逐级变径式现浇混凝土风电机组塔架技术领域
本发明属于风力发电设备，特别涉及逐级变径式现浇混凝土风电机组塔架。
背景技术
能源是人类社会发展的基础，能源技术的更新和能源种类的改变决定着人类社会
发展的性质和方式。自20世纪以来，以煤和石油为代表的化学燃料的广泛使用，一方面使得
人类的生产力得到巨大的提高和发展；另一方面，消耗化学燃料排放的二氧化碳和有害气
体带来了严重的环境问题，给人类社会的发展和地球的安全带来了威胁。减少温室气体的
排放和避免环境问题的恶化，成为能源行业的重点关注目标。为此，各国科学家都在寻找和
研究可再生能源来解决目前人类社会可持续发展遇到的问题。
风力发电作为清洁的可再生能源，具有显著的社会和环保效益，对于推动我国可
再生能源发展有着重要意义，国家支持和鼓励对风电的开发。风电机组塔架用于连接风电
机组机舱和地基基础，承担风力发电机运行时的水平力、竖向力和弯矩。目前我国绝大多数
风电机组塔架采用圆锥形钢塔架。
近年来，随着我国风电建设的发展，风电机组的单机容量越来越大，轮毂高度越来
越高。当风电机组的轮毂高度超过100m时，传统圆锥形钢塔架底段直径将超过5m，这样的大
直径钢筒制造、运输和吊装非常困难；若采用小直径厚壁钢筒，则整体塔架刚度过小，机组
振动过大，且不经济。此外，钢制塔架高度超过100 m时，阵风容易激发长时间的塔架涡激振
动，造成吊装人员无法登塔作业、机头不易对孔连接等问题，更有可能会因为长时间涡激振
动造成塔架和螺栓报废。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种逐级变径式现浇混凝土风电机组塔架。该
塔架轮毂高度大、自振频率小，机组振幅小，塔架稳固性、耐久性、整体性和抗震性等性能均
较好；其不仅克服了传统钢塔架大直径的制造、运输和吊装等方面约束，而且能够提高低风
速地区的风资源利用率，提升发电量，并能节省模板费用和钢材，是一种安全可靠、施工便
捷和经济环保的新型风力发电机塔架。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：逐级变径式现浇混凝土风电机组
塔架，包括上部钢制塔段、下部现浇混凝土塔段、预应力钢绞线组件和钢筋混凝土基座；上
部钢制塔段与下部现浇混凝土塔段通过预应力钢绞线组件相连；下部现浇混凝土塔段固接
在钢筋混凝土基座上；预应力钢绞线组件上下端分别与现浇混凝土塔段的上端和钢筋混凝
土基座锚固。
一些实施例中，所述上部钢制塔段包括塔筒壁和底法兰，上部钢制塔段通过底法
兰和预应力钢绞线组件与现浇混凝土塔段相连；为防水防尘，在上部钢制塔段与现浇混凝
土塔段相连处外侧胶粘防水材料。
进一步地，防水材料需具有一定的延展性和很好的耐久性，以确保在钢制塔段和
现浇混凝土塔段连接处长期在荷载作用下发生微小位移时的可靠密封。
一些实施例中，所述下部现浇混凝土塔段包括多个直段、斜段和顶段；直段通过滑
模现浇而成，斜段和顶段单独立模现浇，每个直段的直径保持一致，并且直段从上而下直径
依次增大，斜段的直径上小下大，相邻两个直段之间通过斜段连接，斜段与直段的连接处具
有与直段相配的折角，斜段的折角处配制加强钢筋或钢板。多个直段、斜段和顶段组成逐级
变径的旗杆式塔段。所述下部现浇混凝土塔段各段的直径、高度、壁厚及斜段的斜率根据塔
段受力情况结合塔架整体高度和现场运输要求确定。一些实施例中，所述预应力钢绞线组
件包括钢绞线、钢制塔段底法兰、下端锚固装置和锁头。钢绞线上端锚固在钢制塔段底法兰
上，下端锚固装置端部预埋在基座内。
进一步地，钢绞线可以由单股或多股预应力钢丝组成，需做一定的防腐措施。钢绞
线与钢筋混凝土基座成一定的角度，其长度、直径、根数和跟开大小等需根据荷载条件计算
得到。待下部现浇混凝土达到设计强度，将上部钢制塔段吊至现浇混凝土塔段上，将钢绞线
穿过纵向套管连接到钢制塔段的底法兰上，对预应力钢绞线组件中的钢绞线施加预应力，
再用锁头锁紧。
一些实施例中，所述钢筋混凝土基座在与下部现浇混凝土塔段最下端的直段相连
处布置加强配筋；钢筋混凝土基座的截面形式、尺寸和埋深等根据地基承载力和荷载条件
确定，钢筋混凝土基座根据现场情况，可在钢筋混凝土基座侧面和上部进行填土保护。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有的优点和积极效果为：
（1）现浇混凝土塔段直段采用了滑模技术，相对于锥型塔架结构，简化了模板工程，降低了
模板费用，且逐级变径相对于等直径的塔架来说受力条件更好；（2）采用现浇混凝土结构，
塔架整体性好，抗震、防水和防尘等性能相比于装配式塔架更好，其与钢制塔段的组合避免
