CN110295618A - 风力发电塔阶梯形基础 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电塔阶梯形基础，包括：基础主体、基础环和固定连接件，基础主体包括上部基础体和下部基础体，下部基础体设置为阶梯形柱体，阶梯形柱体包括多个层叠的柱体，从下至上，柱体的横截面积逐渐增大；基础环设置为多边形基础环，多边形基础环上开设有多个安装孔；基础主体内部开设有基础环容纳腔，基础环设置于基础环容纳腔内，固定连接件穿过安装孔固定连接基础环和基础主体。本发明的风力发电塔阶梯形基础具有承载性能高和稳定性好的优点，并且使用寿命长、降低建造成本。

Description

风力发电塔阶梯形基础

技术领域

本发明涉及风力发电塔基础，尤其涉及一种建设在山区的风力发电塔阶梯形基础。

背景技术

能源枯竭、环境污染及温室效应是当前全球面临的严重问题，促使了人们必须重视开发、利用清洁、可再生能源。风能即是一种清洁可再生能源，而风力发电是利用风能的主要形式，其中陆地风电是风力发电的主导方向。我国陆地风能资源丰富、储存量大、分布范围广以及无污染等优点，而且发展陆地风电可有效解决上述的能源枯竭、环境污染与温室效应问题。

陆地风电工程早先建设在平原、戈壁地区，而平原地区的风电工程会占用大量耕地，戈壁地区的风电工程则需要配套大量的高压输电线路传输电力，增加了建设成本。因此，为解决这些问题，风电工程正向靠近城市周边的山区地区转移。

山区风电塔筒基础作为风机结构的底座，其自身的力学特性必须满足承载力与变形要求，从而保证上部风机结构的正常运行。风机正常运行期间，基础除了要承受上部风机结构及基础自身重力作用外，还要承受风力作用产生的水平静荷载和循环动力荷载作用，以及水平荷载及竖向偏心荷载作用下产生的巨大倾覆弯矩。由此风电塔筒基础受力情况远比其他高耸结构复杂，水平承载性能是基础设计的主要影响因素。

随着山区风电技术的快速发展，风力发电呈现风机大型化发展，带动了风电塔架基础设计及塔筒设计的不断创新，进而适应山区不同条件风场建设。当前，山区风电塔筒基础形式有重力式扩展基础、梁板式基础和岩石锚杆基础，其中以圆柱形重力式扩展基础应用最为广泛。但是，这些山区风电塔筒基础存在以下不足：

(1)重力式扩展基础与梁板式基础均由大体积钢筋混凝土浇注而成。基础的钢筋和混凝土用量巨大，而且基础的浇筑施工属于大体积混凝土施工，浇筑及养护时需要考虑水化热引起的基础开裂及裂缝等问题，对施工工艺要求高。

(2)岩石锚杆基础采用高强预应力锚杆提高基础承载力，锚杆钻孔施工工作量大、施工工艺复杂，需要专业的施工机械，而且锚杆防腐要求高，建设成本大大增加。

(3)传统山区风电塔筒基础与基础环之间为刚性连接，缺乏一定的柔性，导致风荷载引起的水平循环荷载作用时，基础环与基础脱离，且基础环与基础的刚性连接往往容易使上部塔架根部拦腰折断而造成重大经济损失。

(4)传统山区风电塔筒基础通过基础环与上部塔筒连接，基础与基础环、基础环与上部塔筒通过锚杆连接。但是，若锚杆失效时无法及时更换，致使风机倾覆而影响风机正常运行。另外，基础环与钢筋混凝土基础同时现浇，基础环与钢筋混凝土基础之间为刚性连接，在长期循环风荷载作用下基础环容易压碎接触部位的混凝土，而造成基础环与基础脱离。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种风力发电塔阶梯形基础，具有承载性能高和稳定性好的优点，并且使用寿命长、降低建造成本。

