CN108699797A - 用于风力机的基座 - Google Patents

Abstract

在用于风力机的基座中，该基座包括用于支撑风力机塔的圆形或者多边形底座以及从该底座径向向外辐射的多个肋部，其中，该底座被划分成多个周向区段，其中，周向区段和肋部的每一个与彼此整体形成为预制混凝土元件，其中，该预制混凝土元件由包括被嵌入到所述预制混凝土元件中的第一加强结构、特别是加强筋的加强混凝土制成，第二加强结构被设置，该第二加强结构将预制混凝土元件保持在一起并且联接至第一加强结构。

Description

用于风力机的基座

技术领域

本发明涉及一种用于风力机的基座，该基座包括用于支撑风力机塔的圆形或者多边形底座以及从底座径向向外辐射的多个肋部，其中，底座被划分成多个周向区段，其中，周向区段和肋部的每一个与彼此整体形成为预制混凝土元件，其中，预制混凝土元件由包括嵌入至预制混凝土元件中的第一加强结构、特别是加强筋的加强混凝土制成。

另外，本发明涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括桅杆和安装在桅杆上的转子，其中，桅杆被安装到基座上。

背景技术

在WO 2004/101898 A2中公开了最初限定的类型的风力机基座。如本文中描述的，岸上风力发电装置的基座的制造需要繁重的人工和管理工作并且非常耗时。考虑到现代风力涡轮机的增加的尺寸，基座经受非常高的负载并且需要被相应地设计尺寸。如今，风力涡轮机具有高达150m的高度的塔并且发电高达6 MW。在大多数情况中，风力涡轮机的塔或桅杆由加强混凝土制成并且通过使用预制混凝土元件来建造。

迄今为止，用于风力发电装置的基座基本上通过如下操作来制造：挖出坑道，引入颗粒状底基层，安装基座部件，执行必要的模架和加强工作并且然后用混凝土填充坑道，其中，混凝土借助于预拌混凝土卡车运输至工作地点并且被倾倒到坑道中。基座部件通常具有中空柱形构造并且通常是预制的并且作为整体被运输至相应的组装位置。

通过现场铸造混凝土来制造风力机基座具有多个缺点。其需要复杂的物流来规划现场制造活动，并且其涉及在工作地点处的耗时且昂贵的操作，诸如，建造模架和加强结构以及运输混凝土和铸造混凝土。考虑到对于大型基座可能需要多达1.000 m³的混凝土，则特别如此。

为了改进建造基座的过程，在WO 2004/101898 A2中已经提出了通过使用预制混凝土元件来建造基座。这样的混凝土元件在预制厂中被制造并且被运输至工作地点，在这里，通过使用吊车将其放置就位并且然后使其彼此连接。以此方式，在工作地点处的建造操作的持续时间可以显著地减少。在连接至彼此时，预制混凝土元件形成基座，该基座包括中心底座和从底座径向向外辐射的多个肋部。每个预制混凝土元件形成肋部以及底座的相关联的周向区段中的一个。底座的周向区段通过螺纹凸缘连接至彼此。如在WO 2004/101898A2中描述的，预制混凝土元件可以是钢加强的。在已经建造基座之后，风力机的塔或桅杆安装在底座上并且通过使用锚固螺栓将其固定至底座。

通过使用预制混凝土元件，能够在受控环境中制造这些元件，以便使得给混凝土提供由工厂员工适当地固化和紧密地监测的机会。由于在预制厂中比在施工场地上对材料的质量和工艺有着更大的控制，所以能够提高硬化混凝土的质量。在经济上，在预制厂中使用的模架在其需要被更换之前可以重复使用多次，这允许每个单元的模架的成本低于现场铸造生产的成本。

风力涡轮机经受特定性质的负载和应力，这些负载和应力必须由基座承受。一方面，风本身以不可预测且变化的方式作用。另一方面，由于设施变大，所以动态负载部件由于振动和共振而作用在结构上。另外，由于产生大量倾覆力矩，所以100米及以上的塔高将主要偏心负载转移至基座。如果塔暴露于弯曲力矩，则基座的混凝土必须抵抗在压缩区中产生的压缩并且混凝土的加强结构必须承受在基座的相对部分中的张力，因为混凝土本身具有相对低的抗张强度。

由预制加强混凝土元件制成的基座具有如下优点：混凝土的性能和质量更高，以便使得形成裂纹的风险减小并且抵抗动态和静态负载的能力更好。然而，缺点在于，与现场浇铸基座相比，没有提供整体式结构，因此必须研发用于将预制混凝土元件牢固地连接至彼此以模仿整体式结构的技术方案。

