CN108265740A - 一种降低陆上风电机组基础结构损伤的装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于风力发电机组基础施工技术领域，尤其涉及一种降低陆上风电机组基础结构损伤的装置及施工方法，包括钢筋混凝土基础和基础环，钢筋混凝土基础包括混凝土和设于混凝土内的主梁钢筋和次梁钢筋，主梁钢筋围绕基础环圆周横向均匀分布，次梁钢筋与主梁钢筋相交且竖直设置，主梁钢筋和次梁钢筋均与基础环固定连接，基础环底部固定设有多个肋板，基础环顶部与塔筒连接，钢筋混凝土基础内以其中心为圆心呈辐射状分布有多组支撑钢管，支撑钢管竖直设置，支撑钢管顶部设有环形蓄水塔，环形蓄水塔与塔筒之间通过支撑杆连接，本发明将基础环所承受的循环荷载予以分散消除，达到减缓基础结构疲劳损伤的目的，从而大幅提高风电机组基础的使用寿命。

Description

一种降低陆上风电机组基础结构损伤的装置及施工方法

技术领域

本发明属于风力发电机组基础施工技术领域，尤其涉及一种降低陆上风电机组基础结构损伤的装置及施工方法。

背景技术

我国风电资源丰富，但无论是陆上风电资源还是近海风能利用，由于风的不定向性，风机所受风荷载总是处于一种循环往复状态。而上部结构的这种受力形式，传递到基础底部则会对混凝土结构造成疲劳损伤效应。以陆地风机为例，上部风机叶片受到循环往复的风荷载后，会通过与塔筒相连的基础环，将自身受到的力传递到基础内部钢筋上，在长时间的循环作用效应下，风机叶轮正对受力向两侧基础环切脚部位极易出现混凝土压溃破坏现象，或与基础环相接的基础结构内部主梁钢筋与混凝土出现分离脱落，大大影响风机基础寿命。目前投入使用的风机基础环，一般直接绑定在基础钢筋笼上，或采用外加钢板形式对受力结构进行优化，但最终受力主体仍是基础本身，并不能消除不利循环荷载对基础结构造成的影响。公开号为CN107100192A的发明专利，一种风力发电机组基础环局部加固装置及加固方法，通过在基础环内外侧设置钢夹板及加强筋设计，优化受力路径，但其仅仅起到了局部加固作用，并不能消除掉风电机组上部结构传递到基础内部混凝土结构的循环荷载。公开号为CN106894669A的发明专利，一种具有翼板的风机基础环、风机基础环的设计方法及用途，在风机基础环的上部筒壁上沿圆周方向布设若干竖向翼板或水平向翼板，主要效果是作用于基础环上的荷载能分散出部分给翼板，混凝土的应力水平有所降低，但同样无法消除掉风电机组上部结构传递到基础内部混凝土结构的循环荷载，且基础环上部筒壁外翻的翼板边缘仍会对下部混凝土结构表面造成循环荷载下的剪切效应，导致基础结构的损伤。公开号为CN106759435A的发明专利，一种山地风力发电机基础的钢结构基础环，仅是在法兰面与锚杆之间增设加肋板，增强锚杆的抗拔、抗倾能力，让部分钢筋混凝土基础的上部受力钢筋穿过，来实现钢结构基础环与钢筋混凝土基础的连接，也无法消除掉风电机组上部结构传递到基础内部混凝土结构的循环荷载，且仅通过加肋板设计并不能避免循环荷载下基础环对底部混凝土表面产生的压溃效应。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低陆上风电机组基础结构损伤的装置及施工方法，优化了上部结构传递到基础底部的内力传递路径，并能在很大程度上消除循环荷载的不利影响。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种降低陆上风电机组基础结构损伤的装置，包括圆形钢筋混凝土基础和基础环，所述基础环埋入钢筋混凝土基础中心底部，钢筋混凝土基础包括混凝土和设于混凝土内的主梁钢筋和次梁钢筋，所述主梁钢筋围绕基础环圆周横向均匀分布，次梁钢筋与主梁钢筋相交且竖直设置，主梁钢筋和次梁钢筋均与基础环固定连接，所述基础环底部固定设有多个肋板，基础环顶部与塔筒连接，所述钢筋混凝土基础内以其中心为圆心呈辐射状分布有多组支撑钢管，所述支撑钢管竖直设置，支撑钢管顶部设有环形蓄水塔，所述环形蓄水塔与塔筒之间通过支撑杆连接。

