1.5兆瓦风力发电机组塔筒及基础设计
摘要：风能资源是清洁的可再生资源，风力发电是新能源中技术最成熟、开发条件最具规模和商业化发展前景最好的发电方式之一。塔筒和基础构成风力发电机组的支撑结构，将风力发电机支撑在60—100m的高空，从而使其获得充足、稳定的风力来发电。塔筒是风力发电机组的主要承载结构，大型水平轴风力机塔筒多为细长的圆锥状结构。一个优良的塔筒设计，可以保证整机的动力稳定性，故塔筒的设计不仅要满足其空气动力学上得要求，还要在结构、工艺、成本、使用等方面进行综合分析。基础设计与基础所处的地质条件密不可分，良好的地质条件可以为基础提供可靠的安全保证，从风机塔筒基础特点的分析可以看出，风机塔筒基础的重要性及复杂性是不言而喻的。在复杂地质条件下如何确定安全合理的基础方案更是重中之重。
关键词：1.5兆瓦；风力发电机组；塔筒；基础；设计
1、我国风机基础设计的发展历程
我国风机基础设计总体上可划分为三个阶段，即2003年以前小机组基础的自主设计阶段，2003— 2007年MW机组基础设计的引进和消化阶段，2007年以后MW机组基础的自主设计阶段，
在2003年以前，由于当时的鼓励政策力度不大，风电发展缓慢，2002年末累计装机容量仅为46.8万kw，当年新增装机容量仅为6.8万kw，项目规模小、单机容量小，国外风机厂商涉足也较少，风机基础主要由国内业主或厂商委托勘测设计单位完成，设计主要依据建筑类的地基规范。
从2003年开始，由于电力体制改革形成的电力投资主体多元化以及我国开始实施风电特许权项目，尤其是2006年《可再生能源法》生效以后，国外风机开始大规模进入中国，且有单机容量600kw、750kw很快发展到850kw、1.0MW、1.2MW、1.5MW 和2.0MW，国外厂商对风机基础设计也非常重视，鉴于国内在MW风机基础设计方面的经验又不够丰富，不少情况下基础设计都是按照厂商提供的标准图、国内设计院
根据风电场地质勘测资料和国内建筑材料的具体情况进行设计调整、厂商对国内设计院的设计调整成果进行复核确认模式。该模式不仅影响风机基础的自主设计，同时受制于厂商，甚至可能影响工程建设的决策、工期和投资效益。
以2005年我国南方某风电场的基础设计为例，当时该风电场已完成24个风机基础的施工，但国外风机厂商认为已建基础不能满足要求，并委托了第二家设计院进行了独立评估，由于当时没有专门的风机基础设计规范，设计单位只能参照国内建筑和电力行业的类似规范进行设计，且不同设计人员对具体条文的采用和理解也不尽相同，导致不同设计院设计同一基础的安全评价结论不尽一致。随后国外风机厂商和项目业主又同时委托第三家设计单位进行复核。由于种种原因，最终各方妥协的结果是在每个已施工基础上补浇了一些混凝土。因此，由于没有统一的规范，由于国外厂商在基础设计方面的过多介入，导致了成本的增加和工期的延长。
鉴于当时风机基础设计的重要性且没有专门的设计规范，中国水电工程顾问集团公司作为我国水电和风电的前期工程归口管理单位，于2005年8月迅速启动了风机基础设计技术研究和规范的编制工作，经过广泛调研、专题研究和试设计，并经过几次全国性的研讨和评审，于2007年9月发布了《风电机组地基基础设计规定》（FD003-2007），并同期推出了配套的设计软件。由于规范的统一指导和风电产业的不断成熟，并经过我国项目业主和勘测设计单位的共同努力，现在风电基础设计已步入自主设计的轨道。
2、我国最近的两起风机倒塌事故及其教训
在《风电机组地基基础设计规定》编制过程中及颁布后不久，出现了两起风机倒塌事故，这两个项目都没有按照《风电机组地基基础设计规定》进行设计，事故的原因值得我们深思。因此，本文对两起事故进行了简要介绍和分析。
2.1在桑美台风中破坏的风机及基础
在2006年8月10日的桑美台风中，某风电场28台机组全部受损，其中5台倒塌（3台600kw风机钢塔筒被折断、2台刚完成吊装的750kw风机连地基被拔出）、5台风机机舱盖被吹坏、11台风机叶片被吹断。据被吹到的测风仪留下的最后数据显
示，山顶上风电场的瞬时风速达85米／秒。
该风电场的大部分基础承受了超设计风速的考验，但连根拔出的基础至少在设计和施工方面存在一下不安全因素：
2.1.1基础环（法兰筒）的低端在基础台柱和底板的分界面，没有伸入基础底板与扩展基础形成整体。
2.1.2基础台柱和底板混凝土分两次浇筑，且没有采取可靠的缝面处理措施，缝面粘接质量差，影响了台柱与底板之间的整体性。
2.1.3从拉断的基础台柱底部断面看，穿越台柱与底板之间的圆周向配筋太少，钢筋见距达60cm左右，进一步削弱了台柱与底板混凝土之间的整体性连接，台柱高度方向的配筋很少，钢筋间距在40cm左右，消弱了台柱本身的刚度。
2.1.4混凝土级配和混凝土现场搅拌质量不理想
另外，建议在经常遭遇台风地区的风电场必须要时刻考虑配置备用电源或柴油发电机，并对控制系统作适当改进，遭遇台风电网断电后，风机不会刹车抱死叶轮，以减少风机承受的风载荷。
2.2在正常运行中破坏的风机及基础
某风电场同批次施工安装了59台850kw的风电机组并经过了72小时的试运行，在2008年4月正常运行时，一台风机突然倒塌，基础连根被拔出，倒塌时风速约12m/s，已进入风机的额定风速，塔筒底部（基础环）钢筋完全拔出。如图所示：
据初步了解，该风机基础至少存在以下不安全因素：
2.2.1基础混凝土设计强度等级C30，事故后钻孔，事故后钻孔取芯实验得出的强度等级为C10-C25，基础混凝土实际标号偏低
2.2.2塔筒底部混凝土搅拌、振捣不均匀，断面反映的混凝土级配较差。
2.2.3从断面看，基础可能不是一次性浇筑，存在施工冷缝，且因风沙天浇筑，缝面有沙土。
2.2.4钢筋数量减少、长度不足。
2.2.5胶凝材料用量和基础混凝土配合比可能不满足要求，塔筒底部（基础环）钢筋完整拔出，粘接质量有问题。
2.2.6初期运行时机组振动较厉害，且倒塌的风机换过叶片，可能与上部结构及基础的刚度有关。
另外，施工单位中标价格过低而导致其偷工减料、基础混凝土施工过程中监督不力也可能是引发事故的重要原因。
由于质量问题，同批施工中得59台风机，除倒塌的一台，其余58台风机上部结构全部拆卸，并炸除混凝土基础，重新施工基础，重新安装风机，重新调试后再投入运行。给项目业主造成了巨大的经济损失。
3、风机基础设计分析与讨论
由于风力发电机组轮毂高度大（一般在50m以上）、顶部质量大正常运行和极端风速情况承受的水平载荷大、机组正常运行时对倾斜控制严格、基础承受360°方向重复载荷和大偏心受力、基础的载荷重分布性低、地质条件复杂等特点，将风力发电机组基础设计做一简要分析，对几个热点问题进行讨论。
3.1关于基础类型的考虑
设计规定考虑了方形扩展基础和方形轴台桩基础。考虑到风机基础承受360°方向重复荷载以及不同的设计习惯，配套设计软件在借鉴化工高塔、烟囱、高耸结构等基础设计规范的基础上，除了方形基础外，还扩充了圆形、八边形扩展基础以及圆形和八边形承台桩基础的设计方法和设计软件，拓宽了风机基础的适应性。
3.2关于基础设计的步骤
3.2.1扩展基础
对于扩展基础，设计步骤可分为三大步：
第一步，根据风机单机容量、轮毂高度、扫风面积、风速、荷载大小和地基情况，参考类似经验，初步拟定基础埋深、底板尺寸和高度等。
第二步，根据设计规定和风机承受的荷载等相关资料，分别计算基础基底反力、基础沉降和倾斜率、基础整体稳定性、基底脱开面积等，分别复核地基承受力是否满足要求、沉降和倾斜率是否满足规范和厂商要求、整体稳定性和基底脱开面积比是否满足规范要求。如果四个条件同时满足要求，则说明拟定的基础底板尺寸合适，可进行下一步计算，如果四个条件不能同时满足要求，则需回到第一步，调整外型尺寸。
第三步，初选钢筋直径，进行截面抗弯计算，抗剪、抗冲切和疲劳强度验算，如果同时满足要求，则底板高度的拟定合适，否则，回到第一步，调整包括底板高度在内的外型尺寸，直至满足第二步和第三步的有关要求。
外型尺寸确定后根据裂缝宽度验算结果、构造要求等确定配筋布置，如果没有台柱，还需对台柱进行配筋计算和强度验算，对穿越法兰筒和基础环底部的局部配筋进行验算。然后，计算基础的混凝土用量和配筋用量。
3.2.2桩基础
与扩展基础类似，柱基础的设计也可以分为三大步：
第一步，根据有关资料、规范和经验，拟定基础埋深、承台尺寸以及桩的布置，
包括桩长（持力层）、中心距、排列的选择等。
第二步，计算桩顶作用反力，计算桩基础沉降和倾斜率，复核基桩承载力（包括竖向抗压承载力、水平承载力，抗拨承载力等）是否满足要求，桩基础沉降和倾斜率是否满足规范与厂商要求。如果同时满足要求，则拟定的桩布置合适，进行下一步计算，否则，调整桩的布置。