发明内容

因此，本发明的目标在于提供一种由预制加强混凝土元件构造的用于风力机的改进的基座，但该基座的行为与整体式基座类似，以便抵抗高静态和动态负载。

为了解决这些和其它目标，本发明提供最初限定的类型的用于风力机的基座，该基座包括用于支撑风力机塔的圆形或者多边形底座以及从该底座径向向外辐射的多个肋部，其中，底座被划分为多个周向区段，其中，周向区段和肋部的每一个与彼此整体形成为预制混凝土元件，其中，预制混凝土元件由包括被嵌入到预制混凝土元件中的第一加强结构、特别是加强筋的加强混凝土制成，其特征在于，第二加强结构被设置，该第二加强结构将预制混凝土元件保持在一起并且联接至第一加强结构。

第二加强结构可以是适于将预制混凝土元件刚性地保持在一起以形成整体式结构的任何类型。第二加强结构不同于第一加强结构并且因此优选地没有被嵌入在预制混凝土元件中。根据本发明的特征，第二加强结构联接至第一加强结构，这允许在所述加强结构之间的不间断负载路径以便使得有效地分布被引入到基座中的力。在本发明的背景下，联接第一加强结构和第二加强结构意味着作用在第一加强结构上的力在没有插入混凝土的情况下被传输至第二加强结构，并且反之亦然。因此，第一加强结构和第二加强结构可以直接地连接至彼此或者经由除了混凝土之外的刚性连接元件连接至彼此。

第一加强结构优选地包括由钢或类似刚性材料制成的加强筋。优选地，加强筋在肋部的纵向方向上延伸。附加加强筋可以与在肋部的纵向方向上延伸的加强筋垂直地或者倾斜地延伸。附加加强筋也可以设置在底座中并且在其轴向方向上延伸。纵向加强筋可以优选地在径向方向上朝向基座的中心延伸，其中，纵向加强筋可以设置在水平面中或者倾斜地延伸至水平面，特别地朝向底座上升。在后一种情况中，加强筋基本上相对于从底座径向向外引出的力而与负载路径对齐。

第二加强结构优选地包括多个刚性纵向加强元件、特别是钢梁或者钢条，该多个刚性纵向加强元件的每一个以横越由底座包围的中空空间的方式使一对相对设置的预制混凝土元件的预制混凝土元件彼此连接。第二加强结构的纵向加强元件联接至第一加强结构，特别地联接至加强筋，优选地联接至在肋部的纵向方向上延伸的加强筋。以此方式，嵌入在相对设置的预制混凝土元件中的加强筋借助于第二加强结构的纵向加强元件连接至彼此，其中，在所述相对设置的预制混凝土元件的第一加强结构之间形成负载传输路径。这导致由于塔的弯曲力矩而施加在基座上的张力负载不仅由设置在基座的一侧上的第一加强结构承受，而且所述张力负载也被转移至设置在基座的相对侧上的第一加强结构。

根据本发明的优选实施例，每一对相对设置的预制混凝土元件由所述刚性纵向加强元件中的一个连接。以此方式，多个纵向加强元件（特别是钢条或者钢梁）横越由底座包围的中空空间。由于这些横越纵向加强元件均在直径上进行设置，所以其在底座的中心处相遇，以便使得实现对称设置，这提供了力在整个基座内的最佳分布。

纵向加强元件可以在水平面中横越底座。然而，优选地，刚性纵向加强元件的每一个在其上部区域中被固定至所述一对相对设置的预制元件中的一个，并且在其底部区域中被固定至所述一对相对设置的预制混凝土元件中的另一个，以便使得其关于水平面倾斜地延伸。因此，相对设置的预制混凝土元件的加强筋在至少两个不同的平面（诸如，顶部平面和底部平面）中联接至彼此。

就此而言，有利的情况是使刚性纵向加强元件在其设置于底座的中心轴线上的相交点处连接至彼此。以此方式，基座的对称轴线中的中心点被设置，其允许在各个方向上进行负载分布。

关于第一加强结构与第二加强结构之间的联接，优选实施例提供的是，第二加强结构的刚性纵向加强元件和第一加强结构（特别是加强筋）经由设置在底座的内表面处的护套连接至彼此。所述护套可以由固定至底座的内表面的钢板壳体形成。在形式为中空柱体的底座的情况中，护套可以被实施为设置在底座的内柱形表面处的柱形护套。护套用于将负载路径从第一加强结构引导至第二加强结构，并且反之亦然。这通过将第一加强结构的加强筋和第二加强结构的加强元件两者刚性地连接至护套来实现。

