一种适用于深水条件的组合式海上风机基础及其安装工法

摘要

本发明公开一种适用于深水条件的组合式海上风机基础及其安装工法。其中，适用于深水条件的组合式海上风机基础，包括群桩基础结构、防沉板、桁架结构、检修维护平台以及浮筒、锚链和锚固基础结构，群桩基础结构包括若干深层桩且每一深层桩均嵌入固定在海床中，防沉板与群桩基础结构连接，桁架结构底部与防沉板连接，检修维护平台与桁架结构顶部连接，浮筒套设在桁架结构的外围，浮筒周向上均匀连接设有若干锚链且每一锚链的另一端均通过锚固基础结构固定在海床上。本发明通过群桩基础结构、桁架结构共同支撑风机结构，而浮筒、锚链和锚固基础结构组成的系泊系统可进一步约束风机结构的位移，从而增加海上风机基础的承载力，保障风机结构的安全。

权利要求

1.一种适用于深水条件的组合式海上风机基础，其特征在于：包括群桩基础结构、防沉板、桁架结构、检修维护平台以及浮筒、锚链和锚固基础结构，所述群桩基础结构包括若干深层桩且每一深层桩均嵌入固定在海床中，所述防沉板与群桩基础结构连接，所述桁架结构底部与防沉板连接，所述检修维护平台与桁架结构顶部连接，所述浮筒套设在桁架结构的外围，并使浮筒低于海平面，在水位变化时浮筒提供足够的浮力，使浮筒上的锚链始终保持张紧状态，浮筒周向上均匀连接设有若干锚链且每一锚链的另一端均通过锚固基础结构固定在海床上，所述防沉板底面设有与群桩基础结构中深层桩的数量、尺寸匹配的套筒，防沉板与群桩基础结构连接时，群桩基础结构中每一深层桩对应插入防沉板上每一套筒并与之连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于深水条件的组合式海上风机基础，其特征在于：所述桁架结构包括若干主导管以及焊接设置在各主导管之间的若干支撑结构。

3.根据权利要求2所述的一种适用于深水条件的组合式海上风机基础，其特征在于：所述支撑结构包括X型变径支撑杆和水平支撑杆。

4.根据权利要求1所述的一种适用于深水条件的组合式海上风机基础，其特征在于：所述锚固基础结构为深层桩且其顶部设有固定铰支座。

5.根据权利要求1所述的一种适用于深水条件的组合式海上风机基础，其特征在于：所述锚固基础结构为抓力锚或吸力锚。

6.一种根据权利要求1‑4任意一项所述的适用于深水条件的组合式海上风机基础的安装工法，其特征在于：包括如下步骤：桩基定位后，将群桩基础结构和锚固基础结构的深层桩一一打入海床中，并使之嵌入深层持力层，随后注入灌浆材料填充间隙；

拼装桁架结构并使之与防沉板连接，随后将其起吊至预定位置，使防沉板上所设套筒一一对应沉入群桩基础结构的每一深层桩，调平防沉板后，将套筒与深层桩灌浆连接以及螺栓连接；

将浮筒套设在桁架结构上，随后将浮筒上的锚链一一对应与锚固基础结构中深层桩顶部所设的固定铰支座连接，并使浮筒低于海平面；

将检修维护平台安装至桁架结构顶部，并使检修维护平台高于海平面。

7.根据权利要求1‑3、5任意一项所述的一种适用于深水条件的组合式海上风机基础的安装工法，其特征在于：包括如下步骤：桩基定位后，将群桩基础结构的深层桩一一打入海床中，并使之嵌入深层持力层，随后注入灌浆材料填充间隙；

