一种可浮运的海上风电浮式基础及其施工方法技术

本发明专利技术属于海上风电基础技术领域，公开了一种可浮运的海上风电浮式基础及其施工方法，由浮式平台和系泊系统组成，浮式平台包括立柱、浮箱、倾斜撑杆，系泊系统包括斜系泊线、直系泊线和锚固基础；施工时将安装有上部风机塔筒的浮式平台和系泊系统分别拖航，锚固基础下沉并嵌入海底；斜系泊线上端伸入第一预留孔道、直系泊线上端穿过第二预留孔道和倾斜撑杆，斜系泊线和直系泊线在浮式平台下沉到位后锚固。本发明专利技术在拖航时能够提供足够浮稳性，在位状态时受波浪荷载影响小；实现水上分层张拉系统，降低水下安装系泊线的难度；锚固基础利用压载重和摩擦阻力提供抗拔力，并通过堆载和内外压差贯入海床，施工方便。

【技术实现步骤摘要】
一种可浮运的海上风电浮式基础及其施工方法
本专利技术属于海上风电基础
，具体的说，是涉及一种可浮运的海上风电浮式基础及其施工方法，稳定性较好，施工安装方便，工程造价和安装成本低。
技术介绍
漂浮式基础的概念来源于深海油气开发平台，是指基础不与海床直接接触，而通过锚索或缆绳将其与海底相连，使风电机组可在某一相对固定区域内自由移动，该类基础目前主要处于研发和示范阶段，但对海洋环境的适应性较强，与着床式基础相比施工难度较小、运维成本低，因此在发展深海风电方面具有良好的应用前景。与近海相比，深海环境更加恶劣，存在着海流、波浪、潮汐、内波等多种水文现象以及腐蚀、冲刷、淘空等长期理化作用，对风机基础、海底电缆、海上平台集成等技术无疑提出了更严苛的要求。考虑到技术难度和建设成本的因素，固定式基础已不再适用，深海风电场主要采用浮式基础。现有海上风电浮式基础的主要型式有：Spar型、TLP型和半潜型基础。Spar型基础水线面小，受波浪荷载影响小，适用于水深较深的海域，安装移动不便；TLP型基础运动性能较好，系泊采用张力筋腱，成本较高，受水深限制大；半潜型基础可浮运拖航，但较大的水线面使其受波浪荷载影响大，稳定性较差。上述基础形式在稳定性和经济性方面各自有不同的弊端，且三种基础型式系泊线均需水下安装，施工难度较大。
技术实现思路
本专利技术要解决的是海上风电浮式基础在风浪荷载下运动响应较大，以及水下施工过程复杂成本较高的技术问题，提供了一种可浮运的海上风电浮式基础及其施工方法，该基础形式水线面较小，稳定性好，其施工安装方便，安装成本低，可使海上风电浮式基础更好的应用于实际工程。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种可浮运的海上风电浮式基础，由浮式平台和系泊系统组成；所述浮式平台包括均为空心结构的立柱、浮箱、倾斜撑杆，所述立柱上端用于连接风机塔筒，所述立柱下端与所述浮箱固定连接，所述立柱与所述浮箱之间连接有多根周向均布的倾斜撑杆；所述浮箱中心设置有与所述立柱相连通的第一预留孔道，所述第一预留孔道内部设置有环向内板，所述环向内板与所述浮箱的底板固定连接；所述浮箱内部设置有径向分舱板和环向分舱板，所述径向分舱板和所述环向分舱板将所述浮箱内部划分多个分舱室，每个分舱室均设有可进行水气置换的阀门系统；每道径向分舱板上设置有第二预留孔道，所述第二预留孔道的数量与所述倾斜撑杆相同且与所述倾斜撑杆下端逐一对应连接并相通，所述倾斜撑杆上端与所述立柱相连通；所述系泊系统包括斜系泊线、直系泊线和锚固基础，所述斜系泊线和所述直系泊线下端均锚固于所述锚固基础；多根所述斜系泊线由下至上从外部向中心倾斜设置在所述锚固基础与所述浮箱之间，所述斜系泊线上端伸入所述浮箱内部的所述第一预留孔道并锚固于所述环向内板；多根所述直系泊线竖直设置在所述锚固基础与所述浮箱之间，所述直系泊线的数量与所述第二预留孔道和所述倾斜撑杆的数量相同，其上端分别穿过所述浮箱内部的所述第二预留孔道，并由所述倾斜撑杆穿至所述立柱内部并锚固于所述立柱；所述锚固基础包括锚固板体，该锚固板体上部边沿设置有筒壁、下部边沿设置筒裙。