某直驅(qū)風(fēng)力機(jī)塔架與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u25594某直驅(qū)風(fēng)力機(jī)塔架與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)案例 1108321.1塔架的分類 126094（1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)塔架 13872（2）桁架結(jié)構(gòu)塔架 210134（3）鋼筒結(jié)構(gòu)塔架 2270121.2塔架的設(shè)計(jì) 2275161.2.1塔筒高度設(shè)計(jì) 244091.2.2塔架的剛度與強(qiáng)度 3215731.2.3塔架的運(yùn)輸和安裝 322451.3塔筒的設(shè)計(jì) 3253541.3.1塔架基礎(chǔ)的形式 3風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，離地是有一定高度的。為了使得風(fēng)力機(jī)正常工作，則需要正確合理的設(shè)計(jì)塔架。塔架是風(fēng)力機(jī)中一個(gè)很重要的組成，不僅支撐著機(jī)艙，還使得得風(fēng)力機(jī)正常工作，無(wú)論是風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)還是機(jī)艙內(nèi)部個(gè)部件的正常工作，都由塔架提供保證?，F(xiàn)如今的風(fēng)力機(jī)塔架高度可達(dá)到100多米，在這樣的高度下，塔架的載荷承受能力就是重點(diǎn)關(guān)注的點(diǎn)，例如臺(tái)風(fēng)天氣亦或是沙塵暴天氣，塔架要能夠在這樣的極端天氣下承受住，不發(fā)生倒塌等事件，假設(shè)發(fā)生此類事件，穗槐機(jī)組設(shè)施的同時(shí)，還會(huì)對(duì)機(jī)組工作人員和附近居民的人身安全造成危害。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，塔架不僅要承受外界載荷還要承受機(jī)組的載荷，所以在設(shè)計(jì)塔架時(shí)，它的性能，強(qiáng)度，剛度還有成本進(jìn)行綜合考慮，將所有的影響因素都考慮到塔架的設(shè)計(jì)中，由此進(jìn)行合理設(shè)計(jì)的塔架才能保證事故的低發(fā)生率。1.1塔架的分類目前的塔架形式有很多種，但是主要有三種形式。（1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)塔架通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)澆筑或者是提前制作預(yù)測(cè)件在現(xiàn)場(chǎng)組裝，這樣的塔架相較而言制作較為簡(jiǎn)單，成本較低，在早期的小型風(fēng)力機(jī)上有使用。鋼筋混泥土的塔架的剛度較大，對(duì)于共振問(wèn)題，它可以很有效的避免。但現(xiàn)今的風(fēng)電機(jī)組多為大型機(jī)組，塔架高度和直徑都較大，對(duì)于鋼筋混泥土塔架的制造很不方便，所以已經(jīng)很少由大型風(fēng)電機(jī)組使用此種塔架了。（2）桁架結(jié)構(gòu)塔架桁架結(jié)構(gòu)的塔架和高壓線路的塔架很類似，都是由很多零部件組裝而成。此種結(jié)構(gòu)所需的材料較少，便于運(yùn)輸，但是由于其需安裝的零部件較多，現(xiàn)場(chǎng)組裝耗時(shí)較長(zhǎng)，而且在后期維護(hù)中，對(duì)于桁架結(jié)構(gòu)中的連接部位需要仔細(xì)檢查維護(hù)，無(wú)形之中增加了后期的維護(hù)成本。但是和鋼筒式的塔架相比較，假設(shè)設(shè)計(jì)高度和剛度都相同，桁架結(jié)構(gòu)的材料使用要比鋼筒式節(jié)約大概40%，而且它的部件較小，在運(yùn)輸方面有著很大的優(yōu)勢(shì)。（3）鋼筒結(jié)構(gòu)塔架現(xiàn)如今，在大型風(fēng)電機(jī)組中，鋼筒式結(jié)構(gòu)式一種使用很廣泛的塔筒結(jié)構(gòu)形式，而且經(jīng)測(cè)試與分析，這種形式的塔架無(wú)論是從設(shè)計(jì)與制造，還是安裝和維護(hù)上來(lái)看，各種指標(biāo)都是較為平衡的一種塔架結(jié)構(gòu)形式。1.2塔架的設(shè)計(jì)1.2.1塔筒高度設(shè)計(jì)由于風(fēng)速的大小與離地高度有關(guān)系，離地越高，風(fēng)速越大，對(duì)于風(fēng)力機(jī)而言，風(fēng)速越大，則或取得風(fēng)能越多，發(fā)電量也就越多。但是高度越大，塔筒的設(shè)計(jì)難度也會(huì)增加，同時(shí)，還會(huì)增加塔筒制造的材料損耗。