拼装桁架结构并使之与防沉板连接，随后将其起吊至预定位置，使防沉板上所设套筒一一对应沉入每一深层桩，调平防沉板后，将套筒与深层桩灌浆连接以及螺栓连接；

将浮筒套设在桁架结构上，随后将浮筒上的锚链通过抓力锚或吸力锚固定在海床上，并使浮筒低于海平面；

将检修维护平台安装至桁架结构顶部，并使检修维护平台高于海平面。

说明书

一种适用于深水条件的组合式海上风机基础及其安装工法

技术领域

[0001] 本发明涉及海上风机基础技术领域，尤其涉及一种适用于深水条件的组合式海上风机基础及其安装工法。

背景技术

[0002] 近年来，国际上为了应对全球气候变暖，实现能源利用的可持续发展，大力开发新型清洁能源。风力发电作为新能源领域中技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式，获得了迅猛发展。随着风电机组从陆地延伸到海上，海上风电正成为新能源领域发展的重点。

[0003] 目前，近海浅水条件的风机基础型式广泛采用固定式基础。其中，桩基础通过动力或静压沉桩贯入海床土层，通过大尺寸和长埋深来实现对上部荷载的平衡，相对于其他海上风机固定式基础，桩基础具有结构简单、荷载传递方式明确、便于工业化生产等优势。然而，随着海上风电进一步进入深水环境，传统的固定式基础在风机及环境荷载下易出现较大的转角，很难满足海上风机运行严苛的位移要求。另外，虽然漂浮式基础的建设成本在深水环境中具有一定的优势，但其在海洋环境中仍有较大的漂移和倾斜，影响风电机组的正常运行，导致发电效率较低。因此，未来深水条件的海上风电开发亟需一种承载刚度大、施工便捷、成本低廉的新型风机基础。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种适用于深水条件的组合式海上风机基础及其安装工法，针对深水恶劣海洋环境，通过群桩基础结构、桁架结构共同支撑风机结构，当风机结构受到较大的环境荷载时，浮筒、锚链和锚固基础结构组成的系泊系统可进一步约束风机结构的位移，从而增加海上风机基础的承载力，保障风机结构的安全。

[0005] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种适用于深水条件的组合式海上风机基础及其安装工法。

[0007] 其中，适用于深水条件的组合式海上风机基础，包括群桩基础结构、防沉板、桁架结构、检修维护平台以及浮筒、锚链和锚固基础结构，所述群桩基础结构包括若干深层桩且每一深层桩均嵌入固定在海床中，所述防沉板与群桩基础结构连接，所述桁架结构底部与防沉板连接，所述检修维护平台与桁架结构顶部连接，所述浮筒套设在桁架结构的外围，浮筒周向上均匀连接设有若干锚链且每一锚链的另一端均通过锚固基础结构固定在海床上。

[0008] 进一步的，所述防沉板底面设有与群桩基础结构中深层桩的数量、尺寸匹配的套筒，防沉板与群桩基础结构连接时，群桩基础结构中每一深层桩对应插入防沉板上每一套筒并与之连接。

[0009] 进一步的，所述桁架结构包括若干主导管以及焊接设置在各主导管之间的若干支撑结构。

[0010] 进一步的，所述支撑结构包括X型变径支撑杆和水平支撑杆。

[0011] 进一步的，所述锚固基础结构为深层桩且其顶部设有固定铰支座。

[0012] 进一步的，所述锚固基础结构为抓力锚或吸力锚。

[0013] 其中，适用于深水条件的组合式海上风机基础的安装工法，包括如下步骤：

[0014] 桩基定位后，将群桩基础结构和锚固基础结构的深层桩一一打入海床中，并使之嵌入深层持力层，随后注入灌浆材料填充间隙；

[0015] 拼装桁架结构并使之与防沉板连接，随后将其起吊至预定位置，使防沉板上所设套筒一一对应沉入群桩基础结构的每一深层桩，调平防沉板后，将套筒与深层桩灌浆连接以及螺栓连接；

[0016] 将浮筒套设在桁架结构上，随后将浮筒上的锚链一一对应与锚固基础结构中深层桩顶部所设的固定铰支座连接，并使浮筒低于海平面；

[0017] 将检修维护平台安装至桁架结构顶部，并使检修维护平台高于海平面。

[0018] 其中，适用于深水条件的组合式海上风机基础的安装工法，包括如下步骤：

[0019] 桩基定位后，将群桩基础结构的深层桩一一打入海床中，并使之嵌入深层持力层，随后注入灌浆材料填充间隙；

[0020] 拼装桁架结构并使之与防沉板连接，随后将其起吊至预定位置，使防沉板上所设套筒一一对应沉入每一深层桩，调平防沉板后，将套筒与深层桩灌浆连接以及螺栓连接；