就此而言，优选实施例提供的是，所述第一加强结构的加强筋通过焊接被固定至护套。这可以有利地通过如下方式来实现：将所述第一加强结构的加强筋设置为从预制混凝土元件向内突出，并且优选地穿透设置在护套中的开口。在这种情况中，可以在护套的内侧处实现焊接。替代地，可以在护套的外侧处实现焊接。

另外，第二加强结构可以通过焊接或者通过螺纹连接被固定至护套。

底座内的中空空间可以用于不同目的，例如，作为储存空间或者用于承担维修工作，并且因此可以配备有楼梯、平台等。另外，中空空间也可以用于安装、接近以及维修被设置为使风力机的塔或桅杆稳定的后张力线缆。

根据优选实施例，预制混凝土元件包括用于支撑肋部并且与该肋部整体形成的基板。因此，预制混凝土元件可以具有呈倒“T”形状的截面，其中，水平T形条由基板形成，并且竖直T形条由肋部形成。然而，肋部并不一定要严格地实现为竖直条的形式。肋部也可以具有朝向顶部渐细的横截面。另外，肋部的高度可以优选地在朝向底座的方向上连续地增加。肋部的连续增加的高度允许肋部的横截面面积适于力发展，并且例如可以被实现为使得肋部的上表面或者上边沿被设计为在朝向底座的方向上上升的斜坡。替代地，肋部可以具有弯曲（即，凹状）构造的上表面或者上边沿。在任一种情况中，肋部的高度都可以在朝向底座的方向上增加以便在肋部并入到底座中的点处达到底座的高度。

嵌入到肋部中的加强筋优选地可以基本上平行于肋部的上边沿（特别地平行于上升斜坡）延伸。

预制混凝土元件的基板可以具有矩形形状。替代地，这些板可以在水平方向上加宽，与基座的中心相隔越来越大的距离。

为了在底座的底部处关闭底座内的中空空间，本发明的优选实施例提供的是，所述基板包括向内伸出到由基座包围的中空空间中的边沿区段。特别地，所有预制混凝土元件的边沿区段一起形成轴向边沿、特别是圆形边沿，该周向边沿周向地支撑被设置在底座的底部处的中心底板。

根据本发明的另外的优选实施例，预制混凝土元件借助于至少一个后张力线缆被约束至彼此，该至少一个后张力线缆设置在实现于底座中的周向通道、特别是圆形通道中。这种线缆具有附加的加强结构的功能，但与本发明的第二加强结构相反，这些线缆没有联接至嵌入在预制混凝土元件中的第一加强结构。

当将预制混凝土元件约束至彼此时，底座的相邻周向区段的侧表面压靠彼此。为了使相邻的周向区段彼此准确地对齐，所述侧表面可以包括形状配合元件，诸如，舌部和沟槽结构，从而彼此配合以便固定各段的相对位置。

根据优选实施例，如果相邻的预制混凝土元件在其从底座向外辐射的区段中在周向方向上彼此隔开，则预制混凝土元件在工作地点处的安装被大大简化。特别地，基板具有宽度尺寸以便使得相邻的预制混凝土元件的基板不会碰触彼此。以此方式，能够适应在预制混凝土元件的制造中的制造公差。

对基座的稳定性的主要贡献通过如下内容来实现：通过将土壤或者其它回填材料回填到基座的预制混凝土元件上来回填坑道。以此方式，回填材料的重量能够用于产生到预制混凝土元件上的竖直负载，该竖直负载抵消最终的倾覆力矩。该负载最有效地作用在基座的竖直表面上，诸如，预制混凝土元件的基板。然而，为了节约制造和运输成本，基板可以具有有限宽度以便使得在相邻的基板之间保持间隙。在所述间隙的区域中，回填材料不能向基座上施加能够抵消风力机的倾覆力矩的竖直负载。

