Нижний фланец переходной секции ветротурбины (также известный как фланец основания, фланец якорной клетки или нижний фланец) является ключевым узлом ветротурбины, расположенным на самом нижнем конце башни и непосредственно связанным с бетонным фундаментом.
Нижние фланцы для адаптерных сегментов ветряных турбин: «точное звено» между башней и фундаментом
Нижний фланец переходной секции ветротурбины (также известный как фланец основания, фланец якорной клетки или нижний фланец) является ключевым узлом ветротурбины, расположенным на самом нижнем конце башни и непосредственно связанным с бетонным фундаментом. Он представляет собой основной интерфейс передачи силы между стальной конструкцией всей ветровой турбины и земляным фундаментом, и качество его проектирования, производства и установки напрямую связано со способностью ветровой турбины противостоять экстремальным ветровым нагрузкам, собственному весу и сложным переменным нагрузкам в течение 20-25-летнего жизненного цикла, и это «фундамент», который гарантирует безопасность и стабильность всей ветровой турбины.
Его центральная роль выходит далеко за рамки простого коннектора:
- Втулка для передачи нагрузки: огромный собственный вес (осевое давление) башни и верхних узлов (мотогондолы, лопасти, ступица) весом в сотни тонн, огромные опрокидывающие моменты, создаваемые ветротурбиной (приводящие к огромным растягивающим и сжимающим нагрузкам), а также динамические нагрузки, такие как рабочие вибрации, толчки при старте-стопе и т.д., безопасно, равномерно и надежно передаются на систему анкерных болтов, встроенных в бетонный фундамент, и на всю конструкцию фундамента.
- Геометрическая точность и выравнивание: в качестве первой опорной плоскости для установки башни верхняя поверхность имеет очень высокую степень плоскостности и ровности (обычно ≤ 1-2 мм). Это гарантирует, что последующие сегменты башни могут быть установлены вертикально, избегая концентрации напряжений и дополнительных динамических нагрузок из-за начального наклона.
- Точное позиционирование анкерных болтов и подшипников предварительной нагрузки: фланец подвергается точной механической обработке с большим количеством (часто 100 или более) отверстий под анкерные болты, распределенных по окружности большого диаметра. Эти отверстия должны быть точно выровнены с предварительно изготовленными анкерными клетками (или предварительно изготовленными элементами) в бетонном фундаменте. Фланцы подвергаются огромным усилиям предварительной нагрузки (в общей сложности до нескольких тысяч тонн), прикладываемым всеми анкерными болтами, чтобы противостоять подъемным силам, вызванным опрокидывающими моментами, и обеспечить жесткость и герметичность соединения.
- Герметичный коррозионный барьер: Расположен на уровне земли или рядом с ней в суровых условиях (дождь, влага, таяние снега, возможное попадание солевых брызг из морской воды). Между ним и верхней поверхностью фундамента необходима многослойная система уплотнения (например, резиновые уплотнители, цементный раствор, антикоррозийные покрытия), чтобы предотвратить проникновение влаги, коррозионных сред в фундамент или коррозию анкерных болтов/фланцев.
- Очень большой размер и вес: С увеличением мощности ветряных турбин (>6 МВт), диаметр обычно превышает 4 метра, даже до 5-6 метров, толщина может быть более 200-300 мм, а вес одной детали может превышать от десяти до десятков тонн.
- Требования к сверхвысокой прочности и вязкости: материалы должны обладать очень высоким пределом текучести (≥460 МПа или даже 690 МПа), хорошей пластической вязкостью и превосходной ударной вязкостью при низких температурах (по стандарту часто требуется до -40°C или -50°C), чтобы выдерживать большие статические нагрузки, динамические нагрузки и, возможно, ударные нагрузки. Обычно используются высококачественные нормализованные/нормализованные прокатные или закаленные низколегированные высокопрочные стали, такие как S355J2+N/NL, S420ML, S460ML, S500ML, S690QL и т.д. (европейский стандарт), или ASTM A707 L5/L6 (американский стандарт).
- Чрезвычайно сложное напряженное состояние: подверженность большим асимметричным нагрузкам (опрокидывающие моменты, вызывающие растяжение с одной стороны и сжатие с другой), высокая локальная концентрация напряжений вокруг анкерных отверстий и высокие периферийные усталостные нагрузки. Сопротивление усталости является одним из основных требований к конструкции.
