【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风力发电设备，具体涉及一种基础环式风电机组的加固设计方法及基础环式风电机组的加固装置。
技术介绍
1、风力发电机组作为一种新兴的清洁能源装备，其运行状态对于安全、灵敏、高效率要求极高。带基础环的风力发电机组在运行过程中，由于风力的影响，塔筒容易发生晃动。塔筒长时间的晃动会导致基础环周边的混凝土逐渐产生疲劳损伤，如开裂、剥落等。基础环周边的混凝土不断受到震动和疲劳损伤，会严重影响风力发电机组的耐久性、安全性和使用寿命。目前采取的常规措施是对已损坏的混凝土进行修复，或用高强混凝土做一个加高平台，减缓混凝土的损坏历程，但没有从根本上解决混凝土疲劳受损的问题。这是因为，由于振动和疲劳造成的因素依然存在，会继续导致混凝土组织的老化和劣化。
2、其中，风力装备中的塔筒及其基础环承载着风机组件的重量、受到风速的冲击和复杂交错的振动等多种因素的耦合作用，风力装备的寿命和安全，主要取决于塔筒及其基础环的性能和结构强度。目前，针对塔筒结构的加固方案主要有以下几种：
3、1、采用斜拉桥桥塔的结构原理，通过悬挂钢缆固定塔筒和基础环之间的联系来提高其整体承载能力。虽然采用斜拉桥桥塔的结构原理，通过悬挂钢缆固定塔筒和基础环之间的联系可以提高风力发电机组的整体承载能力，但其施工和维护难度较大，成本较高，容易受到自然环境等因素的影响，因此适用性有限；
4、2、在塔筒表面增加阻尼器等器件，在塔筒振动时通过增加摩擦阻力的方式达到减振效果。由于基础环位置的实际位移极小，难以达到液压阻尼器的位移响应阈值；若使用tmd阻
5、3、采用缆索的形式在环形基础上布置多组承载体系，在受到强风时可以产生相反作用力，从而达到塔筒稳定的效果。但是，缆索由于塔筒位移产生的拉力优先，不能对混凝土基础起到保护作用，同时不便于工程施工，需要增加一些注浆等细节的解决方式。
6、因此，亟需研发一种新的加固方法对塔筒进行加固，并且保证能够控制住基础环的横向位移，减缓基础环对混凝土的损伤，以保障机组在运行期间的安全。
技术实现思路
1、有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供基础环式风电机组的加固设计方法及加固装置
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：
3、本专利技术的一个目的是提供一种基础环式风电机组的加固设计方法，所述风电机组包括基础环、塔筒和混凝土平台，所述基础环的顶部设置有上法兰，所述基础环的底部设置有下法兰，所述塔筒通过所述上法兰与基础环连接，所述塔筒位于所述基础环的上方，所述下法兰埋设于所述混凝土平台中，其特征在于，所述加固设计方法包括如下步骤：
4、步骤1：将基础环的下法兰处设为固定约束，计算基础环的最大应力和固定约束处的横向力；
5、步骤2：在基础环与塔筒的连接处的外周设置加固装置；加固装置包括多个加固组件，多个所述加固组件均匀间隔分布在所述基础环与塔筒的连接处的外周，每个加固组件包括一个拉撑杆；
6、步骤3：计算单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的预压力；
7、步骤4：设置单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的实际压力，再将加固装置安装在基础环与塔筒的连接处的外周使得单个拉撑杆对基础环的压力为单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的实际压力。
8、通过设置加固装置代替混凝土对基础环与塔筒的连接处进行加固，基于该加固装置计算出单个拉撑杆对基础环与塔筒连接处的预压力大小，能有效地控制住基础环的横向位移，从而大大减缓基础环对混凝土的损伤，保障了机组在运行期间的安全。
9、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述步骤1中计算基础环的最大应力和固定约束处的横向力的方法为：获取基础环的载荷信息及壁厚并建立基础环的有限元模型，再根据有限元模型计算得到基础环的最大应力和固定约束处的横向力。本专利技术的一些实施方面，通过有限元仿真计算软件进行模拟得到基础环的有限元模型，根据模拟得到的基础环的有限元模型，可通过模型直接得出基础环的最大应力，对模拟得到的有限元模型进一步进行计算可得到基础环在固定约束处的横向力。
10、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述步骤3中计算单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的预压力的方法为：将所述加固装置二等分成两个对称的加固单元，以其中一个加固单元为研究对象，根据下述公式计算得到单个所述拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的预压力，