优选地，所述第二预留孔道与所述倾斜撑杆以弧度平滑相接。优选地，所述直系泊线的数量为3-8根，所述斜系泊线的数量为所述直系泊线的2倍。优选地，所述斜系泊线与竖直方向的夹角为3°～60°。优选地，所述斜系泊线和所述直系泊线上端在锚固前均设置有浮标球，锚固后的每个锚固点均设有维护装置。优选地，所述斜系泊线和所述直系泊线的外露部分均采用橡胶套管包裹。一种所述可浮运的海上风电浮式基础的施工方法，按照如下步骤进行：(1)先将所述浮式平台和所述系泊系统分别在陆地预制完成，将上部风机塔筒在所述浮式平台上安装稳定，将安装有上部风机塔筒的所述浮式平台拖航运输至作业海域，同时将系泊系统拖航运输至作业海域，所述直系泊线和所述斜系泊线上端均设置有浮标球；(2)施加压载使所述锚固基础下沉，并通过堆载和内外压差将所述锚固基础嵌入海底固定；(3)按照浮标球指示位置将所述斜系泊线上端伸入所述第一预留孔道，同时按照所述浮标球指示位置将所述直系泊线上端依次穿过所述第二预留孔道和所述倾斜撑杆，对所述斜系泊线和所述直系泊线进行10％～50％的预张拉以平衡所述浮式平台的浮力，使所述斜系泊线和所述直系泊线处于张紧状态；(4)通过水气置换的阀门系统向所述浮箱内部分舱室注水，使安装有上部风机塔筒的所述浮式平台失去部分浮力下沉，下沉至设计吃水位置时，对所述斜系泊线和所述直系泊线完成剩余50％～90％的预张拉以平衡所述浮式平台的浮力，并将所述斜系泊线上端锚固于所述环向内板，所述直系泊线上端锚固于所述立柱；(5)将所述浮箱内部分舱室中的水体通过水气置换的阀门系统排出；(6)将所述斜系泊线带入所述第一预留孔道中的水体、所述直系泊线带入所述第二预留孔道和所述倾斜撑杆的水体通过高压打气排出，并密封所述浮箱底部；(7)通过所述浮箱内部分舱室调节海上风电浮式基础的重心位置。本专利技术的有益效果是：(一)本专利技术的可浮运的海上风电浮式基础及其施工方法，其浮式平台将小水线面的立柱和大水线面的浮箱结合设计，确保基础在拖航时由大水线面浮箱提供足够浮稳性，同时风机在位状态浮箱潜入水下，小线水面的立柱受到波浪荷载影响小，保证基础的稳定性。(二)本专利技术的可浮运的海上风电浮式基础及其施工方法，其系泊系统将直系泊线和斜系泊线结合设计，由直系泊线提供较好的垂荡性和转动性能，倾斜状系泊线提供较大水平向约束力，使得基础在各方向的运动响应小，稳定性好；直系泊线上端锚固于立柱，斜系泊线上端固定于浮箱内板，实现水上分层张拉系统，降低水下安装系泊线的难度，施工方便；直系泊线和斜系泊线采用钢绞线材料，经济性好。(三)本专利技术的可浮运的海上风电浮式基础及其施工方法，其系泊系统的锚固基础利用压载重和筒裙提供的摩擦阻力提供抗拔力，为直系泊线和斜系泊线定位，锚固基础为上部可灌砂压载、下部带筒裙的结构，较大的水线面使其可拖航至作业水域，并可通过堆载和内外压差贯入海床，施工方便。附图说明图1是本专利技术所提供的海上风电浮式基础的立体结构示意图；图2是本专利技术所提供的海上风电浮式基础的系泊线分布示意图；图3是本专利技术所提供的海上风电浮式基础的主视图；图4是本专利技术所提供的海上风电浮式基础的俯视图。图中：1、立柱，2、倾斜撑杆，3、浮箱，4、直系泊线，5、斜系泊线，6、锚固基础，7、第二预留孔道，8、第一预留孔道，9、径向分舱板，10、环向分舱板，11、环向内板。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如图1至图4示，本实施例公开了一种可浮运的海上风电浮式基础，由浮式平台和系泊系统组成。浮式平台包括立柱1、倾斜撑杆2、浮箱3，立柱1上端通过法兰与风机塔筒相连，立柱1下端与浮箱3固定连接，立柱1与浮箱3之间设置有周向均布的多根倾斜撑杆2。考虑到海上风机的机舱和叶片的重量较大且在水面以上80～100m，为使风机正常发电，必须保证基础在风浪联合作用下的稳性和抵抗风浪载荷的能力。