第三步，初选钢筋直径，进行承台底板截面抗弯计算，抗剪、抗冲切和疲劳强度验算，如果同时满足要求，则承台底板尺寸的拟定合适，否则，许回到第一步，调整承台尺寸和桩布置，直至满足第二步和第三步的有关要求。
承台尺寸和桩布置确定后，对承台台柱进行配筋计算和强度验算，如果采用灌注桩则需要进行桩身配筋计算，根据裂缝宽度验算结果和有关构造要求，调整配筋布置，对基础环底部等部位进行布局配筋验算。最后，计算基础的混凝土用量和钢筋用量。
3.3关于几个问题的讨论
3.3.1修正标准值
由于荷载的不确定性和随机性，计算扩展基础基底面积、计算桩基基础桩数和桩长时，荷载采用了标准值，但对上部结构传来的荷载标准值均进行了乘以1.35的修正，已达到一定的安全裕度。
国内风力发电成套技术还处于成长阶段，空气动力学计算理论和模型假定也存在着一定的误差和不确定性。风电基础虽然在整个风机结构中的造价比重很小，但结构安全直接决定着整个结构的安全，在重要性方面与上部结构至少是等同。因此，在目前有关技术有待进一步完善的阶段，基础设计适当留有安全裕度是必要的。
由于国内不少风机厂商提供的风机荷载资料都是引进机型的原产地厂商在特定轮毂高度、特定风速下计算的荷载资料，可能没有考虑国内特定风电场的特点，如轮毂高度、不同风速、风场在电网中的作用、风机控制系统等具体条件，可能对国内特定风场的风机和风机基础设计有一定的偏差，因此，在这种情况，考虑对风机厂商提供的荷载进行适当修正是必须的。
风荷载在一定的土木工程设计中都计入耦合系数后再与其他荷载进行组合，但
在风力发电结构中，风荷载是风机正常运行所必须的基本荷载，因此，在有关计算中不能照搬有关规范的规定，应予以特别重视。
如果风电厂商针对国内特定风场情况，进行了专门、系统的荷载分析与测试，保证提供的荷载是基础设计所涉及工况的最不利荷载，且出具书面保证函，此时，这个荷载标准值修正系数可以在1.1—1.35之间进行调整。
上部结构传来的荷载一律乘以1.35，对基础的安全裕度并不是成比例放大1.35，因此在弯矩放大的同时，竖向荷载也同时被放大了。下一步规范修编应结合各方意见酌情完善。
3.3.2圆形与方形扩展基础工程量的比较
在小偏心受力的情况下，承受相同的荷载，圆形扩展基础比方形扩展的混凝土工程量要省一些。然而，对大偏心受力的风机基础，圆形基础和方形基础的混凝土工程十分接近，不少设计人员对此心存疑虑。本文分析如下：
（1）在圆形与方形基础的底面积相同情况下，承受相同的大偏心荷载，圆形基础的实际受压面积小于方形基础，且圆形基础基底反力的分布更不均匀，从而导致最大基底反力较方形基础大，尤其是在地基承受力小于150-200kpa的情况下，地基承受力较难满足要求，可能需要采用较大的基础底面积。
（2）由于圆形基础基底反力的分布更不均匀，从而导致基础倾斜率较大，为了满足倾斜控制要求，可能需要采用较大的基础底面积。
（3）在现有的规范体系中，关于脱开面积不大于基底面积的的1／4的规定，对圆形基础更不利。对于圆形基础，《高耸结构设计规范》等要求偏心距e小于0.43倍的基底半径R，即小于0.215倍基底直径D，对于方形基础，规范要求偏心距e不大于0.25倍基底宽度B。可见，对圆形基础的控制要严格，可能导致圆形基底的工程量偏大。
（4）在现有的规范体系中，关于基础外型尺寸的构造规定，对圆形基础更不利。《高耸结构设计规范》对圆形基础的底板外缘厚度、底板悬挑长度与高度之比、地板高度与整个基础之比等都提出了严格的要求。而规范对方形基础的构造要求没有提出这么严格的要求。这样导致构造要求下的圆形基础混凝土工程量比方形基础大，而不少情况下的基础外型是由构造要求控制的。
因此，一方面，对圆形基础的计算分析方法和设计规定需要开展进一步的研究工作，另一方面，对于盛行风向比较固定的风电场，也不排除采用方形或其他形状的基础形式。
3.3.3关于基桩的布置
在基桩布置中，有些设计人员仅从基桩竖向承载力角度考虑，认为在承台中部区域没有必要布置基桩，以节省工程量。本文考虑如下：
（1）单纯从基桩竖向承载力角度考虑，承台中部基桩由于力臂短，承受的拨力或压力较小，但承台和基桩是个整体，且必须考虑整个系统的受力特点以及配套的计算方法和计算假定。
（2）若中间无桩，则承台近似为两段简支梁，跨中挠度大，对风机的正常运行可能有一定影响，尤其对基础动态刚度有较高要求的风机，可能导致风机振动较厉害。另外，这时承台在力学意义上为相对柔性结构，与计算桩顶作用效应时承台相对基桩为刚性的假定也不满足。
（3）按材料力学法计算承台配筋时，假定承台中部（塔筒部位）刚度为无限大，按悬挑板计算底板配筋。如果承台近似为两端简支梁，则较难满足这一假定，与计算前提有一定出入。
（4）建议根据垫层混凝土的支撑钢板的块数，在塔筒外缘附近布置3—4根基桩，则承台近似为多点连续梁，可增加桩基承台的刚度，减少跨中挠度及其风机运行的影响，也更符合配套设计方法的有关假定。
3、结论与建议
大力发展风电等清洁可在生能源，是保护环境、优化电力结构。促进经济社会可持续发展的需要。我国风能资源丰富，风力发电事业方兴未艾，配套的法律法规和技术标准体系有待有关部门和风电企业共同完成。为了更好地促进风电事业的发展，更好地保障风力发电的正常生产，针对我国风机基础设计与施工存在的问题提出如下建议：
由于许多人认为风电勘测设计简单，因此勘测设计和施工单位进入风电行业的
门槛很低，有的甚至没有设计资质，造成风电设计水平和质量控制能力良莠不齐，质量事故时有发生，应加强风电行业的勘测、设计、施工等环节的资质管理，政府应加强监督与抽检管理，确保勘测设计和施工质量，杜绝诸如本文列举的较大质量安全事故的发生。
业主单位应高度重视风电机组地基基础设计的质量控制，有必要对其计算和施工图纸聘请有资格和业绩的单位进行审查，以确保风电场工程运行安全。
由于风电场一般远离城区，基础施工较难采用商品混凝土，且风电场范围大，混凝土浇筑地点分散，混凝土生产能力较小、混凝土运距远，单个基础的混凝土浇筑时间长，混凝土现场拌合质量和浇筑质量是风电土建工程的控制重点，对建设百万千万风电基地的项目，应研究设计建立集中供应混凝土的可能性，以确保浇筑混凝土的质量。
建议从确定施工中标单位开始，将基础混凝土生产能力（包括拌合站和混凝土运输车辆等的配备）及及质量控制（包括混凝土混合比、养护、高低温施工措施等）、混凝土浇筑、基础环安装方法和保证措施等纳入业主重点考核范围。
加强施工现场管理，例如监理对基础混凝土浇筑进行全过程旁站，单个基础混凝土浇筑时间控制在12h以内，且防止出现冷缝，一旦出现冷锋，应严格按设计要求进行处理，加强基础回填土的质量控制，等等。
以上是针对风力发电机组基础设计，笔者提出的一些看法与建议。塔筒是风力发电机组的主要承载结构，尤其是大型风力发电机组，其高度一般都在数十米以上，大型水平轴风力机塔筒多为细长的圆锥状结构。一个优良的塔筒设计，可以保证整机的动力稳定性，故塔筒的设计不仅要满足其空气动力学上得要求，还要在结构、工艺、成本、使用等方面进行综合分析。下面主要介绍一种新型的风力发电机组塔筒设计的相关内容：
4、风力发电设备大型化带来的挑战
风力发电设备大型化有优势吗？从风力发电机的角度看，答案是肯定的。这也可从过去 20 多年来大型风力发电机技术的不断进步得到印证。随着高效风力发电机逐渐大型化，则制造风力发电机的材料需求也随之增大。到 2003 年底，功率为2MW 及以上的风力发电机已经得到广泛的应用，由此也会刺激大型风力发电设备的
市场需求，因此，大型风力发电设备的市场前景非常广阔。
轮毂高度是风力发电力设备中非常重要的一个参数。以平均功率在 1.5 到2.5MW 的风力发电机为例，叶轮直径接近 100 米。随着叶轮直径和风力发电机重量的增加，风力发电塔也越来越大；随着塔的高度增加，塔的弯矩也随之增加。
通常可以用两种方法解决大型风力发电机塔体的载荷。一是增加塔体的壁厚，二是增加塔体底径。目前，由于运输限制和焊接能力不足，这两种方法都不可行。
4.1 大型化带来的不便
风力发电设备大型化给客户造成的主要不便之一是运输和安装。发电机增大，塔体就要相应增大，这些都受到运输的要求限制。大型风力发电塔，一般以圆锥型管状结构为主，已经开始受到运输的限制，因为底节直径超过 4 米、重量超过40,000kg、长度超过 20 米，这样的尺寸在运输中已经属于超长、超高、超宽和超重。同时，现代风力发电机主要零部件也受到了限制，风力发电机舱超重，宽度也属于特殊规格，需要重型拖车和特别安全驾驶。相比较而言，叶片仍以轻取胜，但由于叶片长度的增加，仍需要超常运输的许可。特殊规格运输势必要增加成本，这在商业竞争激烈的今天，高成本的运输对提高企业的竞争力是非常不利的。为使风电设备经得住时间和自然风蚀的考验，必须要进行表面处理。如今，表面处理技术以喷漆处理为主。尽管喷漆效果不错而且操作简单，但在安装时就会暴露很多问题。比如喷漆的表面容易被划伤，导致生锈，而且，风电设备一旦安装完成，修补划伤的表面会有很多困难。经过风蚀日晒后的喷漆易发生碎片脱层，不易于维护。
