一种用于风力涡轮机塔架的地基件

技术领域

如其标题指示的，本说明书涉及一种用于风力涡轮机塔架的地基件，该地基件的类型为用于支撑风力涡轮机的金属塔架以及混凝土塔架，其使用预制的混凝土梁结合就地用混凝土浇注的小型脚件，所述梁依靠用于连接以及支撑塔架的元件被结构性地连接在地基件的中心部分。

本发明涉及地基件领域，用作用于风力涡轮机的金属塔架以及混凝土塔架的支撑。

背景技术

目前风力涡轮机塔架应用广泛，主要用于发电。由于它们的高度很大，它们需要牢牢地固定在地面上，在大多数安装中，这主要是由钢筋混凝土制成的锥形地基件来进行的，如专利ES2659523“架设风力涡轮机的方法”中所述，ES2685834“一种风力涡轮机塔架及改变风力涡轮机塔架固有频率的方法”以及ES2347742“风力涡轮机塔架地基件”。专利ES2571731“风力发电厂地基件以及风力发电厂”特别包括用于传统地基件的加固件。此类地基件存在诸多弊端，其中需先行深挖直径18米以上且深度至少4米，混凝土用量大，约400立方米或更多，以及需要约38，000公斤或更多的大截面的金属钢筋或钢筋。所有这些都涉及高昂的经济成本以及漫长的建设时间。

为了部分地避免这些问题并减少使用混凝土以及钢筋，在某些情况下，主要采用圆柱形结构，以及采用径向肋或撑件形式的外围结构加固件，两者都要就地用混凝土浇注。这些结构的例子可以在专利WO2016116645“混凝土塔架”、WO2015185770“塔架地基件系统以及安装塔架地基件系统的方法”以及ES2524840“用于塔架的地基件系统以及方安装用于塔架的地基件系统的方法”。

在其他情况下，这些横向加强件采用预制的混凝土支架或金属杆或元件的形式，如专利ES2544806“改进的用于风力涡轮机塔架的地基件”或ES2601232“用于风力发电站的地基件”所见。

然而，由于必须就地使用混凝土浇注大量地基件以及加固件的复杂性以及体积，这些实施例未能解决如前所述的主要问题。除了这些问题之外，还必须补充的是，为了正确地固化，用混凝土浇注必须是连续的、不间断的，这需要稳定供应大量混凝土，而这在许多地区或国家很难或不可能获得。在许多经济不景气的国家，获得加固件所需的大量钢筋也并非易事。

另一个额外的问题是，为了进行必要的挖掘，必须为重型机械的下降制作斜坡，因为需要挖掘到这样的深度，这增加了工作时间。同样，开挖的底部必须平整以及顺滑。

这一切意味着，开挖、准备、用混凝土浇注、固化的通常时间都在三、四周左右，再加上每个风电场的风力涡轮机数量庞大，就涉及非常大的经济成本。

另一个缺点是，这类型的地基件难以适应异质地形或有缺陷的地形，并且在大多数情况下需要更大的投资或排除在某些地形上安装风力涡轮机。

发明内容

为解决目前风力涡轮机地基件存在的问题，设计了作为本发明客体的用于风力涡轮机塔架的地基件，它结合了至少三个以径向方式水平布置的预制梁以及就地实施的小的加固混凝土脚件，脚件依靠线形或球形的支撑球接头将梁的最外侧端部支撑在所述脚件的中心部分，所述支撑球接头可以具有或可以没有在一个或多个方向上的位移限制，这允许所有支撑应力通过脚件平均分配。所述端部也通过在梁的端部与脚件之间的锚固件固定以防止塔架的倾覆。不同的梁通过连接器件在地基件的中心部分处被牢固地固定在一起。预制梁可以由混凝土、金属或两者的组合制成。

即使在相同的地基件中，脚件也可以采用不同的形状以及深度，以适应每种地形的特定特征。

优选地，将使用三个预制的梁，其中一个梁大约是另外两个梁长度的两倍，在这种情况下，较小梁的内侧端部被牢固地固定在较大梁的中心部分，从而形成十字形平面结构。事实证明，这种结构在易于制造、运输以及性能方面是最佳的。然而，也可以实施这样的作为本发明客体的地基件，其可选地使用多个相同或不同长度的梁，数量等于或大于三个，在它们的内侧端部连接，它们的每个外侧端都以同样的方式连接到脚件。

