申请/专利权人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司

申请日：2018-05-16

公开（公告）日：2024-06-11

公开（公告）号：CN108506169B

主分类号：F03D13/20

分类号：F03D13/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.11#授权;2018.10.09#实质审查的生效;2018.09.07#公开

摘要：本发明提供了一种风电机组预应力拉线式塔架增高方法和结构，它通过新增钢塔筒的方式增加风电机组轮毂高度，新增钢塔筒由一段或多段钢塔筒组成；增高后的风电机组由上至下依次为风机机头、原有钢塔筒、新增钢塔筒以及原有风机基础。本发明设计合理、施工简单、连接牢固、实用性强，在沿用原始风机基础和塔筒前提下，可有效增加风电机组轮毂高度。

主权项：1.一种风电机组预应力拉线式塔架增高方法，其特征在于它通过新增钢塔筒的方式增加风电机组轮毂高度，新增钢塔筒由多段钢塔筒组成；将新增钢塔筒顶端的法兰结构设置为与原有钢塔筒底端的法兰结构相适配，将新增钢塔筒底端的连接结构设置为与原有风机基础相适配的法兰结构；在新增钢塔筒的顶端和原有钢塔筒底端的法兰连接中，对新增钢塔筒顶端的法兰结构进行加强；相邻钢塔筒由法兰结构连接，并对其中的下方钢塔筒的上端法兰结构进行加强；将新增的各段钢塔筒的上端设置预应力拉线的上部锚固组件，以能对新增的各段钢塔筒分别施加以预应力拉线；在原有风机基础的外围均匀布置若干灌注桩，灌注桩顶部预埋地脚螺栓，利用预埋地脚螺栓固定预应力拉线的下部锚固组件；由下至上逐段吊装新增的各节钢塔筒，并通过螺栓组件连接各段钢塔筒，新增钢塔筒底端的法兰结构与风机基础连接；将各段新增钢塔筒外壁的上部锚固组件处和灌注桩顶面的下部锚固组件处连接钢绞线，并采用下部张拉的方式将钢绞线下端固定至下部锚固组件处，以使所述各段新增钢塔筒通过预应力钢绞线与原有风机基础外围的灌注桩相连；然后再由下至上逐段吊装原有钢塔筒，通过螺栓组件将原有钢塔筒底端的法兰结构与新增钢塔筒顶端的法兰结构连接，通过螺栓组件连接原有钢塔筒的各段钢塔筒；增高后的风电机组由上至下依次为风机机头、原有钢塔筒、新增钢塔筒以及原有风机基础。

