风力发电机组的塔架与基础
风能发电系统 风力发电机组塔架和基础设计要求
风能发电系统风力发电机组塔架和基础设计要求1. 引言风能发电是一种可再生能源，具有广泛的应用前景。
在风能发电系统中，风力发电机组塔架和基础承担着支撑和稳定发电机组的重要作用。
本文将介绍风力发电机组塔架和基础的设计要求。
2. 风力发电机组塔架设计要求2.1 结构设计要求风力发电机组塔架的设计要求如下：•具有足够的刚度和强度，以抵御风力对塔架的作用力。
•考虑到风力发电机组的重量和动态载荷，进行合理的载荷分析和安全系数设计。
•采用可靠的连接设计，确保塔身的整体稳定。
•良好的耐腐蚀性能，以适应恶劣的天气条件。
2.2 材料选择要求风力发电机组塔架的材料选择要求如下：•选用高强度和耐腐蚀的材料，如碳钢或钢铁合金。
•材料的强度和韧性要满足设计要求。
•考虑材料的可持续性和环境友好性。
2.3 稳定性要求风力发电机组塔架的稳定性要求如下：•考虑到大风和地震等外力的作用，进行稳定性分析和设计。
•采用适当的支撑结构和抗倾覆设计，以保证塔架的稳定。
•考虑土质条件和地基承载力，进行合理的基础设计。
3. 风力发电机组基础设计要求3.1 地基选择要求风力发电机组基础的地基选择要求如下：•选用稳定的土壤或岩石地基。
•考虑地基承载力和沉降性能，进行地基勘探和地质调查。
•根据地基条件，选择适当的基础结构。
3.2 基础设计要求风力发电机组基础的设计要求如下：•确定合适的基础类型，如混凝土基础、钢筋混凝土基础等。
•考虑基础的稳定性、强度和刚度，以确保风力发电机组的安全运行。
•进行合理的地震和风载荷分析，确保基础的稳定性。
•考虑基础的耐久性和耐腐蚀性能，以延长基础的使用寿命。
4. 结论风力发电机组塔架和基础是风能发电系统中重要的组成部分。
塔架需要具备足够的刚度和强度，并考虑到动态载荷和耐腐蚀性能。
基础的选择和设计需要考虑地基承载力、地震和风载荷等因素。
在设计和施工过程中，应遵循相关的规范和标准，确保风力发电机组的安全运行和可靠性。
以上是风力发电机组塔架和基础设计的要求，希望能对相关领域的工程师和研究人员提供一定的参考和指导。
国电联合动力风电机组塔架及基础环制造技术规范2010.06.10
拼接焊缝 UT100% NDT： UT100%
钻孔机加工 Machining Drilling
环缝组装连 接 Circumferenti
外 购 法 兰 Purchase flanges 几何尺寸 平面度检 查 dimension and 贮存、运输 Storage、 Transport 售后服务 Market later service 底法兰与基础壳体组焊 Base flanges and foundation shell joint SMAW
棱角,错边 检 查 Linear Misalignment 、 edge
环缝焊接 Circumferent ial welding
焊缝无损探 伤 内件安装 Internals Installation 喷锌、油漆涂 装 Spray metallize with zinc， 喷沙除锈 Sandblastin g
国电联合动力技术有限公司 修订日期：2010-4-9
低合金高强度结构钢 碳素结构钢 极限与配合 基础 第 3 部分：标准公差和基本偏差数值表 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验 承压设备无损检测 碳素结构钢 钢制压力容器焊接工艺评定 钢制压力容器 铭牌 形状和位置公差 未注公差值 钢结构焊缝外形尺寸 碳钢焊条产品质量分等 低合金钢焊条产品质量分等 气体保护电弧焊用钢条、低合金钢焊丝产品质量分等
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UP-1500 风力发电机组塔架及基础环制造技术规范 文件编号：GV-70.1-RT.00.00.00-A-C