5、解决风力发电设备面临的具体问题
怎样生产出更大底径的风力发电塔，以保证承载大型发电设备及其塔体本身的重量？有没有最经济的运输方式来运输此种庞然大物？有什么办法能够避免风力发电塔生锈，如何实施这项技术呢？
5.1 表面处理
首先要解决的是钢结构的生锈问题。由于我国拥有世界级的热镀锌设备，和在
镀锌方面的成功经验，其专业化的镀锌技术能够解决风力发电设备的防锈问题。以热渡锌技术解决防锈问题，那么大型风力发电塔如何镀锌？如何找到如此巨大的热镀锌槽？如何采用常规的运输方法来实现风力发电塔的运输？本文中介绍的解决方案是采用模块组件的方法扩大风力发电塔的管径以满足1.5 MW 以上风机的需要，即圆锥形风力发电塔由若干节构成，每一节又分成若干瓣，每一瓣通过螺栓联接构成一个圆形。
5.2大型风力发电塔的运输与安装
为解决大型风力发电塔的运输与安装问题，我们可以组织钢结构专家成员进行技术革新和发明——锥形塔体由模块组件构造，新结构的风力发电塔为锥形，而且规格尺寸可以做到与传统惯用的风力发电塔保持一致。以一个 65 米高1.5MW 系列风力塔为例，塔身由四部分组成，每部分由四瓣模块组件组成，如下图所示。正因为是模块组件设计，所以所有的组件不仅镀锌容易，而且易于利用普通平板卡车运输从而不需要特殊申请。在现场利用普通的装卸车和小型起重机即可进行装卸，各组件由螺栓联接，从而完成塔体安装。
该方法大大节省了传统风力发电塔在运输和安装方面的费用。前面已经提到，每一组件都是镀锌的，因此能够避免划伤而引起锈迹斑斑甚至导致潜在的整体结构危险。
目前关于风力发电塔的另一个发明是风力发电设备安装系统。该安装系统能够完成从叶轮，塔体和发电设备的整个安装，整个安装过程可以不用吊车。工程设计人员设计出利用塔体外自动升降“电梯”沿着锥形体坡度滑升，运载能力足可以将巨大的发电机运送到所需高度。随着发电机变得越来越大，塔体变得越来越高，超大功能的起重机的难觅，自动升降系统会变得更加可行。
6、对新技术新产品的认识与接受
模块组件风力发电塔能够解决运输、表面处理、高度、重量、塔体底径等等诸多问题。因此，选择该结构塔体则是发电机生产和开发企业的正确选择。
对于风能客户来说，该设计和结构展示给他们的是一个崭新的世界。对于发电机生产商来说，因为与小型发电机配套的风力发电塔产生的问题较少，选择何种风力发电塔往往不会被优先考虑。但随着发电机变得越来越大，创新发明的优越性就凸显出来了，总之，该设计不仅降低了安装成本，而且降低了整个项目的费用。这种“面向未来的结构”给风能世界带来一个新的理念，将风能世界带入了一个崭新的高度。
7、小结
塔架作为风力发电机组重要的设备之一，在国内制造厂生产该设备时通常认为其制造技术是较为简单的金属结构件，而对其主要技术条件未能采取足够的重视，往往造成主要焊缝存在焊接问题、法兰平面度超差等问题的发生。本文介绍的其新型风力发电塔架虽然在具体技术上还有一定的欠缺，但其自有的特点可以有效地防止焊缝的问题，节约更大的成本，为公司、为国家减少不必要的损失。相信未来的风力发电机组塔筒将会朝着这个方向发展。
致谢
本论文正是在众多师长的悉心指导以及同学们的热情帮助下才得以顺利完成的。特别要衷心地感谢导师任老师，本论文是在任老师的悉心指导和关怀下完成的，从本论文的选题、内容设计到论文的写作过程中都倾注了他大量的心血。任老师学识渊博、治学严谨、对问题分析独到，使我由衷敬佩。更重要的是，任老师宽宏谦和的处世态度和勤恳做事、踏实做人的人生原则将使我终生受益。几个月来，通过
与任老师的交流和学习，我懂得了如何开展学术工作。几个月来，无论是在学习中还是在生活中，任老师都不断地激励着我，正是任老师的关心与爱护才使我能顺利完成本次毕业设计的撰写。他的言传身教使我对做人、做学问有了新的认识，这些将会成为我今后学习和工作的基础，也将成为我人生道路上的精神财富。在此，向他致以发自内心的感谢。
另外，这次设计我也参考并引用了大量的相关论文和资料，对于前辈们的辛勤研究我表示敬佩和感谢！
参考文献：
［1］水电水利规划设计总院，风电机组地基基础设计规定（试行），FD003-2007，北京：中国水利水电出版社，2008年1月
［2］刘文雪，《风电场工程划分及设计安全标准》和《风电机组地基基础设计规定》的编制特点与安全要求，水力发电，2008,34（6），86-88
［3］中华人民共和国标准，高耸结构设计规范，GB50153-2006，北京：中国计划出版社，2007年。
1.5兆瓦风力发电机组塔筒及基础设计 摘要：风能资源是清洁的可再生资源，风力发电是新能源中技术最成熟、开发条件最具规模和商业化发展前景最好的发电方式之一。塔筒和基础构成风力发电机组的支撑结构，将风力发电机支撑在60—100m的高空，从而使其获得充足、稳定的风力来发电。塔筒是风力发电机组的主要承载结构，大型水平轴风力机塔筒多为细长的圆锥状结构。一个优良的塔筒设计，可以保证整机的动力稳定性，故塔筒的设计不仅要满足其空气动力学上得要求，还要在结构、工艺、成本、使用等方面进行综合分析。基础设计与基础所处的地质条件密不可分，良好的地质条件可以为基础提供可靠的安全保证，从风机塔筒基础特点的分析可以看出，风机塔筒基础的重要性及复杂性是不言而喻的。在复杂地质条件下如何确定安全合理的基础方案更是重中之重。 关键词：1.5兆瓦；风力发电机组；塔筒；基础；设计 1、我国风机基础设计的发展历程 我国风机基础设计总体上可划分为三个阶段，即2003年以前小机组基础的自主设计阶段，2003— 2007年MW机组基础设计的引进和消化阶段，2007年以后MW机组基础的自主设计阶段， 在2003年以前，由于当时的鼓励政策力度不大，风电发展缓慢，2002年末累计装机容量仅为46.8万kw，当年新增装机容量仅为6.8万kw，项目规模小、单机容量小，国外风机厂商涉足也较少，风机基础主要由国内业主或厂商委托勘测设计单位完成，设计主要依据建筑类的地基规范。 从2003年开始，由于电力体制改革形成的电力投资主体多元化以及我国开始实施风电特许权项目，尤其是2006年《可再生能源法》生效以后，国外风机开始大规模进入中国，且有单机容量600kw、750kw很快发展到850kw、1.0MW、1.2MW、1.5MW 和2.0MW，国外厂商对风机基础设计也非常重视，鉴于国内在MW风机基础设计方面的经验又不够丰富，不少情况下基础设计都是按照厂商提供的标准图、国内设计院
Through the joint creation of clear rules, the establishment of common values, strengthen the code of conduct in individual learning, realize the value contribution to the organization.风力发电机塔筒吊装工程专业监理实施细则正式版
风力发电机塔筒吊装工程专业监理实 施细则正式版 下载提示：此管理制度资料适用于通过共同创造，促进集体发展的明文规则，建立共同的价值观、培 养团队精神、加强个人学习方面的行为准则，实现对自我，对组织的价值贡献。文档可以直接使用， 也可根据实际需要修订后使用。 1总则 1.1目的：为了全面落实“监理规划”中对风力发电机、塔筒吊装工程有关的进度控制、质量控制、投资控制和安全文明施工控制的各项内容和要求，明确监理工程师在监理作业中的职责和权利，确保所监理工程目标的顺利实现，特制定本细则。 1.2使用范围 本细则适用于东北新能源北票北塔子风力发电厂实行全过程、全方位监理方式的工程。
1.3引用标准及编制依据 1.3.1工程委托监理合同 1.3.2北塔子风力发电厂的风机、塔筒吊装施工合同 1.3.3本工程建设监理规划 1.3.4?建设工程监理规范?（GB50319 －2000） 1.3.5?建筑工程施工质量验收统一标准?（GB50204－2001） 1.3.6?钢结构工程施工质量验收规范?（GB50205－2002） 1.3.7?电力建设施工及验收技术规范?（DL/T5007－2004） 1.3.8?电力建设施工质量验收及评定 规程?第1部分，土建工程DL/T5210－2005
目录 1.塔筒制造工艺流程图 2.制造工艺 3.塔架防腐 4.吊装 5.运输 注：本工艺与具体项目的技术协议同时生效，与技术协议不一致时按技术协议执行