全文数据：一种风电机组预应力拉线式塔架增高方法和结构技术领域[0001]本发明属于低风速区风电机组高塔筒技术领域，具体涉及一种上部是常规钢塔筒、下部是预应力拉线式塔架增高方法和结构。背景技术[=02]目前，我国传统风电机组大多采用钢制圆锥形塔筒，现有的大部分风电机组轮毂高度低，相比于高轮毂风电机组发电效率低下。为了有效利用低风速区的风能资源，陆上风电机组将逐步向大功率化和高空化发展。现阶段，预应力混凝土-钢筒混合塔架和柔塔塔架，由于其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广泛关注，为未来陆上风电行业的发展提供新的思路和方向，但这依旧无法从根本上改变现有己投产运行的低轮毂高度风电机组发电效率低下的现状。发明内容[0003]本发明的第一个目的是针对上述存在的问题，提供一种设计合理、施工简单、连接牢固、实用性强，在沿用原始风机基础和塔筒前提下，可有效增加风电机组轮毂高度的风电机组预应力拉线式塔架增高方法。为此，本发明采用以下技术方案：一种风电机组预应力拉线式塔架增高方法，其特征在于它通过新增钢塔筒的方式增加风电机组轮毂高度，新增钢塔筒由一段或多段钢塔筒组成；将新增钢塔筒顶端的法兰结构设置为与原有钢塔筒底端的法兰结构相适配，将新增钢塔筒底端的连接结构设置为与原有风机基础相适配的法兰结构；在新增钢塔筒的顶端和原有钢塔筒底端的法兰连接中，对新增钢塔筒顶端的法兰结构进行加强；当新增钢塔筒由多段钢塔筒组成时，相邻钢塔筒由法兰结构连接，并对其中的下方钢塔筒的上端法兰结构进行加强；将新增的各段钢塔筒的上端设置预应力拉线的上部锚固组件，以能对新增的各段钢塔筒分别施加以预应力拉线；在原有风机基础的外围均匀布置若干灌注桩，灌注桩顶部预埋地脚螺栓，利用预埋地脚螺栓固定预应力拉线的下部锚固组件；由下至上逐段吊装新增的各节钢塔筒，并通过螺栓组件连接各段钢塔筒，新增钢塔筒底端的法兰结构与风机基础连接;将各段新增钢塔筒外壁的上部锚固组件处和灌注桩顶面的下部锚固组件处连接钢绞线，并采用下部张拉的方式将钢绞线下端固定至下部锚固组件处，以使所述各段新增钢塔筒通过预应力钢绞线与原有风机基础外围的灌注桩相连;然后再由下至上逐段吊装原有钢塔筒，通过螺栓组件将原有钢塔筒底端的法兰结构与新增钢塔筒顶端的法兰结构连接，通过螺栓组件连接原有钢塔筒的各段钢塔筒；增高后的风电机组由上至下依次为风机机头、原有钢塔筒、新增钢塔筒以及原有风机基础。[0004]进一步地，在吊装新增钢塔筒前包括以下步骤1布置桩位，浇筑混凝土灌注桩并预埋地脚螺栓，养护期过后在灌注桩顶面安装钢绞线的下部锚固组件；（2将原始风机机头和塔筒吊起并就地安置。[0005]本发明的另一个目的是针对上述存在的问题，提供一种设计合理、施工简单、连接牢固、实用性强，在沿用原始风机基础和塔筒前提下，可有效增加风电机组轮毂高度的风电机组预应力拉线式塔架增高结构。为此，本发明采用以下技术方案：一种风电机组预应力拉线式塔架增高结构，其特征在于:该风电机组预应力拉线式塔架增高结构包括新增钢塔筒、预应力钢绞线、多个灌注桩，新增钢塔筒由一段或多段钢塔筒组成;增高后的风电机组由上至下依次为风机机头、原有钢塔筒、新增钢塔筒以及原有风机基础，多个灌注桩在原有风机基础的外围均匀布置；新增钢塔筒顶端的法兰结构设置为与原有钢塔筒底端的法兰结构相适配，新增钢塔筒底端的连接结构设置为与原有风机基础相适配的法兰结构；新增钢塔筒顶端的法兰结构具有加强结构；当新增钢塔筒由多段钢塔筒组成时，相邻钢塔筒由法兰结构连接，并且下方钢塔筒的上端法兰结构具有加强结构；新增钢塔筒最下端的连接结构设置为与原有风机基础相适配的法兰结构；各段新增钢塔筒的上端外侧设置预应力拉线的上部锚固组件；原有钢塔筒底端法兰结构与新增钢塔筒顶端法兰结构通过螺栓组件相连，各段新增钢塔筒通过法兰结构和螺栓组件相连，新增钢塔筒底端的法兰结构与原有风机基础相连；灌注桩顶部预埋地脚螺栓，利用预埋地脚螺栓固定预应力拉线的下部锚固组件，所述新增钢塔筒的各段钢塔筒的上端分别通过各自的预应力钢绞线与灌注粧相连，钢绞线上端锚固至上部锚固组件处，经张拉预紧后下端通过固定至灌注桩顶部的钢绞线下端锚固组件处。[0006]进一步地，所述加强结构包括在钢塔筒上端内壁处焊接环向加劲板和纵向加劲板。[0007]进一步地，钢绞线沿塔筒环向均匀布置，灌注桩的布置与预应力钢绞线对应。