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1、青岛华斯壮能源科技有限公司青岛华斯壮能源科技有限公司同济大学建筑设计研究院同济大学建筑设计研究院（集团）（集团）有限公司有限公司汇报人：汇报人：裘科一裘科一2023.032023.03构架式预应力钢管风电塔简介构架式预应力钢管风电塔简介目录目录 公司介绍 研究背景 构架式预应力钢管风塔 优点与特性 成果与应用31 1 公司介绍公司介绍1.1 1.1 青岛华斯壮能源科技有限公司青岛华斯壮能源科技有限公司公司前身是青岛海斯壮铁塔有限公司，始建于2001年，历经20年钢管塔生产经验，于2018年8月战略转型，成立青岛华斯壮能源科技有限公司。公司致力于风电塔架技术、节能技术、环保技术的研发、制造、安装

2、；目前具备140米、160米及180米以上新型风电塔架成熟技术，为各能源公司和主机厂提供技术咨询和服务。2014年公司与同济大学进行技术研发、历经8年，成功研发了“构架式预应力抗疲劳钢管风电塔架技术”，该技术已申请并获得发明专利、实用新型专利近30项，华斯壮正在依托这一技术拓展市场，为客户创造更高收益。41 1 公司介绍公司介绍1.1 1.1 青岛华斯壮能源科技有限公司青岛华斯壮能源科技有限公司企业视频企业视频 51 1 公司介绍公司介绍1.2 1.2 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司2008 至今至今1958 19781979 2007同济大学土木

3、建筑设计院同济大学土木建筑设计院同济大学建筑设计研究同济大学建筑设计研究院院（集团）有限公司（集团）有限公司同济大学建筑设计研究院同济大学建筑设计研究院61 1 公司介绍公司介绍高耸塔桅所隶属于同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司土木建筑设计研究院，依托同济大学土木工程学院建筑工程系，从事高耸结构的研究、设计、咨询及检测等工作。马人乐、何敏娟教授为团队带头人。1.2 1.2 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司71 1 公司介绍公司介绍1.2 1.2 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司节点节点反向平衡法兰 累计

4、应用超过20000座风风塔塔研研究究及及开开拓拓基础基础预应力锚栓基础 目前国内陆上风塔主要的基础形式推广中的技术推广中的技术构架式预应力钢管风力发电塔分片多棱柱风力发电塔结构预制梁板式风力发电塔基础老旧风电结构加固改造技术等目录目录 公司介绍 研究背景 构架式预应力钢管风塔 优点与特性 成果与应用92 2 研究背景研究背景2.1 2.1 风塔方案因地制宜风塔方案因地制宜提高经济效益的主要方法是提高轮毂高度、叶轮直径及机组功率。2.2 2.2“风塔大型化风塔大型化”带来的带来的结构难题结构难题承载能力：轮毂高度每提高1m需要的用钢量越来越大；刚度：结构刚度越来越小，需要付出高昂的材料代价维持结

5、构刚度。2020年前：三北地区发展受限2020年后：“双碳目标”指引中东南部发展契机低风速、中高切变102 2 研究背景研究背景2.3 2.3 高风塔方案高风塔方案高柔塔高柔塔柔塔要在不改变材料用量的条件下提高结构抗弯模量和惯性矩（对应于承载能力和刚度），就要加大塔筒直径并减小壁厚。但受到两方面约束：1）塔筒直径大于约4.5m，公路运输无法过立交影响运输；2）塔筒径厚比太大，局部稳定折减较多影响材料强度发挥。用各种控制技术避免共振的风险。振动控制技术是一个复杂的系统，包括采集信息传递计算机处理控制指令传递机械系统执行进一步采集信息直到共振被抑制，但需要保证：在机组整个生命周期内，这个复杂系统的

6、所有元器件均有效。112 2 研究背景研究背景2.4 2.4 高风塔方案高风塔方案混塔混塔结构刚度大，阻尼比大，结构层面避免塔身与机头的共振。应用较多，目前已有的刚性塔方案大多为钢-砼混合结构。相比于钢结构，混凝土结构施工过程铺场大、周期长，工业化程度较低现场质量控制是重点。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122 2 研究背景研究背景2.5 2.5 高风塔方案高风塔方案角钢塔角钢塔优点：1）下部用构架结构代替单管结构，结构效率较高；2）用高强