描述了两种实施方式的变型，一种用于风力涡轮机塔架是金属的情况，另一种用于风力涡轮机塔架至少在其下部是混凝土的情况，即其完全由预制混凝土制成，或者部分地或者分段地由预制混凝土制成，或者其结合了混凝土(主要是塔架的下部)与塔架的顶部是金属。

在所述风力涡轮机塔架是金属的情况下，用于牢固地固定所述梁的器件还包括在所述梁的连接处位于地面水平下方的混凝土石渣填充件，在所述混凝土石渣填充件之上具有冒出地面水平之上的上板，所述上板用于锚固金属的塔架。

在所述风力涡轮机塔架至少在其下部是混凝土的情况下，用于牢固地固定所述梁的器件还包括用预制混凝土元件实施的中空的拉紧腔壳体以及上板，拉紧腔壳体具有环形段或者矩形段以及在外侧具有壁，布置在梁的内侧端部之间，上板具有环形拱平面，位于梁的连接处上方，用于支撑预制的混凝土塔架以及锚固所述塔架的垂直后张拉件。在该情况下，预制的混凝土塔架被支撑在上板上，所述塔架的垂直后张拉件通过适当的穿孔或导管穿过所述上板到达中空的拉紧腔，在所述拉紧腔定位有器件来执行对向塔架提供刚性的线缆的预拉紧以及固定。

优选地，所述梁为矩形截面，在中间段具有的高度较大，在端部具有的高度较小。较大高度的所述段通常指向下方，使得地基件的大部分被埋在地面水平下方，仅上板的一部分冒出，从而最小化视觉冲击。然而，在视觉冲击不那么重要并且需要额外小节省的场所，可以组装这样的梁：具有更大高度的段朝上，连同一部分混凝土石渣填充件或预制混凝土元件以及连同整个上板冒出在地面水平之上。

公开的这种用于风力涡轮机塔架的地基件需要特定的构建方法，包括第一阶段，准备地形；第二阶段，用混凝土浇注脚件；第三阶段，固化所述脚件；第四阶段，组装预制的梁；第五阶段，将梁在中心部分进行连接；第六阶段，将剩余空间填充至原来的地面水平。

本发明的优点

提出的用于风力涡轮机塔架的地基件与目前已知以及使用的技术相比具有许多优点，最重要的是，由于使用了小的脚件，因此可在混凝土数量以及所使用的用于加固的钢筋的数量方面节省大量成本，这意味着显著的经济节省，并且意味着在供应或生产这些数量的混凝土或钢筋有问题的地区或国家中也可以实施。

由于上述原因，与需要以连续的不间断的方式供应大量混凝土相关的问题被消除以便正确地固化，这些问题是大量常规地基件固有的。它还允许使用传统的、预组装的钢筋加固件，而无需在混凝土浇筑之前在原位组装昂贵的专门的加固件。

另一个重要的优势是，无论是在体积还是深度方面，所需的挖掘量要少得多，无需为重型机器下降而建造坡道，对于传统地基件来说坡道通常是几米深。这导致显著节省了时间以及经济成本。

本发明的另一个优点是，与常规技术不同，脚件的底部不需要完全平整或平滑，这也导致额外节省了时间以及经济成本。

另一个需要强调的最重要的优点是，由于使用了预制的元件，地基件的整体构建时间显著减少，从使用常规技术的通常三或者四周缩短到最多一周。

此外，另一个额外的优势是，该地基件可以很容易地适应不同类型的地形，无论是均质的还是异质的或有缺陷的地形，使得在传统地基件无法安装的区域安装风力涡轮机塔架成为可能，而不会降低其容量。

附图说明

为了更好地理解本发明，附图中示出了用于风力涡轮机塔架的地基件的实用优选实施例，具有两个实施例变体，一个用于金属塔架，另一个用于至少它们的下部是由混凝土制成的塔架。

