CN109844243A - 用于风车的地基 - Google Patents

Abstract

在用于风车的地基中，地基具有用于支承风车塔架的圆形或多边形基座以及从基座沿径向向外突出的多个肋，基座分成多个圆周部分，其中圆周部分和肋均相应地由至少一个预制混凝土元件形成，并且其中预制混凝土元件由加强混凝土制成，加强混凝土包括第一加强结构，该第一加强结构包括用于对预制混凝土元件施加应力的径向张紧元件，特别是拉杆或张紧股线。还提供了第二加强结构，其将圆周部分保持在一起并且与第一加强结构，特别是径向张紧元件联接。

Description

用于风车的地基

技术领域

本发明涉及一种用于风车的地基，其具有用于支承风车塔架的圆形或多边形基座以及从基座沿径向向外突出的多个肋，其中基座分成多个圆周部分，其中在每种情况下，圆周部分和肋由至少一个预制混凝土元件形成，其中预制混凝土元件由加强混凝土制成，其包括第一加强结构，该第一加强结构包括用于对预制混凝土元件施加应力的径向张紧元件。

此外，本发明涉及一种风轮机，其具有桅杆和安装在桅杆上的转子，其中桅杆安装在地基上。

背景技术

生产陆上风力发电设备的地基需要很高的人工和管理工作量，并且生产非常耗时。鉴于现代风轮机的尺寸增加，地基承受非常高的负载并且必须相应地确定尺寸。目前的风轮机具有塔架，塔架具有达到150米的高度，并且发电达到6兆瓦。在大多数情况下，风轮机的塔架或桅杆由加强混凝土制成，并且使用预制混凝土元件构造。备选地，风车塔架可由钢结构形成。

迄今为止，风力发电设备的地基主要是通过以下产生：挖掘挖掘坑；引入粒状子结构；竖立地基构件；执行必要的模板和加固工作以及随后用现浇混凝土填充挖掘坑，其中混凝土作为预拌混凝土通过预拌货车运输到工地并浇入挖掘坑。中央地基构件通常具有中空圆柱形构造，并且大体上是预制的并且作为一个单元运输到给定的组装地点。

使用现浇混凝土制作风车的地基涉及许多缺点。其需要复杂的物流来计划施工现场的生产活动，并且其与关于竖立模板和加固结构以及运输和浇铸混凝土的在施工现场的耗时且成本高昂的程序相关联。这特别适用于大型地基可需要达到1000m³的混凝土的事实。

为了改善地基的施工过程，在WO 2004/101898 A2中已经提出使用预制混凝土元件来构造地基。这种混凝土元件在预制设备中生产并运输到工地，在此处使用起重机使它们到位，并然后连接在一起。因此，可显著减少在工地处的施工过程的持续时间。当互连时，预制混凝土元件形成具有中心基座和多个肋的地基，每个肋从基座沿径向向外突出。每个预制混凝土元件形成肋中的一个和基座的相关圆周部分。基座的圆周部分借助于螺纹凸缘互连。如WO2004/101898A2中所述，预制混凝土元件可为钢加强的。一旦地基形成，则风车的塔架或桅杆建在基座上，并使用地脚螺栓固定在基座上。

此外，从EP2475872B1中已知一种地基，其包括预制混凝土元件，并且其中混凝土元件借助于张紧元件受到应力。

通过使用预制混凝土元件，可在受控环境中生产这些元件，使得可改善硬化混凝土的质量。从财务观点来看，预制设备中使用的模具可在它们必须更换之前重复使用多次，使得模具或每单元模板的成本低于每次都需要特制的和可重复使用的模板的使用现浇混凝土生产的情况。