7、螺栓抗剪连接解决节点抗疲劳问题，构架部分几乎无焊接。构架式角钢风电塔缺点：1）角钢的迎风体型系数太大；2）角钢截面材料集中于形心，受压稳定较差影响材料强度发挥。目录目录 公司介绍 研究背景 构架式预应力钢管风塔 优点与特性 成果与应用143 3 构架式预应力钢管风塔构架式预应力钢管风塔3.1 3.1 塔架结构塔架结构钢塔筒过渡段构架式塔架四点式基础153.1 3.1 塔架结构塔架结构横斜杆体系1：圆钢管横斜杆体系2：双拼矩形钢管3 3 构架式预应力钢管风塔构架式预应力钢管风塔163.2 3.2 构件截面构件截面主要受力构件大部分采用圆钢管，风荷载体型系数相对较小；材料分布于截面四周，整体稳定性

8、高。3 3 构架式预应力钢管风塔构架式预应力钢管风塔钢管预应力钢绞线全熔透对接焊缝高颈法兰螺栓塔柱法兰节点173.3 3.3 结构优化结构优化材料在空间上的最优分布，以最小的材料代价获取足够的强度、稳定与刚度。3 3 构架式预应力钢管风塔构架式预应力钢管风塔183.4 3.4 预应力的作用预应力的作用3 3 构架式预应力钢管风塔构架式预应力钢管风塔（1）抗疲劳塔架服役期内，降低塔柱在循环荷载作用下的平均内力，使正常使用工况下塔柱处于受压状态。抑制法兰板张开，避免螺栓及法兰颈部焊趾应力幅上升；降低塔柱疲劳危险点应力比，抑制微观裂纹发展。193.4 3.4 预应力的作用预应力的作用3 3 构架式预

9、应力钢管风塔构架式预应力钢管风塔（1）抗疲劳l疲劳裂纹扩展情况预应力抗疲劳实际将疲劳的“脆性破坏”改善为一种特殊的“延性破坏”模式。203.4 3.4 预应力的作用预应力的作用3 3 构架式预应力钢管风塔构架式预应力钢管风塔（2）免维护（延长维护周期）全熔透对接焊缝全熔透对接焊缝螺栓荷载应力曲线（螺栓）改变法兰拉压交变受力特性，使其在正常使用工况下处于受压状态，螺栓始终处于低幅应力循环状态，减小服役期内螺纹微动磨损和塑性变形。法兰螺栓采用直接张拉法（实测确定张拉导致的预紧力损失量）施工，螺栓不存在残余扭矩，无螺母回转内因。螺栓终身免维护（设计目标），降低运维人工成本。213.5 3.5 螺栓螺

10、栓节点节点维护维护3 3 构架式预应力钢管风塔构架式预应力钢管风塔正确认识螺栓松动问题从基本原理出发避免螺栓松动以最小的代价增设防松措施定期检查替代维护免维护223.5 3.5 螺栓螺栓节点节点维护维护3 3 构架式预应力钢管风塔构架式预应力钢管风塔直接张拉法施工法兰螺栓残余扭矩导致螺母回转长螺杆适用螺纹微动磨损、塑性变形减少螺纹磨损、变形量施加预应力保证螺纹质量增大螺栓弹性势能量长螺杆检查代替维护。233.5 3.5 螺栓螺栓节点节点维护维护3 3 构架式预应力钢管风塔构架式预应力钢管风塔抗剪螺栓节点板往复滑移采用摩擦型连接检查（标记线）代替维护。保证螺栓扭矩系数与接触面抗滑移系数二道防松措