立柱1与浮箱3选用钢结构、混凝土结构或其他质量较轻的材料，可承载较大的风电荷载。小水线面立柱1和大水线面浮箱3相结合的设计，由大水线面浮箱3提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可浮运的海上风电浮式基础，其特征在于，由浮式平台和系泊系统组成；所述浮式平台包括均为空心结构的立柱、浮箱、倾斜撑杆，所述立柱上端用于连接风机塔筒，所述立柱下端与所述浮箱固定连接，所述立柱与所述浮箱之间连接有多根周向均布的倾斜撑杆；所述浮箱中心设置有与所述立柱相连通的第一预留孔道，所述第一预留孔道内部设置有环向内板，所述环向内板与所述浮箱的底板固定连接；所述浮箱内部设置有径向分舱板和环向分舱板，所述径向分舱板和所述环向分舱板将所述浮箱内部划分多个分舱室，每个分舱室均设有可进行水气置换的阀门系统；每道径向分舱板上设置有第二预留孔道，所述第二预留孔道的数量与所述倾斜撑杆相同且与所述倾斜撑杆下端逐一对应连接并相通，所述倾斜撑杆上端与所述立柱相连通；所述系泊系统包括斜系泊线、直系泊线和锚固基础，所述斜系泊线和所述直系泊线下端均锚固于所述锚固基础；多根所述斜系泊线由下至上从外部向中心倾斜设置在所述锚固基础与所述浮箱之间，所述斜系泊线上端伸入所述浮箱内部的所述第一预留孔道并锚固于所述环向内板；多根所述直系泊线竖直设置在所述锚固基础与所述浮箱之间，所述直系泊线的数量与所述第二预留孔道和所述倾斜撑杆的数量相同，其上端分别穿过所述浮箱内部的所述第二预留孔道，并由所述倾斜撑杆穿至所述立柱内部并锚固于所述立柱；所述锚固基础包括锚固板体，该锚固板体上部边沿设置有筒壁、下部边沿设置筒裙。...

【技术特征摘要】
1.一种可浮运的海上风电浮式基础，其特征在于，由浮式平台和系泊系统组成；所述浮式平台包括均为空心结构的立柱、浮箱、倾斜撑杆，所述立柱上端用于连接风机塔筒，所述立柱下端与所述浮箱固定连接，所述立柱与所述浮箱之间连接有多根周向均布的倾斜撑杆；所述浮箱中心设置有与所述立柱相连通的第一预留孔道，所述第一预留孔道内部设置有环向内板，所述环向内板与所述浮箱的底板固定连接；所述浮箱内部设置有径向分舱板和环向分舱板，所述径向分舱板和所述环向分舱板将所述浮箱内部划分多个分舱室，每个分舱室均设有可进行水气置换的阀门系统；每道径向分舱板上设置有第二预留孔道，所述第二预留孔道的数量与所述倾斜撑杆相同且与所述倾斜撑杆下端逐一对应连接并相通，所述倾斜撑杆上端与所述立柱相连通；所述系泊系统包括斜系泊线、直系泊线和锚固基础，所述斜系泊线和所述直系泊线下端均锚固于所述锚固基础；多根所述斜系泊线由下至上从外部向中心倾斜设置在所述锚固基础与所述浮箱之间，所述斜系泊线上端伸入所述浮箱内部的所述第一预留孔道并锚固于所述环向内板；多根所述直系泊线竖直设置在所述锚固基础与所述浮箱之间，所述直系泊线的数量与所述第二预留孔道和所述倾斜撑杆的数量相同，其上端分别穿过所述浮箱内部的所述第二预留孔道，并由所述倾斜撑杆穿至所述立柱内部并锚固于所述立柱；所述锚固基础包括锚固板体，该锚固板体上部边沿设置有筒壁、下部边沿设置筒裙。2.根据权利要求1所述的一种可浮运的海上风电浮式基础，其特征在于，所述第二预留孔道与所述倾斜撑杆以弧度平滑相接。3.根据权利要求1所述的一种可浮运的海上风电浮式基础，其特征在于，所述直系泊线的数量为3-8根，所述斜系泊线的数量为所述直系泊线的2倍。4.根据权利要求1所述的一种可浮运的海上风电浮式基础，其特征在于，所述斜系泊线与竖直方向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁红岩，李彦娥，乐丛欢，练继建，张浦阳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12