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。
1-20 风电机组塔架和基础环法兰技术质量规范
~4~
1） 设备的加工能力满足相关产品特性的要求； 2） 有文件化的设备管理规范，在生产过程中使用的生产和测量 设备都要经过符合规范并经过权威部门的校验与标定， 以保证满足相 关产品特性的要求； 3） 对关键大、精、稀设备要有日常预防性维护保养制度并严格 执行。 2.4.2 无损检测设备 部门责任人要保证： 无损检测设备按相关标准由权威部门进行校 验和标定。 3 生产准备 本公司要求供应商在每个定单/合同产品生产前提供下列文件 1） 质量计划 2） 生产计划 3） 运输计划 4） 工艺规程 5） 热处理规范 6） 主要原材料名称规格及供应商名称 7） 主要操作工名单及资质证明 8） 无损检验人员名单及资质证明 9） 无损检验规范 10） 材料转换（如果有） 11） 项目负责人及项目组织机构图
~2~
供应商： 1）根据 ISO 9001 或其他相应标准建立质量管理体系并充分、有 效的运行； 2）取得相关认证机构 ISO 9001 认证证书； 3）保证在自己的组织内部满足本规范中的要求； 4）保证在合作单位内满足本规范中的要求； 5) 要保证各车间熟悉本规范要求。车间包括锻造、热处理、机 加工。 2.2.2 锻造车间 供应商确保锻造车间符合 ISO 9001 的认证。 2.2.3 机加工车间 供应商要：确保机加工车间具有质量保证体系。 2.3 人员资质 2.3.1 质量责任人 供货商将指定部门质量责任人，部门质量责任人要： 1)认真学习本规范 ，熟悉本规范的各项要求； 2)确保质量检验中每一个环节的正确执行； 3)确保在任务执行者中至少有一人具有相应人员的资质证， 是按 照指定的相关工艺和操作步骤进行操作的；操作者的技术要足够熟 练，能够按要求的工作任务正确完成和管理； 4) 保证所用的工艺步骤正确执行，同时让操作者签字； 5) 如果需要，有权停止生产；
风电场风力发电机组塔架基础设计研究
风电场风力发电机组塔架基础设计研究一、引言风电场是目前常见的一种可再生能源发电方式，其基本原理是利用风力将风能转化为电能。
在风电场中，风力发电机组的塔架基础设计对于确保风力发电机组的稳定性和可靠性具有重要的意义。
塔架基础设计的合理性和稳定性直接影响到风力发电机组的安全运行和发电效率。
二、塔架基础设计的要求风力发电机组塔架基础设计需要满足以下几个基本要求：1.承重能力：塔架基础需要能够承受风力发电机组的自重以及各种外力作用，如风力、震动等。
因此，塔架基础的设计需要具有足够的强度和刚度，以确保风力发电机组的稳定运行。
2.抗风能力：风力发电机组是通过风力来转动叶片产生电能的，因此需要有良好的抗风能力。
塔架基础的设计需要考虑到不同风力下的荷载作用，通过合理的结构设计和选材，确保塔架基础能够抵御大风的力量。
3.耐久性：风力发电机组是长期运行的设备，塔架基础需要具有足够的耐久性，能够经受住长期的风雨侵蚀。
因此，在塔架基础的设计中，需要选用适合的材料，并且进行必要的防腐处理，以延长塔架基础的寿命。
4.基坑开挖与处理：塔架基础的设计还需要考虑基坑的开挖和处理，确保基坑的结构稳定，并且满足施工和操作的要求。
三、风电场风力发电机组塔架基础设计方法1.地质勘探和地基处理在塔架基础的设计前，需要进行地质勘探，了解地下的土质和岩性。
根据地质勘探结果选用合适的基坑方法，如开挖基坑、打桩等。
地基的处理可以采用加固方法，如加设钢筋混凝土桩、处理软弱土层等，提升基坑的承载能力和稳定性。
2.塔架基础设计塔架基础的设计需要结合地质勘探结果和机组的技术要求。
在设计时，需要考虑以下几个方面：(1)基础类型选择：根据地质情况和机组的要求，选择合适的基础类型，如桩基、浅基础等。
(2)强度和稳定性计算：根据风力发电机组的重量和设计风力荷载，计算出塔架基础的强度和稳定性。
可以采用常规的结构设计计算方法，如承载力设计方法、确客方法等。