[0008]进一步地，新增钢塔筒的各段钢塔筒上下两端均加工成L形法兰，并在各段钢塔筒的上端焊接2层环向加劲板和纵向加劲板，L形法兰的法兰板和环向加劲板中间预设螺栓孔;所述纵向加劲板、环向加劲板与塔筒内壁焊接。[0009]本发明的有益效果是：1本发明提出的风电机组预应力拉线式塔架增高方法和结构，其工程量少、结构设计合理、施工简单、连接牢固、实用性强，可在沿用原始风机基础和塔筒的前提下增加风电机组轮毂高度，能将以往loom以下轮毂高度的风电机组增加数十米而超过100m，能更好的利用低风速区的风能资源。[0010]2通过外围的预应力钢绞线和灌注桩对新增钢塔筒进行预张拉后，使得下部结构在法兰和螺栓组件连接定位的基础上整体处于预压状态，在拔高风电机组轮毂高度情况下，可保证风机运行过程中塔筒的抗拉强度和稳定性以及风机基础的抗倾覆能力。[0011]3可从根本上改变现有已投产运行的低轮毂高度风电机组发电效率低下的现状。附图说明[0012]图1是本发明实施例中风电机组预应力拉线式塔架整体结构立面图。[0013]图2是图1的A-A剖视图，为本发明实施例中风电机组预应力拉线式塔架增高结构俯视图。[0014]图3是本发明实施例中新增塔筒段连接处及钢绞线拉耳的局部示意图。[0015]图4是图3的B_B方向视图，为本发明实施例中新增塔筒段连接处法兰及加劲板的局部示意图。[0016]图5是本发明实施例中钢绞线拉耳俯视图。[0017]图6是本发明实施例中灌注桩顶部钢绞线锚固组件的局部示意图。[0018]图7是图6的C-C剖视图。[0019]图8是图6的D-D剖视图。具体实施方式[0020]本实施例为一座原始轮毂高度为72_5m的塔筒，通过在下部增设2段均为20m高的钢塔筒将轮毂高度抬高至ll2.5tn，下面结合附图对本发明作进一步详细说明。[0021]如图1〜图8所示，本实施例中风电机组预应力拉线式塔架增高结构包括2段新增钢塔筒3、预应力钢绞线4、灌注桩5。所述增高后的风电机组由上至下依次为风机机头1、原有钢塔筒段2、预应力拉线式塔架增高结构以及原有风机基础6。[0022]新增钢塔筒的段数和各段的长度可根据实际需要并综合考虑塔筒的整体受力特性确定。钢绞线沿塔筒环向均匀布置，钢绞线的数量与预张力根据上部风机荷载确定;灌注桩的布置与预应力钢绞线对应，均匀环向布置于距风机基础外侧一定距离处，为了避免拉线对周边环境的影响，灌注粧基础不应距离风机基础过远;所述灌注桩的直径和桩长根据钢绞线的张拉力和所选机位处的地质详勘资料确定。[0023]所述各段新增钢塔筒3通过预应力钢绞线4与灌注桩5相连，作为优选方案，实施例中每段新增钢塔筒通过环向均匀布置的6根钢绞线4张拉，钢绞线4上端锚固至新增钢塔筒3顶部外侧的拉耳7处，下端固定至灌注桩5顶部的钢绞线下端锚固组件处。[0024]如图3所示，钢塔筒之间通过螺栓组件8、法兰结构连接。新增钢塔筒3上下两端均加工成L形法兰9,并在新增塔筒上端焊接2层环向加劲板11和纵向加劲板10,法兰板9和环向加劲板11中间预设螺栓孔，最上段新增钢塔筒3的上端法兰结构的螺栓孔数量、定位与原有钢塔筒底端法兰原始螺栓孔保持一致。纵向加劲板10、环向加劲板11与塔筒内壁焊接。纵向加劲板10与钢筒3内壁连接的角点处设置弧形开孔12以避免应力集中，使局部应力平滑过渡，优化应力传递路径。新增钢塔筒3的底端通过法兰结构和螺栓组件与原有风机基础6相连。[0025]上述的环向加劲板11和纵向加劲板10参与到法兰结构中，一方面可增加法兰结构厚度以达到增加螺栓长度的目的，避免螺栓长度过短易引发的疲劳损伤问题，另一方面能够极大地加强法兰连接结构和钢绞线拉耳连接处的强度。[0026]原有钢塔筒的各段钢塔筒2之间的连接按照其原来的连接方式连接。新增钢塔筒3的各段之间通过法兰结构和螺栓组件连接，且下方的钢塔筒的上端法兰结构也具有上述环向加劲板11和纵向加劲板10加强结构。[0027]所述钢绞线上端锚固拉耳7包括4块上肋板13、4块下肋板16和拉线板15。肋板13、16和拉线板15与钢塔筒3外壁焊接，拉线板15的倾斜度根据钢绞线4的张拉角度确定以保证钢绞线的轴线与拉线板平面垂直。拉线板15中间开设钢绞线穿孔17,钢绞线4通过穿孔17进行安装，并通过锁头14将上端锚固在拉线板15的上表面。[0028]本实施例中环向均匀布置6个直径为1.2m的灌注桩5,桩长根据所选机位处的地质详勘资料及抗拉承载能力计算确定为25m，灌注粧5顶部通过预埋的8根地脚螺栓21与钢绞线下端的锚固组件相连。