通常，基座的直径越大，基座就越能够承受风力机的倾覆力矩。然而，可用于将预制混凝土元件从预制厂运输至工作地点的运输设施会限制其可能的长度。

鉴于上述内容，将期望的是在不增加用于形成基座的底座和肋部的预制混凝土元件的长度和/或宽度的情况下增加风力机基座的稳定性，特别是其对倾覆力矩的抵抗力。为此，本发明的优选实施例提供的是，两个相邻的预制混凝土元件之间的间隙的每一个由桥接板桥接，所述桥接板优选地具有径向延伸部，以便从预制混凝土元件径向突出。桥接板优选地被实现为预制混凝土板。由于桥接板是与用于形成基座的底座和肋部的预制混凝土元件隔开的元件，所以其能够单独地进行处理和运输。桥接板使水平表面积延伸，回填材料在该水平表面积上施加用于抵消风力机的倾覆力矩的竖直力。特别地，该表面积延伸至相邻的基板之间的间隙的至少一部分并且可选地延伸至在如由形成底座和肋部的预制混凝土元件限定的基座的直径的径向外部的区域。桥接板（至少沿着其边缘的一部分）由基板支撑，以便使得由回填材料施加在桥接板上的竖直负载可以被转移到包括预制混凝土元件的基座上。

替代地或者额外地，平坦柔性材料（诸如，织物片材、垫子或者土工膜）可以设置为覆盖基板、肋部和/或桥接板。平坦材料可以实现与桥接板相同的功能，即，使表面延伸，回填材料的重量静置在该表面上。平坦柔性材料可以借助于合适的连接元件（诸如例如，挂钩、孔眼、或者螺纹连接部）被固定至底座和/或肋部和/或桥接板。

用于制造预制混凝土元件的混凝土可以是任何类型的混凝土，其通常也用于铸造现场混凝土。除了粒料和水之外，混凝土还包含作为水力粘结剂的波特兰水泥，其通过在与水接触时起反应和固化来产生力量形成相。

纤维加强混凝土也可以用于制造预制混凝土元件。纤维可以由有助于增加所产生的混凝土结构的结构完整性、特别是强度、抗冲击性、和/或耐久性的任何纤维材料制成。纤维加强混凝土包含均匀分布且随机定向的短离散加强纤维。

优选地，加强纤维是碳纤维、合成纤维、特别是聚丙烯纤维。替代地，加强纤维可以是钢纤维、玻璃纤维或者天然纤维。

在操作中，基座承载岸上风力涡轮机，该岸上风力涡轮机包括桅杆和安装在桅杆上的转子，其中，桅杆利用常规方式（诸如，借助于锚固螺栓）被安装到本发明的基座的底座上。转子具有水平旋转轴线。

附图说明

在下文中，将参照在附图中示出的示例性实施例对本发明进行更加详细的描述。图1图示了由预制混凝土元件组成的风力机基座，图2示出了如在图1的基座中使用的预制混凝土元件，图3示出了根据本发明的基座的横截面，图4示出了图3的基座的顶视图，以及图5是基座的改进实施例的局部顶视图。

具体实施方式

在图1中，基座1被示出为包括多个预制混凝土元件3。基座1包括用于支撑风力机塔的形式为中空柱体的圆形底座2。基座1进一步包括从底座2径向向外辐射的多个肋部5。底座2被划分为多个周向区段4（图2），其中，周向区段4和肋部5的每一个与彼此整体形成为预制混凝土元件3，如在图2中所示。预制混凝土元件3进一步包括基板6，基板6也与肋部5整体形成。预制混凝土元件3由包括嵌入到预制混凝土元件3中的加强筋的加强混凝土制成。

尽管肋部在图2中被示出为以单件形式制成的预制混凝土元件，但肋部也可以由两个或者更多个肋部区段组装而成。如果肋部被实现为具有超过通常运输设施的可允许长度的径向长度，则这是特别有利的。特别地，两个或者更多个肋部区段可以被制作为单独的预制混凝土元件、单独地被运输至工作地点并且在工作地点处刚性地安装在一起。

为了使相邻的周向区段4彼此准确地对齐，所述侧表面可以包括形状配合元件16，诸如，梯形舌部和沟槽结构，从而彼此配合以便固定元件3的相对位置。另外，预制混凝土元件3可以借助于至少一个后张力线缆而被约束至彼此，该至少一个后张力缆线能够设置在实现于底座2中的周向通道中、特别是圆形通道中，该通道的开口由17表示。当然，可以设置多个通道。

在图3中示出了被嵌入到预制混凝土元件3中的加强筋并且由附图标记7表示该加强筋。另外，锚固螺栓8被示出，锚固螺栓8被嵌入到底座2的周向区段4中并且用于在其从底座2上突出的自由端处固定风力机的塔。