11、
12、上式中，f为单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的预压力，θ为相邻两个拉撑杆之间的夹角，f’为所述步骤1中计算得到的基础环的固定约束处的横向力，n为所述加固装置中加固组件的数量。具体的，在计算时，设定一个加固单元中的所有的拉撑杆所形成的合力与基础环在正常工况下固定约束处受到的横向力相等，即可得到上述公式，由于其中的θ以及f’均是已知的，能够进一步计算出f。
13、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述n为大于4的正整数且n为4的倍数。这样的设置能够保证整个加固装置中的多个加固组件关于塔筒和/或基础环的中心呈中心对称设置的。
14、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述步骤4中单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的实际压力为所述步骤3中计算得到的单个拉撑杆对基础环的预压力的1.2～1.5倍。这样的设置是由于设置单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的实际压力时需要考虑一定的裕度。
15、根据本专利技术的一些优选实施方面，还包括步骤5：根据单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的实际压力计算加固装置对基础环应力的最大增加值。步骤5的目的是为了在设置单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的实际压力情况下，对安装有加固装置的塔筒与基础环的有限元模型进行核算，以确保这样的加固方法能够起到有效的加固效果，并且塔筒及基础环的连接处在安装加固装置后还依然具有较大的应力裕度。
16、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述步骤5中计算加固装置对基础环应力的最大增加值的方法为：建立设置有加固装置的塔筒及基础环的有限元模型，再根据该有限元模型计算得到加固装置对基础环应力的最大增加值。本专利技术的一些实施方面，通过有限元仿真计算软件进行模拟得到设置有加固装置的塔筒及基础环的有限元模型。
17、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述加固装置对基础环应力的最大增加值小于或等于所述步骤1中基础环的最大应力，且所述加固装置对基础环应力的最大增加值与所述步骤1中的基础环的最大应力的总和小于或等于所述基础环的材质的许用应力的50％。本专利技术的一些实施例中，只有当加固装置对基础环应力的最大增加值满足前述条件时，本专利技术的加固设计方法才是有效的。
18、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述基础环的材质为钢材，所述基础环的材质的许用应力为100～120kn。一般的，基础环与塔筒的材质均为钢材。
19、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述基础环的载荷信息包括所述基础环本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基础环式风电机组的加固设计方法，所述风电机组包括基础环、塔筒和混凝土平台，所述基础环的顶部设置有上法兰，所述基础环的底部设置有下法兰，所述塔筒通过所述上法兰与基础环连接，所述塔筒位于所述基础环的上方，所述下法兰埋设于所述混凝土平台中，其特征在于，所述加固设计方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的加固设计方法，其特征在于，所述步骤1中计算基础环的最大应力和固定约束处的横向力的方法为：获取基础环的载荷信息及壁厚并建立基础环的有限元模型，再根据有限元模型计算得到基础环的最大应力和固定约束处的横向力。
3.根据权利要求1所述的加固设计方法，其特征在于，所述步骤3中计算单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的预压力的方法为：将所述加固装置二等分成两个对称的加固单元，以其中一个加固单元为研究对象，根据下述公式计算得到单个所述拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的预压力，
4.根据权利要求3所述的加固设计方法，其特征在于，所述n为大于4的正整数且n为4的倍数。
