2024预应力抗疲劳构架式钢管风电塔筒技术.docx

Prstres.edLaticeAnti-fatigueWindTurbineTower

预应力抗疲劳构架式钢管风电塔技术

Part1低风速区高风塔方案

Tallwindturbinetowersinlow-wind-speedareas

风电发展区域转换zoneTransferofwPD

我国电力消纳矛盾：

国际可再生能源机构(IRENA):三北地区风资源丰富，能源需求少

中东部地区风资源相对匮乏，电力需求高

单机容量大型化是国际风电发展趋势之一

自1985年以来，轮毂高度和叶轮尺寸不断提升

矛盾解决方法：

》改变三北地区能源消耗配置》专用特高压输电线路建设

》风场布局由三北向中东部低风速高负荷区转移

转移中求生存之法SuryivalMethodsunderZoneTransfer

低风速区风塔方案：

》提高效益的主要方法为提高风轮直径和轮毂高度，以产生经济效益

即在低风速区建立更高、叶片更大的风塔，以获取更多且更平稳的风资源“风塔大型化”带来的结构变化：

》塔身弯矩M约正比于塔高h的1.5次方》结构变形约正比于塔高h的2次方

》支撑结构用钢量约正比于塔高h的1.5次方

塔架高度(m)

》结构频率随刚度减少而下降，更易与风机叶轮共振

》钢塔筒结构若不调整，局部稳定要求(径厚比)限制筒径加大，材料效率低》钢塔筒结构阻尼比低，不利于抑制共振，需要依靠控制系统调节

转移中求生存之法SurvivalMethodsunderZoneTransfer

高风塔——柔性方案：

结构基频低于风机转动卓越频率的风塔(从启动到正常发电必然会经过结构共振区)

柔性塔优点：

》采用传统结构制造技术

》避免共振的前提下，强度可满足要求》结构重量轻(塔高120米以内)

柔性塔缺点：

》刚度小，启动过程必然经过共振区

》钢塔筒结构阻尼比低，不利于抑制共振》在安装过程中易于引起横风向涡激振动

》控制系统可以抑制共振，前提是确保所有元器件长期有效

》当塔的基频与风机卓越频率较接近时，控制系统以抑制共振为目标，不以高效发电为目标，损失一定发电量

转移中求生存之法SurvivalMethodsunderZoneTransfer

高风塔——刚性方案：

刚性方案特点在于结构刚度大，阻尼比大，可直接有效避免塔身与机头的共振目前已有的刚性塔方案大多为混凝土结构或钢-混组合结构

但相比于全钢结构塔而言，混凝土塔施工过程铺场大、周期长，工业化程度较低

渐变形全现浇混凝土塔

翻模或滑模现浇体外预应力

板状预制拼接混凝土塔

环向多板拼接体外预应力

分段变径预制混凝土塔

分段变径环状预制体外预应力

钢-预应力混凝土复合塔

下段现浇混凝土上段钢塔筒

Part2全钢结构刚性塔

SteelRigidWindTurbineTower

结构组成StructuralComposition

构架式刚性塔方案：

塔身采用全钢结构，以提升刚性风塔的工业化程度

将钢结构全塔身或塔身底部设计为构架式，以节省材料并提高刚度

塔身结构分为构架式塔架和锥台形塔筒两部分，中间由过渡段连接

构架式刚性塔特点：

》刚度大，承载能力高

》底部构架式结构材料利用率高，用钢量省》工业化制造、散件运输

》基础受力小、造价低

结构组成StructuralComposition

四边形全钢构架塔组成：

传统塔筒

转换过渡段

构架式塔架

独立基础+连梁

结构组成StructuralComposition

八边形

八边形全钢构架塔组成：

传统塔筒

构架式塔架

转换过渡段

独立基础+连梁

已建成构架塔方案SteelAngleWindTurbineTower构架式角钢塔方案：

国内已建成120米四边形构架式角钢塔，每根塔柱由四根大规格角钢拼接而成，横斜杆均为单角钢，连接全部用摩擦型高强螺栓。由于叶片做了特殊仰角改造，避免运行过程扫塔，因此塔

身桁架段较长，而塔筒段较短。

可进一步优化的地方：

》塔高超过120米后，塔柱角钢规格受限，采购困难》角钢迎风体型系数大，塔身所受风荷载大

》角钢截面回转半径i小，稳定折减多，材料效率低

构架式钢管塔SteelTubeWindTurbineTower

构架式预应力钢管塔方案：

》塔柱采用圆钢管替代角钢，提高了材料效率，降低了塔身所受风荷载，120m塔架可节省约15%用钢量；

》构架塔段可采用四边形、六边形或八边形等，分别对应不同形式的转换过渡段；

》塔架斜腹杆可采用双拼C型槽钢，用摩擦型高强螺栓连接；或斜杆采用预应力镀锌钢绞线，做柔性拉索，进一步节省钢材；

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