Page 182 - 增刊2023年质量管理交流研讨会论文集(1)(1)

2023 年质量管理经验交流论文汇编

预制式钢混塔筒材料组成主要是混凝土，可以就近取材、就近生产、就近运输，且由于
是预制式塔筒，其塔筒管片尺寸一般相对较小，在工厂标准化生产之后运送至现场进行拼装
[6]
，这个过程中显著降低了塔筒运输道路的选择以及沿线障碍物拆改的难度，尤其是在县道、
乡道道路网较为密集的区域，这个优势更加明显。另外，混凝土的耐腐蚀及耐火性能均优于
钢结构，其在复杂环境下依然能保持良好的性能，维护成本低，使得钢混塔筒的应用范围更
加广阔。
1.2 具有良好的承载性能及稳定性
由于钢筋混凝土结构自重大，刚度大，且整体性强，钢混塔筒这种结构形式可以充分发
挥混凝土承压而钢材受拉的力学性能，具有比钢塔筒承载力更强的优势，同时在稳定性方面，
塔架顶端往往因为水平风荷载作用过大而造成停机现象，有研究采用规范提供的公式（1）
以及德国学者给出的公式（2）可以分别对正常风速以及对暴风停机状态下的叶轮推力进行
[7]
简单计算 ：
1
2
1 = （1）
2
1
2
2 = （2）
2
式中：CF、CQ为分别为正常风速以及暴风下的推力系数；ρ 为空气密度，取 1800m 下的空气
密度；Vs为暴风下轮毂处风速；Ab为单个叶片的投影面积；B 为风轮中叶片数量。计算结果
表明在由于恶劣天气造成的停机情况下，塔架顶端的风轮推力达到了最大值，钢混塔筒在这
种环境下仍然能保持较强的工作性能，稳定性较好，发生断裂、倾斜、倒塌的几率大大降低
1.3 造价低
相比于钢塔筒，风电机组中采用混凝土塔筒可以避免钢塔筒连接处法兰和高强螺栓造价
高的问题，且可以节省基础环及其余部位的材料用量，同时由于混塔分片式预制式的特点，
使得其在运输道路的选择方面要求更低，降低了修建与维修运输道路的成本造价。研究表明
[8]
钢塔筒的投资会随着容量的增大而增加，而混凝土塔筒基本成线性，且混凝土塔筒的综合
造价明显低于钢塔筒，如图 1 所示，以 50 兆瓦风电场为例，混凝土塔筒可以降低投资约 2500
万元，比钢塔筒低约 35%，经济效益明显。
700
600 钢结构型式
混凝土型式
单机造价（万元） 400
500
造价差值
300
200

100
0
1500kW 2000kW 3000kW 5000kW
机组容量
图 1 钢塔筒与混凝土塔筒综合造价对比图
2 分片预制式预应力混合塔筒结构形式
以北京天润新能华东公司 50MW 风力发电项目为例，该项目位于江苏省金湖县，风电场
地形整体较平坦，地貌主要为农田、林带、河道和村庄，风力发电机组拟安装由中国海装提
供的 20 台单机容量为 2.5MW 的分片预制式预应力混合塔筒机组，其中混凝土塔筒塔架由四
段矩形筒状塔筒及一个圆形转接环组成，约 65m，钢塔架分为三段，约 75m，塔筒高度总计
140m。混塔每段由 4 片平板段和 4 个圆角段的预制构件于工厂标准化生产，通过专门的平
板车运输至施工现场，经若干履带吊车吊至平台后采用竖缝灌浆的形式将平板段与圆角段连
接，每段塔筒吊装就位后进行环向拼缝灌浆，待灌浆料达到设计强度后进行下一段塔筒吊装，
混凝土每段塔架间均通过灌浆连接、转接段与钢塔架通过螺栓连接，塔筒安装就位后采用后
穿索并施加预应力的形式，将风机基础与混合塔筒顶部连接为一体，最后再将转接段以及三
段钢塔筒依次吊装就位形成混合塔筒，现场混合塔筒如图 2 所示。

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