轮毂高度和刚度的要求，在高塔筒风电技术领域得到了一定的关注和推广应用。但预应力钢混塔筒结构施工周期长、预应力钢绞线成本高、张拉运维工序复杂等因素制约着钢混塔筒的发展。柔性塔筒随轮毂高度的增加，塔筒整体柔性变大，导致塔顶位移过大，疲劳损伤问题凸显，严重影响风机正常运行；另外，柔塔一阶自振频率较低，已进入叶轮转动频率范围之内，因此会在叶轮的某一转速下产生共振，虽可通过调整控制策略使风机快速跳过这一转速，但会损失3%~5%左右的发电量。由此可见，现有高塔筒技术方案仍存在较明显的局限性。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种圆环形钢管混凝土组合风电机组塔架结构，满足风电机组高空化、大型化的要求，并且制造、运输和安装方便、可重复利用，且降低成本。为此，本发明采用以下技术方案：

圆环形钢管混凝土组合风电机组塔架结构，其特征在于：所述塔架结构包括上部钢制塔筒和下部钢管混凝土塔筒，所述钢管混凝土塔筒由多节圆环形钢管混凝土塔筒段连接构成；所述钢管混凝土塔筒段包括内外双层钢筒，内外层钢筒在塔筒段的上下两端连接，在两者中间形成注浆空间，并灌注混凝土填充。

本发明的上部钢制塔筒和下部钢管混凝土塔筒的总高度可达到不低于150m。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案或对这些进一步的技术方案组合使用：

在双层钢筒的内壁焊接水平和竖向剪力键以增强混凝土的抗剪能力。

所述钢管混凝土塔筒段的双层钢筒由工厂批量预制而成，其直径不超过4.3m，能满足公路运输要求；内层钢筒对应注浆空间开设若干灌浆孔和出浆孔，各钢管混凝土塔筒段采用在现场灌注混凝土后再吊装的程序逐节连接。

所述混凝土灌浆料添加微膨胀剂，以解决混凝土凝结过程的收缩问题。

所述钢管混凝土塔筒的底段钢管混凝土塔筒段的底部与风机基础相连，顶段钢管混凝土塔筒段的顶部与钢制塔筒连接。

所述钢管混凝土塔筒的底段钢管混凝土塔筒段底部设置T型法兰，通过基础锚栓与风机基础相连；底段钢管混凝土塔筒段开设门洞，门洞内侧设置门框；上下相邻钢管混凝土塔筒段通过L型法兰和螺栓组件相连；顶段钢管混凝土塔筒段的顶部设置L型法兰，并通过螺栓组件与钢制塔筒连接。

钢管混凝土塔筒外径保持一致，内层钢筒和外层钢筒的钢板壁厚根据整体受力特性控制在16mm~20mm之间；内层钢筒的钢板在上部和下部分别焊接上封板和下封板，使内层钢筒逐步过渡至与外层钢筒相交，相交位置距钢管混凝土塔筒的端部还有一段距离，并保证交汇后的整体钢板厚度是内层钢筒和外层钢筒厚度之和，以此在保证塔筒强度要求的前提下预留钢管混凝土塔筒段连接用螺栓组件的安装空间。

进一步地，所述下部钢管混凝土塔筒的高度大于上部钢制塔筒。