[发明专利]一种考虑模具通用性的分片预制装配式混塔设计方法

说明书

本发明提供一种考虑模具通用性的分片预制装配式混塔设计方法，包括：根据机组参数、吊装设备、荷载水平等基本条件，以各截面承载能力、塔架频率及叶片净空是否满足设计要求为判据，确定参考项目的混塔体型及模具体系；比较新项目与参考项目的机组参数及风机荷载，保证锥度一致的前提下，通过向下(或向上)增加(或减少)数段混凝土塔筒节段的方式，确保中间大部分塔筒节段不变，以实现模具通用性设计的目的，并通过微调混凝土强度等级、预应力筋数量等，实现设计方案的经济最优化效果。本发明可适配不同高度塔筒、不同荷载水平风电机组的设计需求，设计高效、节约成本，是预制装配式混塔通用性设计的一种较优技术方案。

技术领域

本发明属于陆上风电混凝土塔筒技术领域，具体涉及一种考虑模具通用性的分片预制装配式混塔设计方法。

背景技术

随着我国风资源的进一步开发利用，风力发电机组逐步向大功率化、高空化发展，传统全钢塔筒技术已很难满足大刚度、大直径的风力发电机组塔架需求。近几年预制装配式混塔在风电领域得到了广泛关注，这种结构下部采用混凝土塔筒，上部采用常规钢制塔筒，同时具备混凝土塔筒的刚度优势和钢塔筒的快速施工优势，可有效弥补柔性钢塔低刚度、小直径的缺点，具有向高空化发展的优势。

混塔下部的混凝土塔筒由若干中空圆台形预制塔筒段竖向连接而成，分段方式为水平分段；每一段塔筒段由多片圆弧形预制混凝土分片环向连接而成，分片方式为竖向分片。

常见混凝土塔筒主要结构型式之一为锥筒式，锥筒式塔筒各段直径由下至上递减，能够确保混凝土塔筒各截面高程处的承载能力均匀变化，不易产生应力集中。然而，因这种塔筒型式的各段尺寸均不相同，在混凝土预制生产前需要定制较多模具，且高精度的模具造价昂贵，对施工效率与成本造成一定影响。因此，如何合理设计塔筒分段及尺寸，以确保模具通用性，控制混凝土塔筒生产周期与投资成本，成为今后风电行业预制装配式混塔技术所要面临的新的挑战和难题。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种分片预制装配式混塔设计方法，提出创新的设计流程，实现混凝土塔筒模具的通用性，达到经济高效的目的；设计方法可以满足不同高度塔筒的设计需求，适配不同荷载水平和单机容量的风电机组。本发明采用以下技术方案：

分片预制装配式混塔设计方法的控制性设计要素在于塔筒尺寸、混凝土强度、预应力筋张拉力值、塔架频率和风电机组净空。

一种考虑模具通用性的分片预制装配式混塔设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)根据参考项目的机组参数、吊装设备条件，初步确定混凝土塔筒段与钢塔筒段的高度比例，并假定一个初始混凝土塔筒锥度值；

(2)根据参考项目塔筒底部的荷载水平，选择合适的混凝土强度等级及预应力筋张拉力值，计算确定混凝土塔筒段底部截面的外径、内径与壁厚；

(3)根据混凝土塔筒段高度、锥度及底部截面尺寸，计算得到选定的各不同高程的混凝土塔筒段截面尺寸，从而确定混凝土塔筒初步体型；

(4)针对初定的混凝土塔筒体型，进行所述截面承载能力校核分析；若混凝土塔筒各所述截面设计指标均满足设计要求且安全冗余度相当，则进行第(5)步；若混凝土塔筒各所述截面设计指标存在不满足设计要求或安全冗余度差别较大的情况，则返回第(1)步，调整塔筒体型参数，包括混凝土塔筒锥度、截面尺寸；

(5)混凝土塔筒段体型确定后，根据混凝土塔筒段顶部截面尺寸及风机接口法兰尺寸差值确定钢制转换段及选定的各不同高程的钢塔筒段截面直径，并根据承载能力计算确定钢板壁厚；

(6)混凝土塔筒段和钢塔筒段尺寸确定后，需复核混塔的频率以及叶片净空是否满足风电机组的设计要求，以规避混塔与风机共振或扫塔的风险；若频率和净空满足设计要求，则进行第(7)步；若不满足，则返回第(1)步，调整塔筒体型参数，包括混凝土塔筒高度、锥度、截面尺寸；