进一步的，所述基础环与塔筒之间通过箍圈相连接，所述箍圈圆周设有一组均匀分布的螺孔。

进一步的，所述环形蓄水塔的横截面为直角梯形，环形蓄水塔的底面与钢筋混凝土基础贴合，所述环形蓄水塔内盛有饱和水溶性盐溶液，环形蓄水塔顶部设有盖板，盖板上预留有气孔，所述气孔上覆盖一层高分子密封膜，气孔的直径为0.5-1m。

进一步的，所述肋板为弧形且弧形开口的长度大于基础环底部的厚度，肋板与基础环底部通过螺栓连接且肋板开口向上。

进一步的，所述支撑钢管为8组，每组为4根并以塔筒中心线为圆心依次间隔设置在钢筋混凝土基础内，最外侧的支撑钢管距离塔筒中心距离不大于钢筋混凝土基础半径的3/4。

进一步的，所述箍圈与环形蓄水塔顶面的垂直距离为0.15m。

进一步的，所述环形蓄水塔边沿顶部均设有3cm高的钢护壁。

一种降低陆上风电机组基础结构损伤装置的施工方法，包括以下步骤：

1）根据风电场设计要求，根据基础环的厚度订制弧形肋板，在基础环安装施工时将弧形肋板通过螺栓加装在基础环底部法兰上，施工时与基础环一同安装，弧形肋板安装方位在风机叶轮方向前后两侧；

2）在风电基础主梁钢筋及次梁钢筋绑扎时，预埋由基础中心向外辐射状均匀分布的支撑蓄水塔的支撑钢管，支撑钢管分八条线布置，每条线均布四根，且预埋支撑钢管长度可视原风机基础设计调节高度，塔筒中心向外距离最远预埋支撑钢管处不超过基础半径的3/4；

3）在风电基础混凝土浇筑、养护后先部分回填在预埋支撑钢管高度下的土体，但保证支撑钢管顶部露出，便于进行环形蓄水塔底部的焊接；待上部结构完成后，在预埋支撑钢管上焊接蓄水塔底板，对蓄水塔结构进行搭建，蓄水塔及其支撑构件均采用高合金中碳Ni—Co型超高强度钢；

4）在基础环或与基础环相连的底部塔筒段围绕其一周固定法兰，位置高度在环形蓄水塔上表面下0.15m处，环形蓄水塔上部支撑杆通过固定法兰将蓄水塔和塔筒连接，固定法兰采用与风机塔筒直径相同的箍圈；

5）将环形蓄水塔内注入饱和水溶性盐溶液并用盖板密封。

进一步的，步骤5）中的饱和水溶性盐溶液内还可加入NaCl晶体，NaCl晶体的加入量为相应溶液体积下NaCl在温度为30℃时的饱和度。

本发明具有的优点是：本发明所提供的降低陆上风电机组基础结构损伤的装置及施工方法，通过基础环装置结构加装改造，可消除上部荷载传递到基础底部时基础环与混凝土交界处容易出现应力集中导致混凝土结构压溃的不利影响，且对原风机基础设计中的基础环装置基本并无改动，简便易行；通过八条均匀辐射状主梁及预埋钢筒的连接设置，使基础内部的荷载传递路径变得合理，受力明确，且对原风电机组基础设计配筋几乎无改变，上部结构传递到基础的循环荷载能够及时被传递到蓄水塔内，通过里面所盛液体振荡消除掉混凝土基础内疲劳内力的影响，蓄水塔内的水可以增加基础自重维持风电机组基础稳定；对比现行施工设计中所使用的基础环及基础内钢筋受力路径传递荷载机制，本装置的应用及消除不利循环荷载对基础的影响上效果更好。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明中基础环的结构示意图。