了采用过大直径的钢制塔段，克服了其制造、运输和吊装等方面的约束；（3）现浇混凝土—
钢组合使塔架轮毂高度增大、自振频率减小、振幅减小，有利于提高发电量，有利于低风速
地区的风资源利用，有利于避免塔架发生涡激振动和共振，也有利于现场吊装和机组安全
稳定运行；（4）预应力钢绞线组件使塔架处于预压状态，结构的稳固性提高，耐久性和抗裂
性好；（5）钢制塔段底法兰兼作预应力钢绞线组件的上锚板，可节省钢材。
附图说明
结合附图，通过下述的详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优
点，其中：
图1是本发明实施例的结构正面示意图。
图2是本发明实施例的现浇混凝土塔段和钢制塔段连接处示意图（A部位放大图）。
图3是本发明实施例的现浇混凝土塔段斜段外折角结构示意图（B部位放大图）。
图4是本发明实施例的现浇混凝土塔段斜段内折角结构示意图（C部位放大图）。
图5是本发明实施例的结构顶面示意图（O-O剖视图）。
标号说明：
1-钢制塔段塔筒壁
2-钢制塔段底法兰
3-现浇混凝土塔段直段
4-现浇混凝土塔段斜段
5-现浇混凝土塔段顶段
6-钢绞线
7-锁头
8-纵向套管
9-加强钢筋
10-下端锚固装置
11-钢筋混凝土基座
12-防水材料。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将
结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。然而，
本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出
这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的
范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
如图1所示，本实施例为逐级变径式现浇混凝土风电机组塔架，包括上部钢制塔
段、下部现浇混凝土塔段、预应力钢绞线组件和钢筋混凝土基座等组成部分；上部钢制塔段
在现浇混凝土塔段上方并通过预应力钢绞线组件与之相连；下部现浇混凝土塔段固接在基
座之上；预应力钢绞线组件上下端分别与现浇混凝土塔段的上端和钢筋混凝土基座锚固。
如图2所示，所述上部钢制塔段包括塔筒壁1和底法兰2等组成部分，上部钢制塔段
通过底法兰2和预应力钢绞线组件与下部现浇混凝土塔段相连；上部钢制塔段外径为4000
mm，下部现浇混凝土塔段顶段5的外径为4300 mm；在钢制钢制塔段与现浇混凝土塔段相连
处的外侧胶粘防水材料12。
如图1所示，在本实施例中，所述下部现浇混凝土塔段由2个直段3、2个斜段4和1个
顶段5组成；直段3通过滑模现浇而成，斜段4和顶段5单独立模现浇，直段3、斜段4和顶段5组
成逐级变径的旗杆式塔段；现浇混凝土塔段顶段5内预留有穿钢绞线的纵向套管8；待现浇
混凝土达到设计强度，将钢制塔段吊至现浇混凝土塔段上；将钢绞线6穿过纵向套管8连接
到钢制塔段的底法兰2上，对钢绞线6施加预应力，再用锁头7锁紧。
所述预应力钢绞线组件由钢绞线6、钢制塔段底法兰2、下端锚固装置10和锁头7组
成。钢绞线上端锚固在钢制塔段底法兰2上，下端锚固装置10端部预埋在基座11内。
如图1~5所示，所述下部现浇混凝土塔段总高度为30 m，底端外径7000 mm，顶端外
径4300 mm。直段高9.45 m，斜段高4.05 m，壁厚均为300 mm；顶段高3 m，壁厚600 mm；斜坡
段斜率为1：6。在预应力钢绞线下端锚固装置10端部加强配筋；在斜段4折角处配加强钢筋
9。
所述钢筋混凝土基座11在与现浇混凝土塔段最下端的直段3相连处附近加强配
筋；钢筋混凝土基座11采用正八边形筏板式基础；在钢筋混凝土基座11侧面和上部进行填
土保护。
所述防水材料12需具有一定的延展性和很好的耐久性，以确保在钢制塔段和现浇
混凝土塔段连接处长期在荷载作用下发生微小位移时的可靠密封。本实施例中采用1.5mm
厚自粘聚合物改性沥青防水卷材和高分子防水涂料，但在接缝处不粘实并留有1cm的富余
长度。
所述钢绞线6为多股预应力钢丝（16根Φs15.2无黏结钢绞线外包PE套）组成的钢
丝束，一共40束，沿塔架环向布置。钢绞线跟开为6 m，上下锚固端离塔段壁均为200 mm。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对
前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些
修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。