牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，主要適用于近海及深海海上風(fēng)電場環(huán)境要求和技術(shù)特點的海上風(fēng)機搭建，屬于海上風(fēng)機基礎(chǔ)領(lǐng)域。主要技術(shù)方案為：鋼立柱頂部連接下法蘭盤，與風(fēng)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(xiàn)鋼立柱與海床的牽拉固定。本實用新型使得風(fēng)機基礎(chǔ)系統(tǒng)的剛度得以適當(dāng)配置，在正常天氣和小風(fēng)暴下，表現(xiàn)為剛性固定；在大風(fēng)暴及颶風(fēng)條件下，變?yōu)槿嵝越Y(jié)構(gòu)，產(chǎn)生可恢復(fù)的結(jié)構(gòu)變形耗散結(jié)構(gòu)內(nèi)力，防止結(jié)構(gòu)體系破壞。
【專利說明】牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于海上風(fēng)機基礎(chǔ)領(lǐng)域，涉及一種牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，主要適用于近海及深海海上風(fēng)電場環(huán)境要求和技術(shù)特點的海上風(fēng)機的搭建。

【背景技術(shù)】
[0002]由于離岸越遠(yuǎn)，風(fēng)資源條件越好，理論上離岸10km，風(fēng)速提高25%，發(fā)電量可提高70%，故海上風(fēng)電有從灘涂向近海乃至深海發(fā)展的趨勢。
[0003]目前，國內(nèi)外常用的海上風(fēng)機基礎(chǔ)形式包括:重力式基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)、三樁式或?qū)Ч芗芑A(chǔ)、吸力式基礎(chǔ)及懸浮式基礎(chǔ)等。上述幾種基礎(chǔ)形式比較適合較深海域特點的有導(dǎo)管架基礎(chǔ)和懸浮式基礎(chǔ)。但是，導(dǎo)管架基礎(chǔ)(如:常規(guī)海上風(fēng)機基礎(chǔ))屬于剛性結(jié)構(gòu)，高出海床部分結(jié)構(gòu)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(chǔ)在風(fēng)浪流的共同作用下，具有六個方向自由度，響應(yīng)復(fù)雜，對風(fēng)機的變槳和偏航產(chǎn)生干擾，影響發(fā)電量甚至于整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(fēng)機基礎(chǔ)設(shè)計方案，該類型的基礎(chǔ)在風(fēng)機荷載和波浪荷載作用下，基礎(chǔ)會產(chǎn)生不同程度的傾斜，進(jìn)而影響到風(fēng)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(fēng)機的導(dǎo)管架平臺設(shè)計方案，這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸較大，需要預(yù)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(fēng)機基礎(chǔ)方案，對于這種海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)，中、大體積超重的混凝土結(jié)構(gòu)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(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有的風(fēng)機基礎(chǔ)的不足，本實用新型提供一種牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，該牽索錨固式風(fēng)機基礎(chǔ)的牽索鋼纜，在正常天氣或小風(fēng)暴條件下，表現(xiàn)為剛性不變形，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；在大風(fēng)暴或颶風(fēng)條件下，牽索鋼纜帶動整個結(jié)構(gòu)順應(yīng)外部荷載響應(yīng)，產(chǎn)生一定量的形變耗散外部荷載作用，減少結(jié)構(gòu)本體的破壞風(fēng)險。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型技術(shù)方案為:一種牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ),其特征在于:鋼立柱頂部連接下法蘭盤，與風(fēng)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(xiàn)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(jié)構(gòu)。
[0008]所述鋼立柱可替換為導(dǎo)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1m?25m的近海領(lǐng)域使用該結(jié)構(gòu)時，所述牽索鋼纜上加裝阻尼器，增加整體結(jié)構(gòu)的柔性。
[0012]在平均海深25m?50m的深海領(lǐng)域使用該結(jié)構(gòu)時，對牽索鋼纜進(jìn)行預(yù)拉伸，形成張力腿，提高整體結(jié)構(gòu)的剛性。
