牽索錨固式海上風機基礎的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種牽索錨固式海上風機基礎，主要適用于近海及深海海上風電場環(huán)境要求和技術特點的海上風機搭建，屬于海上風機基礎領域。主要技術方案為：鋼立柱頂部連接下法蘭盤，與風機塔筒底部的上法蘭盤通過螺栓固定，鋼立柱底部鉸接萬向接頭，使鋼立柱嵌固于海床，三根及以上牽索鋼纜連接于下法蘭盤和海床之間，實現鋼立柱與海床的牽拉固定。本發(fā)明使得風機基礎系統(tǒng)的剛度得以適當配置，在正常天氣和小風暴下，表現為剛性固定；在大風暴及颶風條件下，變?yōu)槿嵝越Y構，產生可恢復的結構變形耗散結構內力，防止結構體系破壞。
【專利說明】牽索錨固式海上風機基礎
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于海上風機基礎領域，涉及一種牽索錨固式海上風機基礎，主要適用于近海及深海海上風電場環(huán)境要求和技術特點的海上風機的搭建。
【背景技術】
[0002]由于離岸越遠，風資源條件越好，理論上離岸10km，風速提高25%，發(fā)電量可提高70%，故海上風電有從灘涂向近海乃至深海發(fā)展的趨勢。
[0003]目前，國內外常用的海上風機基礎形式包括:重力式基礎、單樁基礎、三樁式或導管架基礎、吸力式基礎及懸浮式基礎等。上述幾種基礎形式比較適合較深海域特點的有導管架基礎和懸浮式基礎。但是，導管架基礎(如:常規(guī)海上風機基礎)屬于剛性結構，高出海床部分結構完全依靠自身剛度抵抗各種荷載，隨著水深增加成本抬升很快，同時運輸安裝需要依賴大型專業(yè)安裝船，成本較高；懸浮式基礎在風浪流的共同作用下，具有六個方向自由度，響應復雜，對風機的變槳和偏航產生干擾，影響發(fā)電量甚至于整個系統(tǒng)結構的安全可靠性。
[0004]申請?zhí)枮?0121026502.5的中國專利提供了一種半潛式海上浮動風機基礎設計方案，該類型的基礎在風機荷載和波浪荷載作用下，基礎會產生不同程度的傾斜，進而影響到風機機組的運行。申請?zhí)枮?01310703698.9的中國專利提供了一種海上風機的導管架平臺設計方案，這種基礎結構尺寸較大，需要預加工場地大，桿件較多，加工制作和焊接工作量大，而且施工周期較長。申請?zhí)枮?01020200021.5的中國專利提供了一種樁基-混凝土承臺的風機基礎方案，對于這種海上風電機組基礎，中、大體積超重的混凝土結構處于高懸臂狀態(tài)，抗震不利，而且樁基為斜樁，打樁不便，施工周期長。

【發(fā)明內容】

[0005]為了克服現有的風機基礎的不足，本發(fā)明提供一種牽索錨固式海上風機基礎，該牽索錨固式風機基礎的牽索鋼纜，在正常天氣或小風暴條件下，表現為剛性不變形，保證結構穩(wěn)定；在大風暴或颶風條件下，牽索鋼纜帶動整個結構順應外部荷載響應，產生一定量的形變耗散外部荷載作用，減少結構本體的破壞風險。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明技術方案為:一種牽索錨固式海上風機基礎,其特征在于:鋼立柱頂部連接下法蘭盤，與風機塔筒底部的上法蘭盤通過螺栓固定，鋼立柱底部鉸接于萬向接頭，使鋼立柱嵌固于海床，三根及以上牽索鋼纜連接于下法蘭盤和海床之間，實現鋼立柱與海床的牽拉固定。