风轮机承受特定性质的负载和应力，这些负载和应力必须由地基承担。风本身以不可预测和多变的方式作用。另一方面，由于振动和共振引起的动态负载分量作用于较大设备的结构上。此外，由于发生倾斜力矩，高度为100米或更高的塔架将相当大的偏心负载传递到地基。地基的混凝土必须能够抵抗在压缩区中产生的压缩，并且混凝土的加固结构必须承受地基的相对部分中的拉力，因为混凝土本身具有相对低的拉伸强度。

包括预制加强混凝土元件的地基具有以下优点：混凝土的能力和质量更高，使得存在较低的裂缝形成的风险和相对于动态和静态负载的较高阻力。然而，缺点在于，与现浇混凝土浇筑的地基相比，没有提供整体结构，使得必须开发用于预制混凝土元件的安全互连的技术解决方案以模仿整体结构。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于风车的改善的地基，其包括预制的加强混凝土元件，但其类似于整体地基作用，以承受高的静态和动态负载。

为了解决这个和其它目的，本发明提供了一种用于开头限定类型的风车的地基，该地基包括用于支承风车塔架的圆形或多边形基座以及从基座沿径向向外突出的多个肋，其中基座分成多个圆周部分，其中圆周部分和肋分别由至少一个预制混凝土元件形成，其中预制混凝土元件由加强混凝土制成，加强混凝土包括第一加强结构，第一加强结构包括用于对预制混凝土元件施加应力的径向张紧元件，并且其特征在于，提供第二加强结构，其将预制混凝土元件保持在一起并与第一加强结构联接。

第二加强结构可为适于将预制混凝土元件刚性地保持在一起以便形成整体结构的任何类型。第二加强结构与第一加强结构不同，并因此优选地既不嵌入预制混凝土元件中也不由穿过混凝土元件的张紧元件形成。根据本发明的特征，第二加强结构与第一加强结构联接，由此实现加强结构之间的不间断的负载路径，使得有效地分配引入地基的力。在本发明的上下文中，第一加强结构和第二加强结构的联接意味着作用在第一加强结构上的力传递到第二加强结构而不在其间布置混凝土，且反之亦然。因此，第一加强结构和第二加强结构可直接彼此连接或通过不同于混凝土的刚性连接元件彼此连接。

第一加强结构包括径向张紧元件，其优选地由钢或具有类似拉伸强度的材料制成。张紧元件优选沿肋的纵向方向延伸。径向张紧元件用于使预制混凝土元件受到预应力混凝土意义上的压缩力，由此实现混凝土元件的抗拉强度的增加。预应力优选在混凝土硬化之后施加。为此目的，例如拉杆、张力型材、张紧线或股线的张紧元件通常***金属板或塑料包壳管中，并在混凝土元件中在两端用锚固体包住而不预先拉紧。在混凝土凝固之后，张紧元件在锚固件处拉紧。如果单个混凝土元件形成基座的圆周部分和肋，则至少一个张紧元件在地基的径向方向上延伸穿过整个混凝土元件并对后者施加预应力。在径向方向上彼此邻接的至少两个混凝土元件共同形成基座的圆周部分和肋的情况下，至少一个张紧元件延伸穿过相应的多个混凝土元件并且具有对所述混凝土元件施加应力的附加功能。

张紧元件优选地布置成使得它们相应一起对仅一个圆周部分和一个相关肋施加预应力或应力。因此，没有规定张紧元件在地基的直径上延伸，并因此对相对于地基轴线相对的两个混凝土元件施加应力。

优选实施例提供了多个径向张紧元件，其分布式布置在形成基座和肋的混凝土元件的高度上。

第一加强结构可另外包括嵌入混凝土中的钢杆或类似物的加强物。

第二加强结构优选包括多个刚性细长加强元件，特别是钢型材或钢杆，其在各种情况下以穿过由基座环绕的中空空间的方式互连相对于地基轴线相对布置的成对的预制混凝土元件的张紧元件。第二加强结构的细长加强元件与第一加强结构，特别是与径向张紧元件联接。因此，相对彼此布置的预制混凝土元件的张紧元件通过第二加强结构的细长加强元件互连，其中相对彼此布置的预制混凝土元件的第一加强结构之间形成负载传递路径。这导致由于塔架的弯矩而施加在地基上的拉伸负载不仅由布置在地基的一侧上的第一加强结构所承担，而且还传递到布置在地基的相对侧上的第一加强结构。