[0013]在平均海深50m?10m的深海領(lǐng)域使用該結(jié)構(gòu)時，鋼立柱替換為等截面的導(dǎo)管架，對牽索鋼纜進(jìn)行預(yù)拉伸，形成張力腿，提高整體結(jié)構(gòu)的剛性。
[0014]鋼纜結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)具有較強的縱向剛度和扭轉(zhuǎn)平衡，旋轉(zhuǎn)損耗低，對于50m以上深海基礎(chǔ)采用此種鋼纜結(jié)構(gòu)。
[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(shè)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(fēng)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(xiàn)鋼立柱與海床的牽拉固定。
[0016]本實用新型有益效果是:使得風(fēng)機基礎(chǔ)系統(tǒng)在正常天氣和小風(fēng)暴下，表現(xiàn)為剛性固定；在大風(fēng)暴及颶風(fēng)條件下，變?yōu)槿嵝越Y(jié)構(gòu)，產(chǎn)生可恢復(fù)的結(jié)構(gòu)變形耗散結(jié)構(gòu)內(nèi)力，防止結(jié)構(gòu)體系破壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0018]圖1是本實用新型的牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)的示意圖。
[0019]圖2是本實用新型的牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)的第一變型的示意圖。
[0020]圖3是本實用新型的牽索錨固式海上風(fēng)機的示意圖。
[0021]圖4是本實用新型的牽索錨固式海上風(fēng)機的第一變型示例的示意圖。
[0022]圖5是本實用新型的牽索錨固式海上風(fēng)機的第二變型示例的示意圖。
[0023]圖6是本實用新型的牽索錨固式海上風(fēng)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(fēng)機塔筒，9.上法蘭盤，10.風(fēng)機機艙，11.風(fēng)機葉片，12.導(dǎo)管架，13.測風(fēng)塔架。

【具體實施方式】
[0025]以下參照附圖結(jié)構(gòu)詳細(xì)描述本實用新型的實施例。
[0026]本實用新型一種牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，包括鋼立柱頂部連接下法蘭盤，與風(fēng)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(xiàn)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(jié)構(gòu)。
[0030]優(yōu)選地，所述鋼立柱可替換為導(dǎo)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1m?25m的深海領(lǐng)域使用該結(jié)構(gòu)時，所述牽索鋼纜上加裝阻尼器，增加整體結(jié)構(gòu)的柔性。
[0034]優(yōu)選地，在平均海深25m?50m的深海領(lǐng)域使用該結(jié)構(gòu)時，對牽索鋼纜進(jìn)行預(yù)拉伸，形成張力腿，提高整體結(jié)構(gòu)的剛性。
[0035]優(yōu)選地，在平均海深50m?10m的深海領(lǐng)域使用該結(jié)構(gòu)時，鋼立柱可替換為等截面的導(dǎo)管架，對牽索鋼纜進(jìn)行預(yù)拉伸，形成張力腿，提高整體結(jié)構(gòu)的剛性。
[0036]作為該結(jié)構(gòu)的另一種變型，另一種牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，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(shè)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(fēng)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(xiàn)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(fēng)機，應(yīng)用于平均海深1m?25m的海域，具體結(jié)構(gòu)為:
[0038]鋼立柱2頂部連接下法蘭盤4，與風(fēng)機塔筒8底部的上法蘭盤9通過高強度螺栓固定，風(fēng)機塔筒8頂部與風(fēng)機機艙10連接，在風(fēng)機機艙10的輪轂上連接風(fēng)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(xiàn)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。
[0039]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。
[0040]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。
[0041]優(yōu)選地，所述鋼立柱2可以包括變截面結(jié)構(gòu)。
[0042]優(yōu)選地，所述牽索鋼纜I與鋼立柱2的夾角可以為45°?60 °。
[0043]優(yōu)選地，所述下法蘭盤4可以為等多邊形或圓形。