因此，在設(shè)計(jì)塔筒時(shí)，要綜合考慮當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境氣候因素與塔筒本身的設(shè)計(jì)制造運(yùn)輸?shù)纫蛩亍Ｋ驳脑O(shè)計(jì)高度為： H=0.8~1.2D在考慮到景泰地區(qū)的地形地貌，環(huán)境因素，氣候因素等一系列條件后，綜合考慮后，塔筒高度選擇為0.8D，即為 H=0.8D=0.8×115=對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，取塔筒高度為100m。為了方便制造與安裝，將塔筒分為4段，每段長(zhǎng)25m。每段之間的連接采用的是強(qiáng)度較高的L型法蘭。經(jīng)查詢資料后，一般情況下大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔筒壁厚為10mm到40mm。根據(jù)已知的條件和參考文件選擇塔筒底部直徑為4200mm，塔頂直徑為2990mm。1.2.2塔架的剛度與強(qiáng)度塔架是風(fēng)力機(jī)機(jī)艙和風(fēng)輪的支撐結(jié)構(gòu)，一個(gè)是重量較大，一個(gè)是需要承受的載荷較多，所有大部分的載荷都是傳遞至他家的，所以對(duì)于塔筒的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較高。而且，塔筒立起來(lái)之后較高，為細(xì)長(zhǎng)型的結(jié)構(gòu)，所以它的穩(wěn)定性也需要多加注意。像塔筒這種類型的部件，共振問(wèn)題是需要防范和關(guān)注的，就風(fēng)力機(jī)而言，風(fēng)輪在不同的方位上產(chǎn)生的周期性的動(dòng)載荷是引起共振的主要原因，即是共振的主要激勵(lì)源。防止共振的措施，是防止塔筒的振動(dòng)頻率和風(fēng)輪的頻率相同，而且要避開(kāi)風(fēng)輪頻率的整數(shù)倍。1.2.3塔架的運(yùn)輸和安裝目前，風(fēng)力機(jī)的容量逐漸增大，相對(duì)應(yīng)的塔筒的高度、直徑、重量也在增加，在運(yùn)輸安裝上也是值得重視的一個(gè)問(wèn)題。1.3塔筒的設(shè)計(jì)塔架基礎(chǔ)，即塔筒的地基。正常狀況下，他應(yīng)該是承受了風(fēng)力機(jī)中可能出現(xiàn)的各種載荷，而且在這樣的狀況下依舊可以保持穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，傾倒，或者是其他的問(wèn)題的這樣一種基礎(chǔ)部件。一般情況下，風(fēng)力機(jī)的地基設(shè)計(jì)主要考慮的是風(fēng)電機(jī)組的靜態(tài)載荷問(wèn)題，還有一點(diǎn)需要考慮的是地基可以承受的最大壓力，若是土層的承載能力不夠，則會(huì)發(fā)生像風(fēng)力機(jī)機(jī)組整體下沉，或者是傾倒這樣的事故。在設(shè)計(jì)前，對(duì)風(fēng)力機(jī)安裝地點(diǎn)的地質(zhì)勘察，土壤結(jié)構(gòu)的分析，是地基設(shè)計(jì)前不能缺少的重要環(huán)節(jié)。同時(shí)，當(dāng)風(fēng)力機(jī)安裝后，對(duì)該地點(diǎn)的地基的應(yīng)力等力學(xué)特性都會(huì)發(fā)生變化，所以對(duì)于土壤的強(qiáng)度問(wèn)題或者是土壤的變形都應(yīng)做到詳細(xì)的分析。他的要求是，作用在地基上的載荷應(yīng)該小于或者等于地基容許的承載能力，防止地基整體被破壞；其次則是低級(jí)的沉降是不能超過(guò)地基容許的變形范圍，超過(guò)范圍則會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)整體出現(xiàn)下沉或者其他問(wèn)題。1.3.1塔架基礎(chǔ)的形式現(xiàn)今的塔架基礎(chǔ)全部都是由鋼筋混凝土澆筑作為基礎(chǔ)，但是根據(jù)不同的風(fēng)場(chǎng)條件進(jìn)而衍生出了多種不同的形式，主要有板狀基礎(chǔ)、樁式基礎(chǔ)和桁架式基礎(chǔ)等。板狀基礎(chǔ)板狀基礎(chǔ)有四種形式，分別是平板層、樁和覆蓋層，嵌入錐形板層的樁塔，以及巖石錨牽引固定的板層。結(jié)構(gòu)形式如下圖所示圖1.1板狀基礎(chǔ)的四種形式樁基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)型的地基一般是，當(dāng)該地的地質(zhì)條件較差是，采用樁基礎(chǔ)，可以更好的利用材料，節(jié)省成本。這種基礎(chǔ)可以通過(guò)樁的徑向和軸縱側(cè)面的反向力矩，很好的抵消來(lái)自于塔架的傾覆力矩。