МОДУЛЬНЫЙ ФУНДАМЕНТ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Техническое решение относится к области ветроэнергетики и строительства, а именно к конструкции фундамента мелкого заложения для ветроэлектрических установок (ВЭУ), сооружаемых для эксплуатации в суровых климатических условиях.
Известна конструкция малозаглубленного безусталостного фундамента для башен ВЭУ мощностью от 0.5 до 10 МВт (патент на изобретение US №20110061321). Конструкция представляет собой малозаглубленную в котлован устойчивую опору башни ВЭУ. Фундамент состоит из центрального цилиндрического вертикального пьедестала, укрепленного в железобетонной опорной плите, армированной 3-мерной сеткой из 500 стальных постнапряженных элементов, и жестко закрепленными сверху плиты 10-12 радиальными по отношению к вертикальному пьедесталу цилиндрическими или призматическими ребрами жесткости. Ребра жесткости - модули, предподготовленные элементы, обеспечивающие жесткость конструкции. Ребра жесткости дополнительно армированы размещенными с эксцентриситетом (выше и ниже нулевой оси) парными металлическими шпунтами. Верхний торец пьедестала фундамента оборудован средствами для монтажа башни ВЭУ. Конструкционно изобретение используется в природных условиях Скандинавии. Особенность конструкции - обязательность обратной засыпки для обеспечения большей устойчивости. Недостатки конструкции - сложность соединения элементов и значительный объем строительно-монтажных и бетонных работ на площадке.
Известна конструкция малозаглубленного ребристого фундамента для башен высотой 40-80 м и 80-120 м для ВЭУ мощностью от 0.1 до 2 МВт (патент на изобретение СА №2875927). Фундамент образован малозаглубленной в котлован железобетонной плитой, укрепленным в ней многоугольным призматическим или цилиндрическим пьедесталом, на котором смонтирована башня ветроэлектрической установки, жестко скрепленными снизу плиты и радиально размещенными по отношению к пьедесталу 10-12 железобетонными ребрами жесткости прямоугольного или трапецеидального сечения. Указанные ребра жесткости - модули, предподготовленные элементы, обеспечивающие жесткость конструкции. Изобретение применяется фирмой GESTAMP HYBRID TOWERS S.L., Испания, в природных условиях Скандинавии и северо-востока Канады. Особенность конструкции фундаментов ВЭУ - обязательность обратной засыпки для обеспечения большей устойчивости. Недостатки конструкции - сложность соединения элементов и значительный объем строительно-монтажных и бетонных работ на площадке.
В качестве прототипа выбрана конструкция фундамента для ВЭУ высотой до 60-80 м (патент на изобретение DK №200000612). Фундамент представляет собой малозаглубленную в котлован корытообразную железобетонную конструкцию, включающую в себя смонтированные на основании центральную цилиндрическую опору башни ВЭУ и 3 набора конструктивных элементов. Первый набор конструктивных элементов - 6 радиальных по отношению к опоре ветробашни открытых железобетонных коробчатых элементов, равномерно распределенных по основанию и представляющих собой ребра и полосы жесткости конструкции. Второй набор элементов - стеновые конструктивные элементы, находящиеся на периферии основания и объединяющие между собой коробчатые элементы из указанного первого набора. Третий набор элементов - пластинчатые базовые части, помещаемые между соседними коробчатыми элементами для достижения окружного (периферического) напряжения, и прижимающего отдельные части основания относительно друг друга. Конструкционно изобретение использовано в природных условиях Скандинавии фирмой SPAENCOM AS, Дания. Особенность конструкции - обязательность обратной засыпки для обеспечения большей устойчивости. Недостатки - необходимость утяжеления конструкции путем добавления на основание пластинчатых базовых частей.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, - упрощение строительства и монтажа из готовых элементов и секций фундамента мелкого заложения для ВЭУ, обеспечение необходимой устойчивости и жесткости конструкции, предназначенной для поддержания ветроэнергетического оборудования, эксплуатируемого в суровых климатических условиях.
Данная проблема решается за счет того, что заявленное техническое решение - Модульный фундамент ветроэлектрической установки, состоящий из смежных модулей, размещенных вокруг центрального опорного модуля, отличается тем, что указанные смежные модули, радиально установленные на основании, выполнены в виде тонкостенных железобетонных коробов в форме трапециевидных призм, которые по смежным граням соединены анкерными болтовыми связями друг с другом, а по торцевым граням - с внешними гранями центрального модуля, выполненного в виде многогранной железобетонной полой призмы, причем для обеспечения жесткости и надежности все смежные и торцевые грани и болтовые соединения замоноличены, а полости коробов заполнены обратной засыпкой.
Отличительными признаками заявленной полезной модели от прототипа являются:
- структура: фундамент выполнен по модульному принципу, с минимумом бетонных и монтажных работ на строительной площадке ВЭУ;
- массивность и компактность: применение заполненных обратной засыпкой коробчатых внешних модулей обеспечивает увеличенный вес и уменьшенные габариты конструкции;
- жесткость: полосы жесткости в виде заполненных обратной засыпкой коробчатых модулей дополнены ребрами жесткости, образованными замоноличенными и жестко соединенными анкерными болтовыми связями гранями смежных модулей, что придает конструкции фундамента дополнительную жесткость;
- технологичность: модули конструкции выполнены в заводских условиях и смонтированы на месте установки с применением минимума строительно-монтажной техники и квалифицированного персонала.
Технический эффект данной конструкции - универсальность и модульность. Такой эффект позволяет использовать конструкцию в условиях со слабо развитой транспортной инфраструктурой и значительным удалением от технологических центров, использовать конструкцию с размещением основания фундамента на поверхности площадки или при размещении всей конструкции в котловане с обязательным утяжелением фундамента за счет обратной засыпки.
Проведенный анализ уровня техники не выявил источников информации, где было бы раскрыто техническое решение модульного фундамента ветроэлектрической установки, что позволяет сделать вывод о соответствии последнего критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется фигурами, на которых изображено:
на фиг. 1 - схема модульного фундамента ВЭУ (положение на поверхности площадки, уменьшено);
на фиг. 2 - схема крепления модулей между собой и центральным опорным модулем (уменьшено), на торце которого укреплена ВЭУ (фиг. 1).
Модульный фундамент мелкого заложения для ВЭУ (фиг. 1) установлен на основание 1 и содержит N-е количество модулей 2, радиально размещенных по отношению к центральному модулю 3 и прикрепленных к нему, на торце которого закреплена башня ВЭУ 4 анкерными болтами 5.
Каждый внешний модуль выполнен в форме тонкостенных коробов, имеющих форму правильной трапециевидной призмы, внешние грани которых соединены анкерными болтовыми связями 6 между собой и с торцевыми гранями центрального модуля 3, выполненным в виде многогранной (по числу внешних модулей) полой призмы (фиг. 2). Каждый модуль фундамента создан в заводских условиях и в сборе на месте образует монолитный фундамент мелкого заложения. Для обеспечения массивности фундамента использована обратная засыпка 7. Полосы жесткости в виде заполненных обратной засыпкой коробчатых модулей 7 дополнены ребрами жесткости, образованными замоноличенными и жестко соединенными анкерными болтовыми связями гранями смежных модулей (узел 6, фиг. 2), что придает конструкции фундамента дополнительную жесткость.
Полезная модель является легко возводимой конструкцией модульного типа, применяемой в суровых климатических условиях со слабо развитой транспортной инфраструктурой и значительным удалением от технологических центров.