[0007]所述牽索鋼纜為三根、四根、六根或多根，圍繞鋼立柱呈中心對稱排列；所述鋼立柱的橫截面為圓形或正多邊形；所述鋼立柱包括變截面結構。
[0008]所述鋼立柱可替換為導管架。
[0009]所述牽索鋼纜與鋼立柱的夾角為40°?60°。
[0010]所述下法蘭盤為正多邊形或圓形。[0011 ] 在平均海深IOm?25m的近海領域使用該結構時，所述牽索鋼纜上加裝阻尼器，增加整體結構的柔性。
[0012]在平均海深25m?50m的深海領域使用該結構時，對牽索鋼纜進行預拉伸，形成張力腿，提高整體結構的剛性。
[0013]在平均海深50m?IOOm的深海領域使用該結構時，鋼立柱替換為等截面的導管架，對牽索鋼纜進行預拉伸，形成張力腿，提高整體結構的剛性。
[0014]鋼纜結構形式有三種:六股式(six strand),螺旋股式(spiral strand),多股式(multi strand)。螺旋股式結構具有較強的縱向剛度和扭轉平衡，旋轉損耗低，對于50m以上深?；A采用此種鋼纜結構。
[0015]所述鋼纜全沒于海平面以下，鋼立柱頂部連接下法蘭盤，在下法蘭盤上連接一個支柱，支柱兩端設置過渡法蘭盤，支柱下端的過渡法蘭盤與下法蘭盤連接，支柱上端的過渡法蘭盤與風機塔筒底部的上法蘭盤通過螺栓固定，鋼立柱底部鉸接萬向接頭，使鋼立柱嵌固于海床，三根及以上牽索鋼纜連接于下法蘭盤和海床之間，實現鋼立柱與海床的牽拉固定。
[0016]本發(fā)明有益效果是:使得風機基礎系統(tǒng)在正常天氣和小風暴下，表現為剛性固定；在大風暴及颶風條件下，變?yōu)槿嵝越Y構，產生可恢復的結構變形耗散結構內力，防止結構體系破壞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步說明。
[0018]圖1是本發(fā)明的牽索錨固式海上風機基礎的示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的牽索錨固式海上風機基礎的第一變型的示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明的牽索錨固式海上風機的示意圖。
[0021]圖4是本發(fā)明的牽索錨固式海上風機的第一變型示例的示意圖。
[0022]圖5是本發(fā)明的牽索錨固式海上風機的第二變型示例的示意圖。
[0023]圖6是本發(fā)明的牽索錨固式海上風機的一種較佳實施例。
[0024]圖中，1.牽索鋼纜，2.鋼立柱，3.萬向接頭，4.下法蘭盤，5.阻尼器，6.支柱，7.過渡法蘭盤，8.風機塔筒，9.上法蘭盤，10.風機機艙，11.風機葉片，12.導管架，13.測風塔架。
【具體實施方式】
[0025]以下參照附圖結構詳細描述本發(fā)明的實施例。
[0026]本發(fā)明一種牽索錨固式海上風機基礎，包括鋼立柱頂部連接下法蘭盤，與風機塔筒底部的上法蘭盤通過螺栓固定，鋼立柱底部鉸接萬向接頭，使鋼立柱嵌固于海床，三根及以上牽索鋼纜連接于下法蘭盤和海床之間，實現鋼立柱與海床的牽拉固定。
[0027]優(yōu)選地，所述牽索鋼纜為三根、四根、六根或多根，圍繞鋼立柱呈中心對稱排列。
[0028]優(yōu)選地，所述鋼立柱的橫截面為圓形或正多邊形。
[0029]優(yōu)選地，所述鋼立柱可以包括變截面結構。
[0030]優(yōu)選地，所述鋼立柱可替換為導管架。[0031]優(yōu)選地，所述牽索鋼纜與鋼立柱的夾角為40°?60。。