5. 塔架和基础环制造工序技术措施和质量控制 5.1. 划线下料 5.1.1. 精 确 计 算 筒 节 下 料 尺 寸 数 据 ， 首 块 规 格 筒 节 下 料 前 让 数 控 切 割 机 在 钢 板 上划 好下 料线 ，确 认正 确无 误后 才能 开始 切割 。首 块规 格气 割后 的坯 料 应按 规定 进行 相关 尺寸 的检 验， 合格 后方 可进 行批 量下 料； 每节 筒节 下料后必须留有足够的预弯头，每块钢板下料时及时进行标记移植。 5.1.2. 门 框是 塔架 上的 重要 部件 ，下 料时 必须 保证 壳体 上门 框孔 的气 割尺 寸， 使边缘的间隙在 2 ～ 3 ㎜。 5.2. 卷制成形 塔体筒节卷制过程中经常用相应的弧度样板检查，以保证筒节弧度的均 匀 性。 特别 注意 检查 校准 两端 接合 部分 的圆 弧度 。点 焊组 对纵 焊缝 应预 先精 确 测量 好大 、小 口的 周长 ，确 认无 误后 才能 组对 点焊 ；组 对点 焊时 应保 证错 边量，具体要求见下表： 单位： mm
风力发电机组的塔架与基础
风力发电机组的塔架与基础第一节塔架塔架和基础是风力发电机组的主要承载部件。
其重要性随着风力发电机组的容量增加，高度增加，愈来愈明显。
在风力发电机组中塔架的重量占风力发电机组总重的1/2左右，其成本占风力发电机组制造成本的50% 左右，由此可见塔架在风力发电机组设计与制造中的重要性。
由于近年来风力发电机组容量已达到2~3MW，风轮直径达80~100m，塔架高度达100m。
在德国，风力发电机组塔架设计必须经过建筑部门的批准和安全证明。
一、塔架的结构与类型塔架主要分为桁架型和圆筒型。
桁架型塔架如图10-1示。
桁架型塔架在早期风力发电机组中大量使用，其主要优点为制造简单、成本低、运输方便，但其主要缺点为不美观，通向塔顶的上下梯子不好安排，上下时安全性差。
圆筒型塔架如图10-2 示。
在当前风力发电机组中大量采用，其优点是美观大方，上下塔架安全可靠。
以结构材料可分为钢结构塔架和钢筋混凝土塔架。
钢筋混凝土塔架在早期风力发电机组中大量被应用，如我国福建平潭55kW风力发电机组（1980年）、丹麦Tvid2MW风力发电机组（1980年），后来由于风力发电机组大批量生产，从批量生产的需要而被钢结构塔架所取代。
近年随着风力发电机组容量的增加，塔架的体积增大，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。
二、塔架的设计与计算塔架的主要功能是支承风力发电机的机械部件，发电系统（重力负载），承受风轮的作用力和风作用在塔架上的力（弯矩、推力及对塔架的扭力），塔架还必须具有足够的疲劳强度，能承受风轮引起的振动载荷，包括起动和停机的周期性影响、突风变化、塔影效应等。
塔架的刚度要适度，其自振频率（弯曲及扭转）要避开运行频率（风轮旋转频率的3倍）的整数倍。
塔架自振频率高于运行频率的塔称之为刚塔，低于运行频率的塔称之为柔塔。
1. 塔架静强度的载荷条件1）横吹：风速为65m/s（2s 平均）风轮不转动，叶片顺桨，风向是横向吹在机舱上。
风力发电塔架基础与塔架的设计
风力发电塔架基础与塔架的设计一、风力发电塔架基础设计稳固的塔架基础是风力发电塔架系统的重要组成部分，它需要能够承受塔架和风力机的整体重量，并能够抵御风力对其产生的侧向力。
风力发电塔架基础的设计主要包括以下几个方面：1.地质勘察：在设计塔架基础之前，需要进行地质勘察，以确定地下地质条件，包括土壤的类型、强度和稳定性。
这对基础的设计和施工有着重要的指导作用。
2.基础类型：根据地质勘察结果，选择适合的基础类型，常见的有浅基础、深基础和桩基础等。
在选择时需要综合考虑地质条件、塔架重量、风力加载等因素。
3.基础尺寸：根据塔架和风力机的重量以及风力加载条件，确定基础的尺寸。
一般来说，基础的宽度要足够大以提供稳固的支撑面积，基础的深度要足够深以达到稳定的层，从而确保塔架的稳定性。
4.材料选择：在设计基础时，需要选择适合的材料。
常见的材料有钢筋混凝土和钢结构。
钢筋混凝土基础通常用于较小规模的风力发电塔架，而大型风力发电塔架更适合采用钢结构。
二、风力发电塔架结构设计1.塔筒设计：塔筒是连接风力机与塔架基础的关键部分，承受塔架和风力机的重量以及风力对其产生的侧向力。
设计塔筒时需要考虑综合因素，如载荷分布、结构强度和成本等。
2.横梁设计：横梁连接塔筒和风力机，承受塔架和风力机的重量。
横梁需要具备足够的强度和刚度，以保证塔架的稳定性和安全性。
3.工作平台设计：风力发电塔架上需要设置工作平台，以方便维护和检修风力机。