[0021] 将浮筒套设在桁架结构上，随后将浮筒上的锚链通过抓力锚或吸力锚固定在海床上，并使浮筒低于海平面；

[0022] 将检修维护平台安装至桁架结构顶部，并使检修维护平台高于海平面。本发明的有益效果为：

[0023] 1、本发明研究了一种适用于深水条件的组合式海上风机基础，针对基岩埋深较深的海况，桁架结构可以降低波浪和水流的荷载作用，强度高，重量轻，承载力大，并且能够有效解决水下连接的问题，同时，主导管具有较高的结构刚度，可以提高整体一阶频率，适用于深水条件下的海上风机基础。

[0024] 2、在桁架结构的外围设置浮筒并使浮筒低于海平面，在水位变化时浮筒提供足够的浮力，使浮筒上的锚链始终保持张紧状态，即使在深水条件下，桁架结构也不会发生太大的偏移，以此平衡风机结构传递的荷载以及海洋环境的荷载，增强整体稳定性。

[0025] 3、与现有技术相比，本发明具有更深的适用范围，适用水深可达百米，而且与传统漂浮式深水风电基础相比，本发明极大地节省了施工成本，且安装速度较快，质量易保证。

附图说明

[0026] 图1为本发明实施例1中组合式海上风机基础的结构示意图；

[0027] 图2为本发明实施例2中组合式海上风机基础的结构示意图。

[0028] 标注说明：1、风机塔筒，2、斜撑杆，3、检修维护平台，4、海平面，5、浮筒，6、锚链，7、固定铰支座，8、深层桩，9、主导管，10、水平支撑杆，11、X型变径支撑杆，12、防沉板，13、海床，14、套筒，15、抓力锚。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0030] 首先，对组合式海上风机基础的结构进行具体介绍。

[0031] 请参阅图1‑2所示，一种适用于深水条件的组合式海上风机基础，包括群桩基础结构、防沉板12、桁架结构、检修维护平台3以及浮筒5、锚链6和锚固基础结构。

[0032] 群桩基础结构包括若干深层桩8且每一深层桩8均嵌入固定在海床13中，防沉板12与群桩基础结构连接，桁架结构底部与防沉板12连接，检修维护平台3与桁架结构顶部连接。

[0033] 防沉板12底面设有与群桩基础结构中深层桩8的数量、尺寸匹配的套筒14，图中，深层桩8和套筒14的数量为4，防沉板12与群桩基础结构连接时，群桩基础结构中每一深层桩8对应插入防沉板12上每一套筒14并与之连接。

[0034] 桁架结构包括若干主导管9以及焊接设置在各主导管9之间的若干支撑结构，图中，主导管9的数量为4，也就是说，桁架结构为桁架式整体钢构架立柱结构，更进一步的，可以将其设计为方形。具体的，支撑结构包括X型变径支撑杆11和水平支撑杆10。

[0035] 浮筒5套设在桁架结构的外围，浮筒5周向上均匀连接设有若干锚链6且每一锚链6的另一端均通过锚固基础结构固定在海床13上，为提高平衡性，锚链6的数量不小于3。作为其中一种实施方式，锚固基础结构为深层桩8且其顶部设有固定铰支座7。作为另一种实施方式，锚固基础结构为抓力锚15或吸力锚。

[0036] 上述技术方案中，风机结构自重及竖向荷载主要通过桁架结构传递至桁架结构底部的群桩基础结构，并进一步由通过浅层土的摩擦力和桩底的持力层承担，而恶劣海况下(风浪较大时)，风机结构和桁架结构受到风浪作用引起的巨大水平荷载主要由浮筒5上的锚链6传递至锚固基础。

