本实用新型涉及风力发电技术领域，更具体地，涉及一种塔筒段、混凝土塔架及风力发电机组。
背景技术：
近年来，风电开发期望趋向于用电需求更大的东部和南部低风速区域，为了充分开发低风速、超低风速区域的风电资源，期望增加塔架高度，为此，已经开发了钢混塔架(由上部钢制塔架和下部混凝土塔架构成)。
图1示出了钢混塔架的一种现有结构形式。如图1所示，下部为基础1，上部为混凝土塔筒2，混凝土塔筒2的上方为钢制塔筒4，混凝土塔筒2通过穿过塔筒体内预留的孔道的体内预应力索(体内索)3而被竖向紧固连接。
该钢混塔架整体为空心基础内预应力索结构。混凝土塔筒2可以预先制作，制作时沿竖向分为多个塔筒段，安装时通过体内预应力索3将基础1和混凝土塔筒2以及钢制塔筒4连接成一个整体。
每个塔筒段还可以沿着环向分为多片，相邻两片两两拼接在一起，形成一个塔筒段。图2示出了现有的钢混塔架的塔筒分片之间的拼接节点构造，如图2所示，制作每个塔筒分片时在塔筒分片的环向端部先预留水平钢筋6和槽5，组装时，先将片与片之间移动到指定位置，然后将两个塔筒分片的水平钢筋6彼此交错布置，再在交错的水平钢筋6中放置竖向钢筋7，竖向钢筋7长度与每段塔筒高度相仿，然后支模板，在槽5内灌浆将相邻的两个塔筒分片组成整体，然后利用体内预应力索3将混凝土塔筒2、基础1和钢制塔筒4连接成整体结构。
对于上述钢混塔架，由于使用体内预应力索，需要预先在混凝土塔筒内预留孔道，段与段之间安装时孔道需要彼此对齐，若施工稍有差错即容易造成孔道错位安装困难。此外，由于索在塔筒体内，且孔道较窄且较长，因此穿索工艺较复杂困难，要求较高。另外，因为使用的是体内预应力索，所以壁厚要包括孔道位置，壁厚较厚，因此耗费材料。
此外，对于如图2所示的环向拼接构造而言，因为要预留灌浆槽且需要为水平钢筋6留出空间，因此片与片之间灌浆缝隙过大，造成灌浆费用高。另外，片与片、段与段之间连接均要凿毛，因此多一道工艺，施工任务加重，且凿毛质量不宜把控，凿毛后，更加容易增加灌浆料等材料的使用量。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型旨在提供一种能够减少混凝土用量且降低穿索难度的用于风力发电机组的塔筒段、混凝土塔架以及风力发电机组。
根据本实用新型的一个方面，提供一种用于风力发电机组的塔筒段，所述塔筒段包括在环向上彼此连接的多个塔筒分片，相邻的塔筒分片之间的竖向缝中设置有填充件，并且相邻的塔筒分片通过沿环向同时穿过所述相邻的塔筒分片的接头连接件而被环向连接。
可选地，所述塔筒分片可包括沿着环向方向穿过所述塔筒分片的环向侧表面和径向侧表面的环向孔道，所述接头连接件可从两个相邻的塔筒分片的其中一个的径向侧表面穿入，从另一个塔筒分片的径向侧表面穿出，并且两端固定在所述塔筒段上，所述接头连接件可以为弯的、直的或折线形的，所述环向孔道可具有与所述接头连接件匹配的形状。
可选地，所述填充件可以为结构胶、灌浆料或预先形成的柔性板。
可选地，所述塔筒分片的一个或两个环向侧表面上可设置有定位凸起，所述定位凸起可从所述环向侧表面突出预定高度，所述填充件的厚度可大于或等于所述预定高度。
可选地，所述塔筒分片的纵向端表面可设置有定位凹槽，用于容纳纵向定位销；和/或所述塔筒分片的环向侧表面可设置有定位凹槽，用于容纳环向定位销。
可选地，所述塔筒分片的纵向端表面的边缘部可设置有用于容纳防水件的密封槽，所述密封槽可以为在所述塔筒分片的纵向端表面上沿着环向延伸的圆形或弧形。
