2 两种基础的比较分析
2.1钢筋、混凝土的用量
从上面两个图可以看出,梁板式预应力锚栓基础的混凝土用量明显比传统承台基础环式基础少得多。以我公司采用的天威风电机组为例,在相同的地质条件下,对于TW1500/82,轮毂高度70m,传统的承台+ 基础环需要的钢筋量为38 吨左右,混凝土用量约450m3。而新型的梁板式预应力锚栓基础钢筋用量为27 吨左右,混凝土用量约270m3。节约混凝土约40%,节约钢筋约30%,材料的节约不仅节省了投资,这些钢筋、混凝土都是通过大量消耗能源形成的,节省了材料,也就为节能减排作出了贡献。
2.2 力学分析
风电机组是在风的推动下生产电力。众所周知,风是不稳定的,不仅有大小的变化,还有方向的变化,紊流的影响。甚至风轮上的叶片转到不同位置,不同的时间,所经受的风的大小也不一样。这种变化有时还非常大,非常突然,这就是风电机组的运行特点。因此,风电机组的受力不仅要考虑机组承受的极限载荷。还要认真分析机组所受的交变载荷,这种交变载荷的大小在变化,方向也在变化,我们把机械零件在这种变动载荷作用下,材料内部组织逐渐发生变化和累积损伤、开裂,当裂纹扩展到一定程度后,零件发生突然断裂造成的零件破坏,称为疲劳破坏或疲劳。疲劳破坏是循环引起的延时断裂,其断裂应力水平往往低于材料的抗拉强度,甚至低于材料的屈服强度。这种破坏常常是累积形成的,突然破坏,在破坏前,很难发现,造成的损失和危害也比较大,在机组设计时应引起高度重视。
引起疲劳破坏的因素有零件所承受的应力大小、零件本身存在的表面及内部缺陷(缺口、裂纹、组织粗大及缺陷等)。研究表明零件结构的应力集中往往是造成零件疲劳破坏的最大根源。
对于传统的承台+ 基础环式风电机组基础,基础环埋入混凝土中的部分是一个刚性结构,而露出部分以及整个塔筒又是一个柔性体,在基础环和混凝土基础最上面的交线,就形成了一个应力集中部位,如果基础环在这个部位材料有缺陷或承受的应力过大,就很容易在这个部位造成疲劳破坏。
那么梁板式预应力锚栓基础又是怎样的?首先,我们先分析锚栓在基础中是怎样一个情况,这种基础形式并不是将锚栓和混凝土浇筑在一起,它是由上锚板、下锚板、锚栓、PVC 护管等组成,在上锚板和下锚板之间用PVC护管将锚栓与混凝土隔离,而且要密封,浇筑过程中水不能进入到护管内,以免对锚栓造成腐蚀。当锚栓受到拉力时,锚栓的下锚板以上部分会均匀受力,整个锚栓是一个弹性体,没有弹性部分和刚性部分的界面,从而避免了应力集中。
2.3 施工方面
从图1 和图2 的比较可以看出,梁板式预应力锚栓基础比承台+ 基础环式风电机组基础在钢筋绑扎、支模板方面稍复杂些,特别是在支模板方面,模板的需求量加大,比较费工,个别位置还需准备一些定型模板。尽管如此,考虑到节省那么多材料,还改善了塔筒的受力状况,费点事也是值得的。
下面再讨论这种基础施工时应注意的几个事项。首先是上下锚板加工时,穿锚栓的孔必须要符合图纸,尺寸准确,否则会影响塔筒的安装。上锚板必须平整,不得有死弯。其次,锚栓生产前,材料必须全部进行严格的无损探伤,成分要符合设计要求。螺纹最好采用滚丝机滚制,尽量不要采用车加工车削螺纹。热处理一定要采用吊炉,也就是将螺栓竖直挂在炉内,以防热处理过程中发生弯曲变形。