- Исключительно высокая геометрическая точность:
-- Верхняя поверхность (монтажная поверхность): чрезвычайно строгие требования к плоскостности и ровности (в пределах ±1-2 мм).
-- Отверстия анкерных болтов: степень расположения отверстия (PCD), точность диаметра отверстия, требования к вертикальности отверстия чрезвычайно высоки (допуск расположения отверстия часто ≤ ± 0,5 мм), чтобы обеспечить точную посадку с анкерным болтом и равномерную передачу силы предварительной нагрузки.
-- Нижняя поверхность (контактная поверхность с фундаментом): также должна обеспечивать определенную степень плоскостности и иметь уплотнительную канавку.
-- Строгие антикоррозионные требования: Длительное воздействие агрессивных сред требует долговечных антикоррозионных покрытий повышенной прочности (например, системы термоцинк/алюминий + герметик + верхнее покрытие), причем особенно критичными являются нижняя часть фланца и уплотнительные канавки.
- Высококачественные слитки и ковка: используются слитки высокой чистоты и отличного внутреннего качества. Кольцевые заготовки обычно производятся методом свободной ковки (высадка, штамповка) в сочетании с процессом прокатки большого кольца. Непрерывный кольцевой поток, создаваемый в процессе кольцевой прокатки, значительно повышает несущую способность по касательной и усталостную долговечность фланцев.
- Термическая обработка: нормализация + отпуск или закалка (закалка + высокотемпературный отпуск) для того, чтобы материал приобрел равномерную мелкозернистую структуру и отвечал требованиям прочности, вязкости, сочетания функций низкотемпературного удара.
- Прецизионная обработка:
-- Большой вертикальный токарный / расточной и фрезерный станок с ЧПУ: точная обработка верхнего, нижнего, внутреннего и внешнего диаметров фланцев, снятие фасок и скосов.
-- Высокоточные сверлильные станки/обрабатывающие центры с ЧПУ: обработка большого количества анкерных отверстий с очень высокой точностью позиционирования (часто с использованием шаблонов или лазерного позиционирования).
-- Обработка уплотнительной канавки: прецизионная обработка кольцевой уплотнительной канавки на нижней поверхности.
- Строгий неразрушающий контроль (NDT):
-- 100% ультразвуковой контроль (UT): обнаружение внутренних дефектов в соответствии с высочайшими стандартами (например, EN 10228-3).
-- 100% Испытание магнитными частицами (MT): выявляет поверхностные и близкие к поверхностным дефекты.
- Полный контроль допусков размеров и формы.
- Обработка поверхности: После пескоструйной обработки (класс Sa 2,5/3) нанесите и испытайте указанное антикоррозийное покрытие для тяжелых условий эксплуатации.
- Точное выравнивание: после достижения бетонным фундаментом необходимой прочности с помощью прецизионных приборов (нивелира, тахеометра) точно выровняйте нижний фланец переходного сегмента в соответствии с проектными требованиями.
- Вторичное заделывание: между нижней поверхностью фланца и верхней поверхностью фундамента заделайте высокопрочным безусадочным раствором, заполнив пустоты, чтобы обеспечить равномерную передачу нагрузки, а также частичную герметизацию и защиту от коррозии.
- Натяжение анкерных болтов: с помощью специального гидравлического натяжного оборудования в строгом порядке и с контролем момента/удлинения на все анкерные болты наносится преднатяг в соответствии с проектными требованиями.
- Многослойная герметизация: устанавливаются резиновые уплотнительные кольца (в уплотнительных канавках) и выполняется герметизация между внешним краем фланца и фундаментом (например, нанесением герметика).
Нижний фланец переходной секции ветрогенератора - это «жизненная сила» конструкции ветрогенератора. Он крепит стальную башню весом в сотни тонн к прочному бетонному фундаменту, безмолвно выдерживая двойное испытание небом и землей. Его большие размеры, экстремальная нагрузка, сверхвысокая точность и строгие антикоррозийные требования представляют собой высший уровень технологии соединения фундаментов ветроэнергетических установок. От тысяч молотков под 10 000-тонными гидравлическими прессами, до прецизионной обработки на микронном уровне, до выравнивания на месте на миллиметровом уровне - каждое звено является единым целым с предельным стремлением к безопасности и надежности. Это краеугольный камень, на котором стоит ветряная турбина, и надежная гарантия стабильного производства «зеленой» энергии.