护套9设置在底座2的内柱形表面处。加强筋7被设置为从预制混凝土元件3向内突出并且穿透设置在护套9中的开口，以便使得筋7可以在其内侧处通过焊接连接至护套9（在筋7中的一个处仅作为示例在15处示出了焊接连接）。另外，钢梁10的每一个通过例如螺纹连接而连接至护套9。钢梁10以横越由底座2包围的中空空间12的方式将相对设置的预制混凝土元件3彼此连接起来。钢梁10的至少一部分倾斜地延伸以便形成“X”构造，其中，梁10的每一个在其上部区域中被固定至相对设置的预制元件3中的一个并且在其底部区域中被固定至相对设置的预制混凝土元件3中的另一个。

如能够在图3中看到的，每个预制混凝土元件3的基板6包括向内伸出到中空空间12中的边沿区段，其中，所有预制混凝土元件3的边沿区段一起形成圆形边沿13，圆形边沿13周向地支撑设置在底座2的底部处的中心底板11。

图4在图3的基座的顶视图中示出了每一对相对设置的预制混凝土元件3通过钢梁10彼此连接。

图5示出了两个相邻的预制混凝土元件3之间的间隙的每一个由桥接板14桥接的实施例，桥接板14具有径向延伸部以便从预制混凝土元件3径向地突出。桥接板14可以借助于螺栓固定至预制混凝土元件3的基板6。

Claims (17)

1.一种用于风力机的基座，所述基座包括用于支撑风力机塔的圆形或者多边形底座以及从所述底座径向向外辐射的多个肋部，其中，所述底座被划分为多个周向区段，其中，周向区段和肋部的每一个与彼此整体形成为预制混凝土元件，其中，所述预制混凝土元件由包括被嵌入到所述预制混凝土元件中的第一加强结构、特别地是加强筋的加强混凝土制成，其特征在于，第二加强结构被设置，所述第二加强结构将所述预制混凝土元件保持在一起并且联接至所述第一加强结构。

2.根据权利要求1所述的基座，其中，所述第二加强结构包括多个刚性纵向加强元件、特别是钢梁或者钢条，所述多个刚性纵向加强元件的每一个以横越由所述底座包围的中空空间的方式使一对相对设置的预制混凝土元件的所述预制混凝土元件彼此连接。

3.根据权利要求2所述的基座，其中，每一对相对设置的预制混凝土元件由所述刚性纵向加强元件中的一个连接。

4.根据权利要求2或3所述的基座，其中，所述刚性纵向加强元件的每一个在其上部区域中被固定至所述一对相对设置的预制元件中的一个，并且在其底部区域中被固定至所述一对相对设置的预制混凝土元件中的另一个。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的基座，其中，所述刚性纵向加强元件在其设置在所述底座的轴线上的相交点处连接至彼此。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的基座，其中，所述刚性纵向加强元件和所述第一加强结构、特别是所述加强筋经由设置在所述底座的内表面处的护套连接至彼此。

7.根据权利要求6所述的基座，其中，所述第一加强结构的所述加强筋通过焊接被固定至所述护套。

8.根据权利要求6或7所述的基座，其中，所述第一加强结构的所述加强筋被设置为从所述预制混凝土元件向内突出，并且优选地穿透设置在所述护套中的开口。

9.根据权利要求6、7或8所述的基座，其中，所述第二加强结构通过焊接或者通过螺纹连接被固定至所述护套。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的基座，其中，所述预制混凝土元件包括用于支撑所述肋部并且与所述肋部整体形成的基板，所述基板优选地包括向内伸出到由所述底座包围的所述中空空间中的边沿区段。

11.根据权利要求10所述的基座，其中，所有预制混凝土元件的所述边沿区段一起形成周向边沿、特别是圆形边沿，所述周向边沿周向地支撑设置在所述底座的底部处的中心底板。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的基座，其中，所述肋部的高度在朝向所述底座的方向上连续地增加。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的基座，其中，所述预制混凝土元件借助于至少一个后张力线缆被约束至彼此，所述至少一个后张力线缆设置在实现于所述底座中的周向通道中、特别是圆形通道中。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的基座，其中，相邻的预制混凝土元件在其从所述底座向外辐射的区段中在周向方向上彼此隔开。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的基座，其中，两个相邻的预制混凝土元件之间的间隙的每一个由桥接板桥接，所述桥接板优选地具有径向延伸部以便从所述预制混凝土元件径向突出。

16.根据权利要求15所述的基座，其中，所述桥接板被实现为预制混凝土板。

17.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括桅杆和安装在所述桅杆上的转子，其中，所述桅杆被安装到根据权利要求1至16中任一项所述的基座上。