一种风机基础及其设计方法与流程

1.本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种风机基础及其设计方法。


背景技术：

2.绿色发展与高效发展将成为能源体系建设的未来方向。在当前绿电技术中，风力发电是其中最重要的技术之一。因风机基础失效造成风机倒塌事故的几乎没有。这说明风机基础的设计冗余度较大。对于桩基础而言，每个基础的费用在150万元到200万元之间。根据地勘结果，一般打桩数量在40根到50根之间，打桩长度在20m到30m之间。根据当前市场价格，每米打桩费用在500元－600元之间。打桩费用在风机基础的费用占比在38％左右。由此可见，现有风机基础的成本过高，性能冗余。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种风机基础及其设计方法，以解决现有风机基础成本过高的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
5.第一方面，一种风机基础，包括桩基，所述桩基下方均匀设有若干基础桩，所述桩基下方沿预设方向设置的基础桩密度小于非预设方向上基础桩的密度。
6.本发明的进一步改进在于：所述桩基上方设有若干加强梁。
7.本发明的进一步改进在于：所述预设方向与风力在桩基底面投影垂直。
8.本发明的进一步改进在于：所述基础桩为实心桩。
9.本发明的进一步改进在于：所述基础桩在桩基下方按环形布置。
10.本发明的进一步改进在于：所述基础桩和桩基之间采用刚性连接。
11.本发明的进一步改进在于：所述桩基与加强梁之间采用刚性连接。
12.本发明的进一步改进在于：所述桩基和基础桩都由混凝土制成。
13.第二方面，一种风机基础的设计方法，基于上述的一种风机基础，包括以下步骤：
14.将风机所受风力、风机重力和塔筒重力转移到桩基的几何中心，并对桩基进行受力分析；
15.根据受力平衡得到桩基下方不同方向基础桩的受力情况；
16.以桩基底面为基准面选择与风力方向垂直的方向为预设方向；
17.沿预设方向设置的基础桩密度小于非预设方向设置的基础桩密度。
18.与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
19.1、本发明通过在预设方向上减少基础桩密度可以有效节约成本；
20.2、本发明通过与风力在桩基底面投影垂直的预设方向保证减小基础桩密度的同时风机基础的受力满足安全性；
21.3、本发明通过在桩基上方设置加强梁提高风机基础的手里能力。
附图说明
22.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1为本发明一种风机基础适用的来回风风场玫瑰图；
24.图2为本发明一种风机基础的结构示意图；
25.图3为本发明一种风机基础受风力影响的示意图；
26.图4为本发明一种风机基础的受力分析图。
27.图中：1、桩基；2、基础桩；3、加强梁。
具体实施方式
28.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
30.实施例1
31.如图1-4所示，一种风机基础，包括桩基1，桩基1下方设有若干基础桩2，桩基1下方沿预设方向设置的基础桩2密度小于非预设方向上基础桩2的密度，桩基1上方设有若干加强梁3。
32.基础桩2按环形分布，基础桩2组成的环形至少有两组，以此满足风机基础的受力需要。基础桩2为实心混凝土桩，由混凝土浇灌形成。
33.加强梁3设置在桩基1上表面，沿桩基1的径向设置，提高桩基1的稳定性。
34.桩基1和加强梁3之间采用刚性连接，桩基1与基础桩2之间也采用刚性连接。
35.预设方向与风力在桩基(1)底面投影垂直。
36.实施例2
37.一种风机基础的设计方法，包括以下步骤：
38.将风机所受风力、风机重力和塔筒重力转移到桩基1的几何中心，并对桩基1进行受力分析；
39.根据受力平衡得到桩基1下方不同方向基础桩2的受力情况；
40.以桩基1底面为基准面选择与风力方向垂直的方向为预设方向；
41.沿预设方向设置的基础桩2密度小于非预设方向设置的基础桩2密度。
42.如图4所示，图中f
风
表示风力；m
风
表示风力产生的力偶；fg表示风机基础的重力；f
摩擦
表示因风力产生的摩擦力；f
桩
表示基础桩产生的力。通过将风机所受到的风力、风机和塔筒的自身重力全部转移到桩基1的几何中心点，并分析基础桩2对桩基1作用力的情况，确定桩基1的整体受力情况。通过受力平衡，分析计算不同方位桩基1的受力情况。桩基1除受风机和重力外，还受风和基础桩2的作用力。将风力移到桩基1几何中心位置，便产生一个力偶。力偶的作用造成不同方位的基础桩2受力并非完全均匀。处于下风向的基础桩2受力大，处于上风向的桩受力小。对处于风向垂直方向的基础桩2，其仅受到风机和塔筒部分重量的
影响。综上所述，分析出基础桩2的优化方向，进而对处于风向垂直方向基础桩2的数量进行优化设计。
43.本实施例的设计方法针对风向为“来回风”的风电场，优化了风机基础总打桩长度，有效降低了风机基础施工费用和工时。
44.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
45.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。


技术特征：
1.一种风机基础，其特征在于，包括桩基(1)，所述桩基(1)下方均匀设有若干基础桩(2)，所述桩基(1)下方沿预设方向设置的基础桩(2)密度小于非预设方向上基础桩(2)的密度，所述预设方向与风力在桩基(1)底面投影方向垂直。2.根据权利要求1所述的一种风机基础，其特征在于，所述桩基(1)上方设有若干加强梁(3)。3.根据权利要求1所述的一种风机基础，其特征在于，所述基础桩(2)为实心桩。4.根据权利要求1所述的一种风机基础，其特征在于，所述基础桩(2)在桩基(1)下方按环形布置。5.根据权利要求1所述的一种风机基础，其特征在于，所述基础桩(2)和桩基(1)之间采用刚性连接。6.根据权利要求2所述的一种风机基础，其特征在于，所述桩基(1)与加强梁(3)之间采用刚性连接。7.根据权利要求2所述的一种风机基础，其特征在于，所述桩基(1)和基础桩(2)都由混凝土制成。8.一种风机基础的设计方法，基于权利要求1-7中任一项所述的一种风机基础，其特征在于，包括以下步骤：将风机所受风力、风机重力和塔筒重力转移到桩基(1)的几何中心，并对桩基(1)进行受力分析；根据受力平衡得到桩基(1)下方不同方向基础桩(2)的受力情况；以桩基(1)底面为基准面选择与风力方向垂直的方向为预设方向；沿预设方向设置的基础桩(2)密度小于非预设方向设置的基础桩(2)密度。

技术总结
本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种风机基础及其设计方法。一种风机基础，包括桩基，所述桩基下方均匀设有若干基础桩，所述桩基下方沿预设方向设置的基础桩密度小于非预设方向上基础桩的密度。本发明通过在预设方向上减少基础桩密度可以有效节约成本；还通过与风力在桩基底面投影垂直的预设方向保证减小基础桩密度的同时风机基础的受力满足安全性。性。性。


技术研发人员：张国 张明杰 王献文 孟欣 梁勇 易立坤 赵广赫 郭辰 张立英 曾利华 李家川 邵振州 李腾 蒋河川
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 华能陇东能源有限责任公司
技术研发日：2022.06.29
技术公布日：2022/8/12