[0037] 下面，对组合式海上风机基础的安装工法进行具体介绍。

[0038] 实施例1：

[0039] 请参阅图1所示，一种适用于深水条件的组合式海上风机基础的安装工法，包括如下步骤：

[0040] 桩基定位后，采用打桩船或浮吊设备配合液压锤进行吊桩、立桩、插桩、锤击沉桩等施工步骤，将群桩基础结构和锚固基础结构的深层桩8一一打入海床13中，并使之嵌入深层持力层，随后注入灌浆材料填充间隙；

[0041] 拼装桁架结构并使之与防沉板12连接，一般采用焊接，随后用起重船将其起吊至预定位置，使防沉板12上所设套筒14一一对应沉入群桩基础结构的每一深层桩8，调平防沉板12后，将套筒14与深层桩8灌浆连接以及螺栓连接；

[0042] 将浮筒5套设在桁架结构上，随后将浮筒5上的锚链6一一对应与锚固基础结构中深层桩8顶部所设的固定铰支座7连接，并使浮筒5低于海平面4；

[0043] 将检修维护平台3安装至桁架结构顶部，并使检修维护平台3高于海平面4。桁架结构与检修维护平台3连接处应进行加强连接。

[0044] 海上风机基础安装完成后，将风机通过风机塔筒1安装至检修维护平台3，风机塔筒1周向上设有若干与检修维护平台3相连的斜撑杆2。防沉板12的尺寸应原大于检修维护平台3的尺寸，在实际工况中，还可以根据海洋洋流和风力的情况调整斜撑杆2的数量和防沉板12的大小，以确保风机结构足够稳定。

[0045] 实施例2：

[0046] 请参阅图2所示，一种适用于深水条件的组合式海上风机基础的安装工法，包括如下步骤：

[0047] 桩基定位后，采用打桩船或浮吊设备配合液压锤进行吊桩、立桩、插桩、锤击沉桩等施工步骤，将群桩基础结构的深层桩8一一打入海床13中，并使之嵌入深层持力层，随后注入灌浆材料填充间隙；

[0048] 拼装桁架结构并使之与防沉板12连接，一般采用焊接，随后用起重船将其起吊至预定位置，使防沉板12上所设套筒14一一对应沉入每一深层桩8，调平防沉板12后，将套筒14与深层桩8灌浆连接以及螺栓连接；

[0049] 将浮筒5套设在桁架结构上，随后将浮筒5上的锚链6通过抓力锚15或吸力锚固定在海床13上，并使浮筒5低于海平面4；

[0050] 将检修维护平台3安装至桁架结构顶部，并使检修维护平台3高于海平面4。桁架结构与检修维护平台3连接处应进行加强连接。

[0051] 海上风机基础安装完成后，将风机通过风机塔筒1安装至检修维护平台3，风机塔筒1周向上设有若干与检修维护平台3相连的斜撑杆2。防沉板12的尺寸应原大于检修维护平台3的尺寸，在实际工况中，还可以根据海洋洋流和风力的情况调整斜撑杆2的数量和防沉板12的大小，以确保风机结构足够稳定。

[0052] 上述两实施方式中，浮筒5设置在桁架结构的外围且低于海平面4，即使桁架结构发生偏移，也会受到浮筒5及锚链6的约束。随着水位的变化，浮筒5可以确保锚链6一直处于张紧状态。

[0053] 总的来说，本发明优点如下：

[0054] 1、针对基岩埋深较深的海况，桁架结构可以降低波浪和水流的荷载作用，强度高，重量轻，承载力大，并且能够有效解决水下连接的问题，同时，主导管9具有较高的结构刚度，可以提高整体一阶频率，适用于深水条件下的海上风机基础；

[0055] 2、在桁架结构的外围设置浮筒5并使浮筒5低于海平面4，在水位变化时浮筒5提供足够的浮力，使浮筒5上的锚链6始终保持张紧状态，即使在深水条件下，桁架结构也不会发生太大的偏移，以此平衡风机结构传递的荷载以及海洋环境的荷载，增强整体稳定性；

[0056] 3、与现有技术相比，本发明具有更深的适用范围，适用水深可达百米，而且与传统漂浮式深水风电基础相比，本发明极大地节省了施工成本，且安装速度较快，质量易保证。

[0057] 当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。