关于风力机塔架的下一步学习内容就是塔架的地面支撑和基础部分。许多中小型独管式风力机塔架都利用混凝土基础(基座)支撑塔架。图9-35为带有塔架固定螺栓的金属模板和为混凝土浇筑提供约束框架的木制模板,注意图中放在螺栓周围的圆环可以在混凝土浇筑和凝固时使螺栓保持在正确位置。通过工程计算,可以得出能够支撑特定尺寸塔架和风力机的混凝土基座的大小和深度。在某些情况下可能需要对土壤进行采样分析,确保地基能足够支撑混凝土基座和塔架。如果土壤为沙质或软质土,混凝土基座可能就需要适当加大并嵌入更深,以保证能够提供足够大的支撑力。
图9-35 一台风力机混凝土基座的金属模板和螺栓,注意在混凝土浇筑和凝固时能使螺栓保持在正确位置的金属圆环
(图片来源:Northern Power System Inc.)
图9-36为与图9-35相同的混凝土基座,但图9-36为混凝土已经浇筑并凝固后的基座,可以看到图中螺栓位置和塔架位置完全对应。螺栓固定在一个作为模板的金属板上,在浇筑混凝土时能够保持螺栓固定。这个基座的真正大小并非图中所看到的那样,因为混凝土基座只有一小部分高出地面,实际上它的整个深度要足以支持风力机的塔架。
图9-36 浇筑成型后的图9-35所示的塔架混凝土基座,注意为了安装塔基而确定的螺栓排列位置
(图片来源:Northern Power System Inc.)
图9-37为支撑大型独管式塔架而挖掘的坑洞,坑洞内放置了金属加固材料。作为加固材料的钢筋通过缠结或焊接在一起确保混凝土基座有足够强的支撑力,能使塔架经受住最强烈的风力冲击。在大型塔架安装中,工程师们确定好塔架安装处所要挖掘的合理土层深度,而在开挖区外侧则放置了待用的混凝土或木制模板。基座的混凝土在浇筑时能与加强钢筋结构完全融合,使基座具有足够的强度支撑强风中的塔架。另外注意图中的金属圆环的作用是保持基座螺栓处在与要安装的塔架对应的位置上,在浇筑混凝土时所有的螺栓必须正确对齐,否则塔基就不能正确安放到螺栓上。混凝土浇筑后要把其周围用泥土填实,确保这个基础能够支撑风力机塔架。图9-38是已经浇筑完工的独管式塔架基座。
图9-37 混凝土浇筑前被放置好和连接好的加强钢筋结构
(图片来源:美国能源部NREL)
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图9-38 混凝土浇筑完成后的基座,经过土壤填埋只有一小部分露出地面可见
(图片来源:美国能源部NREL)
图9-39为在小型混凝土基座上安装的独管式塔架,看起来混凝土基座非常小,但实际上在地下还有很大体积的混凝土基座部分,这样能使塔架能够经受住强风冲击。将大部分混凝土基座掩埋在地下的目的就是为了确保只有少量混凝土暴露在外边,也使风力机的安装更加美观。图9-40为用来支撑桁架式塔架的大型混凝土基础。从图中可以看到,电气接线板和安装电线的导管都埋藏和浇筑在混凝土基座中,与塔架底部的支脚相匹配的螺栓也被对齐并浇筑在混凝土基座中,这样当塔架安放在基座上时,就能够准确地和螺栓吻合。图9-41显示了坐落在基座螺栓上的支脚,在螺栓上拧紧螺母后就可以将塔架最终定位并固定好。当混凝土凝固后其内部组件将不能进行任何移动,因此浇筑混凝土时用模板来保持螺栓的位置是十分必要的。
图9-39 用于安装独管式塔架的混凝土基座大部分位于地下,只有小部分暴露在地上
(图片来源:John Fellhauer,jfellhauer@surenergy.us)
图9-40 用来支撑桁架式塔架的混凝土基座,注意在基座浇筑时三套被浇筑在混凝土基础中的螺栓,同时风力机的电气接线也被浇筑在里面
(图片来源:John Fellhauer,jfellhauer@surenergy.us)
图9-41 安放到浇筑在混凝土基座中螺栓上的桁架式塔架的支脚,一个金属模板被用来保持混凝土浇筑时的螺栓位置
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