图3是图2中A的局部放大图。

图4是本发明中钢筋混凝土基础的结构示意图。

图5是本发明中蓄水塔的结构示意图。

图6是本发明中盖板的结构示意图。

图7是本发明的施工方法流程示意图。

1、基础环；2、主梁钢筋；3、次梁钢筋；4、支撑钢管；5、塔筒；6、支撑杆；7、肋板；8、蓄水塔；9、钢护壁；10、盖板；11、气孔；12、高分子密封膜；13、钢筋混凝土基础；14、水溶性盐溶液；15、箍圈；16、螺栓。

具体实施方式

如图所示，一种降低陆上风电机组基础结构损伤的装置，包括圆形钢筋混凝土基础13和基础环1，所述基础环1埋入钢筋混凝土基础13中心底部，钢筋混凝土基础13包括混凝土和设于混凝土内的主梁钢筋2和次梁钢筋3，所述主梁钢筋2围绕基础环1圆周横向均匀分布，次梁钢筋3与主梁钢筋2相交且竖直设置，主梁钢筋2和次梁钢筋3均与基础环1固定连接，所述基础环1底部固定设有多个肋板7，所述肋板7为弧形且弧形开口的长度大于基础环1底部的厚度，弧形角度为120°，板厚2cm，采用马氏体钢，肋板7与基础环1底部通过螺栓16连接且肋板7开口向上，通过设置圆弧过渡段，减少原基础环1底部混凝土结构受荷时的应力集中及剪切现象，基础环1顶部与塔筒5连接，所述钢筋混凝土基础13内以其中心为圆心呈辐射状分布有多组支撑钢管4，所述支撑钢管4竖直设置，所述支撑钢管4为8组，每组为4根并以塔筒5中心线为圆心依次间隔设置在钢筋混凝土基础13内，最外侧的支撑钢管4距离塔筒5中心距离不大于钢筋混凝土基础13半径的3/4，最大程度上不影响原设计，支撑钢管4顶部设有环形蓄水塔8，壁厚2cm，所述环形蓄水塔8与塔筒5之间通过支撑杆6连接，所述基础环1与塔筒5之间通过箍圈15相连接，所述箍圈15与环形蓄水塔8顶面的垂直距离为0.15m，所述箍圈15圆周设有一组均匀分布的螺孔，所述支撑杆6一端位于螺孔内，另一端与环形蓄水塔8相连接；所述环形蓄水塔8的横截面为直角梯形，环形蓄水塔8的底面与钢筋混凝土基础13贴合，环形蓄水塔8边沿顶部均设有3cm高的钢护壁9，蓄水塔8呈封闭圆环状钢筒结构，盛水高度在1-2.5m范围左右，总盛水量在100m³左右，所述环形蓄水塔8内盛有饱和水溶性盐溶液14硫酸铁或硫酸锌，增加溶液重度，使钢筋混凝土基础13自重加大维持稳定，也可以向饱和水溶性盐溶液14中加入NaCl晶体，NaCl晶体的加入量为相应溶液体积下NaCl在温度为30℃时的饱和度，NaCl晶体的掺入使溶液冰点降至-30℃左右，保证其冬季不利工况仍能保持流动状态，增强装置可靠性，支撑钢管4及蓄水塔8均需做好防腐处理并定时检修，蓄水塔8与钢筋混凝土基础13之间的连接采用刚性结构连接，钢筋混凝土基础13里预埋与钢筋相连的支撑钢管4，上部分别焊接与基础环1和塔筒5相连的一排桁架，荷载传递路径明确，环形蓄水塔8顶部设有盖板10，盖板10为玻璃钢盖板，盖板10上预留有气孔11，玻璃钢盖板10采用两个半板拼接，每块半板内预留有两个气孔11，气孔11上采用耐久性高分子密封膜12封口，防止液体挥发，密封完的塑料膜不紧绷，留有空腔，当环形蓄水塔8内水流动时对由水振荡引起的空气流动起到缓冲作用，同时保持水分不会蒸发，气孔11的直径为0.5-1m，现场装置完成试运行时，根据实际避免装置与基础结构发生的共振效应的需要，蓄水塔8内还可设置透孔滤网进行减振降频。

