风力发电塔架基础与塔架的设计

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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

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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

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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。

关键词：风机塔架结构设计；风机塔架基础设计

由于风机塔架与塔架基础是整个风机承载的重要部件，风力发电机的容量和体积有了进一步的增加，这使得塔架与塔架基础的设计和施工难度不断增加，再加上在自然条件下的各种灾害和不确定的人为因素使得塔架与基础对其载荷能力和变形强度能力有了更为苛刻的要求。让风机在在极限自然条件下保持其安全性和稳定性并且不会因此而倾覆和断裂，成为风机塔架与基础设计的难点重点。因此在塔架与基础设计施工之前，必须对材料工艺、构造力学、承载负荷、地质稳态、施工监察和自然环境进行细致的勘测，调研、规划和统筹。使其保证有足够的安全储备和抗灾害能力，减小对自然环境的要求，进一步扩大风机的使用范围和风机的发展的空间，提高塔架与基础的使用寿命，以创造更好的经济效益。

一、风机塔架结构设计

（一）、塔架设计的基本要求及原则

1、塔架应在规定的外部条件、设计工况和载荷情况下稳定的支撑风轮和机舱（包括发电机和传动系统），以保证风力发电机组安全正常运行。

2、塔架应具有足够的强度，承受作用在风轮、机舱和塔架上的静载和动载荷，并且应进行疲劳分析，满足风机的设计寿命。

3、塔架应通过计算分析或试验确定塔架（在整机状态下）的固有频率和阻尼特性，并对塔架进行风轮旋转引起的振动、风引起的顺风向振动和横风向振动进行计算分析，使其在规定的设计工况下满足稳定性和变形限制的要求。

4、塔架应根据安全等级确定载荷局部安全系数和材料安全系数，通过塔架设计、材料选择和防护措施减少其外部条件对塔架安全性和完整性的影响

（二）、塔架设计应具备的条件与考虑的因素

1、为了使塔架设计更具有科学性和实用性在塔架设计时应注意来自机舱的载荷（包括风轮载荷）、塔架轴线与水平面的垂直度、作用于塔架的风载荷、使用寿命、环境条件等级和防腐处理安全系数工作温度、塔架高度、塔架制造成本和风力发电机组发电量等基本设计条件。

2、为了使生产和装配运输进一步提高运营效率，再设计中还要对运输能力、

生产条件和批量生产能力进行考虑。

（三）、塔架的制作

1、塔架的基本构造

风机的塔架是以管柱椭圆形结构为壳体，它的塔架不是由一根塔筒直接构成，而是由三个分塔筒通过法兰面连接成一个整体构成，并在基层塔架底部设有出入门，内部还有电缆保护设施、梯栏、安全平台、照明及电气设备安装附件；且考虑与提升机、助爬器、电梯匹配的要求。

2、塔架设计的参数与工艺

1）塔架的设计参数

风机塔架高度一般在70M-73M之间，每小段塔架的高度大约在18M-24M之间。由于每段塔架并不是具有相同大小的直径，塔架从最底层的塔段到最高层的塔段直径成线性减小。由于风机的单段塔架高度大于20M,所以根据塔段直线度 L的计算要求在 H＞20m 时其塔筒直线度有：

L 1000+10mm

有此可得出：L≤11mm

单段塔架两端面平行度允许偏差为。

塔段垂直度要求：v H/1000mm （V—垂直度，H—塔段高度）

有此可得出：V ≤20mm

塔段高度偏差： H ±20mm

塔架主体钢板下料后必须有材料的可追溯标识。若采用钢印标识，该钢印须为钝角，深度不能＞.

2）塔筒卷制时注意的事项：

节卷制应严格控制圆度、对口的错边量和局部凹凸度，具体要求见下列图表。

筒节任意截面圆度公差为(Dmax-Dmin)/Dnom ，如图 1 所示。

图1 任一截面圆度示意图

Dmax——测量出的最大内径

Dmin——测量出的最小内经

Dnom——标准内直径

纵缝对口错边量（见图 2）h ，且最大为 3mm，t 为钢板厚度（mm）。

图 2 纵缝对口错边量示意图

筒节纵缝棱角和环向表面局部凹凸度要求如下：

钢板厚度t＞30mm时，用弦长L=1/6 Dnom，且 600mm的内或外样板检查（见图3 a,b）,其E值应 +1)mm。

图a 图b

图3纵缝棱角及环向局部凹凸度测量示意图

3）塔筒钢板的组对:

筒节与筒节对接应采用外边对齐。不同厚度筒节对接时，应按 GB 986 规定对较厚的板作削薄处理。缝对口错边量（见图 6）h 应 ,且最大为 2 mm，在测量对口错边量 h 时,不应计入两板厚度差值,t 为钢板厚度（mm）。

图 4 环缝对口错边量示意图

4）塔架的焊接:

塔架主体钢材、钢板的尺寸、外形及允许的偏差应符合 GB/T 709 规定即热扎