(3)材料选择：根据塔架基础的强度和耐久性要求，选择适当的材料，如高强度混凝土、钢材等。
风力发电塔架基础与塔架的设计
酒泉职业技术学院毕业设计（论文）09 级风能与动力技术专业题目：1.5MW风力机组塔筒及基础设计毕业时间：2012 年7 月学生姓名：刘文源指导教师：任小勇班级：09 风电（4）班年月日酒泉职业技术学院09 届各专业毕业论文（设计）成绩评定表姓班级专业名指导教师第一次指导意见年月日指导教师第二次指导意见年月日指导教师第三次指导意见年月日指导教师评语及评分成绩：签字（盖章）年月日答辩小组评价意见及评分成绩：签字（盖章）年月日教学系毕业实践环节指导小组意见签字（盖章）年月日学院毕业实践环节指导委员会审核意见签字（盖章）年月日1.5MW风力机组塔筒及基础设计摘要: 70年代初期，由于“石油危机”，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。
风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。
2006年中国共有风电机组6469台，其中兆瓦级机组占21.2%，2007年，这个比例跃升为38.1%，提高了16.9个百分点。
在国家政策支持和能源供应紧张的背景下，中国的风电特别是风电设备制造业迅速崛起，已经成为全球风电最为活跃的场所。
2009年5月，国家投资3万亿资金支持新能源，在整个投资中风力发电行业的投资在国家总投资中占了很大的一部分，进一步推动了风电行业的发展。
据国家能源局统计，中国风电2010年新增装机容量将超过1600万千瓦累计装机容量达到4182.7万千瓦。
预计在2020年末我国新增发电装机容量将达到6000万千瓦累计装机将超过1亿万千瓦。
随着国家“十二五”规划对风电行业的大力支持和政策的不断完善与调整，中国风电将又一次迎来黄金的发展期。
并且风机的制造企业技术也不断完善和创新，一批具有国家啊自主知识产权的产品纷纷亮相。
从600千瓦、750瓦、1500千瓦、2500千瓦到现在的5000千瓦,而且更大发电量的风机已经研制和立项。
第6章_塔架与基础
题日渐突出，在目前的大型风电机组中已很少使用。
l 桁架结构塔架
此类塔架与高压线塔架相似(见图6-3)，在早期小型风电机组中多 有采用。桁架结构塔架的耗材少，便于运输，但需要连接的零部件多 ，现场施工周期较长，运行中还要求对连接部位进行定期检査。这种 塔架近年逐渐被钢筒结构取代，其主要原因之一是不美观。但实际上 ，由于桁架结构塔架有一定透明性，从远距离看，对视觉的影响可能 比具有强反光效果的钢筒塔架更有优势。
l 塔架高度
对于一定额定功率的风电机组，塔架高度在一定范围内变化。表 6-1列出几种型号的大型风电机组的额定功率、风轮直径及塔架高度 。可以看出，相同功率和风轮直径的风电机组，通常有几种不同高度 的塔架，以适应不同级别风电机组的要求。
表6-1 几种大型风电机组的设计参数与塔架高度
风电机组型号 Gamesa Gamesa
容。 在表6-3中，按图6-4所示的塔架载荷分析坐标参考系
，载荷分量Fx、Fy和Fz均作用在轮毂中心部位，根据各载 荷分量对塔架的作用，可确定相应的力矩(弯矩或扭矩)Mx 、My和Mz。
n 载荷的简化
表6-3 Vestas V52型机组塔架静载荷计算结果
风速/(m/s)
风向(o)
Fx / kN Fy / kN Fz / kN Mx / kN • m My / kN • m Mz / kN • m 安全系数γ f
轮最大轴向力，同时根据均匀建筑物由地震产生的水平载 荷因子，将其产生的惯性力附加在风轮轴向推力。 Ø 风电机组的最大运行载荷：一般取额定风速下正常运行载 荷的2倍。
n 载荷的简化
有鉴于塔架载荷的复杂性，一般工程应用中多采用简化的载荷分 析方法，以下给出某风电机组塔架极端载荷和疲劳载荷的算例。
《风力发电机组设计与制造》姚兴佳第6章-精选文档