可选地，相邻的两个所述塔筒分片的环向侧表面上可分别形成有突起以及与所述突起配合的结合凹槽。
根据本实用新型的另一方面，提供一种用于风力发电机组的混凝土塔架，所述混凝土塔架包括在竖向上彼此连接的多个如上所述的塔筒段。
可选地，多个所述塔筒段可通过在竖向上跨过所述多个塔筒段的体外索而被竖向紧固连接。
可选地，所述混凝土塔架还可包括位于最上部的塔筒段上方的加厚塔筒段，所述体外索的一端可紧固到所述加厚塔筒段，所述体外索的另一端可紧固到所述混凝土塔架的基础上。
可选地，每个塔筒段的纵向端表面可设置有定位凹槽，在竖向上彼此相邻的塔筒段的相邻纵向端表面上的定位凹槽可彼此对齐，并且纵向定位销可放置在彼此对齐的两个定位凹槽中。
根据本实用新型的又一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的混凝土塔架。
通过采用上述用于风力发电机组的混凝土塔架，能够减少混凝土用量、降低对孔的施工难度、降低穿索难度，且能够降低灌浆料和钢筋等材料的使用，从而降低成本。
附图说明
图1是示意性地示出现有的塔架的立面图；
图2是示意性地示出现有的塔架的环向拼接节点构造的示意图；
图3是示意性地示出根据本实用新型的混凝土塔架的立面图；
图4是示意性地示出根据本实用新型的混凝土塔架的平面图；
图5是示意性地示出根据本实用新型的塔筒分片的立面图；
图6是示意性地示出根据本实用新型的塔筒分片之间的环向拼接节点构造的示意图；
图7和图8是示意性地示出根据本实用新型的用于环向连接塔筒分片的接头连接件的示例的示意图。
图9是示意性地示出根据本实用新型的塔筒分片的平面图；
图10是示意性地示出根据本实用新型的塔筒段之间的环向缝的示意图；
附图标记说明：
1-基础；2-混凝土塔筒；3-体内预应力索；4-钢制塔筒；5-槽；6-水平钢筋；7-竖向钢筋；10-塔筒分片；20-体外索；30-加厚塔筒段；11-填充件；13-定位凸起；14-吊装用埋件；15-定位限位装置；16-垫片；17-密封槽；15-1-预埋件；15-2-定位销；18-环向孔道；18-1-一端；18-2-另一端；19-接头连接件。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好地理解本实用新型的技术构思，下面将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的部件。
如图3所示，混凝土塔架在竖向上分为多个段，每一段可以被称为一个塔筒段，每个塔筒段在环向上由多个塔筒分片10组成。
根据运输和安装需要，通过将塔筒沿着竖向分成若干段及沿着环向分成若干片，由此可以减小塔筒段的宽度、高度以及重量等，可以解决在运输安装等方面发生的超宽、超高以及重量方面的问题。
如图4所示，塔筒段包括在环向上彼此连接的多个塔筒分片10，例如，如图所示包括4个塔筒分片10，相邻的塔筒分片10之间的竖向缝中可设置有填充件11。此外，相邻的塔筒分片10通过同时穿过该相邻的塔筒分片10的接头连接件19(如图7和图8所示)而被环向连接成整体，这在下文将进行详细描述。
图5示出了塔筒分片10的立面图，塔筒分片10的高度和宽度可依据实际情况而进行调整。塔筒段一般为圆环状，但也可以是其它形状，例如多边形等形状。