[0032]優(yōu)選地，所述下法蘭盤為等多邊形或圓形。
[0033]優(yōu)選地，在平均海深IOm?25m的深海領域使用該結構時，所述牽索鋼纜上加裝阻尼器，增加整體結構的柔性。
[0034]優(yōu)選地，在平均海深25m?50m的深海領域使用該結構時，對牽索鋼纜進行預拉伸，形成張力腿，提高整體結構的剛性。
[0035]優(yōu)選地，在平均海深50m?IOOm的深海領域使用該結構時，鋼立柱可替換為等截面的導管架，對牽索鋼纜進行預拉伸，形成張力腿，提高整體結構的剛性。
[0036]作為該結構的另一種變型，另一種牽索錨固式海上風機基礎，包括鋼立柱頂部連接下法蘭盤，在下法蘭盤上連接一個支柱，支柱兩端設置過渡法蘭盤，支柱下端的過渡法蘭盤與下法蘭盤連接，支柱上端的過渡法蘭盤與風機塔筒底部的上法蘭盤通過螺栓固定，鋼立柱底部鉸接萬向接頭，使鋼立柱嵌固于海床，三根及以上牽索鋼纜連接于下法蘭盤和海床之間，實現鋼立柱與海床的牽拉固定。
[0037]如圖1、圖3所示，一種牽索錨固式海上風機，應用于平均海深IOm?25m的海域，具體結構為:
鋼立柱2頂部連接下法蘭盤4，與風機塔筒8底部的上法蘭盤9通過高強度螺栓固定，風機塔筒8頂部與風機機艙10連接，在風機機艙10的輪轂上連接風機葉片11，鋼立柱2底部鉸接萬向接頭3，使鋼立柱I嵌固于海床，三根牽索鋼纜I連接于下法蘭盤4和海床之間，實現鋼立柱2與海床的牽拉固定，牽索鋼纜I和鋼立柱2的夾角為45 °，牽索鋼纜I圍繞鋼立柱呈中心對稱排列。
[0038]優(yōu)選地，所述牽索鋼纜I也可以為四根、六根及以上，圍繞鋼立柱2呈中心對稱排列。
[0039]優(yōu)選地，所述鋼立柱2的橫截面可以為多邊形、圓形或橢圓形。
[0040]優(yōu)選地，所述鋼立柱2可以包括變截面結構。
[0041]優(yōu)選地，所述牽索鋼纜I與鋼立柱2的夾角可以為45°?60°。
[0042]優(yōu)選地，所述下法蘭盤4可以為等多邊形或圓形。
[0043]優(yōu)選地，所述牽索鋼纜I上加裝阻尼器5，增加整體結構的柔性。
[0044]優(yōu)選地，在平均海深30m?60m的深海領域使用該結構時，對牽索鋼纜I進行預拉伸，形成張力腿，提高整體結構的剛性。
[0045]優(yōu)選地，如圖5所示，在平均海深60m?IOOm的深海領域使用該結構時，鋼立柱
2可替換為等截面的導管架12，對牽索鋼纜I進行預拉伸，形成張力腿，提高整體結構的剛性。
[0046]作為該結構的一種變型，如圖2、圖4所示，一種牽索錨固式風機，主要用于平均海深30m?60m的深海領域，具體結構為:鋼立柱2頂部連接下法蘭盤4，在下法蘭盤4上連接一個支柱6，支柱6兩端設置過渡法蘭盤7，支柱6下端的過渡法蘭盤7與下法蘭盤4連接，支柱6上端的過渡法蘭盤7與風機塔筒8底部的上法蘭盤9通過螺栓固定，風機塔筒8頂部與風機機艙10連接，在風機機艙10的輪轂上連接風機葉片11，鋼立柱2底部鉸接萬向接頭3，使鋼立柱I嵌固于海巖，四根牽索鋼纜I連接于下法蘭盤4和海床之間，實現鋼立柱2與海床的牽拉固定，牽索鋼纜I和鋼立柱2的夾角為45 °，牽索鋼纜I圍繞鋼立柱呈中心對稱排列。
[0047]如圖6所示，該種海上風機基礎設計方案不僅可以用于海上風機的固定和支撐，還能用于海上測風塔的安裝。將法蘭盤4與測風塔架的固定法蘭通過螺栓等方式進行連接，即組裝為一座海上測風塔，適用范圍廣泛。