2.对结构设计方案的初步力学分析 利用材料力学、弹性力学等固体力学理论，对塔架进行强度、刚度和 稳定性方面的校核，并根据分析结果对初步设计方案进行修改，以确 定满足设计要求的总体结构设计方案。 3.详细分析与强度校核 采用有限元方法开展对塔架结构的静、动态分析和模型试验，进一步 优化设计方案。 4.详细工程设计 根据确定的结构设计方案，开展工程设计，形成设计详图和设计技术 文件，提供制造依据。
（3） 德国DFVLR公式 Ct—推力系数，取2.2
1 2 F Av a s t b sN C 2
vs—风轮中心处的暴风风速 N—风轮的叶片数 Ct—推力系数 ρ—空气密度
（4） 丹麦RIS公式
F as PA 1 d
P1—风轮单位扫掠面积上的平均风压，通常取300N/m²
Ad —风轮的扫掠面积
2.欧美国家塔架静态强度设计的一般载荷条件
1. 1）风载条件：风速 65m/s, 风轮停转，叶片顺桨，风向沿机舱横向作用在塔 架上。
2）地震载荷：考虑额定风速时产生的风轮最大轴向力，同时根据均匀建筑物由 地震产生的水平载荷因子，将其产生的惯性力附加到风轮轴向推力中。
3）最大运行载荷：额定风速下正常运行载荷的2倍。
《风力发电机组设计与制造》
第6章塔架与基础设计
6.1设计概述
6.1.1 塔架的设计要素
1.塔架高度
塔架高度越高，获得风能越大；
塔架高度越高，制造成本越高；
塔架高度初步确定公式： H 1 ~ 1 .3 R
ห้องสมุดไป่ตู้
R
—风轮半径
地表形貌影响塔架高度；
陆地粗糙度＞海面粗糙度
海上风电场，塔架低一些；
陆上风电场，塔架高一些；
风力发电塔架基础与塔架的设计
`酒泉职业技术学院毕业设计（论文）09 级风能与动力技术专业[题目：风力机组塔筒及基础设计毕业时间： 2012 年 7 月学生姓名：***指导教师：任小勇班级：09 风电（4）班;年月日酒泉职业技术学院 09 届各专业毕业论文（设计）成绩评定表风力机组塔筒及基础设计摘要: 70年代初期，由于“石油危机”，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。
风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。
2006年中国共有风电机组6469台，其中兆瓦级机组占%，2007年，这个比例跃升为%，提高了个百分点。
在国家政策支持和能源供应紧张的背景下，中国的风电特别是风电设备制造业迅速崛起，已经成为全球风电最为活跃的场所。
2009年5月，国家投资3万亿资金支持新能源，在整个投资中风力发电行业的投资在国家总投资中占了很大的一部分，进一步推动了风电行业的发展。
据国家能源局统计，中国风电2010年新增装机容量将超过1600万千瓦累计装机容量达到万千瓦。
预计在2020年末我国新增发电装机容量将达到6000万千瓦累计装机将超过1亿万千瓦。
随着国家“十二五”规划对风电行业的大力支持和政策的不断完善与调整，中国风电将又一次迎来黄金的发展期。
并且风机的制造企业技术也不断完善和创新，一批具有国家啊自主知识产权的产品纷纷亮相。
从600千瓦、750瓦、1500千瓦、2500千瓦到现在的5000千瓦,而且更大发电量的风机已经研制和立项。
大容量风机的出现让我国风机装备制造技术有了飞速的提高，使国产风机整体技术水平与西方国家进一步缩小，由于风机的容量的不断增大，使风力机的体积和重量不断增加，对塔架与塔架基础的结构强度、加工材料和整体设计都有了更高要求，在未来风机塔架将向着的大型化、人性化、科学化、和风机塔架基础的复杂化、重荷化、高抗化去发展。
由此看出1500千瓦的风机技术已经趋于成熟，其塔架与塔架基础设计也已经完备，根据现有的技术资料我将针对风机塔架与塔架基础进行系统分析,并简述风机的基础与塔架的设计。
风力发电机组的基础和施工要求
二、基础的分类
由于风力发电机组型号与自重不同，要求基础承载 载荷也各不相同。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 的基础可分为：
（一）平板块状基础
（二）桩基础
（三）桁架式塔架基础
（一）平板块状基础
