复合承载式浅水自安装风电基础及其制造、下水和安装方法技术

本发明专利技术公开了复合承载式浅水自安装风电基础及其制造、下水和安装方法，该风电基础从上至下分别是柱体段，圆盘型底座，吸力桩，三者之间采用同轴结构，圆盘型底座四周固定有三或四个支脚。先反向制造圆盘型底座，支脚和吸力桩，再将其翻正将吸力桩套在预先制造的胎架支柱上，再进行柱体段制造。通过胎架和气囊运输至海里，通过气囊辅助完成风电设备在风电基础上的安装，完成风电设备安装后拖入目标地下沉固定。该风电基础的特点在于仅需要简易场地，就能完成基础的建造，无需船台、船坞以及重载轨道，现场仅需一个滑坡与开敞水域相连即可。该基础可以实现简易场地的基于气囊下水，并在码头进行舾装，舾装完毕后湿拖至现场海域自安装，整个过程最大化的考虑了整个基础包括风机塔桶、机舱及叶片的建造与安装的经济性。

【技术实现步骤摘要】
复合承载式浅水自安装风电基础及其制造、下水和安装方法
本专利技术涉及一种海上风电基础及其制造、下水和安装方法，尤其涉及一种浅海可实现自安装的风电基础及其制造、下水和安装方法，属于海上风电领域。
技术介绍
在许多海上风电项目中，无论是基于浮式基础还是固定式基础，其安装费用已接近总包费用的30％，这里面包括打桩船、大型浮吊等专用船舶的租金，并且海上打桩施工周期长，对于窗口期短的海域来说，更加增加了施工的不确定性。针对海上风电项目中风电基础在安装时需要耗费巨额安装费的情况，需要设计一种不需要依托打桩船、大型浮吊等专用船舶海上风电基础才能有效降低安装费用。
技术实现思路
本方案所要解决的技术问题是设计一种海上风电基础，该风电基础不需要依托打桩船及大型浮吊等专用船舶既可实现在浅海范围内安装。为了解决上述技术问题，本方案的复合承载式浅水自安装风电基础，包括盘型底座，所述盘型底座下底面设置有柱形吸力桩和通海口，所述盘型底座上顶面设置有柱体段和注气口，还包括通气管，所述通气管的下端口设置在吸力桩内，所述通气管的上端口设置在柱体段上端，所述盘型底座、柱型吸力桩和柱体段均在同一轴线上。所述盘型底座是一个粗短的柱体结构，可以采用圆柱体结构，也可以采用正六边形或正八边形等多边形柱体结构，也可以采用花边型柱体结构。上述方案中，所述盘型底座侧边均匀设置有3至8个支脚。支脚之间的间隔相等，设置3个支脚时，相邻两个支脚间间隔120°；4个支脚时，相邻两个支脚间间隔90°；6个支脚时，相邻两个支脚间间隔60°；8个支脚时，相邻两个支脚间间隔45°，以此类推，支脚之间等分角度固定在盘型底座的侧面上。支脚用于辅助盘型底座抵御风电基础上部风电设施带来的倾覆力矩。上述方案中，所述盘型底座内部沿中轴面分隔成6至12个扇形隔离间，所述扇形隔离间的上顶面均设置有注气口，所述扇形隔离间的下底面均设置有通海口。盘型底座可以作为压载舱使用。通海口平时封住，在安装时打开，供海水进入扇形隔离间，对应的注气口用于向扇形隔离间注入压缩空气。上述方案中，所述柱体段插入至盘型底座内底面，柱体段的下端设置在盘型底座内可以增加结构强度。上述方案中，所述盘型底座直径不小于25米且高度与直径比小于1:3；所述吸力桩直径不超过20米。盘型底座必须要有足够的直径才可以抵御风电基础上部风电设施带来的倾覆力矩。上述方案中，所述吸力桩内部沿中轴面分隔成4至8个相等的扇型柱体，每个扇型柱体内均独立设置有通气管。吸力桩主要功能之一为承受风电基础以及上部风机的重量，功能之二为贡献部分抗倾覆力矩。吸力桩内部设置扇型柱体以便安装时，调节内部负压。上述方案中，所述支脚为长方形盒体结构，增大基础的倾覆力臂。所述支脚的下底面与盘型底座下底面在同一水平面上。上述方案中，所述扇形隔离间之间采用水密结构，从而不同的扇形隔离间之间海水是无法通过的。所述扇形隔离间内纵向分隔至少两个隔离块，所述隔离块之间采用非水密结构，海水可以在一个扇形隔离间内自由流动，隔离块的上顶面上设置有排水孔和注入孔。其中注入孔用于注入铁矿砂压载，排水孔用于注入铁矿砂时，将隔离块内的海水排出。上述方案中，所述支脚上还设置有通孔，所述通孔设置在支脚外侧端，所述通孔上部为喇叭口。