预应力锚栓风机基础优化设计

预应力锚栓风机基础优化设计

李玲

山东电力工程咨询院有限公司

摘要：在发电方面，风能资源因其绿色、可再生的特点，越来越受到重视。伴随着我国风电技术的不断发展和成熟，风机设备也在不断的更新换代当中，塔筒与风机基础的连接方式也从原来的单一的基础环连接方式，发展到现在的预应力锚栓连接。同传统的基础环风机基础相比，预应力锚栓风机基础有不少的优势，文章通过对预应力锚栓风机基础的优化设计分析，希望可以为以后的风机基础设计有所帮助。

关键词：预应力锚栓风机；基础优化；设计

前言

伴随着我国科学技术的快速发展，我国各项建设中的技术也越来越成熟，在风力发电领域，我国正在积极探索更多新的技术和运用更为先进的设备，以增加风力发电的效率。风力发电也因为其环保、可再生的特点，越来越受到业内人士的关注，也越来越有竞争力。在风力发电中，风力发电机组基础是用于支撑风力发电机塔筒结构和叶片的，并需要承受风力发电机运行过程中的风载荷、振动载荷和疲劳载荷，以保障风力发电机的可靠稳定运行。在风机基础中，近些年，预应力锚栓系统越来越多的应用在陆地上风电发电机的风机基础中，和传统的基础环风机基础相比，预应力锚栓风机基础有着自己的优势，在经过不断的优化和改进之后，将会对风机运行产生更为有利的作用。

1. 预应力锚栓风机概述

1. 预应力锚栓简介

在风力发电设备中，需要采用一定的方法把风机的塔筒和风机基础进行连接，而长期以来我国所采用的连接方式都是传统的基础环连接方法。在我国科技水平的不断进步之下，出现了预应力锚栓连接系统，这种连接系统因为在刚度、强度和耐久性方面都具有一定的优势，所以得到了业界人士的肯定和欢迎，并正在大力推广，希望可以把其应用在风力发电设备的风机塔筒和风机基础的连接工作中。在使用预应力锚栓连接之后，风机运行过程中的稳定性和可靠性大大的提高。也正是由于预应力锚栓的这种优点，使得预应力锚栓在风机当中的应用必将会越来越广泛。

（二）预应力锚栓风机基础的力学分析

前面我们已经知道，长期以来，我国风力发电设备中所使用的连接方式都是基础环的连接方法。这种连接方法需要把基础环埋到混凝土中，上面露出的部分和风机塔筒会形成一个柔性体，而混凝土部分是一个刚形体，这样基础环和混凝土的交接处，就变成了一个应力集中的部位，因为受力过于集中的原因，很容易在工作过程中造成这个集中的应力部位的疲劳，也就是说容易被破坏。通过对一些正在运行的风电设备的观察，发现有一些风电场的风机基础环的混凝土已经出现了破坏的现象，而且有的裂缝就是肉眼可见的。这肯定会影响到风机设备的运行安全，这是毋庸置疑的。这也说明传统的基础环连接方式已经不再适用。

而在预应力锚栓风机基础代替基础环之后，就避免了应力过于集中的问题导致的混凝土破坏问题。因为预应力锚栓的组成不是简单的和混凝土浇筑在一起，而是由多个固定部分组成的，包括上锚板、下锚板、锚栓、PVC护管等。在上锚板和下锚板之间的是PVC管，它的作用是可以隔离锚栓和混凝土，在安装过程中，会对PVC管进行密封防水，保证在进行混凝土浇灌的过程中不让水流到护管当中，这就避免了水的存在对锚栓可能会造成的腐蚀问题。锚栓在受力时，下锚板以上的部分受到的力都是均匀的力，这个时候，锚栓就形成了一个整体的弹性体，不会有应力过于集中的问题，也就不会有混凝土破坏的问题。有效保证了风力发电设备的运行安全和稳定。

二、预应力锚栓风机基础优化设计的关键技术

（一）预应力锚栓基础形式的选择

我们都知道，风力发电设备中的风机塔筒是一个很高的建筑物，其上面的作用力有多种。我们可以在受力设备中的重力式基础和肋梁式基础上采用预应力锚栓系统。虽然肋梁式基础在节省混凝土用量（50~70m³）、降低弃土运输费用方面较重力式基础有一定优势，但在钢筋绑扎、模板支护、基础浇筑等上面的施工有一定的难度，施工的质量也比较难控制，且施工周期增加近一倍，因此在采用预应力锚栓连接方式时推荐采用钢筋混凝土重力式基础型式。

（二）预应力锚栓作用力计算

风机在受力时弯矩值是较大的，所以容易造成锚栓和风机基础受到的力是偏心的荷载力，这样就造成风机在传递力量时，传到每个锚栓上的作用力会有所不同。在使用时，要计算出所有锚栓中作用力最大的一个，以用来验算锚栓的预张力是否满足设计要求。

（三）上锚板下部灌浆结构设计

使用预应力锚栓系统之后，在施加预应力时，拉力是通过上锚板和下锚板的作用向风机基础传递的，锚栓的后张拉工作则在锚栓的上部进行，这就使得风机基础的上部分暴露在外面。为此，就要求保障上锚板下部基础上的混凝土的抗拉性要具备足够的强度。通常我们在设计时，会在上锚板下部开槽灌浆或者直接在基础顶面进行灌浆，厚度大约为80mm。

三、预应力锚栓风机基础优化设计要点

1. 在进行优化设计时，要根据风机厂家提供的塔筒、基础载荷资料和实际的地形地质条件确定风机基础型式，拟定切实可行的基础体型，包括基础埋置深度、基础直径、底板边缘厚度、基础上台柱直径等，以保证基础设计在国内的领先地位，并且在降低工程造价上也会有一定的优势。需要说明的是，拟定安全可靠、经济合理的基础体型不是一个快速的过程，需要进行多方案、反复的对比和选择。

2. 要重点考虑使用锚栓的热处理工艺、材质、防腐技术等性能，在遵守我国相关技术规范的前提下，可以认真分析国内规范和国外规范中的相同和不同之处，求同存异，在使用的相应的组件的参考值要求中找到最为合适的锚栓组件，在做到风机基础设计安全、可靠、稳定的前提下，争取最大的利润空间。

3. 所有的设计都要在符合相关技术规范、设备使用规范、零部件质量的条件下进行，在可以保证锚栓风机基础可以安全可靠运行的基础上，尽量降低工程量、降低成本以及在实际的操作上可以简单容易操作。

结束语

在我国环境问题变得越来越重要的今天，采用更加清洁的能源，是当前能源产业中的头等大事。其中，风能是公认的清洁能源和环保能源。在风能发电中，风机基础又是风力发电设备中重要的组成部分，而就目前来说，预应力锚栓式的风机基础是可以有效保证风力发电机组稳定和可靠运行的。这一点在2019年12月01日实施的《高耸结构设计标准》（GB50135-1019）中被设为强制性条文，是必须严格执行的。

参考文献

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[3]卢婧,黄梁. 风机基础连接方案及新型基础比选[J]. 建材与装饰,2017(42):168-169.