理论教育 机舱底盘、塔架与基础设计的介绍

机舱底盘、塔架与基础设计的介绍

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:机舱底盘常采用铸造或焊接结构。随着机组容量和塔架高度的增加,塔架重量占机组重量的比例越来越大。基础由钢筋混凝土组成,通过预埋地脚螺栓或基础环与塔架连接。目前,使用基础环结构的基础正在逐渐取代使用地脚螺栓结构的基础。类似海上石油钻台的三角架式基础,用于较深的海上风电场。

机舱底盘、塔架与基础设计的介绍

1.机舱底盘

机舱底盘是风力电机组的底座,风力发电机组的主要系统和部件都安装在它上面。因此,要求机舱底盘有足够的机械强度和刚度,并且重量轻,有足够的抗振性能。机舱底盘常采用铸造或焊接结构。随着机组容量和体积的增大,为了改善其加工性能,机舱底盘多设计成分体结构拼接而成。

2.塔架

塔架可支撑机舱和风轮到一定的高度,以便更好地吸收风能。随着机组容量的增加,塔架高度和重量也相应增加。随着机组容量和塔架高度的增加,塔架重量占机组重量的比例越来越大。

塔架按照结构材料可分为钢结构塔架和钢筋混凝土塔架。

(1)钢筋混凝土塔架 在早期风力发电机组中,大量采用钢筋混凝土塔架,后来由于风力发电机组批量化生产,从批量生产的需要而被钢结构塔架所取代。近年来随着风力发电机组容量的增加,塔架的直径增大,使得塔架运输出现困难,又有以钢筋混凝土塔架取代钢结构塔架的苗头。

(2)钢结构塔架 按结构类型可分为桁架式和锥筒式两种。

1)桁架式塔架。在早期风力发电机组中大量使用,其主要优点是制造简单、成本低、运输方便,但其主要缺点是不美观、安全性差、不便于维护等。

2)锥筒式塔架。在当前风力发电机组中大量应用,其优点是美观大方,登塔时安全可靠,控制器等设备可直接安装在塔架内。塔架内设置有直梯和平台,以便于登塔。随着机组容量的增大和塔架的增高,塔架内常安装有登塔助力装置或电梯,以便于登塔。

3.基础(www.daowen.com)

根据风电场建设场地不同,可分为陆地风力发电机组和海上风力发电机组的基础。

(1)陆地风力发电机组的基础 按照地质条件件可分为块状基础和桩基础。当天然地基的承载力足够时,多采用块状基础。块状基础结构简单、造价低、工期短。当地基浅层土质软弱时,使用桩基础,在土壤中打入20~30m的钢筋混凝土桩或钢桩,再在上面浇注混凝土平台。

基础由钢筋混凝土组成,通过预埋地脚螺栓或基础环与塔架连接。使用地脚螺栓结构的基础时,地脚螺栓需要预埋在基础内。由于对地脚螺栓安装位置度的要求较高,地脚螺栓需要使用模板安装。使用基础环结构的基础,施工效率高,但安装基础环需要使用起重机械,并对基础环安装法兰进行找平。目前,使用基础环结构的基础正在逐渐取代使用地脚螺栓结构的基础。

(2)海上风力发电机组的基础 目前主要有以下几种:

1)重力基础。先将海上风电机组基础在陆地上用混凝土制成,然后运到海里指定位置安放,用砾石和砂子堆在周围,靠重力固定风力发电机组。目前运用的新技术是用钢板制成圆筒型,并在底上焊接平钢板。其优点是重量轻,便于普通船运和与吊装风力发电机相同的设备在海里安放,然后填充密度很大的橄榄石

2)单桩基础。将风力机的塔架延伸到水里,用钻孔或撞击的方式将塔架底部插入海床。目前东海示范海上风电场,采用的就是这种单桩基础。

3)三角架式基础。类似海上石油钻台的三角架式基础,用于较深的海上风电场。有关资料研究表明,采用钢结构的基础比混凝土的成本约低35%,尤其是水深超过10m时,钢结构更经济。可以采用阴极保护技术防止钢材的腐蚀。

目前,风力发电机组设计寿命是20年,在海上使用可达25年。基础的成本很高,如果所建基础可以使用50年,第一台机组拆除后用同一个基础再换一台新风电机组,接着使用25年,发电成本能减少25%~33%。

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