根据本发明的优选实施例，每对彼此相对布置的预制混凝土元件借助于刚性细长加强元件之一连接。多个细长的加强元件，特别是钢杆或钢型材因此穿过由基座环绕的中空空间。因为这些交叉的细长加强元件全部沿直径布置，所以它们在基座的中心相遇，使得实现对称布置，这确保了在整个地基内的力的最佳分布。

细长的加强元件可在水平平面中穿过基座。一方面，刚性细长加强元件优选地分别在基座的上部区域中紧固到彼此相对布置的成对的混凝土元件中的一个混凝土元件的张紧元件，而另一方面，在基座的下部区域中紧固到彼此相对布置的成对的混凝土元件中的另一个混凝土元件的张紧元件，使得它们倾斜于水平轴线延伸。因此，彼此相对布置的预制混凝土元件的张紧元件在至少两个不同的平面中联接在一起，例如，如在上平面和下平面中。

在这方面，有利的是，如果刚性细长加强元件在它们的交叉点处互连，该交叉点优选地布置在基座的轴线上。因此，在地基的对称轴线上提供中心点，这使得能够在不同方向上进行负载分布。

关于第一加强结构和第二加强结构之间的联接，优选实施例提供了第二加强结构借助于螺纹连接或焊接接头与第一加强结构，特别是径向张紧元件联接。

基座内部的中空空间可用于各种目的，例如作为存储空间或用于进行维护工作，并因此可设有台阶、平台等。此外，中空空间也可用于安装后张拉索、接近后者及其维护，其中后张拉索布置成以便稳定风车的塔架或桅杆。

根据优选实施例，预制混凝土元件包括用于支承肋的基板并与其一体构成。因此，预制混凝土元件可具有倒"T"形的截面，其中水平T形杆由基板形成，垂直T形杆由肋形成。然而，肋不一定必须严格地构成垂直杆的形状。肋还可具有朝向尖端变窄的截面。备选地，预制混凝土元件也可具有"I"形的截面。从上述倒T形开始的这种形状通过上部水平杆获得，该上部水平杆优选平行于下部水平T形杆。

此外，肋的高度可优选地朝向基座连续增加。肋的高度连续增加使得可能使肋的截面面积适应力传播，并且例如可实现为使得肋的上表面或上边缘设计为斜面，其向基座上升。备选地，肋可包括上面或上边缘的弯曲(即凹入)构造。在任何情况下，肋的高度可朝基座增加，以便在肋变换到基座的位置处达到基座的高度。

为了在其底部处封闭基座内部的中空空间，本发明的优选实施例提供了包括边缘部分的基板，其向内突出到由基座环绕的中空空间中。具体而言，所有预制混凝土元件的边缘部分一起形成圆周的，特别是圆形的边缘，其在圆周处为中央底板提供支承，该中央底板布置在基座的底部处。

根据本发明的另一优选实施例，预制混凝土元件借助于至少一个后张拉索紧固在一起，后张拉索布置在形成于基座中的圆周的、特别是圆形的通路中。这种拉索具有附加加强结构的功能，但与根据本发明的第二加强结构相反，拉索不与嵌入预制混凝土元件中的第一加强结构联接。

代替沿周向方向延伸的张紧拉索，也可设置切向张紧元件，特别是拉杆或张紧股线，其相应地对基座的相邻周向部分施加应力。

当预制混凝土元件彼此紧固时，基座的相邻圆周部分的侧面彼此压靠。为了使相邻的圆周部分彼此精确对准，侧面可包括具有榫舌和凹槽布置性质的形状配合元件，其彼此协作以确保节段的相对位置。