支脚一侧短面焊接在盘型底座侧面，对应另一侧短面附近设置通孔，供固定桩打入，圆孔上部做成喇叭口，以便固定桩导入。固定桩可采用组合式吸力桩。组合式吸力桩也是采用抽真空使吸力桩打入海底。复合承载式浅水自安装风电基础的制造方法，包含如下步骤：(a)先建造一个胎架，所述胎架由平面钢板和支柱组成，所述支柱垂直设置在平面钢板上，平面钢板上表面还设置有龙骨。平面钢板下表面光滑减少摩擦力，上表面上布置龙骨以保证强度，上表面支柱的数量和吸力桩内分隔的扇形柱体数量一致且位置相匹配，以便支柱插入吸力桩内。(b)将胎架放置于支墩上。支墩将平面钢板顶起，平面钢板下方有镂空间隔。(c)在平整场地上反向建造盘型底座，完成盘型底座内部结构以及侧壁支脚的建造。(d)此时反向建造完毕的盘型底座的下底面朝上，在盘型底座的下底面上完成吸力桩的建造，确保吸力桩和盘型底座在同一轴线上。(e)将建造完成的盘型底座、支脚和吸力桩起吊翻转并放置在胎架上，使支柱插入吸力桩。(f)在盘型底座的上顶面上完成细长柱体段的建造，至此风电基础主体建造完成。复合承载式浅水自安装风电基础的下水方法，在风电基础建造完成后，还包含如下步骤：(g)将胎架通过结构件点焊在风电基础主体上。(h)在胎架下，支墩之间放置气囊，气囊打气，顶起胎架，撤走支墩。(i)在滑坡上布置打完气的气囊，胎架及风电基础主体通过气囊滑入水中并浮起。(j)回收气囊，并在胎架上绑上数个气囊，烧断胎架与风电基础主体之间连接的结构件，胎架下沉至一定深度后停止，打捞上岸，待下次利用。(k)至此风电基础主体下水完毕并拖至码头处。复合承载式浅水自安装风电基础的安装方法，包含如下步骤：(a)在码头对风电基础主体布置气囊，风电基础主体的整个盘型底座的正上方布置满气囊，将气囊充气并捆绑在柱体段上，在柱体段顶部舾装风机塔体、机舱及叶片；完成舾装后的风电基础主体、风机和气囊，湿拖至现场海域安装；(b)将辅助船舶上的压缩空气管口连接至盘型底座中每个扇形隔离间的注气孔口；(c)打开盘型底座中每个扇形隔离间的通海口，通过调整每个扇形隔离间内部的压载水来调整风电基础主体及风机下沉时的姿态；(d)风电基础主体下沉时，气囊保持在水面，辅助风电基础主体及风电的下沉；(e)当吸力桩接触至海床，利用通气管调节吸力桩中每个扇形柱体中的负压，从而可以调节吸力桩插入时整体基础与风机的姿态，保证竖直向下；(f)当吸力桩安装到位后，通过注入孔向扇形隔离间内的隔离块内注入铁矿砂；(g)铁矿砂注入完成后，将支脚安装固定桩，自此安装完毕。上述方法中，所述盘型底座内部沿中轴面分隔成6至12个扇形隔离间，所述扇形隔离间的上顶面均设置有注气口，所述扇形隔离间的下底面均设置有通海口；所述扇形隔离间之间采用水密结构，所述扇形隔离间内纵向分隔至少两个隔离块，所述隔离块之间采用非水密结构，隔离块的上顶面上设置有排水孔和注入孔。上述方法中，所述吸力桩内部沿中轴面分隔成4至8个相等的扇型柱体，每个扇型柱体内均独立设置有通气管，所述通气管的下端口设置在扇型柱体内，所述通气管的上端口设置在柱体段上端，所述扇型主体的数量及位置与胎架的柱体数量及位置相匹配。上述方法中，所述盘型底座侧边均匀设置有3至8个支脚，所述支脚上还设置有通孔，所述通孔设置在支脚外侧端，所述通孔上部为喇叭口。本方案的复合承载式浅水自安装风电基础，可以解决海上风电项目中风电基础安装需要巨额安装费等不利条件，提出的一种可以实现自安装的海上风电基础形式，该风电基础形式有着如下几个优点：首先，复合承载式浅水自安装风电基础，由于不含压载时本身质量不大，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复合承载式浅水自安装风电基础，其特征在于：包括盘型底座，所述盘型底座下底面设置有柱形吸力桩和通海口，所述盘型底座上顶面设置有柱体段和注气口，还包括通气管，所述通气管的下端口设置在吸力桩内，所述通气管的上端口设置在柱体段上端，所述盘型底座、柱型吸力桩和柱体段均在同一轴线上。/n