一种风力发电塔阶梯形基础，其特征在于，包括：基础主体、基础环和固定连接件，

所述基础主体包括上部基础体和下部基础体，所述下部基础体设置为阶梯形柱体，所述阶梯形柱体包括多个层叠的柱体，从下至上，所述柱体的横截面积逐渐增大；

所述基础环设置为多边形基础环，所述多边形基础环上开设有多个安装孔；

所述基础主体内部开设有基础环容纳腔，所述基础环设置于所述基础环容纳腔内，所述固定连接件穿过所述安装孔固定连接所述基础环和所述基础主体。

优选的，所述多边形基础环设置有N条边，其中，N>8。

优选的，所述基础主体内部设置有用于安装维修的预留空腔。

优选的，所述多边形基础环设置于所述上部基础，所述预留空腔开设于下部基础内。

优选的，所述预留空腔近似锥形瓶状。

优选的，所述下部基础体的底部连接有下凸的球面体。

优选的，所述多边形基础环的侧壁与所述基础环容纳腔的侧壁之间还设置有橡胶柔性层。

优选的，所述上部基础体设置为锥形体，所述锥形体的小径端位于所述基础主体的顶部，所述锥形体的大径端与所述下部基础体连接。

优选的，所述风力发电塔的塔筒底部设置有法兰，所述法兰通过预应力钢绞线与所述多边形基础环固定连接。

优选的，所述基础主体由钢筋混凝土填充形成，所述固定连接件设置为预应力钢绞线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明的风力发电塔阶梯形基础，下部基础体设置为上大下小的阶梯形柱体，阶梯形体的表面包括了水平面和竖直侧面，从而增大了基础与基坑周围土体的接触面积，进而增大了基础的摩阻抗力，使得基础承载力显著提高。另外，基础侧壁呈阶梯形状，减少了基坑开挖量，降低风化岩地基施工作业量，降低了建造成本。

将基础环设置成多边形基础环(边数大于8)，与传统圆形基础环相比，一方面增加基础环和基础主体的接触面积，另一方面方便将基础环的侧壁和基础主体固定连接。

2)本发明的风力发电塔阶梯形基础，通过预应力钢绞线将风电塔筒与基础环、基础环与基础相连，与传统风电塔筒基础依靠锚杆连接相比，该连接方式使得基础的循环动力承载性能和变形协调能力提高，进而提高了基础的使用寿命。

3)本发明发电塔阶梯形基础，在多边形基础环侧壁和基础环容纳腔的侧壁之间设置橡胶柔性层，缓冲了基础环传递的上部荷载对基础主体的破坏；同时，橡胶柔性层可协调基础环与上部塔筒的变形差异，提高风机结构的变形协调能力，从而避免风力发电塔的塔筒拦腰折断。

4)本发明发电塔阶梯形基础，在基础主体内部设置有预留空腔，便于安装和更换预应力钢绞线，避免钢绞线置换不及时而造成风机倒塌。将预留空腔设置为近似锥形瓶状，并在下部基础体的底部设有下凸的球面体，使得基础的重心下移，形成了“不倒翁”的结构，从而基础在承受风荷导致的横向载荷时，允许基础有较小的水平位移量，并且在风荷载卸载后基础能回弹量，提高了基础的循环动力承载性能。

综上所述，本发明发电塔阶梯形基础具有承载性能高和稳定性好的优点，并且使用寿命长、降低建造成本。

附图说明

图1是本发明风力发电塔阶梯基础的结构示意图；

图2是图1中的基础环的结构示意图；

图中：1-基础主体，11-上部基础体，12-下部基础体，13-球面体，14-预留空腔，2-基础环，21-安装孔，3-橡胶柔性层，4-预应力钢绞线，5-塔筒，51-法兰。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

如图1所示，风力发电塔阶梯形基础包括：基础主体1、基础环2和固定连接件，本实施例的基础主体1由钢筋混凝土填充形成，固定连接件采用预应力钢绞线4，基础主体包括上部基础体11和下部基础体12，下部基础体12设置为阶梯形柱体，阶梯形柱体包括多个层叠的柱体，从下至上，柱体的横截面积逐渐增大；阶梯形柱体12可以是圆柱体，也可以是棱柱体，本实施例采用的是多个直径不等圆柱体层叠的构成上述的阶梯形柱体12，构成该阶梯形柱体12的下部圆柱体直径小于上部圆柱体的直径。需要说明的是，根据变形协调控制基础水平变形设计，应在下部基础体12的阶梯形表面与基坑之间回填片石、混凝土或其他变形较小的填料，以保证基础所受水平荷载能很好地传递到基坑周围的土体上。

下部基础体12设置为上大下小的阶梯形柱体，阶梯形体的表面包括了水平面和竖直侧面，从而增大了基础与基坑周围土体的接触面积，进而增大了基础的摩阻抗力，使得基础承载力显著提高，而且还避免了基础与基坑周围土体间出现连续闭合的滑动面，提高基础承载性能。另外，基础侧壁呈阶梯形状，减少了基坑开挖量，降低风化岩地基施工作业量，降低了建造成本。