在上述图中，图1示出了用于金属塔架的地基件的剖面图以及平面图，地基件的大部分位于地面水平下方。

图2a、2b以及2c示出了在用于金属塔架的地基件中，取决于地面类型，可用的脚件的各种变型的剖面图，地基件的大部分位于地面水平下方。

图3示出了在用于全部或部分是混凝土的塔架的地基件的剖面图以及平面图，地基件的大部分位于地面水平下方。

图4a、4b以及4c示出了在用于全部或部分是混凝土的塔架的地基件中，取决于地面类型，可用的脚件的各种变型的剖面图，地基件的大部分位于地面水平下方。

图5示出了用于锚固金属塔架的上板的正视图以及平面图。

图6示出了用于封闭全部或部分是混凝土的塔架的拉紧腔的预制混凝土元件的正视图以及平面图。

图7示出了用于支撑全部或部分是混凝土的塔架的上板的正视图以及平面图。

图8示出了用于金属塔架的地基件的剖视图，地基件的一部分位于地面水平上方。

图9示出了用于全部或部分是混凝土的塔架的地基件的截面图，地基件的一部分位于地面水平上方。

具体实施方式

在与附图相关的以下描述中可以更好地理解本发明的构造以及特征。

图1以及图3示出了用于风力涡轮机塔架的地基件的例子，其包括以径向方式水平布置的至少三个预制的梁(2a、2b、2c)，所述梁的最外侧端部均依靠位于所述脚件(1)的中心部分的支撑球接头(3)被支撑在混凝土脚件(1)上，以及还依靠位于所述梁(2a，2b，2c)的端部以及所述脚件(1)之间的多个锚固件(4)被固定，不同的所述梁通过连接器件在所述地基件的中心部分被牢固地固定在一起。支撑球接头(3)可以是线形的或球形的，以及在一个或多个方向上可以有、也可以没有位移限制。

在图1以及图3所示的优选实施例中，使用了三个梁，其中所述梁(2a)大约是所述梁(2b，2c)长度的两倍，所述梁(2b，2c)的内侧端部在该情况下被牢固地固定在所述梁(2a)的中心部分，从而形成十字形平面结构。事实证明，这种结构在易于制造、运输以及性能方面是最佳的。然而，也可以实施这样的作为本发明客体的地基件，其可选地使用多个相同或不同长度的梁，数量大于三个，在它们的内侧端部连接，它们的每个外侧端都以同样的方式连接到脚件(1)。

预制的梁(2a，2b，2c)可以是混凝土、金属或两者的组合。

在所有情况下，用于牢固地固定所述梁(2a、2b、2c)的器件包括使用连接预制混凝土元件的常规技术，诸如螺纹杆、支架、用于混凝土浇注在另一梁的壳体中的加固端、舌槽接头、后张拉绳等。

描述了两个实施例变型。第一个实施例变型涉及风力涡轮机塔架是金属的情形，如图1、图2以及图5所示的，在该情形下，而且，用于牢固地固定所述梁(2a，2b，2c)的器件包括在梁(2a，2b，2c)的连接处位于地面(8)水平下方的混凝土石渣填充件(5)，在混凝土石渣填充件(5)之上具有冒出地面(8)水平之上的上板(6)，所述上板(6)用于锚固金属的塔架(7)。

所述混凝土石渣填充件(5)能够实施为传统的可回收的模板，由木材、金属或者二者的组合制成；或者实施为由预制混凝土元件制成的模板。

图2示出了用于锚固金属的塔架(7)的上板(6)如何采用优选的环形平面，其也可以是多边形的，优选由至少HA50强度的加固混凝土制成。

将金属的塔架(7)锚固至上板(2)是使用锚固至地基件的常规技术实施的，诸如带有螺母的螺纹杆、螺栓等。

第二实施例变型涉及风力涡轮机塔架至少在其下部分是混凝土的情形，如图3、图4、图6以及图7所示，在该情形下，而且，用于牢固地固定所述梁(2a，2b，2c)的器件包括预制混凝土元件(10)以及上板(11)，预制混凝土元件(10)布置在所述梁(2a，2b，2c)的内侧端部之间以及限定中空的拉紧腔(9)，所述上板(11)位于所述梁(2a，2b，2c)的连接处的上方以及所述拉紧腔(9)的上方，用于支撑混凝土制的塔架(12)以及锚固所述塔架的垂直后张拉件(13)。

所述预制混凝土元件(10)采用的方案选自由以下构成的组：环形段，其角度取决于所使用的梁的数量；以及多边形，仅在与所述梁不相邻的一侧或多侧具有垂直壁。图6示出了所述预制混凝土元件(10)具有环形段的方案，在示出的情形中角度为90°，垂直壁仅在弯曲端处。