一.塔架制造工艺流程图 （一）基础段工艺流程图 1.基础筒节：H原材料入厂检验→R材料复验→R数控切割下料（包括开孔）→尺寸检验→R加工坡口→卷圆→R校圆→100%UT检测。 2.基础下法兰：H原材料入厂检验→R材料复验→R数控切割下料→R法兰拼缝焊接→H拼缝100%UT检测→将拼缝打磨至与母材齐平→热校平（校平后不平度≤2mm）→H拼缝再次100%UT检测→加工钻孔→与筒节焊接→H角焊缝100%UT检测→校平（校平后不平度≤3mm）→角焊缝100%磁粉检测。 3.基础上法兰：外协成品法兰→H入厂检验及试件复验→与筒节组焊→100%UT 检测→H平面检测。 4.基础段组装：基础上法兰与筒节部件组焊→100UT%检测→H平面度检测→划好分度线组焊挂点→整体检验→喷砂→防腐处理→包装发运。 （二）塔架制造工艺流程图 1.筒节：H原材料入厂检验→R材料复验→钢板预处理→R数控切割下料→尺寸检验→R加工坡口→卷圆→R组焊纵缝→R校圆→100%UT检测。 2.顶法兰：成品法兰→H入厂检验及试件复验→与筒节组焊→100%UT检测→平面度检测→二次加工法兰上表面（平面度超标者）。 3.其余法兰：成品法兰→H入厂检验及试件复验→与筒节组焊→100%UT检测→平面度检测。 4.塔架组装：各筒节及法兰短节组对→R检验→R焊接→100%UT检测→R检验→H划出内件位置线→H检验→组焊内件→H防腐处理→内件装配→包装发运。 二、塔架制造工艺 （一）工艺要求： 1.焊接要求 （1）筒体纵缝、平板拼接及焊接试板，均应设置引、收弧板。焊件装配尽量避免强行组装及防止焊缝裂纹和减少内应力，焊件的装配质量经检验合格后方许进行焊接。 （2）塔架筒节纵缝及对接环缝应采用埋弧自动焊，应采取双面焊接，内壁坡口焊接完毕后，外壁清根露出焊缝坡口金属，清除杂质后再焊接，按相同要求制作
高等教育自学考试毕业设计（论文） 风力发电机设计题目 级机电一体化工程09专业班级 姓名高级工程师指导教师姓名、职称
所属助学单位 2011年 4月1 日 目录 1 绪论………………………………………………………………………………… 1 1.1 风力发电机简介 (1) 1.2 风力发电机的发展史简介 (1) 1.3 我国现阶段风电技术发展状况 (2) 1.4 我国现阶段风电技术发展前景和未来发展 (2) 2 风力发电机结构设计……………………………………………………………… 3 2.1 单一风力发电机组成 (3) 2.2 叶片数目 (3) 2.3 机舱 (4) 2.4 转子叶片 (5) 3 风力发电机的回转体结构设计和参数计算 (5) 3.1联轴器的型号及主要参数 (5) 3.2 初步估计回转体危险轴颈的大小 (5) 3.3 叶片扫描半径单元叶尖速比 (6) 4 风轮桨叶的结构设计……………………………………………………………… 6 4.1桨叶轴复位斜板设计 (6) 4.2托架的基本结构设计 (6) 5 风力发电机的其他元件的设计 (6) 5.1 刹车装置的设计 (6) 6 风力发电机在设计中的3个关键技术问题 (7) 6.1空气动力学问题 (7) 6.2结构动力学问题 (7) 6.3控制技术问题 (7)
7 风力发电机的分类………………………………………………………………… 7 8 风力发电机的选取标准 (8) 9 风力发电机对风能以及其它的技术要求………………………………………… 8 9.1风力发电机对风能技术要求 (8) 9.2风力发电机建模的技术是暂态稳定系统 (9) 9.3风力电动机技术之间的能量转换 (10) 10 风力发电机在现实中的使用范例 (10) 结论 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 摘要 随着世界工业化进程不断加快，能源消耗不断增加，全球工业有害物质排放量与日俱增，造成了能源短缺和恶性疾病的多发，致使能源和环境成为当今世界两大问题。因此，风力发电的研究显得尤为重要。 我国风电场内无功补偿的方式是在风电场汇集站内装设集中无功补偿装置，这造成风电场无功补偿的投资很大。文章结合实例，通过对不同发电量下风电场的无功损耗和电压波动情况进行计算，提出利用风力发电机的无功功率可基本实现风电场的无功平衡，风电场母线电压的变化是无功补偿设备选型的依据，对于发电量变化引起的母线电压变化不超出电网要求的风电场，应利用风力发电机的无功功率减小汇集站内无功补偿装置的容量，降低无功补偿的投资。 关键词：风力发电、风电场、无功补偿、电压波动
编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 风力发电机塔筒吊装工程专业监理实施细则(正式) Standardize The Management Mechanism To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-5745-51 风力发电机塔筒吊装工程专业监理 实施细则(正式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对管理机制、管理原则、管理方法以及管理机构进行设置固定的规范，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 1总则 1.1目的：为了全面落实“监理规划”中对风力发电机、塔筒吊装工程有关的进度控制、质量控制、投资控制和安全文明施工控制的各项内容和要求，明确监理工程师在监理作业中的职责和权利，确保所监理工程目标的顺利实现，特制定本细则。 1.2使用范围 本细则适用于东北新能源北票北塔子风力发电厂实行全过程、全方位监理方式的工程。 1.3引用标准及编制依据 1.3.1工程委托监理合同 1.3.2北塔子风力发电厂的风机、塔筒吊装施工合同
1.3.3本工程建设监理规划 1.3.4?建设工程监理规范?（GB50319－2000） 1.3.5?建筑工程施工质量验收统一标准?（GB50204－2001） 1.3.6?钢结构工程施工质量验收规范?（GB50205－2002） 1.3.7?电力建设施工及验收技术规范?（DL/T5007－2004） 1.3.8?电力建设施工质量验收及评定规程?第1部分，土建工程DL/T5210－2005 1.3.9塔筒厂家的设备组装技术文件、设计文件及验收标准 1.3.10?电力建设安全健康与环境管理的若干规定?（2002－01－21实施） 1.3.11?风力发电场项目建设工程验收规范?（DL/5191－2004） 1.3.12?建设工程项目管理规范?（GB50326－2001） 1.3.13?建设工程文件归档整理规范?（GB/T50328
1．总体设计 一、气动布局方案 包括对各类构形、型式和气动布局方案的比较和选择、模型吹风，性能及其他气动特性的初步计算，确定整机和各部件（系统）主要参数，各部件相对位置等。最后，绘制整机三面图，并提交有关的分析计算报告。 二、整机总体布置方案 包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置。此时要求考虑布置得合理、协调、紧凑，保证正常工作和便于维护等要求，并考虑有效合理的重心位置。最后绘制整机总体布置图，并编写有关报告和说明书。 三、整机总体结构方案 包括对整机结构承力件的布置，传力路线的分析，主要承力构件的承力型式分析，设计分离面和对接型式的选择，和各种结构材料的选择等。整机总体结构方案可结合总体布置一起进行，并在整机总体布置图上加以反映，也可绘制一些附加的图纸。需要有相应的报告和技术说明。 四、各部件和系统的方案 应包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构型式、参数及附件的选择等工作。最后，应绘制有关部件的理论图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。五、整机重量计算、重量分配和重心定位 包括整机总重量的确定、各部分重量的确定、重心和惯量计算等工作。最后应提交有关重量和重心等计算报告，并绘制重心定位图。 六、配套附件 整机配套附件和备件等设备的选择和确定，新材料和新工艺的选择，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。最后提交协作及采购清单等有关文件。总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重地进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有重大反复。阶段的结果是应给出风力发电机组整机三面图，整机总体布置图，重心定位图，整机重量和重心计算报告，性能计算报告，初步的外负载计算报告，整机结构承力初步分析报告，各部件和系统的初步技术要求，部件理论图，系统原理图，新工艺、新材料等协作要求和采购清单等，以及其他有关经济性和使用性能等应有明确文件。 2．总体参数 在风轮气动设计前必须先确定下列总体参数。 一、风轮叶片数B 一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ。目前用于风力发电一般属于高速风力发电机组，即λ＝4-7 左右，叶片数一般取2—3。用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水。而叶片数少的风力发电机组的高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能