为减少钢筋混凝土的用量，将上部基础体11设置为锥形体，锥形体的小径端位于基础主体1的顶部，锥形体的大径端与下部基础体12连接。

基础环2设置为如图2所示的多边形基础环，多边形基础环上开设有多个安装孔21；基础主体1内部开设有基础环容纳腔，基础环2设置于基础环容纳腔内，预应力钢绞线4穿过安装孔21固定连接基础环2和基础主体1。优选多边形基础环设置有N条边，其中，N>8，即基础环可以是九边形基础环、十边形基础环等边数大于八的多边形基础环。基础主体1通过基础环2与其上部的塔筒5连接，将基础环2设置成多边形能增大基础主体1与基础环的接触面积，可提高基础承载力。

基础主体1内部设置有用于安装维修的预留空腔14。多边形基础环设置于上部基础11，预留空腔开设于下部基础12内。预留空腔14可以供人或者安装维修的工具通过，便于安装和更换预应力钢绞线4，避免钢绞线4置换不及时而造成风机倒塌。

将预留空腔12设置为近似锥形瓶状。并且在下部基础体12的底部用钢筋混凝土浇筑成下凸的球面体13。使得基础的重心下移，形成了“不倒翁”的结构，从而基础在承受风荷导致的横向载荷时，允许基础有较小的水平位移量，并且在风荷载卸载后基础能回弹量，提高了基础的循环动力承载性能。

多边形基础环的侧壁与基础环容纳腔的侧壁之间还设置有橡胶柔性层3。橡胶柔性层3的弹性变形性能起到协调基础变形特性的作用，还释放了上部风机结构传递的巨大弯矩荷载，提高了整个基础的循环动力承载性能与稳定性。

风力发电塔的塔筒5底部设置有法兰51，法兰51通过预应力钢绞线4与多边形基础环固定连接。法兰51和基础环2也可以通过螺栓或者是锚杆固定连接。通过预应力钢绞线4将风电塔筒与基础环、基础环与基础相连，比传统风电塔筒基础依靠锚杆连接相比，该连接方式使得基础的循环动力承载性能和变形协调能力提高，进而提高了基础的使用寿命。

本实施例上部基础体11的侧壁处和基础环的侧壁部处安装有多条预应力钢绞线4；另外还有多条预应力钢绞线4穿过基础环2的顶壁和底壁并伸入下部基础体12内，使得基础环与整个基础紧密结合成一体，提高了整体基础的承载能力。

本发明不局限于上述实施例，一切基于本发明的构思、原理、结构和方法，所做出的种种改进，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风力发电塔阶梯形基础，其特征在于，包括：基础主体、基础环和固定连接件，

所述基础主体包括上部基础体和下部基础体，所述下部基础体设置为阶梯形柱体，所述阶梯形柱体包括多个层叠的柱体，从下至上，所述柱体的横截面积逐渐增大；

所述基础环设置为多边形基础环，所述多边形基础环上开设有多个安装孔；

所述基础主体内部开设有基础环容纳腔，所述基础环设置于所述基础环容纳腔内，所述固定连接件穿过所述安装孔固定连接所述基础环和所述基础主体。

2.如权利要求1所述的风力发电塔阶梯形基础，其特征在于，所述多边形基础环设置有N条边，其中，N>8。

3.如权利要求1所述的风力发电塔阶梯形基础，其特征在于，所述基础主体内部设置有用于安装维修的预留空腔。

4.如权利要求3所述的风力发电塔阶梯形基础，其特征在于，所述多边形基础环设置于所述上部基础，所述预留空腔开设于下部基础内。

5.如权利要求4所述的风力发电塔阶梯形基础，其特征在于，所述预留空腔近似锥形瓶状。

6.如权利要求5所述的风力发电塔阶梯形基础，其特征在于，所述下部基础体的底部连接有下凸的球面体。

7.如权利要求1所述的风力发电塔阶梯形基础，其特征在于，所述多边形基础环的侧壁与所述基础环容纳腔的侧壁之间还设置有橡胶柔性层。

8.如权利要求1所述的风力发电塔阶梯形基础，其特征在于，所述上部基础体设置为锥形体，所述锥形体的小径端位于所述基础主体的顶部，所述锥形体的大径端与所述下部基础体连接。

9.如权利要求1所述的风力发电塔阶梯形基础，其特征在于，所述风力发电塔的塔筒底部设置有法兰，所述法兰通过预应力钢绞线与所述多边形基础环固定连接。

10.如权利要求1所述的风力发电塔阶梯形基础，其特征在于，所述基础主体由钢筋混凝土填充形成，所述固定连接件设置为预应力钢绞线。