[0044]優(yōu)選地，所述牽索鋼纜I上加裝阻尼器5，增加整體結(jié)構(gòu)的柔性。
[0045]優(yōu)選地，在平均海深30m?60m的深海領(lǐng)域使用該結(jié)構(gòu)時，對牽索鋼纜I進(jìn)行預(yù)拉伸，形成張力腿，提高整體結(jié)構(gòu)的剛性。
[0046]優(yōu)選地，如圖5所示，在平均海深60m?10m的深海領(lǐng)域使用該結(jié)構(gòu)時，鋼立柱2可替換為等截面的導(dǎo)管架12，對牽索鋼纜I進(jìn)行預(yù)拉伸，形成張力腿，提高整體結(jié)構(gòu)的剛性。
[0047]作為該結(jié)構(gòu)的一種變型，如圖2、圖4所示，一種牽索錨固式風(fēng)機，主要用于平均海深30m?60m的深海領(lǐng)域，具體結(jié)構(gòu)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(shè)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(fēng)機塔筒8底部的上法蘭盤9通過螺栓固定，風(fēng)機塔筒8頂部與風(fēng)機機艙10連接，在風(fēng)機機艙10的輪轂上連接風(fēng)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(xiàn)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。
[0048]如圖6所示，該種海上風(fēng)機基礎(chǔ)設(shè)計方案不僅可以用于海上風(fēng)機的固定和支撐，還能用于海上測風(fēng)塔的安裝。將法蘭盤4與測風(fēng)塔架的固定法蘭通過螺栓等方式進(jìn)行連接，即組裝為一座海上測風(fēng)塔，適用范圍廣泛。
[0049]本實用新型牽索錨固式海上風(fēng)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(jié)構(gòu)，大大減小了風(fēng)機支撐結(jié)構(gòu)的計算長度。結(jié)構(gòu)體系可分解為法蘭盤之下的廣義風(fēng)機基礎(chǔ)和法蘭盤之上常規(guī)塔筒及風(fēng)機本體的二元體結(jié)構(gòu)。
[0050]鋼立柱采用萬向接頭嵌固于海巖，使風(fēng)機塔筒結(jié)構(gòu)在風(fēng)暴的作用下可小角度內(nèi)擺動，有效避免了傳統(tǒng)的單樁固定式基礎(chǔ)的施工困難、結(jié)構(gòu)疲勞性能差等缺點；使用牽索鋼纜提高整體結(jié)構(gòu)的強度，有效避免整體結(jié)構(gòu)在強風(fēng)作用下的顫振。
[0051]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，其特征在于:鋼立柱(2)頂部連接下法蘭盤(4)，與風(fēng)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，三根牽索鋼纜(I)連接于下法蘭盤(4)和海床之間，實現(xiàn)鋼立柱與海床的牽拉固定； 所述的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(shè)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(fēng)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，三根牽索鋼纜連接于下法蘭盤(4)和海床之間，實現(xiàn)鋼立柱(2)與海床的牽拉固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，其特征在于:所述牽索鋼纜(I)為三根、四根或六根，圍繞鋼立柱呈中心對稱排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，其特征在于:所述鋼立柱(2)可替換為導(dǎo)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(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，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(jù)權(quán)利要求1所述的牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，其特征在于:所述下法蘭盤(4)為正多邊形或圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，其特征在于:所述牽索鋼纜(I)上加裝阻尼器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，其特征在于:對牽索鋼纜(I)進(jìn)行預(yù)拉伸，形成張力腿。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，其特征在于:鋼立柱(2)采用為等截面的導(dǎo)管架。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽索錨固式海上風(fēng)機基礎(chǔ)，其特征在于:鋼纜結(jié)構(gòu)形式有兩種:六股式和螺旋股式。
【文檔編號】E02D27/42GK204252153SQ201420222774
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)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(shè)計院