塔筒分片10可以包括沿着环向方向穿过塔筒分片10的环向侧表面和径向侧表面的环向孔道18，当两个塔筒片拼接时，两者的环向侧表面相互面对，使得环向孔道18能够相面对并相互连通。接头连接件19从两个相邻的塔筒分片10的其中一个的径向侧表面穿入，从另一个塔筒分片的径向侧表面穿出，并且两端固定在塔筒段上。更具体地，环向孔道18的一端18-1位于塔筒分片10的环向侧表面上，环向孔道18的另一端18-2位于塔筒分片10的径向侧表面上。在本实用新型的示例中，环向孔道18的另一端18-2位于塔筒分片10的径向内侧表面上。可选地，环向孔道18的另一端18-2还可以位于塔筒分片10的径向外侧表面上。
图6至图8更清楚地示出了环向孔道18和接头连接件19的结构。图6示出了塔筒分片10之间的环向拼接节点构造。塔筒分片10在制作时预留环向孔道18，在现场分片连接时，将两个塔筒分片10的环向侧表面对准，然后将接头连接件(例如，螺栓)19穿过这两个塔筒分片10的环向孔道18，并对接头连接件19进行紧固，从而将两个塔筒分片10连接在一起。可选地，可在将接头连接件19穿入环向孔道18中并对其进行紧固之后，在环向孔道18中加入填充物(填充物可以是灌浆料或其它填充材料)，填充物可在环向孔道18内固化以与塔筒分片10形成整体，从而在连接的两个塔筒分片10之间形成抗剪键，具有增强受力性能并提供密封的作用。
优选地，接头连接件19可以为弯的(如图7所示)、直的(如图8所示)或折线形的等，环向孔道18可以具有与接头连接件19匹配的形状，例如，环向孔道18整体上可以是弯的(如图6所示)、直的、水平的、斜的或折线形的等。此外，接头连接件19可以包括预应力或者不包含预应力。接头连接件19的数量和安装位置可以依据计算和工艺需要而进行设置。
环向孔道18可以为预留孔，在现场连接时，使接头连接件19从一个塔筒分片10的径向内侧表面穿入，然后从另一个塔筒分片10的径向内侧表面穿出，然后使接头连接件19的两端分别固定在塔筒分片10的内侧即可实现两个塔筒分片的连接。优选地，可以在塔筒分片10的径向内侧设置用于操作和固定接头连接件19的凹入部。此外，当条件允许时，也可以在塔筒分片10的径向外侧进行固定，或内外固定等。
另外，相邻的塔筒分片10的环向侧表面可以整体上为平面，其之间的竖向缝中可设置有填充件11，以防止片与片之间硬接触而造成彼此损伤以及连接处存在缝隙密封不良等情况发生，且可以起到调整受力的作用，使塔筒分片10间受力较均匀。优选地，填充件11可以是预先形成的柔性板，例如橡胶材质的薄板，或者填充件11可以是结构胶。在对塔筒分片10进行环向拼接之前，可以先将柔性板固定在塔筒分片10的环向侧表面上或者在环向侧表面上涂覆结构胶，然后进行拼接。如果使用结构胶，可以在相邻的塔筒分片10之间提供拉力和剪力等作用。此外，填充件11还可以是灌浆料，可以在将塔筒分片10环向连接之后，对相邻的塔筒分片10之间的缝隙灌入灌浆料，灌浆料可以与塔筒分片10的混凝土材料相同，从而使相邻的塔筒分片10形成为一体。填充件11的厚度可以为毫米级，例如3mm。
此外，如图5和图9所示，塔筒分片10的环向侧表面上可设置有定位凸起13，定位凸起13可从环向侧表面突出预定高度，用于辅助确定填充件11的填充厚度。定位凸起13也可以称为填充件厚度参考结构。当填充件11为需要额外涂覆在塔筒分片10的环向侧表面上的液体材料(例如，结构胶)时，设置定位凸起13非常有利。填充件11的填充厚度可以等于或大于定位凸起13的突出高度，尽量避免定位凸起13受到相邻的塔筒分片10的挤压力。可以在塔筒分片10的一个或两个环向侧表面上设置定位凸起13。