吸收塔基础设计计算书 1.设计基本参数：1吸收塔高度H=34.852吸收塔直径D=163基本风压：Wo=0.54恒总重量 4.1石灰石浆液重量mL26000004.2吸收塔壳体重量3730004.3内部件重量 4.3.1除雾器(包含在塔体内) 重量 4.3.2喷淋层(包含在塔体内） 重量 mmkn/㎡KGKG(提资）(提资） 风速2/1600(地勘资料）(提资）(提资） 恒总重量=3184008Kg5吸收塔周圈活荷载 (容重）350kg/㎡16.000（长度） 5m（圈） 重量87920Kg6吸收塔顶雪荷载 (容重）65kg/㎡ 重量13062.4Kg2.荷载力计算2.1风荷载计算 计算公式：Wk=βzμsμz Wo(考虑B类场地) Wo=0.5kn/㎡基本风压： 将吸收塔沿高度方向分成6份，各段高度分别为(m)： 5.811.617.423.22934.85 由壳体每段高度查表（荷载规范7.2.1）得风荷载高度系数Uz分别为：（内插法） 11.041.191.31.41.4920.718由UzWod=115.2和H/d=2.1,查规范7.3.1得风荷载体型系数Us= βz计算：计算公式：βz＝ ξν? 1+ μz z
荷载规范7.4.2 取结构基本自振周期根据荷载规范附录：E 1.2.1 75.91≤700H2/D0= T1=0.410.35+0.85x10-3*H2/D0= 1.83（荷载规范表7.4.3） 脉动影响系数V=0.5（荷载规范表7.4.4-3） ?z查表F1.3振形系数分别为： 0.0460.170.3380.5460.8131βz分别为： 1.041.151.261.381.531.61 Fi=D*5.8*βz*μs*μz *Wo各段作用于壳顶各段的风荷载P分别为(KN)： 34.7239.8349.9559.9571.4280.12∑=336.00 注:基础高度1.8(基础高1.5+0.3)] [h=19.23 6459.54M=kN.m 2.2地震荷载计算 计算水平地震影响系数α12.2.1 由地质资料，地震基本烈度为6度；设计基本地震加速度值为0.082g，设计地震第一组特征周期Tg(s)=0.45查表得αmax=0.082(地勘资料）取α1=αmax=0.082 底部剪力法计算水平地震力和罐底弯矩2.2.2 (抗规5.2.1-1)计算公式FEK=α1Geq 计算公式M=FEKhw 故结构总的水平地震作用标准值FEK=2682.98kN 注:基础高度1.8(基础高1.5+0.3)][h=11.00 29512.79056M=kN.m 2.3烟气产生内压推力 (提资）进烟道F=279kN 基础高度1.8(基础高1.h=16.05m M=4478.0kN.m (提资）出烟道F=110kN 基础高度1.8(基础高1.h=33.05m M=3635.5kN.m 2.4浆液管产生内力 C1(循环泵入口)F=540kN
风力发电场设计技术规范DL/T5383-2007 Technical specification of wind power plant design 1.范围本标准 规定了风力发电场设计的基本技术要求。本标准适用于 装机容量5MW及以上风力发电场设计。 2.规范性引用文件 GB5005935~110KV变电所设计规范 GB5006166KV及以下架空电力线路设计规范 DL/T5092110KV~500KV架空送电线路设计技术规程 DL/T5218220KV~500KV变电所设计技术规程 3.总则 3.0.1风力发电场的设计应执行国家的有关政策，符合安全可靠、技术先进和经济合理 的要求。 3.0.2风力发电场的设计应结合工程的中长期发展规划进行，正确处理近期建设与远期 发展的关系，考虑后期发展扩建的可能。 3.0.3风力发电场的设计，必须坚持节约用地的原则。 3.0.4风力发电场的设计应本着对场区环境保护的，减少对地面植被的破坏。 3.0.5风力发电场的设计应考虑充分利用声区已有的设施，避免重复建设。 3.0.6风力发电场的设计应本着“节能降耗＂的原则，采用先进技术、先进方法，减少 损耗。 3.0.7风力发电场的设计除应执行本规范外，还应符合现行的国家有关标准和规范的规 定。 4.风力发电场总体布局 4.0.1风力发电场总体布局依据：可行性研究报告、接入系统方案、土地征占用批准 文件、地质勘测报告、环境影响评价报告、水土保持评价报告及国家、地方、 行业有关的法律、法规等技术资料、 4.0.2风力发电场总体布局设计应由以下部分组成： 1.风力发电机组的布置 2.中央监控室及场区建筑物布置 3.升压站布置。 4.场区集电线路布置 5.风力发电机组变电单元布置 6.中央监控通信系统布置 7.场区道路 8.其他防护功能设施（防洪、防雷、防火） 4.0.3风力发电场总体布局，应以下因素： 1.应避开基本农田、林地、民居、电力线路、天然气管道等限制用地的区域。 2.风力发电机组的布置应根据机组参数、场区地形与范围、风能分布方向确定，并与本声规划容量、接入系统方案相适应。 3.升压站、中央监控室及场区建筑物的选址应根据风力发电机组的布置、接入系统的方案、地形、地质、交通、生产、生活和安全要素确定，不宜布置在主导风能分布的下风各或不安全区域内。 4.场区集电线路的布置应根据风力发电机组的布置，升压站的位置及单回集电线路的输送距离、输送容量、安全距离确定。
最新整理风力发电机塔筒吊装工程专业监理实施细则 1总则 1.1目的：为了全面落实“监理规划”中对风力发电机、塔筒吊装工程有关的进度控制、质量控制、投资控制和安全文明施工控制的各项内容和要求，明确监理工程师在监理作业中的职责和权利，确保所监理工程目标的顺利实现，特制定本细则。 1.2使用范围 本细则适用于东北新能源北票北塔子风力发电厂实行全过程、全方位监理方式的工程。 1.3引用标准及编制依据 1.3.1工程委托监理合同 1.3.2北塔子风力发电厂的风机、塔筒吊装施工合同 1.3.3本工程建设监理规划 1.3.4?建设工程监理规范?（GB50319－2000） 1.3.5?建筑工程施工质量验收统一标准?（GB50204－20xx） 1.3.6?钢结构工程施工质量验收规范?（GB50205－20xx） 1.3.7?电力建设施工及验收技术规范?（DL/T5007－20xx） 1.3.8?电力建设施工质量验收及评定规程?第1部分，土建工程DL/T5210－20xx 1.3.9塔筒厂家的设备组装技术文件、设计文件及验收标准 1.3.10?电力建设安全健康与环境管理的若干规定?（20xx－01－21实施） 1.3.11?风力发电场项目建设工程验收规范?（DL/5191－20xx）
1.3.12?建设工程项目管理规范?（GB50326－20xx） 1.3.13?建设工程文件归档规范?（GB/T50328－20xx）1.3.14?特种设备安全监察条例? 2内容及要求 2.1工程概况： 东北新能源北票北塔子风力发电厂一期工程安装xxxx0千瓦风力发电机组33台，总装机容量为4.95万千瓦，一期工程于20xx年10月开工，造价人才wang <http://zj.job2299 />计划于20xx年10月1日并wang发电。 2.2工程参建单位 （1）、建设单位：中电投东北新能源发展有限公司（2）、设计单位：辽宁电力勘察设计院 （3）、监理单位：黑龙江润华电力工程项目管理有限公司（4）、施工单位：辽宁安泰电力建设有限公司、中国石化集团第四建设公司、东北送变电公司 3.监理范围，监理目标及主要工作内容 3.1监理范围 3.1.1监理工程范围：风机、塔筒吊装、组装全过程监控（1）、在施工单位进驻现场施工之前，首先审查施工单位的资质是否合格，技术力量能否满足现场施工需要，特殊工种是否持证上岗，特种工种资质是否在有效期，经过三级教育考试合格者方可进场，审查施工单位的机械力量能否满足施工现场需要，机械设备完好率怎样及吊车的负荷试验报告。 （2）、审查施工单位的施工组织设计及作业指导书。 （3）、验证厂家到货清单是否与所到货是否一致及所到的部件合格证。 （4）、检查土建与安装的交接单是否填好，检查基础环的法兰平面是否完好，基础环内外是否清理干净，确认合格后方可组装，塔筒与基础环、塔筒与