平板块状基础，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。
（二）三脚架或多支架基础
这种基础特别适用于水深30米以上的水域。这种基 础是由成三角形布置的三根单桩构成的。
这种基础非常坚固，应用范围广泛，但费用昂贵， 很难移动，并且象单桩基础一样，不太适合软海床。
三脚架基础吸取了石油工业的一些经验，采用了重 量轻价格合算的三角钢管套，将其打嵌入海底，这样就 使塔架下面的钢桩分布着一些钢架，这些框架分掉了塔 架对于三个钢桩柱的压力，一般这三个钢管桩打入海底 下10到20米深处。
（三）沉降基础
沉降基础适用于深度不太大的，软海床海区，其结 构类似一条船，下部是一个中空的箱体，上部有安装风 力发电机组的承台。
优势：沉降基础运输方便，用拖船将其拖至安装水 域即可。在安装水域向中空的箱体内充水，使其沉至海 底。
从单个桩基受力特性看，又分为摩擦桩基和端承桩 基两种。
1）摩擦桩基础：桩上的荷载由桩侧摩擦力和桩端阻 力共同承受，其特点是桩很长，平面板块梁面积较小。
2）端承桩基础：桩上荷载主要由桩端阻力承受的则 为，其特点是桩较短，平面板块梁面积较大。
桩基础常用的三种结构形式：
1）框架式桩基础，是桩基群与平面板块梁帽的组合 体，它是将几个至几十个圆柱形桩，利用一个平板块形 桩帽把它们连接起来，桩帽上设计有与塔架连接的承台 组成的基础。倾覆力矩由桩在垂直和和侧面载荷两者抵 抗，侧面载荷由施加于每个桩的顶部力矩产生，所以要 求钢筋必须在桩和桩帽之间提供充分连续的力矩。多桩 基础可以使用桩基钻孔机，高效率的打的基础用于安装、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。
风力发电机组塔架及基础环监造细则
风力发电机组塔架及基础环监造细则一、总则为了确保风力发电机组塔架及基础的环境监测和施工过程的高质量，保护环境和人员的安全，本细则制定。
二、环境监测1.施工前应进行环境监测，了解施工地点的气候状况、土壤条件、地形地貌等情况，并根据监测结果制定相应的施工方案。
2.施工过程中应进行环境监测，包括大气环境、土壤及水质监测，监测数据应定期上传至相关部门。
3.施工结束后应进行环境监测，了解风力发电机组塔架及基础建设过程对周边环境的影响，并做出相应的环境保护措施。
三、塔架及基础施工1.施工过程中应按照相关规范和标准进行，确保塔架及基础的稳固性和安全性。
2.施工前要进行现场勘探和设计绘图，以保证塔架及基础施工的准确性和可行性。
3.施工材料应符合国家标准，选择优质材料。
4.施工过程中应按照工艺流程进行，确保施工质量。
5.施工现场应设立安全警示标志，制定相应的安全操作规程。
6.施工过程中的噪声和粉尘等污染要得到有效控制，采取相应的减噪和防尘措施。
四、环境保护1.施工现场应定期清理和整理，保持周围的环境整洁。
2.施工过程中要合理利用土方、材料等资源，减少浪费，并对施工废弃物进行分类处理。
3.施工期间应减少对周边环境的污染和破坏，尽量保护周边植被和水源。
4.施工期间严禁违法排放废气、废水等有害物质，对废气、废水等要进行合理处理，达到国家相关排放标准。
五、安全管理1.施工现场要设定安全区域，防止非相关人员进入施工现场。
2.施工人员必须经过岗前培训，并佩戴好相应的安全防护用品。
3.施工设备要经过检验和维护，确保安全使用。
4.施工现场要定期进行安全检查，发现问题要及时整改。
5.严禁酒后上岗和违章操作，保证施工安全。
六、质量保证1.施工单位要具备相关资质，并按照施工规范进行作业。
2.施工人员要具备相应的技术能力和工作经验，严格按照施工方案进行操作。
3.施工过程中要进行验收和测量，确保施工质量符合设计要求。
4.施工结束后要进行整体验收，确保塔架及基础的质量和安全性。
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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）。