在预制塔筒分片时，可使定位凸起13与塔筒分片10的本体一起制作成型。定位凸起13可以为混凝土材质，也可以为其他材质，如钢材等，但材料性能(如强度方面)应等于或高于此位置混凝土或填充件11的材料性能，以免造成薄弱点。制作时，可以与塔筒一起浇筑成型；也可以先将塔筒段制作成型(不包括定位凸起13)，然后采用后加的方式，如利用膨胀螺栓进行加固定位，或后期采用其他方式(诸如涂抹方式)来准确确定定位凸起13。
本实用新型通过在竖向缝中设置填充件并利用环向接头连接件即可将塔筒分片进行环向(水平向)连接，诸如结构胶或柔性板的填充件既可以填充缝隙、保证密封性，又可以防止硬接触、摩擦损耗和局压等情况发生，可以很好地保证其工作性能。此外，如果填充件的结构强度较好，还可以增加塔筒分片10之间的连接强度。
此外，再次参照图6，从塔筒分片10的平面图来看，塔筒分片10之间的环向拼接缝隙可以是折线形缝，例如，相邻的两个塔筒分片10的环向侧表面上可分别形成有突起以及与该突起配合的结合凹槽，突起和结合凹槽可以在竖向方向上贯穿塔筒分片10的整个高度或高度的一部分，从而使环向拼接缝隙形成为折线形缝，这种构造不仅可以阻隔外界水等物质，加长外界物质进入的路径，可以起到较好的密封作用，且可以提供一定的水平向抗力，防止此处因水平力(如剪力)过大而产生位移等。
此外，因为塔筒竖向分段，水平分片，所以需要片与片在竖向上和环向(水平方向)上彼此之间进行位置校准，此工作可以通过接头连接件19、定位凸起13、底部标高(未示出)以及其它内外壁厚错台控制来进行片与片之间的位置控制。
此外，如图9所示，塔筒分片10的纵向端表面(即，顶表面和底表面)可设置有定位限位构件15，相邻塔筒段之间的位置校准可通过定位限位构件15来进行。定位限位构件15可以为定位销轴装置。例如，如图10所示，可以将预埋件15-1埋设到混凝土塔筒分片10的顶表面和底表面中，预埋件15-1整体上可以为圆筒形，其内部空间形成用于容纳纵向定位销15-2的定位凹槽。预埋件15-1的长度小于定位销15-2的长度，从而使定位销15-2能够从其中突出预定长度，以对接位于另一塔筒段上的预埋件中定位凹槽。
在塔筒段上下对接时，可以先将定位销15-2插入下段塔筒的预埋件15-1中，上段塔筒根据定位销15-2的位置进行环向调整，当上段塔筒的预埋件与定位销15-2对准并使定位销15-2插入其中时即可保证上下两个塔筒段的环向位置准确。
此外，相邻的塔筒段之间的环向缝中可设置垫片16，垫片16可以根据精度要求设置。如精度要求标高误差在mm级别，可以制造厚度在零点几毫米级别的垫片或毫米级的垫片。可以在将垫片放置在下段塔筒上之后且在放置上段塔筒之前，测量垫片上平面的高度或平整度，如高度有偏差或垫片上平面不在同一水平面上，可以调节垫片的设置从而进行调平。也可以在将上段塔筒放置在下段塔筒上之后，测量上面的塔筒段的上端在环向方向的不同位置处的高度，对于高度有偏差的位置通过垫片来进行调整。垫片厚度可以定制化，如误差调整范围在5mm以内时，可以制作1mm、3mm、5mm或1mm、2mm、5mm等级别。其中的2mm、4mm等可以根据其他厚度组合得到。优选地，垫片的强度压缩性等材料要求可以与填充件的性能相匹配，以防止产生过大局压。垫片16可以是整圆圆环形，也可以是非整圆的弧形，例如，垫片16可以是1/2整圆、2/3整圆的弧形，在这种情况下，例如非整圆的弧形垫片16可以方便地避开定位限位构件15所在的位置。