摘要 自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不确定特点，如何使风力发电机的输出功率稳定，是风力发电技术的一个重要课题。迄今为止，已提出了多种改善风力品质的方法，例如采用变转速控制技术，可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。由于变转速风力发电组采用的是电力电子装置，当它将电能输出输送给电网时，会产生变化的电力协波，并使功率因素恶化。 风能利用发展中的关键技术问题风能技术是一项涉及多个学科的综合技术。而且，风力机具有不同于通常机械系统的特性：动力源是具有很强随机性和不连续性的自然风，叶片经常运行在失速工况，传动系统的动力输入异常不规则，疲劳负载高于通常旋转机械几十倍。 本文通过对风力发电机的总体设计，叶片、轮毂机构的设计，水平回转机构的设计，齿轮箱系统的设计，以达到利用风能发电的目的，有效利用风能资源，减少对不可再生资源的消耗，降低对环境的污染。 关键词：风能；风力发电机；叶片；轮毂；齿轮箱
Abstract Natural wind speed and direction of change is random, wind characteristics of uncertainty, how to make wind turbine output power stability, wind power technology is an important subject. So far, have raised a variety of ways to improve the quality of the wind, such as the use of variable speed control technology, can make use of wind round the moment of inertia smooth power output. Because variable speed wind power group using a power electronic devices, when it will transfer to the output of electric power grids, will change in the wave's power, and power factor deterioration. Use of wind energy in the development of key technical issues involved in wind energy technology is one of a number of integrated technical disciplines. Moreover, the wind turbine is usually different from the mechanical system characteristics: a strong power source is not random and continuity of the natural wind, the leaves often run in the stall condition, the power transmission system very irregular importation, fatigue load than Rotating Machinery usually several times. Based on the wind turbine design, leaves, the wheel design, level of rotating the design, gear box system design, use of wind power to achieve the objective of effective use of wind energy resources, reduce non-renewable resources Consumption, reduce the environmental pollution. Key words: wind power；wind power generators；blade；wheel；Gearbox
第4节吸收塔的计算 吸收过程既可在板式塔内进行，也可在填料塔内进行。在板式塔中气液逐级接触，而在填料塔中气液则呈连续接触。本章对于吸收操作的分析和计算主要结合连续接触方式进行。 填料塔内充以某种特定形状的固体填料以构成填料层。填料层是塔实现气、液接触的主要部位。填料的主要作用是：①填料层内空隙体积所占比例很大，填料间隙形成不规则的弯曲通道，气体通过时可达到很高的湍动程度；②单位体积填料层内提供很大的固体表面，液体分布于填料表面呈膜状流下，增大了气、液之间的接触面积。 通常填料塔的工艺计算包括如下项目： （1）在选定吸收剂的基础上确定吸收剂的用量； （2）计算塔的主要工艺尺寸，包括塔径和塔的有效高度，对填料塔，有效高度是填料层高度，而对板式塔，则是实际板层数与板间距的乘积。 计算的基本依据是物料衡算，气、液平衡关系及速率关系。 下面的讨论限于如下假设条件： （1）吸收为低浓度等温物理吸收，总吸收系数为常数； （2）惰性组分B在溶剂中完全不溶解，溶剂在操作条件下完全不挥发，惰性气体和吸收剂在整个吸收塔中均为常量； （3）吸收塔中气、液两相逆流流动。 吸收塔的物料衡算与操作线方程式 全塔物料衡算图2－12所示是一个定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义如下：
V －惰性气体的流量，kmol （B ）／s ； L —纯吸收剂的流量，kmol （S ）／S ； Y 1；、Y 2—分别为进出吸收塔气体中溶质物质量的比，kmol （A ）／kmol （B ）；X 1、X 2——分别为出塔及进塔液体中溶质物质量的比，kmol （A ）／kmol （S ）。注意，本章中塔底截面一律以下标“l ”表示，塔顶截面一律以下标“2”表示。 在全塔范围内作溶质的物料衡算，得： VY 1＋LX 2＝VY 2＋LX 1 或V （Y 1－Y 2）＝L （X 1－X 2） （2－38） 一般情况下，进塔混合气体的流量和组成是吸收任务所规定的，若吸收剂的流量与组成已被确定，则V 、Y 、L 及X 2。为已知数，再根据规定的溶质回收率，便可求得气体出塔时的溶质含量，即： Y 2＝Y l （1－фA ） （2－39） 式中фA 为溶质的吸收率或回收率。 通过全塔物料衡算式2－38可以求得吸收液组成X 1。于是，在吸收塔的底部与顶部两个截面上，气、液两相的组成Y 1、X l 与Y 2、X 2均成为已知数。 2．吸收塔的操作线方程式与操作线 2 1 图2-12 物料衡算示意图
1 范围 1.0.1 本标准规定了风电场风电机组塔架地基基础设计的基本原则和方法，涉及地基基础的工程地质条件、环境条件、荷载、结构设计、地基处理、检验与监测等内容。 1.0.2 本标准适用于新建的陆上风电场风电机组塔架的地基基础设计。工程竣工验收和已建工程的改（扩建）、安全定检，应参照本标准执行。 1.0.3 风电场风电机组塔架的地基基础设计除应符合本标准外，对于湿陷性土、多年冻土、膨胀土和处于侵蚀环境、受温度影响的地基等，尚应符合国家现行有关标准的要求。
2 规范性引用文件 下列标准中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用标准，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些标准的最新版本。凡是不注日期的引用标准，其最新版本适用于本标准。 GB 18306 中国地震动参数区划图 GB 18451.1 风力发电机组安全要求 GB 50007 建筑地基基础设计规范 GB 50009 建筑结构荷载设计规范 GB 50010 混凝土结构设计规范 GB 50011 建筑抗震设计规范 GB 50021 岩土工程勘察规范 GB 50046 工业建筑防腐蚀设计规范 GB 50153 工程结构可靠度设计统一标准 GB 60223 建筑工程抗震设防分类标准 GB 50287 水力发电工程地质勘察规范 GBJ 146 粉煤灰混凝土应用技术规范 FD 002—2007 风电场工程等级划分及设计安全标准 DL/T 5082 水工建筑物抗冰冻设计规范 JB/T10300 风力发电机组设计要求 JGJ 24 民用建筑热工设计规程 JGJ 94 建筑桩基技术规范 JGJ 106 建筑基桩检测技术规范 JTJ 275 海港工程混凝土防腐蚀技术规范
