一种水上张拉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，公开了一种水上张拉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，浮式平台包括连接段和浮箱，系泊系统包括系泊线和锚固基础；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；系泊线上端依次穿过浮箱的第二预留孔道和连接段的第一预留孔道，系泊线在浮式平台下沉到位后锚固于连接段。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】
一种水上张拉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，是涉及一种水上张拉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，提供了一种水上张拉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：一种水上张拉的海上风电浮式基础础，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连接段和浮箱，所述连接段上端通过法兰环连接风机塔筒，所述连接段下端与所述浮箱固定连接；所述连接段由上部的弧形连接段和下部的柱状连接段构成，所述弧形连接段由上到下变截面设置且其侧壁壁面为内凹弧形；所述连接段侧壁内部周向均匀布置有多个第一预留孔道；所述浮箱内部设置有第一环向分舱板、第二环向分舱板和多道径向分舱板，所述第一环向分舱板、所述第二环向分舱板和多道所述径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；所述第一环向分舱板和所述第二环向分舱板之间周向均匀布置有多个第二预留孔道，所述第二预留孔道底部与所述浮箱的底板固定连接；所述第二预留孔道与所述第一预留孔道的数量相同，并且所述第二预留孔道与所述第一预留孔道逐一对应连接并相通；所述系泊系统包括多组系泊线和锚固基础，所述系泊线的组数与所述第二预留孔道、所述第一预留孔道均相同；每组系泊线包括一根直系泊线和三根斜系泊线，直系泊线在该组系泊线对应的所述第二预留孔道和所述锚固单元之间竖直设置，斜系泊线在该组系泊线对应的所述第二预留孔道和所述锚固单元之间由上至下呈辐射状向外倾斜设置；每组所述系泊线下端均锚固于所述锚固基础，上端依次穿过所述第二预留孔道和所述第一预留孔道，并锚固于所述连接段顶部；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，该锚固板体下部设置有四个筒裙。优选地，所述连接段的弧形连接段与柱状连接段采用混凝土一体浇筑成型。优选地，所述第二预留孔道与所述第一预留孔道以弧度平滑相接。优选地，所述系泊线的组数为3-8组。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，所述系泊线的外露部分均采用橡胶套管包裹。一种所述水上张拉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系泊线上端依次穿过所述第二预留孔道和所述第一预留孔道，对所述系泊线进行10％～50％的预张拉使其处于张紧状态，以平衡所述浮式平台的浮力；(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，并将所述系泊线上端锚固于所述连接段顶部；(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)将所述系泊线带入所述第二预留孔道和所述第一预留孔道中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张紧式系泊潜式浮式基础的重心位置。本专利技术的有益效果是：(一)本专利技术的海上风电浮式基础及其施工方法，其浮式平台将变截面的连接段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，变截面的连接段上部水线面较小受到波浪荷载影响小，保证基础的稳定性。(二)本专利技术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；直系泊线和斜系泊线上端锚固于弧形连接段顶部，实现水上张拉系统，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均采用钢绞线材料，经济性好。(三)本专利技术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、法兰环，2、弧形连接段，3、柱状连接段，4、浮箱，5、系泊线，6、锚固基础，7、第一预留孔道，8、第二预留孔道，9、第一环向分舱板，10、第二环向分舱板，11、径向分舱板。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水上张拉的海上风电浮式基础，由浮式平台和系泊系统组成。浮式平台包括连接段和浮箱4，连接段由弧形连接段2和柱状连接段3构成，弧形连接段2上端通过法兰环1与风机塔筒相连，柱状连接段3下端与浮箱4相连。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。弧形连接段2与柱状连接段3选用混凝土一体浇筑成型，可承载较大的风电荷载。变截面的连接段和大水线面浮箱4相结合的设计，由大水线面浮箱4提供足够浮稳性实现浮式平台-塔筒-风机整体浮运拖航，安装运输方便；而在位状态时浮箱4潜入水面以下，变截面的连接段上部位于水面上，水线面较小，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水上张拉的海上风电浮式基础础，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连接段和浮箱，所述连接段上端通过法兰环连接风机塔筒，所述连接段下端与所述浮箱固定连接；所述连接段由上部的弧形连接段和下部的柱状连接段构成，所述弧形连接段由上到下变截面设置且其侧壁壁面为内凹弧形；所述连接段侧壁内部周向均匀布置有多个第一预留孔道；所述浮箱内部设置有第一环向分舱板、第二环向分舱板和多道径向分舱板，所述第一环向分舱板、所述第二环向分舱板和多道所述径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；所述第一环向分舱板和所述第二环向分舱板之间周向均匀布置有多个第二预留孔道，所述第二预留孔道底部与所述浮箱的底板固定连接；所述第二预留孔道与所述第一预留孔道的数量相同，并且所述第二预留孔道与所述第一预留孔道逐一对应连接并相通；所述系泊系统包括多组系泊线和锚固基础，所述系泊线的组数与所述第二预留孔道、所述第一预留孔道均相同；每组系泊线包括一根直系泊线和三根斜系泊线，直系泊线在该组系泊线对应的所述第二预留孔道和所述锚固单元之间竖直设置，斜系泊线在该组系泊线对应的所述第二预留孔道和所述锚固单元之间由上至下呈辐射状向外倾斜设置；每组所述系泊线下端均锚固于所述锚固基础，上端依次穿过所述第二预留孔道和所述第一预留孔道，并锚固于所述连接段顶部；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，该锚固板体下部设置有四个筒裙。...

【技术特征摘要】
1.一种水上张拉的海上风电浮式基础础，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连接段和浮箱，所述连接段上端通过法兰环连接风机塔筒，所述连接段下端与所述浮箱固定连接；所述连接段由上部的弧形连接段和下部的柱状连接段构成，所述弧形连接段由上到下变截面设置且其侧壁壁面为内凹弧形；所述连接段侧壁内部周向均匀布置有多个第一预留孔道；所述浮箱内部设置有第一环向分舱板、第二环向分舱板和多道径向分舱板，所述第一环向分舱板、所述第二环向分舱板和多道所述径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；所述第一环向分舱板和所述第二环向分舱板之间周向均匀布置有多个第二预留孔道，所述第二预留孔道底部与所述浮箱的底板固定连接；所述第二预留孔道与所述第一预留孔道的数量相同，并且所述第二预留孔道与所述第一预留孔道逐一对应连接并相通；所述系泊系统包括多组系泊线和锚固基础，所述系泊线的组数与所述第二预留孔道、所述第一预留孔道均相同；每组系泊线包括一根直系泊线和三根斜系泊线，直系泊线在该组系泊线对应的所述第二预留孔道和所述锚固单元之间竖直设置，斜系泊线在该组系泊线对应的所述第二预留孔道和所述锚固单元之间由上至下呈辐射状向外倾斜设置；每组所述系泊线下端均锚固于所述锚固基础，上端依次穿过所述第二预留孔道和所述第一预留孔道，并锚固于所述连接段顶部；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，该锚固板体下部设置有四个筒裙。2.根据权利要求1所述的一种水上张拉的海上风电浮式基础，其特征在于，所述连接段的弧形连接段与柱状连接段采用混凝土一体浇筑成型。3.根据权利要求1所述的一种水上张拉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第一预留孔道以弧...

【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