图7示出了上板(11)如何包括访问拉紧腔(9)的进入开口，上板(11)优选由预应力混凝土制成，具有至少HP-50强度。

混凝土塔架(12)被支撑在上板(11)上，所述塔架的垂直后张拉件(13)通过适当的穿孔或导管穿过所述上板(11)到达中空的拉紧腔(9)，在所述拉紧腔(9)定位有器件来执行对向塔架提供刚性的线缆的预拉紧以及固定，如预制混凝土段或分区制成的塔架中常规的实践那样。

在这两种变型中，如图2a、图2b、图2c、图4a、图4b以及图4c所示出的，所有的或任一个脚件在形状、尺寸以及深度方面能够采用不同的构造，从而使地基件适应安装塔架的每个地形的特定情况。因而，图2a以及图4a示出了脚件处于相同的深度，对应于均质的地形。图2b以及图4b示出了脚件处于不同的深度，对应于异质的地形或者具有不同水平的地形。最后，图2c以及图4c-示出了深桩地基件的脚件，用于有缺陷的地形。

所述梁(2a，2b，2c)最好是矩形截面，中心段的高度较大，两端的高度较小。高度较大的段通常会指向下方，如图1、图2、图3以及图4所示出的，使得地基件的大部分埋在地面(8)水平下方，从而最小化视觉冲击。然而，在视觉冲击不是那么重要的地方，可以将所述梁(2a，2b，2c)可选地组装成高度较大段通常会指向上方，如图8以及图9所示出的，与一部分混凝土石渣填充件(5)或者预制混凝土元件(10)一起，以及与整个对应的上板(6，11)一起，冒出地面(8)水平。

提出的该用于风力涡轮机塔架的地基件需要一种特定的构建方法，包括：

第一阶段，制备地形，

第二阶段，用混凝土浇注所述脚件(1)，

第三阶段，固化所述脚件(1)，

第四阶段，组装预制的梁(2a，2b)，

第五阶段，在所述中心部分进行所述梁(2a、2b)的连接，以及

第六阶段，将剩余空间填充至原来的地面(8)水平。

制备地形的所述第一阶段包括：挖掘出用于所述脚件(1)的槽，在所述槽之间挖掘出沟道以容纳所述梁(2a，2b)，以及挖掘出中心槽，所述中心槽用于所述梁(2a，2b)的连接以及视情况用于混凝土石渣填充件(5)或者预制混凝土元件(10)。

用混凝土浇注所述脚件(1)的所述第二阶段包括：制备模板的步骤，装配金属加固件的步骤，装配支撑球接头(3)以及锚固件(4)的步骤，以及浇注混凝土的步骤。

固化所述脚件(1)的第三阶段将根据所用混凝土的形状以及体积进行一段时间。

组装预制的梁(2a，2b)的所述第四阶段包括依靠起重机将所述梁放置在它们的沟道中使得所述梁的外侧端部位于所述支撑球接头(3)上的步骤；依靠连接预制混凝土元件的常规技术，将所述梁(2a，2b)的内侧端部牢固地固定在一起，或者如果梁2a是两倍长度的话将所述梁(2b，2c)的内侧端部与所述梁2a的中间部分固定的步骤；以及依靠所述锚固件(4)将所述外侧端部与所述脚件(1)牢固地固定的步骤。

在所述风力涡轮机塔架是金属的情况下，在所述中心部分进行所述梁(2a、2b)的连接的所述第五阶段包括实施所述混凝土石渣填充件(5)的步骤，以及将所述上板(6)实施在所述梁(2a，2b)的连接处的上方的步骤。

在所述风力涡轮机塔架在其下部分是混凝土的情况下，在所述中心部分进行所述梁(2a、2b)的连接的所述第五阶段包括如下步骤：依靠连接预制混凝土元件的常规技术在所述中心部分处将所述预制混凝土元件(10)组装在所述梁(2a，2b，2c)之间留下的开口中从而限定中空的拉紧腔(9)的步骤，以及在所述梁(2a，2b，2c)的连接处的上方实施所述上板(6)的步骤。

本领域技术人员将容易理解的是，不同实施例的特征可以与其他可能的实施例的特征进行组合，只要该组合在技术上是可行的。

涉及示例或实施例的所有信息构成本发明描述的一部分。