如果根据优选实施例，相邻的预制混凝土元件在其从基座向外突出的部分中在周向方向上彼此间隔开，则在工地安装预制混凝土元件是相当简化的。具体而言，基板的宽度尺寸使得相邻的预制混凝土元件的基板彼此不接触。因此，在预制混凝土元件的生产中可满足制造公差。

用于生产预制混凝土元件的混凝土可为通常也用于在使用时浇筑混凝土的任何类型。除添加剂和水外，混凝土还含有波特兰水泥作为水硬性粘合剂。

纤维加强混凝土也可用于生产预制混凝土元件。纤维可由有助于提高所得混凝土结构的结构完整性(特别是强度、冲击强度和/或耐久性)的任何纤维材料制成。纤维加强混凝土包含短的离散加强纤维，其均匀分布并随机定向。

加强纤维优选为碳纤维、合成纤维，并且特别是聚丙烯纤维。备选地，加强纤维可为钢纤维、玻璃纤维或天然纤维。

附图说明

下面将参考作为实例并在附图中示出的实施例来详细描述本发明。图1以透视图示出了风车地基，图2示出了根据图1的地基中使用的预制混凝土元件，图3示出了穿过根据图1的地基的截面，且图4以平面视图示出了根据图1的地基的局部视图。

具体实施方式

地基1在图1中示出，其包括多个预制混凝土元件3。地基1包括呈中空圆柱形式的圆形基座2，用于支承风车塔架。地基1还包括多个肋5，肋5从基座2径向向外突出。基座2分成多个圆周部分4(图2)，其中圆周部分4和肋5在各种情况下作为预制混凝土元件3彼此一体地构成，如图2所示。预制混凝土元件3包括基板6，基板6也与肋5一体构成。预制混凝土元件3由具有加强杆的加强混凝土制成，加强杆嵌入预制混凝土元件3中。

尽管肋在图2中示出为包括单件的预制混凝土元件，但是肋也可由两个或更多个肋部分构成。当将要提供的肋的径向长度超过普通运输设备的允许长度时，这是特别有利的。具体而言，两个或更多个肋可作为单独的预制混凝土元件制造，预制混凝土元件单独运输到工地并且在工地与彼此刚性地组装。

在图1, 2和3中可看出，预制混凝土元件3构成I形截面，其中底板6和盖板24借助于肋5的腹板连接在一起成一件。

为了使相邻的圆周部分4与彼此精确对准，侧面可包括以梯形榫舌和凹槽布置形式的形状配合元件(未示出)，它们彼此协作以确保元件3的相对位置。

从图1中可看出，基座2在高度方向上分成环形基部部分18和环形适配器部分19。环形基部部分18由圆周部分4形成。环形适配器部分19布置在环形基部部分18上并且包括一个布置在另一个之上的两个预制混凝土元件环，其中下环由两个节段20形成，并且上环由两个节段21形成。节段20和21各自延伸过180°的角并且由预制混凝土元件形成。环的***布置成偏置90°。

环形适配器部分在其上侧提供水平表面，风车塔架(未示出)竖立在该水平表面上。提供锚固螺栓8用于紧固风车塔架。

预制混凝土元件3之间的中间空间在每个情况下通过桥接板14桥接，桥接板14分成两部分。内桥接板用14'表示，而外桥接板用14"表示。桥接板14'和14"定位成凹入边缘在混凝土元件3的基板6的指定边缘上。桥接板可用螺栓固定到预制混凝土元件3的基板6。