风力发电机组塔筒 高塔是水平轴风力机的必不可少的组成部分，事实上这既是一个优势也是一个劣势。成本将高达整体风力机成本的20%，这当然是不利的。同时塔高度的增加，对运输、装配和塔的安装及其原件的维修也变得日益困难和昂贵。另一方面，转子的能源产量也随着塔高的增加而提高。理论上，最佳的塔高是在建设成本和能源产量的交叉点。不幸的是，这个交叉点不能指定在任何形式上普遍适用。在大型的风力机中，随着塔高度的增加，建设成本比小型风力机增加要快。发挥更大作用的是选择地点。在内地的位置，即在表面粗糙度大的地区，与在岸基的位置相比，风速随高度增加风速增加缓慢。因此，更高的塔，会显示更好的回报比，例如，在海洋应用，会发现相反的效果。在内陆地区，大型风力发电塔的高度为80米，是一个经济使用风能潜力的决定性因素。 塔的第二个重要的设计参数是其刚度。建立第一自然弯曲频率的正确方法是一个重要的设计任务。这决定了所需要的材料和最终建设费用。塔的设计目标是在尽可能最低的建筑成本下实现理想的塔的高度和刚度要求。 运输和安装程序的发展成为最新一代的兆瓦级风机一个日益严重的问题。塔的高度超过100米和塔头重量几百吨需要一个在塔基五米以上的直径，其后果是公路运输将不再方便。这成为一个强大的激励寻求创新的解决塔设计的方案。 材料可用结构钢或混凝土。设计范围从拉索晶格结构或独立的钢管塔到大体积混凝土结构。整个系统可以通过转换满足技术要求，但几乎最佳经济只有通过适当的匹配选定塔设计的要求。这清楚表明，当只考虑塔本身时，虽然风机塔筒可以看作是一个传统结构，但它的设计还需要大量了解整个系统及其应用。 除了这些功能方面不应该忽视外，还要注重风机的外观。因此，预期的注意事项，应与美学一致，即使这意味着一些额外的费用。 1、塔式结构 古老的“风力”风车没有塔，但有磨房屋。这些低高度与转子直径有关，并且大量建设根据其功能作为一个工作空间，从而也提供了必要的机构刚度指标。但是，不久，高度增加的优势被认可，磨房变得更苗条，更像塔。但它是唯一的现代建筑，首先在美国小型风力机和随后在风力发电场的第一次发电，“桅杆”或“塔”的使用，唯一的功能是奠定了支承转子和机械部件的塔头。由于这种开发设计塔的材料
第 4 节吸收塔的计算 吸收过程既可在板式塔内进行，也可在填料塔内进行。在板式塔中气液逐级接触，而在填料塔中气液则呈连续接触。本章对于吸收操作的分析和计算主要结合连续接触方式进行。 填料塔内充以某种特定形状的固体填料以构成填料层。填料层是塔实现气、液接触的主要部位。填料的主要作用是：①填料层内空隙体积所占比例很大，填料间隙形成不规则的弯曲通道，气体通过时可达到很高的湍动程度；②单位体积填料层内提供很大的固体表面，液体分布于填料表面呈膜状流下，增大了气、液之间的接触面积。 通常填料塔的工艺计算包括如下项目： （1）在选定吸收剂的基础上确定吸收剂的用量； （2）计算塔的主要工艺尺寸，包括塔径和塔的有效高度，对填料塔，有效高度是填料层高度，而对板式塔，则是实际板层数与板间距的乘积。 计算的基本依据是物料衡算，气、液平衡关系及速率关系。下面的讨论限于如下假设条件： （1）吸收为低浓度等温物理吸收，总吸收系数为常数； （2）惰性组分B 在溶剂中完全不溶解，溶剂在操作条件下完全不挥发，惰性气体和吸收剂在整个吸收塔中均为常量； （3）吸收塔中气、液两相逆流流动。 2.4.1吸收塔的物料衡算与操作线方程式 全塔物料衡算图2－12 所示是一个定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义如下：
V —惰性气体的流量，kmol ( B )/ s ； L —纯吸收剂的流量，kmol (S )/ S ; Y i ；、Y 2—分别为进出吸收塔气体中溶质物质量的比，kmol (A ) /kmol (B ); X i 、X 2――分别为出塔及进塔液体中溶质物质量的比， kmol (A )/ kmol (S )。注意，本章中塔底截面一律以下标“ I ”表示，塔顶截面一律以下标 “ 2”表示。 在全塔范围内作溶质的物料衡算，得: VY i + LX 2 = VY 2+ LX i 图2-12物料衡算示意图 或 V (Y i — Y 2)= L (X i — X 2) 一般情况下，进塔混合气体的流量和组成是吸收任务所规定的，若吸收剂的 流量与组成已被确定，则V 、丫、L 及X 2。为已知数，再根据规定的溶质回收率， 便可求得气体出塔时的溶质含量，即： 丫2 = Y l (1—巾A ) (2 — 39) 式中巾A 为溶质的吸收率或回收率。 通过全塔物料衡算式2 — 38可以求得吸收液组成X I 。于是，在吸收塔的底部 与顶部两个截面上，气、液两相的组成 丫1、X l 与丫2、X 2均成为已知数。 2 ?吸收塔的操作线方程式与操作线 V, 丫 2 L, X 2 V Y i L, X i (2 — 38)
风力发电场设计技术规范DL/T 2383-2007 Technical specification of wind power plant design 1. 范围本标准规定了风力发电场设计的基本技术要求。本标准适用于装机容量5MW 及以上风力发电场设计。 2. 规范性引用文件 GB 50059 35~110KV 变电所设计规范 GB 50061 66KV 及以下架空电力线路设计规范 DL/T 5092 110KV~500KV 架空送电线路设计技术规程 DL/T 5218 220KV~500KV 变电所设计技术规程 3. 总则 3.0.1 风力发电场的设计应执行国家的有关政策，符合安全可靠、技术先进和经济合理的要求。 3.0.2 风力发电场的设计应结合工程的中长期发展规划进行，正确处理近期建设与远期发展的关系，考虑后期发展扩建的可能。 3.0.3 风力发电场的设计，必须坚持节约用地的原则。 3.0.4 风力发电场的设计应本着对场区环境保护的，减少对地面植被的破坏。 3.0.5 风力发电场的设计应考虑充分利用声区已有的设施，避免重复建设。 3.0.6 风力发电场的设计应本着“节能降耗”的原则，采用先进技术、先进方法，减少损耗。 3.0.7 风力发电场的设计除应执行本规范外，还应符合现行的国家有关标准和规范的规定。 4. 风力发电场总体布局 4.0.1 风力发电场总体布局依据：可行性研究报告、接入系统方案、土地征占用批准文件、地质勘测报告、环境影响评价报告、水土保持评价报告及国家、地方、行业有关的法律、法规等技术资料、 4.0.2 风力发电场总体布局设计应由以下部分组成： 1.风力发电机组的布置 2.中央监控室及场区建筑物布置 3.升压站布置。 4.场区集电线路布置 5.风力发电机组变电单元布置 6.中央监控通信系统布置 7.场区道路
一．总体参数设计 总体参数是设计风力发电机组总体结构和功能的基本参数，主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。 1. 额定功率、设计寿命 根据《设计任务书》选定额定功率P r =3.5MW ；一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。 2. 切出风速、切入风速、额定风速 切入风速 取 V in = 3m/s 切出风速 取 V out = 25m/s 额定风速 V r = 12m/s （对于一般变桨距风力发电机组（选 3.5MW ）的额定风速与平均风速之比为1.70左右,V r =1.70V ave =1.70×7.0≈12m/s ） 3. 重要几何尺寸 (1) 风轮直径和扫掠面积 由风力发电机组输出功率得叶片直径： m C V P D p r r 10495.096.095.045.012225.13500000 883 3 213≈???????==πηηηπρ 其中： P r ——风力发电机组额定输出功率，取3.5MW ； 错误！未找到引用源。——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96； 错误！未找到引用源。3η——变流器效率，取0.95； C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。 由直径计算可得扫掠面积： 22 2 84824 1044 m D A =?= = ππ错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 综上可得风轮直径D=104m ，扫掠面积A=84822 m
