一种考虑模具通用性的分片预制装配式混塔设计方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。通用性设计的一种较优技术方案。通用性设计的一种较优技术方案。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑模具通用性的分片预制装配式混塔设计方法


[0001]本专利技术属于陆上风电混凝土塔筒
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。本专利技术采用以下技术方案：
[0006]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。
[0007]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：
[0008](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；
[0009](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；
[0010](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；
[0011](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；
[0012](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；
[0013](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；
[0014](7)为满足混凝土塔筒的正常道路运输要求，对混凝土塔筒段进行分段、分片切割，确定各分段、分片的尺寸；
[0015](8)根据混凝土塔筒分段、分片的尺寸，设计混凝土塔筒的整套模具；通过将每一分段等分成若干分片，实现同一分段的若干分片共用同一个模具；
[0016](9)考虑不同项目、不同机型、不同轮毂高度之间的模具通用性，针对新项目的设计，将新项目的机组参数、风机荷载与参考项目情况进行比较分析；
[0017](10)当新项目的风机荷载与参考项目相比明显偏大或偏小时，在保证塔筒锥度不变的情况下，通过上下延伸或缩减混凝土塔筒节段以满足承载能力需求，从而实现混塔体型快速设计；也即：若新项目风机荷载偏大，在塔筒下部适当增加混凝土塔筒节段；若新项目风机荷载偏小，在塔筒下部适当减少混凝土塔筒节段，上部根据钢塔筒的承载能力以及吊装设备能力适当增加、保持不变或减少混凝土塔筒节段；
[0018](11)新项目混塔体型确定后，根据塔筒结构承载能力冗余度情况，通过在一定范围内适当调整混凝土强度、预应力筋张拉力值，实现混凝土塔筒各分段界面的截面设计指标均满足设计要求，并达到设计方案的经济最优化效果；
[0019](12)根据新项目混凝土塔筒节段增减情况，对少量新增的塔筒节段模具进行设计，实现大部分模具的通用性。
[0020]进一步地，上述步骤(4)中所述的设计指标包括但不限于：各截面抗弯承载力、抗倾覆稳定性、竖向承载力、水平抗剪承载力、裂缝宽度、疲劳应力水平等。
[0021]进一步地，上述步骤(7)中各分段、分片之间可采取灌浆湿式连接，也可以采取螺栓组件干式连接。
[0022]进一步地，步骤(3)、(4)中所指的各不同高程为混凝土塔筒段各分段的界面所对应的高程。
[0023]进一步地，步骤(5)中所指的各不同高程为钢制转换段界面及钢塔筒段各分段界面所对应的高程。
[0024]进一步地，除延伸或缩减混凝土塔筒节段，其它的混凝土塔筒分段使用步骤(8)所述的模具。
[0025]根据本专利技术目的的第二个方面，本专利技术提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述考虑模具通用性的分片预制装配式混塔设计方法的步骤。
[0026]根据本专利技术目的的第三个方面，本专利技术提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述考虑模具通用性的分片预制装配式混塔设计方法的步骤。
[0027]本专利技术提供的一种预制装配式混塔设计方法，便于新项目进行快速高效设计并最大化地利用参考项目的模具。进一步地，本专利技术的方案灵活性强，在保持塔筒锥度不变的前提下，通过向下(或向上)增加(或减少)混凝土塔筒节段数的方式，确保中间大部分塔筒节段不变，实现对不同单机容量、轮毂高度、风机荷载的风电机组的通用适配，从而保证了塔筒模具的通用性，达到高效设计的目的。
[0028]并且，本专利技术通过利用通用段模具生产管片，可减少新开模具的数量，大幅缩减模具的制作周期，有利于缩短混凝土塔筒管片生产工期，同时节约模具制作成本，达到降本增效的目的。
[0029]本专利技术的技术方案在兼顾模具通用性的同时，也可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。
附图说明
[0030]图1是本专利技术一种预制装配式混塔设计流程图。
[0031]图2是本专利技术实施例中，经本专利技术设计方法设计的新项目和参考项目预制装配式混塔整体分段对比图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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；(7)为满足混凝土塔筒的正常道路运输要求，对混凝土塔筒段进行分段、分片切割，确定各分段、分片的尺寸；(8)根据混凝土塔筒分段、分片的尺寸，设计混凝土塔筒的整套模具；通过将每一分段等分成若干分片，实现同一分段的若干分片共用同一个模具；(9)考虑不同项目、不同机型、不同轮毂高度之间的模具通用性，针对新项目的设计，将新项目的机组参数、风机荷载与参考项目情况进行比较分析；(10)当新项目的风机荷载与参考项目相比偏大或偏小时，在保证塔筒锥度不变的情况下，通过上下延伸或缩减混凝土塔筒节段以满足承载能力需求，从而实现混塔体型快速设计；也即：若新项目风机荷载偏大，在塔筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：张栋梁，付坤，赵初，李天昊，彭子腾，姜贞强，罗金平，杨文斌，汤群益，俞华锋，王飞，孙杏建，袁中帅，朱康富，李宏杰，
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，
类型：发明
国别省市：