地基1的加强结构可在根据图3的截面图中看到。除了嵌入预制混凝土元件3中的加强杆(未示出)之外，第一加强结构包括张紧元件22。每个张紧元件22穿过形成在混凝土元件3中的通路，并且构成为由钢制成的拉杆或张紧线或股线，其从混凝土元件伸出的端部包括止挡元件，该止挡元件抵靠混凝土元件3拉紧，使张紧元件在张力下负载。第二加强结构联接到张紧元件22，张紧元件22由钢杆或钢型材10形成，并且将来自彼此相对布置的混凝土元件3的元件22以X形方式互连，元件22以这种方式拉紧，使得它们穿过中空空间12，该中空空间12由基座2环绕。钢型材10与张紧元件22的联接通过图示的联接元件25实现，张紧元件22和钢型材10拧到或焊接到该联接元件25。在这种连接中，钢型材10的x形构造通过钢型材10紧固到中心元件26的事实来实现，钢型材10以星形方式从中心元件26延伸。

在根据图4的图示中，可看出，相邻的预制混凝土元件3借助于切向延伸的张紧元件23在基座2的圆周部分4的区域中彼此抵靠受到应力。张紧元件23交叉通路，其形成在预制混凝土元件3中并且优选由钢制成。张紧元件23可由拉杆或张紧股线构成。为了提供合适的止动表面，每个预制混凝土元件在从圆周部分4到肋5的过渡中包括倾斜延伸的过渡部分27，其止动表面垂直于切向张紧元件23延伸。与每个预制混凝土元件3接合的是第一张紧元件23和第二张紧元件23，第一张紧元件23用相邻的右侧混凝土元件3对相应的混凝土元件3施加应力，而第二张紧元件23用相邻的左侧混凝土元件3支承相应的混凝土元件3。

Claims (10)

1.一种用于风车的地基，具有：用于支承风车塔架的圆形或多边形基座；和从所述基座沿径向向外突出的多个肋，其中所述基座分成多个圆周部分，其中圆周部分和肋均相应地由至少一个预制混凝土元件形成，其中所述预制混凝土元件由加强混凝土制成，所述加强混凝土包括第一加强结构，所述第一加强结构包括径向张紧元件，特别是拉杆或张紧股线，用于对所述预制混凝土元件施加应力，其特征在于，提供第二加强结构，所述第二加强结构将圆周部分保持在一起并与所述第一加强结构联接，特别是与所述径向张紧元件联接。

2.根据权利要求1所述的地基，其特征在于，所述第二加强结构包括多个刚性细长加强元件，特别是钢型材或钢杆，所述多个刚性细长加强元件互连相对于地基轴线相对布置的成对的预制混凝土元件的张紧元件，使得所述多个刚性细长加强元件穿过由所述基座环绕的中空空间。

3.根据权利要求2所述的地基，其特征在于，彼此相对布置的每对预制混凝土元件借助于所述刚性细长加强元件中的一个连接。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的地基，其特征在于，每个所述刚性细长加强元件一方面在所述基座的上部区域中紧固到彼此相对布置的成对的混凝土元件的一个所述混凝土元件的张紧元件，并且另一方面，在所述基座的下部区域中紧固到彼此相对布置的所述成对的混凝土元件的另一个混凝土元件的张紧元件。

5.根据权利要求2至权利要求4中任一项所述的地基，其特征在于，所述刚性细长加强元件在其交叉点处互连，所述交叉点优选布置在所述基座的轴线上。

6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的地基，其特征在于，所述第二加强结构借助于螺纹连接或焊接接头与所述第一加强结构联接，特别是与所述径向张紧元件联接。

7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的地基，其特征在于，所述肋的高度朝所述基座连续地增加。

8.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的地基，其特征在于，多个径向张紧元件分布式布置在形成所述基座和所述肋的所述混凝土元件的高度上。

9.根据权利要求1至权利要求8中任一项所述的地基，其特征在于，提供切向张紧元件，特别是拉杆或张紧股线，所述切向张紧元件相应地对所述基座的相邻圆周部分施加应力。

10.一种风轮机，特别是陆上风轮机，其具有桅杆和安装在所述桅杆上的转子，其中所述桅杆安装在根据权利要求1至权利要求9中任一项所述的地基上。