[0048]本發(fā)明牽索錨固式海上風機，法蘭盤以下部分整體錨固于海床，鋼立柱的計算長度等于其自身高度，只有法蘭盤以上部分為懸臂結構，大大減小了風機支撐結構的計算長度。結構體系可分解為法蘭盤之下的廣義風機基礎和法蘭盤之上常規(guī)塔筒及風機本體的二元體結構。
[0049]鋼立柱采用萬向接頭嵌固于海巖，使風機塔筒結構在風暴的作用下可小角度內擺動，有效避免了傳統(tǒng)的單樁固定式基礎的施工困難、結構疲勞性能差等缺點；使用牽索鋼纜提高整體結構的強度，有效避免整體結構在強風作用下的顫振。
[0050]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種牽索錨固式海上風機基礎，其特征在于:鋼立柱(2)頂部連接下法蘭盤(4)，與風機塔筒(8)底部的上法蘭盤(9)通過螺栓固定，鋼立柱(2)底部鉸接于萬向接頭(3)，使鋼立柱(2)嵌固于海床，三根或者三根以上牽索鋼纜(I)連接于下法蘭盤(4)和海床之間，實現鋼立柱與海床的牽拉固定。
2.根據權利要求1所述的牽索錨固式海上風機基礎，其特征在于:所述牽索鋼纜(I)為三根、四根、六根或多根，圍繞鋼立柱呈中心對稱排列。
3.根據權利要求1所述的牽索錨固式海上風機基礎，其特征在于:所述鋼立柱(2)可替換為導管架(12);所述鋼立柱(2)的橫截面為圓形或正多邊形；所述鋼立柱(2)包括變截面結構。
4.根據權利要求1所述的牽索錨固式海上風機基礎，其特征在于:所述牽索鋼纜(I)與鋼立柱(2)的之間夾角為40°?60°。
5.根據權利要求1所述的牽索錨固式海上風機基礎，其特征在于:所述下法蘭盤(4)為正多邊形或圓形。
6.根據權利要求1所述的牽索錨固式海上風機基礎，其特征在于:在平均海深IOm?25m的近海領域使用權利要求1結構時，所述牽索鋼纜(I)上可加裝阻尼器，增加整體結構的柔性。
7.根據權利要求1所述的牽索錨固式海上風機基礎，其特征在于:在平均海深25m?50m的深海領域使用權利要求1結構時，對牽索鋼纜(I)進行預拉伸，形成張力腿，提高整體結構的剛性。
8.根據權利要求1所述的牽索錨固式海上風機基礎，其特征在于:在平均海深50m?IOOm的深海領域使用權利要求1結構時，鋼立柱(2)采用為等截面的導管架，對牽索鋼纜進行預拉伸，形成張力腿，提高整體結構的剛性。
9.根據權利要求1所述的牽索錨固式海上風機基礎，其特征在于:鋼纜結構形式有三種:六股式，螺旋股式和多股式，螺旋股式結構具有較強的縱向剛度和扭轉平衡，旋轉損耗低，對于50m以上深?；A采用此種鋼纜結構。
10.根據權利要求1所述的牽索錨固式海上風機基礎，其特征在于鋼纜全浸于海平面以下，鋼立柱(2)頂部連接下法蘭盤(4)，在下法蘭盤(4)上連接一個支柱(6)，支柱(6)兩端設置過渡法蘭盤(7)，支柱(6)下端的過渡法蘭盤(7)與下法蘭盤(4)連接，支柱(6)上端的過渡法蘭盤(7)與風機塔筒(8)底部的上法蘭盤(9)通過螺栓固定，鋼立柱(2)底部鉸接萬向接頭(3)，使鋼立柱嵌固于海床，三根或三根以上牽索鋼纜連接于下法蘭盤(4)和海床之間，實現鋼立柱(2)與海床的牽拉固定。
【文檔編號】E02D27/42GK103953059SQ201410183383
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權日:2014年5月4日
【發(fā)明者】王斯偉, 范守元, 白寶華 申請人:云南省電力設計院