工作平台的设计需要考虑人员的安全，通常包括防护栏杆和安全门等设施。
在进行风力发电塔架结构设计时，需进行强度和稳定性分析，并采用计算或模拟软件进行验证。
设计过程中还需考虑施工可行性，尽量减少材料和成本的使用，提高施工效率。
综上所述，风力发电塔架基础与塔架的设计需要综合考虑多个因素，包括地质条件、载荷要求、施工条件等。
通过合理的设计和分析，可以确保塔架的稳定性和安全性，提高风力发电系统的可靠性和效益。
风力发电机组塔架及基础环制作规范
三一电气有限责任公企业标准
仅供参考 风力发电机组塔架及基础环制作技术规范 The Specification For The Tower And Base-ring Of Wind Turbine 未经同意 禁止传播
三一电气有限责任公司 发 布
I
目次
前言 ................................................................................ II 1 范围 .............................................................................. 1 2 规范性引用文件 .................................................................... 1 3 综述 .............................................................................. 2 4 塔筒和基础环原材料 ................................................................ 2 5 塔筒制造 .......................................................................... 5 6 焊接检查与返修 ................................................................... 14 7 法兰的检验和报告 ................................................................. 16 8 塔筒表面防腐处理 ................................................................. 19 9 塔筒的运输、搬运、存储和保护 ..................................................... 24 10 验收 ............................................................................ 25
风电机组 塔架 标准
风电机组塔架标准
风电机组塔架的标准包括以下方面:
1.结构强度和稳定性:塔架和基础的设计应满足正常和极端I况下的结构强度和稳定性要求，保证其能够承受风力产生的荷载和外部环境的影响。
2.抗风能力:塔架和基础的设计应考虑风能发电机组的空气动力学特性和风力作用特点，确保在风速变化和风载变化过程中保持良好的抗风能力。
3.尺寸和重量限制:塔架和基础的设计应尽量满足尺寸和重量限制，以降低成本和施I难度，同时考虑给风力发电机组提供足够的稳定支撑。
4.耐久性和寿命:塔架和基础应具有较长的使用寿命，能够在多年的风力发电运行中保持结构的稳定性和强度。
5.施工和维护便利性:塔架和基础设计应充分考虑施工和维护的便利性，方便设备的安装和日常维护。
此外，塔架结构设计还必须符合相关国家标准和行业规范，包括塔架结构应满足结构稳定性、载荷能力、相关参数符合标准等要求。
制定：审核：批准：。
1-21 风电机组塔架和基础环技术质量规范
足下列资格证书体系： 根据检测方法，相应标准取得相关权威单位的资格证书； 根据工作性质各级检测人员要有相应的资格证书； 相应的检测工作要在具有 III 级证书人员的指导下进行， 由具 有 II 级或 III 级证书的人员对检测进行评估和出具报告，检测操作 工作由具有 II 级证书的人员完成。 2.3.5 其他检验人员