一种降低陆上风电机组基础结构损伤装置的施工方法，包括以下步骤：

1）根据风电场设计要求，根据基础环1的厚度订制弧形肋板7，在基础环1安装施工时将弧形肋板7通过螺栓16加装在基础环1底部法兰上，施工时与基础环1一同安装，弧形肋板7安装方位在风机叶轮方向前后两侧；

2）在风电基础主梁钢筋2及次梁钢筋3绑扎时，预埋由基础中心向外辐射状均匀分布的支撑蓄水塔8的支撑钢管4，支撑钢管4分八条线布置，每条线均布四根，且预埋支撑钢管4长度可视原风机基础设计调节高度，塔筒5中心向外距离最远预埋支撑钢管4处不超过基础半径的3/4，最大程度上不影响原设计；

3）在风电基础混凝土浇筑、养护后先部分回填在预埋支撑钢管4高度下的土体，但保证支撑钢管4顶部露出，便于进行环形蓄水塔8底部的焊接；待上部结构完成后，在预埋支撑钢管4上焊接蓄水塔8底板，对蓄水塔8结构进行搭建，蓄水塔8及其支撑构件均采用高合金中碳Ni—Co型超高强度钢，该类钢抗应力腐蚀性好，具有良好的工艺性能和焊接性能；

4）在基础环1或与基础环1相连的底部塔筒5段围绕其一周固定法兰，位置高度在环形蓄水塔8上表面下0.15m处，环形蓄水塔8上部支撑杆6通过固定法兰将蓄水塔8和塔筒5连接，固定法兰采用与风机塔筒5直径相同的箍圈15，不对塔筒5直接焊接造成钢结构损伤；

5）将环形蓄水塔8内注入饱和水溶性盐溶液14，饱和水溶性盐溶液14内还可加入NaCl晶体，NaCl晶体的加入量为相应溶液体积下NaCl在温度为30℃时的饱和度，并用盖板10盖住，盖板10为玻璃钢盖板，盖板10上预留有气孔，玻璃钢盖板10采用两个半板拼接，每块半板内预留有两个气孔11，气孔11上采用耐久性高分子密封膜12封口，密封完的塑料膜不紧绷，留有空腔，当环形蓄水塔8内水流动时对由水振荡引起的空气流动起到缓冲作用，同时保持水分不会蒸发，气孔的直径为0.5-1m，采用密封胶进行密封，密封胶主要成分为高强度有机硅，具有耐高温，抗老化及抗酸碱等诸多优势，保证密封性。

本发明所提供的降低陆上风电机组基础结构损伤的装置及施工方法，通过基础环装置结构加装改造，可消除上部荷载传递到基础底部时基础环与混凝土交界处容易出现应力集中导致混凝土结构压溃的不利影响，且对原风机基础设计中的基础环装置基本并无改动，简便易行；通过八条均匀辐射状主梁及预埋钢筒的连接设置，使基础内部的荷载传递路径变得合理，受力明确，且对原风电机组基础设计配筋几乎无改变，上部结构传递到基础的循环荷载能够及时被传递到蓄水塔内，通过里面所盛液体振荡消除掉混凝土基础内疲劳内力的影响，蓄水塔内的水可以增加基础自重维持风电机组基础稳定；对比现行施工设计中所使用的基础环及基础内钢筋受力路径传递荷载机制，本装置的应用及消除不利循环荷载对基础的影响上效果更好。

Claims (9)