11、施双齿自锁防松垫圈等双螺母防松工法减少螺栓数量目录目录 公司介绍 研究背景 构架式预应力钢管风塔 优点与特性 成果与应用254.1 4.1 结构安全性结构安全性从结构层面避免塔架与机组发生共振；4 4 优点与特性优点与特性一阶自振频率二阶自振频率高柔塔额定1P,切入3P额定1P,额定6P刚度大：避免1阶共振自重轻：避免2阶共振极大降低塔架结构安全对机组控制系统的依赖264.1 4.1 结构安全性结构安全性构架式结构避免低空高切变区涡激共振风险；预应力解决焊接钢结构抗疲劳性能问题，同时避免法兰螺栓拉压交变下预紧力退化并由此导致疲劳破坏的问题；工业化程度高质量保证。4 4 优点与特性优点与特性27

12、4.2 4.2 结构经济性结构经济性4 4 优点与特性优点与特性l结构优化后的塔架单位用钢量（以5.56MW机组为例）在靠近轮毂的位置，预应力构架式钢管风电塔架沿用单管钢塔筒，因此这部分用钢量完全一致。此后采用过渡段进行结构形式的转换，由于过渡段重量较大，此时预应力构架式钢管风电塔架用钢量会明显高于钢单管塔用钢量。继续往下走，构架式塔架单位用钢量较低（3.15t/m），且不会继续上升，而钢单管塔单位用钢量达到4t/m以上，且不断上升，必然存在距离轮毂中心某高度处，预应力构架式钢管风电塔架与钢单管塔总用钢量持平。从用钢量持平的位置开始，由于构架式塔架基础相对于单管钢塔筒基础造价较低，经济性优势开

13、始出现，越往下走优势越大。轮毂高度在满足现有技术条件的前提下，通常根据投资回报率决定，前期计算时可考虑构架式塔架单位用钢量的特殊表现，即不会随着与轮毂中心的距离增大而上升，始终保持3.1t/m左右的水平。284.2 4.2 结构经济性结构经济性4 4 优点与特性优点与特性l基础造价（以江苏某地5.56MW机组、160m塔架为例）构架塔基础造价约为单管风塔整体式的基础的60%。承台桩（灌注桩）造价混凝土钢筋桩径桩长桩数m3tmmm-万元混塔450588003035220构架塔220288003020120294.2 4.2 结构经济性结构经济性4 4 优点与特性优点与特性l总体造价（以江苏某地5

14、.56MW机组、160m塔架为例）构架塔塔架造价高于混塔，基础造价低于混塔，总体造价基本持平。塔架（含吊装）基础总造价万元万元万元混塔430220650构架塔525110635304.3 4.3 结构结构节地节地性性与特高压输电塔基础形式相似，实际外露面积小于10，利于塔下土地复耕。2022年2月，自然资源部节地技术与节地模式推荐目录收录“预应力构架式钢管风电塔节地技术”。2023年，青岛市自然资源局关于规划和引导新型风电技术项目用地保障相关工作（试行）的 通知，实现“以偿代征”模式。4 4 优点与特性优点与特性单管风塔基础-无法复耕特高压输电线路塔构架式风塔基础-可以复耕314.4 4.4

15、环境友好环境友好性性构架式钢管风电塔架结构，经实测，有效降低机组运行噪音小，减少对附近居民和动物的影响。助力分散式风电项目风塔选址，助力“千乡万村驭风计划”，推动乡村绿色发展。4 4 优点与特性优点与特性在现场158米范围处，检测噪音分贝值仅为54.7dB，符合工业企业厂界环境噪声排放标准。324 4 优点与特性优点与特性4.5 4.5 结构适用性结构适用性低风速高切变区；高风速高切变区；跨沟渠、河流；南方滞洪区；技改项目；需要节约用地的项目；需要降低噪音的项目。目录目录 公司介绍 研究背景 构架式预应力钢管风塔 优点与特性 成果与应用345 5 成果与应用成果与应用l科技成果实用新型专利：20余项；发明专利：6项；软著：2项；论文：10余篇。l应用成果样塔：2座；批量项目：1个（19座）。355 5 成果与应用成果与应用l成果鉴定2021年通过科技成果鉴定。365 5 成果与应用成果与应用l成果鉴定纳入2021年度能源领域首台（套）重大技术装备项目名单、2022年度山东首台（套）技术装备及关键核心零部件生产企业及产品名单。谢谢 谢！谢！37