~3~
1.5
检验与验证
对于塔架制作和焊接，本公司有权进行各种检验/检测及验证， 例如审核焊接工作的质量管理体系，产品制造过程中的检查，整个塔 段的抽样，文件的审核等，验证的重点根据各个塔架供应商的具体情 况确定。 未经本公司书面同意， 塔架供应商不能将合同规定的责任或工作 内容进行转包或分包。 如果有转包/分包工作， 应通知转包/分包单位， 本公司在任何时候和情况下都有权进入转包/分包单位进行各种检验 /检测及验证工作。 1.6 文件保存 为保证本公司能够在任何时候都能验证本规范要求的文件， 这些 文件按本规范的要求编制，竣工文件除按本规范的要求提供本公司 外，要求塔架制造单位至少要保存 10 年，在这期间，本公司也许会 需要，塔架制造单位要无偿提供。 2 供应商的基本要求 2.1 供应商资质 收到本公司的合同/订单要对公司的特定产品进行交货的公司就 是供应商。供应商在其组织内部及签订合同的工作中，对相关的生产 工艺、质量、检验负有全部责任（供应商具有的与本规范一致的一个 质量保证体系决不免除供应商对所供货物的任何责任） 。 供应商必须得到本公司的认可 （有特殊要求时还要得到相应主机 供应商及授权机构的资质认可/认证） 。
部门责任人在制造过程中对检验负责，保证： 检验员充分了解相关的检验程序、合格标准并有出具报告的资 格。执行尺寸检验、钢材表面检验、焊接和油漆检验的人员应有目的 地进行专业培训。 2.4 设备 2.4.1 生产设备的校验与标定
风力发电机组机舱底盘、塔架与基础介绍
风力发电机组机舱底盘、塔架与基础介绍1、机舱底盘机舱底盘是风力发电机组的底座，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。
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风力发电机组的塔架与基础
第一节塔架
塔架和基础是风力发电机组的主要承载部件。
其重要性随着风力发电机组的容量增加，高度增加，愈来愈明显。
在风力发电机组中塔架的重量占风力发电机组总重的1/2左右，其成本占风力发电机组制造成本的50% 左右，由此可见塔架在风力发电机组设计与制造中的重要性。
由于近年来风力发电机组容量已达到2~3MW，风轮直径达80~100m，塔架高度达100m。
在德国，风力发电机组塔架设计必须经过建筑部门的批准和安全证明。
一、塔架的结构与类型
塔架主要分为桁架型和圆筒型。
桁架型塔架如图10-1示。
桁架型塔架在早期风力发电机组中大量使用，其主要优点为制造简单、成本低、运输方便，但其主要缺点为不美观，通向塔顶的上下梯子不好安排，上下时安全性差。
圆筒型塔架如图10-2 示。
在当前风力发电机组中大量采用，其优点是美观大方，上下塔架安全可靠。
以结构材料可分为钢结构塔架和钢筋混凝土塔架。
钢筋混凝土塔架在早期风力发电机组中大量被应用，如我国福建平潭55kW风力发电机组（1980年）、丹麦Tvid2MW风力发电机组（1980年），后来由于风力发电机组大批量生产，从批量生产的需要而被钢结构塔架所取代。
近年随着风力发电机组容量的增加，塔架的体积增大，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。
二、塔架的设计与计算
塔架的主要功能是支承风力发电机的机
械部件，发电系统（重力负载），承受风轮的作用力和风作用在塔架上的力（弯矩、推力及对塔架的扭力），塔架还必须具有足够的疲劳强度，能承受风轮引起的振动载荷，包括起动和停机的周期性影响、突风变化、塔影效应等。
塔架的刚度要适度，其自振频率（弯曲及扭转）要避开运行频率（风轮旋转频率的3倍）的整数倍。
塔架自振频率高于运行频率的塔称之为刚塔，低于运行频率的塔称之为柔塔。
1. 塔架静强度的载荷条件
1）横吹：风速为65m/s（2s 平均）风轮不转动，叶片顺桨，风向是横向吹在机舱上。
2）正常运行十地震载负：风速为额定风速时，产生的风轮轴向力最大，同时根据均匀建筑物由地震产生的水平载荷因子，将其产生的惯性力加在风轮轴向推力上。
3）最大运行载荷：额定风速下正常运行载荷的2倍。
2. 塔架风载分析及随机振动理论基础从实际风速记录可知，风速的变化是没有规律的，也不可能用常规的方法给予定义。