4. 功率曲线 自然界风速的变化是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速和上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示： )()()(△ t P t P t P s t a t += )(t P ——在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t 时刻的V(t)决定; )(t P stat ——在给定时间段内V(t)的平均值所对应的功率； )(△t P ——表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。 对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中P stat (t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的范围内按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式： 32123 8 1ηηπηρD V C P r P = 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96； 错误！未找到引用源。3η——变流器效率，取0.95； 错误！未找到引用源。——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。
风力发电机组塔的设计 风力发电机组塔筒高塔是水平轴风力机的必不可少的组成部分，事实上这既是一个优势也是一个劣势。成本将高达整体风力机成本的20%，这当然是不利的。同时塔高度的增加，对运输、装配和塔的安装及其原件的维修也变得日益困难和昂贵。另一方面，转子的能源产量也随着塔高的增加而提高。理论上，最佳的塔高是在建设成本和能源产量的交叉点。不幸的是，这个交叉点不能指定在任何形式上普遍适用。在大型的风力机中，随着塔高度的增加，建设成本比小型风力机增加要快。发挥更大作用的是选择地点。在内地的位置，即在表面粗糙度大的地区，与在岸基的位置相比，风速随高度增加风速增加缓慢。因此，更高的塔，会显示更好的回报比，例如，在海洋应用，会发现相反的效果。在内陆地区，大型风力发电塔的高度为80 米，是一个经济使用风能潜力的决定性因素。 塔的第二个重要的设计参数是其刚度。建立第一自然弯曲频率的正确方法是一个重要的设计任务。这决定了所需要的材料和最终建设费用。塔的设计目标是在尽可能最低的建筑成本下实现理想的塔的高度和刚度要求。 运输和安装程序的发展成为最新一代的兆瓦级风机一个日益严重的问题。塔的高度超过100 米和塔头重量几百吨需要一个在塔基五米以上的直径，其后果是公路运输将不再方便。这成为一个强大的激励寻求创新的解决塔设计的方案。 材料可用结构钢或混凝土。设计范围从拉索晶格结构或独立的钢管塔到大体积混凝土结构。整个系统可以通过转换满足技术要求，但几乎最佳经济只有通过适当的匹配选定塔设计的要求。这清楚表明，当只考虑塔本身时，虽然风机塔筒可以看作是一个传统结构，但它的设计还需要大量了解整个系统及其应用。 除了这些功能方面不应该忽视外，还要注重风机的外观。因此，预期的注意事项，应与美学一致，即使这意味着一些额外的费用。 1、塔式结构 古老的“风力”风车没有塔，但有磨房屋。这些低高度与转子直径有关，并且大量建设根据其功能作为一个工作空间，从而也提供了必要的机构刚度指标。但是，不久，高度增加的优势被认可，磨房变得更苗条，更像塔。但它是唯一
2008 中国风电技术发展研究报告
海南三亚
我国风力发电机组地基基础设计
王民浩 陈观福
中国水电工程顾问集团公司，北京，100120 摘 要：我国风能资源丰富，近几年风力发电事业得到了长足发展，但我国机组设备制造、发电量预测 和风机基础设计等一系列技术问题还有待于进一步完善。 本文简述了我国风机基础设计的发展历程， 剖 析了几例风机基础质量事故， 结合我国第一本风机基础设计规范及其配套设计软件， 对基础设计及其热 点问题进行了分析， 并针对风机基础设计与施工存在的问题提出了建议， 以期为我国风机基础设计者提 供有益的参考。 关键词：风力发电，塔架基础，设计，施工 Design of Foundation for Wind Turbine Generator System in China Wang Minhao，Chen Guanfu HYDROCHINA CORPORATION，BEIJING，100120 Abstract: China owns very rich wind power resources, and also develop the wind power projects rapidly in recent years, but further efforts are indeed wanted in such aspects as manufacturing of turbine & generator， forecasting of electricity generation and technical standards issues. In this paper, authors reviewed the developing history of foundation design for wind turbine generator in China, introduced and analyzed two accidents about wind turbine generator collapse; based on the first specification and its corresponding software on foundation design for wind turbine generator System in China, authors analyzed the foundation design procedures and related issues. In the end, aiming at the problems existent in the design and construction of the foundation, authors brought forward a few suggestions. Key words：wind power，foundation，design，construction
1、概述
1997 年 12 月联合国气候大会在日本京都通 过《京都议定书》以后，全球温室气体减排压力 日益增大， 尤其随着煤炭价格和运费的不断上涨， 很多国家和地区出台了不少法律法规和税收财政 政策，积极鼓励发展清洁可再生能源，风电在近 些年得到了较快发展，2007 年末全球累计风电装 机容量达 9380 万 kW。 我国风能资源丰富，根据我国风能资源普查 结果， 陆地上离地 10 米高度层上风能资源技术可 开发量约 2.97 亿千瓦， 近海可开发利用的风能储 量约 7.5 亿千瓦。 随着 2003 年 9 月实施风电特许 权项目、2005 年 2 月《可再生能源法》出台，我 国近几年的风电建设速度加快，截至 2007 年底，
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全国 （不含港、 台） 澳、 风电总装机容量达到 602.87 万 kW，仅次于德国、美国、西班牙和印度，排世 界第五， 其中当年新增装机容量 336.05 万 kW， 比 2006 年增长 126%。 与欧美等发达国家相比，我国风电产业总体 上发展较晚，风资源评价、规划和管理滞后，风 电发展与电网规划和建设不协调，风机研发能力 不足、制造基础薄弱，价格和税收等政策不够完 善，技术标准系统不健全，自主知识产权比重较 低。以风机基础设计为例，由于风机多为国外进 口，2005 年以前不少基础设计是由厂家提供标准 图，设计单位修改还必须得到厂商的批准，导致 我国风电项目建设多方受制于人；有的设计照搬 有关技术规定，未充分考虑风力发电工程本身的 特点，加上工程建设管理上的疏忽，导致了几起