下端锚固组件包括H型钢20、加劲板25、角度板18和锁头19,既方便安装、保证基础牢固，又能提供预拉操作空间。8块矩形加劲板25立置于H型钢上下两翼缘24、26之间，并与H型钢的腹板和翼缘焊接。H型钢的上下翼缘板均开设8个地脚螺栓孔22,便于8根地脚螺栓穿过;并在H型钢的上翼缘板24上增设2个钢绞线穿孔23。角度板18用以调节钢绞线的轴线与下锚固端面垂直，并采用下部张拉的方式将钢绞线4下端通过锁头19锚固至角度板18的底面。[0029]实施例中所有焊缝需经打磨处理以消除残余应力;所有钢绞线需进行防腐处理。[0030]以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种风电机组预应力拉线式塔架增高方法，其特征在于它通过新增钢塔筒的方式增加风电机组轮毂高度，新增钢塔筒由一段或多段钢塔筒组成；将新增钢塔筒顶端的法兰结构设置为与原有钢塔筒底端的法兰结构相适配，将新增钢塔筒底端的连接结构设置为与原有风机基础相适配的法兰结构；在新增钢塔筒的顶端和原有钢塔筒底端的法兰连接中，对新增钢塔筒顶端的法兰结构进行加强；当新增钢塔筒由多段钢塔筒组成时，相邻钢塔筒由法兰结构连接，并对其中的下方钢塔筒的上端法兰结构进行加强；将新增的各段钢塔筒的上端设置预应力拉线的上部锚固组件，以能对新增的各段钢塔筒分别施加以预应力拉线；在原有风机基础的外围均匀布置若干灌注粧，灌注桩顶部预埋地脚螺栓，利用预埋地脚螺栓固定预应力拉线的下部锚固组件；由下至上逐段吊装新增的各节钢塔筒，并通过螺栓组件连接各段钢塔筒，新增钢塔筒底端的法兰结构与风机基础连接;将各段新增钢塔筒外壁的上部锚固组件处和灌注桩顶面的下部锚固组件处连接钢绞线，并采用下部张拉的方式将钢绞线下端固定至下部锚固组件处，以使所述各段新增钢塔筒通过预应力钢绞线与原有风机基础外围的灌注桩相连;然后再由下至上逐段吊装原有钢塔筒，通过螺栓组件将原有钢塔筒底端的法兰结构与新增钢塔筒顶端的法兰结构连接，通过螺栓组件连接原有钢塔筒的各段钢塔筒；增高后的风电机组由上至下依次为风机机头、原有钢塔筒、新增钢塔筒以及原有风机基础。2.根据权利要求1所述的一种风电机组预应力拉线式塔架增高方法，其特征在于:在吊装新增钢塔筒前包括以下步骤（1布置桩位，浇筑混凝土灌注粧并预埋地脚螺栓，养护期过后在灌注粧顶面安装钢绞线的下部锚固组件；（2将原始风机机头和塔筒吊起并就地安置。3.—种风电机组预应力拉线式塔架增高结构，其特征在于:该风电机组预应力拉线式塔架增高结构包括新增钢塔筒、预应力钢绞线、多个灌注粧，新增钢塔筒由一段或多段钢塔筒组成;增高后的风电机组由上至下依次为风机机头、原有钢塔筒、新增钢塔筒以及原有风机基础，多个灌注桩在原有风机基础的外围均匀布置；新增钢塔筒顶端的法兰结构设置为与原有钢塔筒底端的法兰结构相适配，新增钢塔筒底端的连接结构设置为与原有风机基础相适配的法兰结构；新增钢塔筒顶端的法兰结构具有加强结构；当新增钢塔筒由多段钢塔筒组成时，相邻钢塔筒由法兰结构连接，并且下方钢塔筒的上端法兰结构具有加强结构；新增钢塔筒最下端的连接结构设置为与原有风机基础相适配的法兰结构；各段新增钢塔筒的上端外侧设置预应力拉线的上部锚固组件；原有钢塔筒底端法兰结构与新增钢塔筒顶端法兰结构通过螺栓组件相连，各段新增钢塔筒通过法兰结构和螺栓组件相连，新增钢塔筒底端的法兰结构与原有风机基础相连；灌注桩顶部预埋地脚螺栓，利用预埋地脚螺栓固定预应力拉线的下部锚固组件，所述新增钢塔筒的各段钢塔筒的上端分别通过各自的预应力钢绞线与灌注桩相连，钢绞线上端锚固至上部锚固组件处，经张拉预紧后下端固定至灌注桩顶部的钢绞线下端锚固组件处。4.如权利要求3所述的一种风电机组预应力拉线式塔架增高结构，其特征在于:所述加强结构包括在钢塔筒上端内壁处焊接环向加劲板和纵向加劲板。5.如权利要求3所述的一种风电机组预应力拉线式塔架增高结构，其特征在于:钢绞线沿塔筒环向均匀布置，灌注桩的布置与预应力钢绞线对应。6.如权利要求3所述的一种风电机组预应力拉线式塔架增高结构，其特征在于:新增钢塔筒的各段钢塔筒上下两端均加工成L形法兰，并在各段钢塔筒的上端焊接2层环向加劲，和纵向加劲板，L形法兰的法兰板和环向加劲板中间预设螺栓孔;所述纵向加劲板、环向加劲板与塔筒内壁焊接。

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