1.一种降低陆上风电机组基础结构损伤的装置，其特征在于：包括圆形钢筋混凝土基础和基础环，所述基础环埋入钢筋混凝土基础中心底部，钢筋混凝土基础包括混凝土和设于混凝土内的主梁钢筋和次梁钢筋，所述主梁钢筋围绕基础环圆周横向均匀分布，次梁钢筋与主梁钢筋相交且竖直设置，主梁钢筋和次梁钢筋均与基础环固定连接，所述基础环底部固定设有多个肋板，基础环顶部与塔筒连接，所述钢筋混凝土基础内以其中心为圆心呈辐射状分布有多组支撑钢管，所述支撑钢管竖直设置，支撑钢管顶部设有环形蓄水塔，所述环形蓄水塔与塔筒之间通过支撑杆连接。

2.如权利要求1所述的降低陆上风电机组基础结构损伤的装置，其特征在于：所述基础环与塔筒之间通过箍圈相连接，所述箍圈圆周设有一组均匀分布的螺孔。

3.如权利要求2所述的降低陆上风电机组基础结构损伤的装置，其特征在于：所述环形蓄水塔的横截面为直角梯形，环形蓄水塔的底面与钢筋混凝土基础贴合，所述环形蓄水塔内盛有饱和水溶性盐溶液，环形蓄水塔顶部设有盖板，盖板上预留有气孔，所述气孔上覆盖一层高分子密封膜，气孔的直径为0.5-1m。

4.如权利要求3所述的降低陆上风电机组基础结构损伤的装置，其特征在于：所述肋板为弧形且弧形开口的长度大于基础环底部的厚度，肋板与基础环底部通过螺栓连接且肋板开口向上。

5.如权利要求4所述的降低陆上风电机组基础结构损伤的装置，其特征在于：所述支撑钢管为8组，每组为4根并以塔筒中心线为圆心依次间隔设置在钢筋混凝土基础内，最外侧的支撑钢管距离塔筒中心距离不大于钢筋混凝土基础半径的3/4。

6.如权利要求5所述的降低陆上风电机组基础结构损伤的装置，其特征在于：所述箍圈与环形蓄水塔顶面的垂直距离为0.15m。

7.如权利要求6所述的降低陆上风电机组基础结构损伤的装置，其特征在于：所述环形蓄水塔边沿顶部均设有3cm高的钢护壁。

8.一种如权利要求1-7任一所述的降低陆上风电机组基础结构损伤装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）根据风电场设计要求，根据基础环的厚度订制弧形肋板，在基础环安装施工时将弧形肋板通过螺栓加装在基础环底部法兰上，施工时与基础环一同安装，弧形肋板安装方位在风机叶轮方向前后两侧；

2）在风电基础主梁钢筋及次梁钢筋绑扎时，预埋由基础中心向外辐射状均匀分布的支撑蓄水塔的支撑钢管，支撑钢管分八条线布置，每条线均布四根，且预埋支撑钢管长度可视原风机基础设计调节高度，塔筒中心向外距离最远预埋支撑钢管处不超过基础半径的3/4；

3）在风电基础混凝土浇筑、养护后先部分回填在预埋支撑钢管高度下的土体，但保证支撑钢管顶部露出，便于进行环形蓄水塔底部的焊接；待上部结构完成后，在预埋支撑钢管上焊接蓄水塔底板，对蓄水塔结构进行搭建，蓄水塔及其支撑构件均采用高合金中碳Ni—Co型超高强度钢；

4）在基础环或与基础环相连的底部塔筒段围绕其一周固定法兰，位置高度在环形蓄水塔上表面下0.15m处，环形蓄水塔上部支撑杆通过固定法兰将蓄水塔和塔筒连接，固定法兰采用与风机塔筒直径相同的箍圈；

5）将环形蓄水塔内注入饱和水溶性盐溶液并用盖板密封。

9.如权利要求8所述的降低陆上风电机组基础结构损伤装置的施工方法，其特征在于：步骤5）中的饱和水溶性盐溶液内还可加入NaCl晶体，NaCl晶体的加入量为相应溶液体积下NaCl在温度为30℃时的饱和度。