5.根据权利要求1所述的加固设计方法，其特征在于，所述步骤4中单个拉撑杆对基础环与塔筒
6.根据权利要求1所述的加固设计方法，其特征在于，还包括步骤5：根据单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的实际压力计算加固装置对基础环应力的最大增加值。
7.根据权利要求6所述的加固设计方法，其特征在于，所述步骤5中计算加固装置对基础环应力的最大增加值的方法为：建立设置有加固装置的塔筒及基础环的有限元模型，再根据该有限元模型计算得到加固装置对基础环应力的最大增加值。
8.根据权利要求7所述的加固设计方法，其特征在于，所述加固装置对基础环应力的最大增加值小于或等于所述步骤1中基础环的最大应力，且所述加固装置对基础环应力的最大增加值与所述步骤1中的基础环的最大应力的总和小于或等于所述基础环的材质的许用应力的50％。
9.根据权利要求8所述的加固设计方法，其特征在于，所述基础环的材质为钢材，所述基础环的材质的许用应力为100～120kN。
10.根据权利要求2所述的加固设计方法，其特征在于，所述基础环的载荷信息包括所述基础环分别沿三维坐标系的X轴、Y轴、Z轴方向的力，以及所述基础环分别沿三维坐标系的X轴、Y轴、Z轴方向的力矩。
11.根据权利要求1所述的加固设计方法，其特征在于，所述步骤4中安装在基础环与塔筒的连接处的外周的加固装置中的单个所述拉撑杆的额定载荷大于或等于单个所述拉撑杆对基础环的预压力的3倍。
12.一种基础环式风电机组的加固装置，其特征在于，权利要求1-11任意一项所述的基础环式风电机组的加固设计方法基于所述加固装置进行设计。
13.根据权利要求12所述的加固装置，其特征在于，包括紧固箍件和多个加固组件，多个所述加固组件均匀间隔分布在所述紧固箍件的外周，多个所述加固组件均与所述紧固箍件的外壁连接，所述紧固箍件套设在所述基础环与塔筒连接处的外周。
14.根据权利要求13所述的加固装置，其特征在于，每个所述加固组件均包括一个拉撑杆、第一支撑杆和第二支撑杆，所述拉撑杆的一端与所述紧固箍件的外壁连接，所述拉撑杆的另一端与所述第一支撑杆的上端部连接；所述第一支撑杆的下端部与第二支撑杆的下端部埋设于所述混凝土平台中。
15.根据权利要求14所述的加固装置，其特征在于，所述第二支撑杆的上端部与所述第一支撑杆固定连接，所述第一支撑杆垂直于所述混凝土平台的顶面，所述拉撑杆垂直于所述第一支撑杆，所述第二支撑杆倾斜设置。
...【技术特征摘要】
1.一种基础环式风电机组的加固设计方法，所述风电机组包括基础环、塔筒和混凝土平台，所述基础环的顶部设置有上法兰，所述基础环的底部设置有下法兰，所述塔筒通过所述上法兰与基础环连接，所述塔筒位于所述基础环的上方，所述下法兰埋设于所述混凝土平台中，其特征在于，所述加固设计方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的加固设计方法，其特征在于，所述步骤1中计算基础环的最大应力和固定约束处的横向力的方法为：获取基础环的载荷信息及壁厚并建立基础环的有限元模型，再根据有限元模型计算得到基础环的最大应力和固定约束处的横向力。
3.根据权利要求1所述的加固设计方法，其特征在于，所述步骤3中计算单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的预压力的方法为：将所述加固装置二等分成两个对称的加固单元，以其中一个加固单元为研究对象，根据下述公式计算得到单个所述拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的预压力，
4.根据权利要求3所述的加固设计方法，其特征在于，所述n为大于4的正整数且n为4的倍数。
5.根据权利要求1所述的加固设计方法，其特征在于，所述步骤4中单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的实际压力为所述步骤3中计算得到的单个拉撑杆对基础环的预压力的1.2～1.5倍。
6.根据权利要求1所述的加固设计方法，其特征在于，还包括步骤5：根据单个拉撑杆对基础环与塔筒的连接处的实际压力计算加固装置对基础环应力的最大增加值。
7.根据权利要求6所述的加固设计方法，其特征在于，所述步骤5中计算加固装置对基础环应力的最大增加值的方法为：建立设置有加固装置的塔筒及基础环的有限元模型，再根据该有限元模型计算得到加固装置对基础环应力的最大增加值。
8.根据权利要求7所述的加固设计方法，其特征在于，所述加固装置对基础环应力的最大增加值...
【专利技术属性】
技术研发人员：仇云林，吴剑剑，廖开星，
申请(专利权)人：苏州热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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