风速的波动量只能用统计特性进行描述。
组安装在荒野、高山、海岛，承受日晒雨淋，甚至沙尘和盐雾的腐蚀。
所以其表面防锈处理十分重要。
通常表面采用热镀锌，喷锌或喷漆处理。
一般表面防锈处理要达到20年以上的寿命。
第二节风力发电机组基础的设计与施工
一、基础的结构与类型
1.根据风力发电机组型号与容量自身特性，要求基础承载载荷也各不相同，表10-1列出几种大型风力发电机基础载荷。
2.风力发电机基础均为现浇钢筋混凝土独立基础。
根据风电场场址工程地质条件和地基承载力以及基础荷载、尺寸大小不同，从结构的形式看，常用的可分为块状基础和框架式基础两种。
块状基础，即实体重力式基础，应用广泛，对基础进行动力分析时，可以忽略基础的变形，并将基础作为刚性体来处理，而仅考虑地基的变形。
按其结构剖面又可分为“ 凹”形和“凸”
形两种；前者如图10-5所示，基础整个为方形实体钢筋混凝土后者如图10-6型式；后者与前者相比，均属实体基础，区别在于扩展的底座盘上回填土也成了基础重力的一部分，这样可节省材料降低费用。
框架式基础实为桩基群与平面板梁的组合体，从单个桩基持力特性看，又分为摩擦桩基和端承桩基两种：桩上的荷载由桩侧摩擦力和桩端阻力共同承受的为摩擦桩基础；桩上荷载主要由桩端阻力承受的则为端承桩基础。
3. 根据基础与塔架（机身）连接方式又可分为地脚螺栓式和法兰式筒式两种类型基础。
前者塔架用螺母与尼龙弹垫平垫固定在地肢螺栓上，后者塔架法兰与基础段法兰用螺栓对接。
地脚螺栓式又分为单排螺栓、双排螺栓、单排螺栓带上下法兰圈等。
二、风力发电机组基础设计的前期准备工作及有关注意事项
风力发电机组的基础用于安装、支承风力发电机组。
平衡风力发电机组在运行过程中所产生的各种载荷，以保证机组安全、稳定地运行。
因此，在设计风力发电机组基础之前，必须对机组的安装现场进行工程地质勘察。
充分了解、研究地基土层的成因及构造，它的物理力学性质等，从而对现场的工程地质条件作出正确的评价。
这是进行风力发电机基础设计的先决条件。
同时还必须注意到，由于风力发电机组的安装，将使地基中原有的应力状态发生变化，故还需应用力学的方法来研究载荷作用下地基土的变形和强度问题。
以使地基基础的设计满足以下两个基本条件：
1）要求作用于地基上的载荷不超过地基容许的承载能力，以保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备。
2）控制基础的沉降，使其不超过地基容许的变形值。
以保证风力发电机组不因地基的变形而损坏或影响机组的正常运行。
因此，风力发电机组基础设计的前期准备工作是保证机组正常运行必不可少的重要环节。
三、风力发电机组对基础的要求及基础的受力状况
图10-3所示为某风力发电机组，当风力发电机组运行时，机组除承受自身的重量Q处，还要承受由风轮产生的正压力P、风载荷q以及机组调各时所产生的扭矩M n等载荷的作用。
这些载荷主要是靠基础予以平衡，以确保机组安全、稳定运行。
图10-7 显示了上述这些载荷在基础上的作用状况，图中Q和G分别为机组及基础的自重。
倾覆力矩M是由机组自重的偏心、风轮产生的正压力P以及风载荷q等因素所引起的合力
矩。
M n为机组调向时所产生的扭矩。
剪力F则由内轮产生的正压力户以及风载荷g所引起。
但在一般情况下，由于剪力F 及风力发电机组在调向过程中所产生的扭矩M n一般都不很大，且与其它载荷相比要小得多，所以在考虑到不影响计算效果的同时，又能满足工程要求的前提下，笔者认为：在实际计算中，此两项可以略去不计。
因此在对风力发电机组基础的设计中，风力发电机组对基础所产生的载荷主要应考虑机组自重Q与倾覆力矩M两项。
经上述简化后，风力发电机组基础的力学模型如图10-8所示。
四、风力发电机组基础的设计与计算
根据我们多年来从事风力发电机组研制的经验，在参考土建设计的有关标准和规范的基础上认为：风力发电机组基础的设计与计算通常应包括以下五个方面：基础混凝土重量及几何尺寸的计算、基础底部压力所产生的偏心距计算、土壤压力的计算、设计配筋、抗冲切强度校核。
F t———混凝土的抗冲切强度；
b m———冲切破坏斜截面上的上边长b与下边长B b的平均值［b m=（b+Bb/2］；A———考虑冲切载荷时取用的梯形面积（图10-10中的阴影面积）。