在此以图示的方式示出了塔筒段在竖向连接时的定位限位构件15。类似地，塔筒分片10之间的连接也可以应用类似的定位限位构件，例如，塔筒分片10的环向侧表面上也可设置预埋件，以形成定位凹槽，从而容纳环向定位销。
另外，如图10所示，塔筒分片10的顶表面和/或底表面的边缘部可设置有用于容纳防水件的密封槽17。防水件可以是柔性的，当防水件放置于密封槽17时，防水件可稍高于塔筒段顶表面，当上段塔筒压下时，可以弹性地在此空间内变形，从而有效的进行密封防水类工作。
优选地，密封槽17可以为在塔筒分片10的纵向端表面上沿着环向延伸的圆形或弧形。例如，密封槽17可以环状闭环，放置的防水件也以闭环设置。此外，密封槽17也可以不是闭环的，而是为其他形状，例如，可以设置多段密封槽17，相应地设置多个防水件，从而可以实现分段防水。密封槽17的数量和位置可根据计算和防水需要而定。此外，也可设置多层多种不同材料的混用的方式进行防水。如同一密封槽内，上下侧和/或水平向的防水件的材料可以不同，或者多个密封槽17之间的防水件的材料可以不同。
此外，如图9所示，塔筒分片10的顶表面上还可设置有吊装用埋件14，可以用来吊装。
返回参照图3，图3示出了包括如上所述的多个塔筒段的混凝土塔架。本实用新型提供的混凝土塔架整体上为体外预应力索体系。多个塔筒分片10如上所述在彼此环向连接完成而形成塔筒段之后，可将多个塔筒段在竖向上彼此连接，在此期间，在竖向上彼此相邻的塔筒段的相邻纵向端表面上的定位凹槽彼此对齐，并且纵向定位销放置在彼此对齐的两个定位凹槽中，由此保证上下两个塔筒段的环向位置准确。在将多个塔筒段在竖向上彼此连接之后，通过在竖向上跨过多个塔筒段的体外索20而将多个塔筒段紧固连接在一起。混凝土塔架还包括位于最上部的塔筒段上方的加厚塔筒段30，如图所示，体外索20的一端可以紧固到加厚塔筒段30(也可以紧固到位于混凝土塔架上方的钢制塔筒上)，并且体外索20的另一端可紧固到混凝土塔架的基础(未示出)。
本实用新型由于采用了体外索预应力体系，因此，塔筒分片10不再需要设置用于竖向预应力紧固件(例如，预应力索)穿过的竖向孔道。
本实用新型提供的混凝土塔架从节省成本，降低施工难度出发，将现有的体内预应力索换为体外预应力索，因此塔筒壁不需要再包含竖向预应力孔道，因此可以做薄，且在结构受力方面，因为不考虑混凝土拉力(受拉侧一般不考虑混凝土作用，主要由钢筋或预应力索提供拉力)，在受压侧，当弯矩较大时，塔筒外侧混凝土贡献较大，较极端的情况下，塔筒受拉一侧混凝土退出工作，由预应力索提供拉力，受压一侧，考虑混凝土压力，假设当预应力索处弯矩等造成的预应力索受的拉力达到某个值时，预应力索内侧混凝土不再提供压力，外侧混凝土承担全部压力。根据截面抵抗矩公式可知，混凝土压应力和与截面形心距离成正比，距离形心越远压应力越大，同时因为力臂大，距离截面形心位置越远混凝土所提供的抵抗弯矩的抗力也越大，起到的作用越大。因此可以看出，在同样工况下，体外索混凝土利用率比体内索利用率高。因此体外索布置更有利于结构受力。
另外，体外索有利于施工，因为少了很多的竖向预应力孔道，因此可以减少很多的工作量。
综上所述，根据本实用新型提供的塔筒段以及混凝土塔架，塔筒分片可通过弧形或直线形等接头连接件对塔筒分片进行环向连接，并在竖向缝中添加填充件(可以较薄，例如mm级)。塔筒段之间可采用定位销和垫片等进行定位，采用埋件进行吊装安装，在竖向上采用体外索后张法预应力施工连接方式将塔筒段进行竖向连接，从而将塔筒拼接成整体。
