[发明专利]一种预应力中空夹层钢管混凝土风电塔筒及其组合式基础

说明书

本发明公开了一种预应力中空夹层钢管混凝土风电塔筒及其组合式基础，涉及陆上风力发电技术领域。该体系包含风机、上部钢塔、中空夹层钢管混凝土塔筒、预应力筋、承台、桩基础。所述的中空夹层钢管混凝土塔筒分段预制，各段之间采用高强灌浆料连接；在所述的中空夹层钢管混凝土塔筒顶部预埋螺栓与上部钢塔连接。所述的预应力筋始于中空夹层钢管混凝土塔筒顶部，止于基础底部，采用后张法施工。在所述的承台空腔顶部布置焊接栓钉和竖向抗剪钢板的环形水平钢板。该体系构造简单，整体稳定性好，是一种全新的陆上风电塔筒和基础形式，非常适用于低风速高塔建设。结构体系采用装配式施工方法，可显著保证施工质量、提高施工效率、降低施工措施费用。

技术领域

本发明涉及陆上风力发电技术领域，尤其涉及低风速高塔筒技术领域。

背景技术

风电能源作为一种清洁的可再生低碳能源，越来越受到人们的关注与重视。近年来随着全球风电工业的持续快速发展，风机的平均高度已经超过80m，更大的叶轮直径和更高的塔筒已成为风电发展的主流趋势。塔筒作为风力发电机的重要组成部分，主要作用是支撑叶轮与机舱，并将发电机组送到设计高度处获得足够的风能带动发电机发电。

钢制塔筒作为大型风力发电机组塔筒的主流结构形式，目前存在以下一些问题：成本随着塔筒高度的增加成指数规律增加；塔筒高度增加时振幅较大、频率变低，易与风电机组发生共振；以2MW机组为例，当塔筒高度大于90m时，其底部直径范围一般处于4m～4.7m，超过了一般公路限高4.5m的要求，运输困难；钢制塔筒易腐蚀，维护成本高。因此，为了充分开发低风速、超低风速区域的风电资源，需要对传统钢制塔筒形式做出改进，研发出性能最佳的新型塔筒及其基础形式。

发明内容

本发明提出一种预应力中空夹层钢管混凝土风电塔筒及其组合式基础，下部塔筒为中空夹层钢管混凝土结构，内外钢管代替构造钢筋作用的同时起到了施工模具的作用，施工方便、有效降低钢管厚度、降低用钢量。对中空夹层钢管混凝土塔筒采用后张法施加预应力，充分利用混凝土的抗压性能，结构的整体性能好。承台设计采用组合结构的原理，在承台空腔顶部布置焊接栓钉和竖向抗剪钢板的环形水平钢板，栓钉增强了混凝土与环形水平钢板的粘结作用，环形水平钢板代替受拉钢筋作用的同时缓解了锚具处混凝土的应力集中现象，竖向抗剪钢板代替了抗剪钢筋的作用，承台的设计使得施工更加便捷。结构体系全部采用装配式施工方法，可显著保证施工质量、提高施工效率、降低施工措施费用。

本发明的技术方案如下：

一种预应力中空夹层钢管混凝土风电塔筒及其组合式基础，该体系包含风机、上部钢塔、中空夹层钢管混凝土塔筒、预应力筋、承台、桩基础；所述的中空夹层钢管混凝土塔筒分段预制，各段之间采用高强灌浆料连接。

在所述的中空夹层钢管混凝土塔筒顶部预埋螺栓与上部钢塔连接。

在所述的中空夹层钢管混凝土塔筒和承台中预留张拉预应力筋的孔道，预应力筋始于中空夹层钢管混凝土塔筒顶部，止于基础底部，采用后张法施工。

在所述的预应力筋的锚具处的预留孔道配置钢管，实现对混凝土的局部约束作用，防止混凝土的劈裂。

在所述的承台空腔顶部布置焊接栓钉和竖向抗剪钢板的环形水平钢板。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)下部塔筒为中空夹层钢管混凝土结构，内外钢管代替构造钢筋作用的同时起到了施工模具的作用，施工方便、有效降低钢管厚度、降低用钢量；

(2)对中空夹层钢管混凝土塔筒采用后张法施加预应力，充分利用混凝土的抗压性能，结构的整体性能好；

(3)承台设计采用组合结构的原理，环形水平钢板代替受拉钢筋作用的同时缓解了锚具处混凝土的应力集中现象，竖向抗剪钢板代替了抗剪钢筋的作用，承台的设计使得施工更加便捷。