[發明專利]海上風電塔架結構

有效

• 申請號: 201310181521.7
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103291562A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 馬宏旺
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00;F03D11/04
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及風電塔架技術領域，尤其涉及一種容量在3MW以上、輪觳高度大于80m的海上風電塔架結構。

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背景技術

目前，全球風電市場發展的特點是風力發電機組單機容量不斷擴大，2-3MW級風機已是國際市場的主流機組，丹麥部分風電場已在使用容量為5MW的風機，塔架高度都在80m以上。陸上風電單機容量已達到6MW，海上風電已經達到10MW，且更大容量的風機正在研發中。大容量風機意味著風機重量、葉片長度的增加，因而作用在塔架上的荷載也相應增加，這就需要塔架擁有更大的強度、剛度和高度。這也導致傳統的鋼椎管塔架直徑越來越大、壁厚增加、鋼材用量大幅增加，如3MW風電機安裝輪觳高度為80m時，塔架重160噸，如果塔架升到105m，重量將達到285噸，因而大大增加了塔架的材料、制造、運輸和安裝等費用。

對于現代大型風力發電機組，通常采用鋼制錐筒式塔架，該塔架一般由若干段20-30m的錐筒用法蘭連接而成，塔架由底向上直徑逐漸減小，整體呈圓臺狀。該類塔架的優點是具有良好抵抗各個方向荷載的能力、安全性能好、良好的視覺效果，并且安裝省時、維修方便。但隨著風電機單機容量增加，不斷需要增加塔架的強度、剛度以及高度，這就需要增加塔架的直徑、塔壁的厚度。塔架直徑和壁厚的增加，帶來的問題是大大增加了材料費用、運輸費用和加工安裝費用。塔壁的增厚，使鋼板的卷曲和焊接變得困難。且由于整體穩定性的要求，限制了高強鋼材的應用。同時，海洋環境下對鋼材的防腐處理也增加了額外的費用。另外，大型風機塔架一般設計成柔性塔架，為防止共振，其一階固有頻率需避開風輪激振頻率，工程上一般要求控制在±10％左右。而鋼管塔架阻尼較小，動力性能較差，水平荷載作用下變形較大，易造成疲勞破壞。

為了解決這個問題，針對大型風電機組，研發可代替傳統鋼錐管塔架成為風電發展中需要解決的問題。而混凝土作為常用的一種建筑材料，已被廣泛應用于各種結構中，且相對于鋼結構，混凝土結構阻尼較大，動態性能好，可以現澆、也可以預制，耐久性好，日常維護費用較低。研究表明，塔架高于90m后，混凝土塔架逐漸顯示出其經濟優勢。在目前已有的一些研究，一般針對陸上風電塔架。但是對于海上風電，由于預應力混凝土塔架需由若干片預制構件經螺栓和預應力索連接而成，施工時間長，增加了安裝成本和施工不確定性；另外，在風和波浪長期動載作用下，可能存在由螺栓松動和預應力松弛導致塔架結構整體性能下降；在海洋強腐蝕環境下，連接螺栓和預應力筋腐蝕也增加了日常維護費用；此外，混凝土塔架自重較重，地震對其造成的影響較大，增加了基礎建設和運輸安裝中安全費用的投入。

公開號為CN202500731U的中國實用新型專利公開了一種體內預應力鋼-混凝土風電塔架，這種風電塔架包括混凝土段和鋼結構段，以及連接二者的過渡段，按照混凝土段、過渡混凝土段、過渡鋼結構段、鋼結構段依次連接；所述過渡鋼結構段和所述過渡混凝土段用雙頭螺栓連接，同時還通過鋼絞線連接。該實用新型實現了風電塔可以分段單獨運輸再現場組裝，降低了運輸和吊裝的難度，也一定程度上降低了法蘭受力不均的風險。但是，由于錐筒式的塔架結構的局限性，已難以滿足海上風電塔對于塔架高度、強度的高要求，也不易解決由此帶來的成本上升問題。

鑒于此，如何提供一種合理的風電塔架、能夠實現海上風電塔對于塔身高度、塔體強度的更高需求，并同時兼顧成本和安全，是本領域技術人員需要解決的技術問題。?

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發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種海上風電塔架結構，以提高海上風電塔架結構的性能。

所述海上風電塔架結構包括塔筒結構以及肋板結構，其中：

所述塔筒結構的橫截面呈中空的正八邊形結構；

所述正八邊形結構的每條邊的中心位置均固定有一肋板結構，且所述肋板結構向所述塔筒結構的內部突出，并沿著塔筒結構的內壁呈縱向延伸。

在本發明的一個實施例中，所述塔筒結構以及所述肋板結構的材料為混凝土。

較佳地，所述混凝土為碳纖維混凝土。

在本發明的一個實施例中，所述海上風電塔架結構還包括無粘結預應力筋；所述塔筒結構上設置有預應力筋孔洞，所述預應力筋孔洞在所述塔筒結構的橫截面上呈均勻分布，并沿著塔筒結構的塔壁呈縱向延伸；所述無粘結預應力筋縱向穿設在所述預應力筋孔洞內。

在本發明的一個實施例中，所述塔筒結構包括若干相互連接的塔筒構件單元。