塔筒水平面(纵向端表面)和竖向分缝面(环向侧表面)大体上采用平面，减少了凿毛等工艺，且减少了座浆料和灌浆料的使用，节省材料，采用体外索和平面进行连接便于施工，且减少了因凿毛而浪费的座浆料和灌浆料等。因此，整体施工工艺工序少，施工较简单，材料节约，成本低。此外，通过使用体外索，减少了预应力索的穿索工作，施工难度大大降低。
上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行组合、修改和完善(例如，可以对本实用新型的不同技术特征进行组合以得到新的技术方案)。这些组合、修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。
1.一种塔筒段，所述塔筒段包括在环向上彼此连接的多个塔筒分片(10)，其特征在于，相邻的塔筒分片(10)之间的竖向缝中设置有填充件(11)，并且相邻的塔筒分片(10)通过沿环向同时穿过所述相邻的塔筒分片(10)的接头连接件(19)而被环向连接。
2.根据权利要求1所述的塔筒段，其特征在于，所述塔筒分片(10)包括沿着环向方向穿过所述塔筒分片(10)的环向侧表面和径向侧表面的环向孔道(18)，所述接头连接件(19)从两个相邻的塔筒分片(10)的其中一个的径向侧表面穿入，从另一个塔筒分片的径向侧表面穿出，并且两端固定在所述塔筒段上，
所述接头连接件(19)为弯的、直的或折线形的，所述环向孔道(18)具有与所述接头连接件(19)匹配的形状。
3.根据权利要求1所述的塔筒段，其特征在于，所述填充件(11)为结构胶、灌浆料或预先形成的柔性板。
4.根据权利要求1所述的塔筒段，其特征在于，所述塔筒分片(10)的一个或两个环向侧表面上设置有定位凸起(13)，所述定位凸起(13)从所述环向侧表面突出预定高度，所述填充件(11)的厚度大于或等于所述预定高度。
5.根据权利要求1所述的塔筒段，其特征在于，所述塔筒分片(10)的纵向端表面设置有定位凹槽，用于容纳纵向定位销；和/或
所述塔筒分片(10)的环向侧表面设置有定位凹槽，用于容纳环向定位销。
6.根据权利要求1所述的塔筒段，其特征在于，所述塔筒分片(10)的纵向端表面的边缘部设置有用于容纳防水件的密封槽(17)，所述密封槽(17)为在所述塔筒分片(10)的纵向端表面上沿着环向延伸的圆形或弧形。
7.根据权利要求1所述的塔筒段，其特征在于，相邻的两个所述塔筒分片(10)的环向侧表面上分别形成有突起以及与所述突起配合的结合凹槽。
8.一种混凝土塔架，其特征在于，所述混凝土塔架包括在竖向上彼此连接的多个如权利要求1-7所述的塔筒段。
9.根据权利要求8所述的混凝土塔架，其特征在于，多个所述塔筒段通过在竖向上跨过所述多个塔筒段的体外索(20)而被竖向紧固连接。
10.根据权利要求9所述的混凝土塔架，其特征在于，所述混凝土塔架还包括位于最上部的塔筒段上方的加厚塔筒段(30)，所述体外索(20)的一端紧固到所述加厚塔筒段(30)，所述体外索(20)的另一端紧固到所述混凝土塔架的基础上。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的混凝土塔架，其特征在于，每个塔筒段的纵向端表面设置有定位凹槽，在竖向上彼此相邻的塔筒段的相邻纵向端表面上的定位凹槽彼此对齐，并且纵向定位销放置在彼此对齐的两个定位凹槽中。
12.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求8-11中任一项所述的混凝土塔架。
技术总结