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风电机组基础环防水不容忽视 它可能导致风电机组倒塔

  摘要:本文介绍了一种塔筒基础环防水结构——塔筒基础环防水裙,解决了现有塔筒防水在塔架不断产生高频振动及摆动的过程中密封处容易出现缝隙,必然形成一种水磨效应,难以保证防水效果持续有效的问题。该技术已获得国家知识产权局的实用新型专利授权,专利号为ZL201821271944.2 ,申请日期为2018-08-08。

  1.概述

  风力发电机是将风能转换为机械功,机械功带动转子旋转,最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般有风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成,塔架主体为圆柱形的塔筒。风力发电机的工作原理比较简单,风轮在风力的作用下旋转,它把风的动能转变为风轮轴的机械能,发电机在风轮轴的带动下旋转发电。

  风机基础法兰环与底端基础台是一个钢筋混凝土整体结合结构,受工程结构特点影响,在基础大体积混凝土浇注过程中度应力、混凝土自收缩、基础法兰环与混凝土不同材质的温缩差、环形结构等各种因素组合,无法避免的使法兰环与混凝土间产生微量间隙。风力发电机为高耸结构,其高度大、体量大、设备运行行动载、风载各种力的作用,使结构产生自振,传导到结构基础部分;尽管在大风期间塔筒顶部机舱内风机摆度监测没有发生报警,但在随后的监测中,相比于未发生故障机组,摆度值明显偏大。从重力加速度监测记录值来看,重力加速度值变化不平稳,出现异常跳动,异响。这些迹象表明,尽管风机运行安全仍在安全监测值范围内,但已显露出向不利方向发展的趋势。因此,风机塔架基础必须进行加固,防水处理,方可继续投入正常运行。

  在变形、自振的长期作用下,基础法兰环与混凝土产生摩擦,加大基础法兰环与混凝土的间隙;当雨水进入间隙内,变形自振与水、混凝土摩擦产生的粉末,必然形成一种水磨效应(参考图7),间隙处以近似呼吸的方式不断泛出气泡和白浆,使基础法兰环与混凝土的间隙加速扩大,日久会使塔筒下端的基础环外表面发生锈蚀使其强度降低,掏空下锚板混凝土。在防水失效后塔筒内部进水,使塔筒内的电子设备受潮出现损伤,造成风力发电机组运行寿命变短。

  为使基础环与风力发电机组运行寿命同步或更长,需要对基础环进行防水密封处理,现有的防水结构(参考图1-6)是将基础法兰环与底端基础台连接为一个整体,属于硬性连接,在塔架不断产生高频振动及摆动的过程中防水密封处必然出现缝隙,不能保证防水效果持续有效,其防水效果失效只是时间早晚的问题。现有防水结构的有效期,小型机组一般松动在5~8年,大机型一般在3~5年会松动,南方松动比北方更快,原因是南方雨水比北方雨水多,其松动量是个加速反应,有可能是以前3~5年松动量不如后期一个月雨季的松动量,发现不及时会出现倒塔,需要对松动基础尽早做灌浆加固处理,做好防水修复。

  2.本文提供的塔筒基础环防水裙的详细阐述

  参考图9-14,本文提供一种塔筒基础环防水裙,包括固定在砼基础面上且与塔筒1同轴的挡圈3,以及多个围绕塔筒1下端紧密排布的裙瓣10,挡圈3的内圆柱面与塔筒1下端的基础环之间设有伸缩缝4,挡圈3位于裙瓣10下侧且挡圈3下面与砼基础面密封,裙瓣10与塔筒1结合处以及相邻的裙瓣10结合处填充有密封胶;所述裙瓣10包括内面与塔筒1的外圆柱面贴紧的贴筒弧形板2,由内向外下倾的排水扇面板9,以及两个分别位于排水扇面板9左右两边的端面连接片5;

  所述排水扇面板9内边与贴筒弧形板2下边连接,两个端面连接片5的内边分别与贴筒弧形板2的左右两边连接,两个端面连接片5的下边分别与排水扇面板9左右两边连接,排水扇面板9下边与砼基础面贴紧;所述端面连接片5上设有至少两个连接孔7,相邻的两个裙瓣10通过紧固螺栓连接,紧固螺栓穿过相邻的端面连接片5上的连接孔7。

  所述排水扇面板9上面设有调节连接片Ⅰ6和调节连接片Ⅱ8,调节连接片Ⅰ6和调节连接片Ⅱ8上均设有至少两个连接孔7。

  所述贴筒弧形板2、排水扇面板9、调节连接片Ⅰ6、调节连接片Ⅱ8和两个端面连接片5是由塑料压铸而成的整体结构。

  所述排水扇面板9具有中部向下拱起的弧度。

  所述挡圈3采用混凝土浇筑制成。

  图9塔筒基础环防水裙的结构示意图

  图10塔筒基础环防水裙安装完成的现场图一

  图11塔筒基础环防水裙安装完成的现场图二

  图12塔筒基础环防水裙安装完成的现场图三

  图13塔筒基础环防水裙安装完成的现场图四

  图14塔筒基础环防水裙安装完成的现场图五

  在实施过程中,首先,在砼基础面上围绕塔筒1下端设置一个与塔筒1同轴的挡圈3,挡圈3下面与砼基础面密封,挡圈3与塔筒1之间预留伸缩缝4;然后,围绕塔筒1下端紧密排布裙瓣10,用紧固螺栓穿过相邻的端面连接片5上的连接孔7,从而将相邻的两个裙瓣10固定连接在一起,所有裙瓣10连接固定好后使得贴筒弧形板2与塔筒1贴紧,排水扇面板9下边与砼基础面贴紧,挡圈3被所有连接为一体的裙瓣10遮挡住;最后,在裙瓣10与塔筒1结合处以及相邻的裙瓣10结合处填充密封胶。

  综上所述,该防水裙的裙瓣10和挡圈3能够将塔筒1下端与砼基础面连接处完全封闭住,所有的裙瓣10能够随着塔架一起不断振动及摆动,伸缩缝4能够保证塔架在不断振动及摆动过程中不会对挡圈3造成损伤,从而对塔架的基础环形成软性连接密封结构。塔筒外壁的雨水会沿着裙瓣10上面流到砼基础面上,同时挡圈3能够将砼基础面的雨水挡住,在基础环的防水卷材密封处出现缝隙时,能够避免雨水进入缝隙,从而避免水磨效应的出现,能够保证对基础环的防水效果持续有效,在实际应用过程中明显优于现有的塔筒防水结构。

  专利所有者:李宏才

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