【技术特征摘要】
1.复合承载式浅水自安装风电基础，其特征在于：包括盘型底座，所述盘型底座下底面设置有柱形吸力桩和通海口，所述盘型底座上顶面设置有柱体段和注气口，还包括通气管，所述通气管的下端口设置在吸力桩内，所述通气管的上端口设置在柱体段上端，所述盘型底座、柱型吸力桩和柱体段均在同一轴线上。


2.如权利要求1所述的复合承载式浅水自安装风电基础，其特征在于：所述盘型底座侧边均匀设置有3至8个支脚。


3.如权利要求1所述的复合承载式浅水自安装风电基础，其特征在于：所述盘型底座内部沿中轴面分隔成6至12个扇形隔离间，所述扇形隔离间的上顶面均设置有注气口，所述扇形隔离间的下底面均设置有通海口。


4.如权利要求1所述的复合承载式浅水自安装风电基础，其特征在于：所述柱体段插入至盘型底座内底面。


5.如权利要求1所述的复合承载式浅水自安装风电基础，其特征在于：所述盘型底座直径不小于25米且高度与直径比小于1:3；所述吸力桩直径不超过20米。


6.如权利要求1所述的复合承载式浅水自安装风电基础，其特征在于：所述吸力桩内部沿中轴面分隔成4至8个相等的扇型柱体，每个扇型柱体内均独立设置有通气管。


7.如权利要求2所述的复合承载式浅水自安装风电基础，其特征在于：所述支脚为长方形盒体结构，所述支脚的下底面与盘型底座下底面在同一水平面上。


8.如权利要求3所述的复合承载式浅水自安装风电基础，其特征在于：所述扇形隔离间之间采用水密结构，所述扇形隔离间内纵向分隔至少两个隔离块，所述隔离块之间采用非水密结构，隔离块的上顶面上设置有排水孔和注入孔。


9.如权利要求7所述的复合承载式浅水自安装风电基础，其特征在于：所述支脚上还设置有通孔，所述通孔设置在支脚外侧端，所述通孔上部为喇叭口。


10.复合承载式浅水自安装风电基础的制造方法，其特征在于：包含如下步骤，
(a)先建造一个胎架，所述胎架由平面钢板和支柱组成，所述支柱垂直设置在平面钢板上，平面钢板...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巍旻，潘徐杰，
申请(专利权)人：惠生南通重工有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32