本发明专利技术公开了一种立柱漂浮式海上风力发电系统及其施工方法，其底部塔筒和立柱式风机基础采用一体化设计，形成一个整体的钢包混凝土的圆柱体结构或者内置空腔的双层钢包混凝土的圆柱体结构，能够实现整体结构重心下移，避免了传统柱式基础过长、吃水太深的缺点，同时还可以提高风机塔筒抗弯强度，避免抗倾覆能力不足的问题。同时花瓣式设计布置的浮力舱，在保持风机基础稳性的前提下，还有助于后期安装施工并减少了整体结构用钢量。如此，解决了传统立柱式结构存在的缺陷，克服了运输、安装需要深水码头的难题；同时还提高了立柱式结构的应用范围。的应用范围。的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
一种立柱漂浮式海上风力发电系统及其施工方法
[0001]本专利技术涉及海上风力发电
，具体涉及一种立柱漂浮式海上风力发电系统及其施工方法。
技术介绍
[0002]漂浮式海上风电通过系泊系统与海床相连，受水深影响小，摆脱复杂海床地形及地质条件约束，适用范围广，可获得更多风能资源。作为未来深远海风能开发的主要形式之一，漂浮式海上风电发展潜力巨大。国际上漂浮式海上风电基础主要有立柱式Spar、半潜式、张力腿式TLP等主要基础型式；其中立柱式Spar具备无条件稳定性，运动性能优良，制造过程简单，低运营风险，但传统立柱式垂荡方向运动响应大，且由于结构又长又重，吃水较深，一般在80m以上，港口进出受限制，难以在国内得到推广应用。同时，为了满足海上风电竞价上网的政策需要，除走向深远海外，大风机的应用也是其必然选择。深远海大风机的应用不仅对风机基础有严格的要求，同时对风机塔筒的抗弯刚度也有重大挑战。
[0003]中国专利公开号CN106759454B公开了一种全潜分离式风机基础，其能够通过张紧线和悬链线固定于水下，与半潜式漂浮式风机基础相比，完全避免了基础受波浪荷载作用的影响，大大的减少了结构的动力响应，并大幅减小漂浮式风机的运动幅值，可以保证竖向与水平向稳定性，为风机系统提供稳定的基础形式。但是，该专利是通过在半潜式基础上增加了下部浮筒结构，只是起到了提供浮力的作用；对于深远海大风机的风机基础，其结构又长又重，其风机塔筒抗弯强度较弱，容易发生倾覆；另外，海上风机因潮差、浪花飞溅等问题，造成塔筒底部潮湿，需要另外设置一定高度的平台用于存放电气装置，较为不便和增加成本。
[0004]我国漂浮式海上风电发展仍处于样机示范阶段，且示范样机安装水深较浅、型式单一(均为半潜式)等特点，为了开发中国丰富的深远海风力资源，亟需设计一种适应中国海域、经济性强、综合性能优良的新型漂浮式海上风力发电系统。
技术实现思路
[0005]本专利技术公提供了一种立柱漂浮式海上风力发电系统及其施工方法，不仅解决了传统立柱式漂浮式基础存在的水线面较小，纵摇和横摇值较大，影响发电效益以及存在建造、安装的局限的难题，还解决了深远海大风机塔筒存在抗弯刚度不够、抗倾覆能力不足的问题。
[0006]一方面，一种立柱漂浮式海上风力发电系统，包括风力发电机1、上部塔筒2、浮力舱3、系泊系统、底部塔筒51以及立柱式风机基础52，所述底部塔筒51与立柱式风机基础52的设计为一体化结构，所述一体化结构为钢包混凝土的圆柱体结构5，所述风力发电机1安装在上部塔筒2的顶部，所述上部塔筒2通过第一连接结构与底部塔筒51连接，所述浮力舱3通过第二连接结构与所述圆柱体结构5连接。
[0007]优选的，所述钢包混凝土的圆柱体结构5为实心的单层钢包混凝土的圆柱体结构
或者为内置空腔的双层钢包混凝土的圆柱体结构，所述实心的单层钢包混凝土的圆柱体结构设有外侧钢层511和灌注在外侧钢层511内的第一混凝土层512，所述内置空腔的双层钢包混凝土的圆柱体结构由外向内依次设有第一钢层521、第二混凝土层522、第二钢层523、空腔524。
[0008]优选的，所述第二连接结构为第一法兰6，所述浮力舱3由三个或三个以上变截面菱型结构组成，所述浮力舱3通过第一法兰6绕立柱式风机基础52上部呈花瓣式均匀分布设置，所述浮力舱3与立柱式风机基础52之间为可拆卸连接。
[0009]优选的，所述浮力舱3内部被划分成为若干个独立可调节水量的水密分舱31，每个所述水密分舱31可以单独灌注浮力水，所述浮力舱3左右两侧上表面分别活动连接有垂荡板7。
[0010]优选的，所述系泊系统由位于立柱式风机基础52底部的第一系泊结构41和设置在浮力舱3上的第二系泊结构组成。
[0011]优选的，所述第一系泊结构41为张紧式系泊结构，所述张紧式系泊结构包括有张紧式锚链411和固定锚412，所述张紧式锚链411一端连接在所述立柱式风机基础52最底部中心位置、另一端连接在固定锚412上；所述第二系泊结构由三组或三组以上布置在浮力舱3上的弹力索421和固定在弹力索421的锚链422组成，相邻两个浮力舱3之间都连接有一条弹力索421，所述弹力索421连接在浮力舱3底部往外侧的位置，每条所述弹力索421的中间位置连接有固定于海床的锚链422。
[0012]优选的，所述钢包混凝土的圆柱体结构5为变截面的圆柱体结构，所述圆柱体结构的底部塔筒51的截面小于立柱式风机基础52的截面，所述底部塔筒51设置有灌浆口。
[0013]优选的，所述第一连接结构为第二法兰8，所述上部塔筒2下端口与底部塔筒51上端口通过第二法兰8可拆卸连接，所述立柱式风机基础52为下大上小的结构。
[0014]另一方面，一种立柱漂浮式海上风力发电系统的施工方法，包括如下步骤：
[0015]S1、在工场内完成立柱式风机基础52、底部塔筒51、浮力舱3、上部塔筒2以及风力发电机1等部件的加工制造；
[0016]S2、将立柱式风机基础52、底部塔筒51以及浮力舱3转移至干船坞内，并完成立柱式风机基础52、底部塔筒51以及浮力舱3的初步组装；
[0017]S3、完成立柱式风机基础(52)和底部塔筒(51)的筒内灌浆；其中，灌浆需要一次性连续灌浆到位，以形成一体化设计的实心的钢包混凝土的圆柱体结构或者一体化设计的内置空腔的双层钢包混凝土的圆柱体结构；
[0018]S4、待灌浆料达到设计强度后，打开船坞闸门放入一定量海水，调整浮力舱3使整体结构处于悬浮状态；
[0019]S5、用拖船将整体结构拖至港湾、码头等位置，安装上部塔筒2和风力发电机1；
[0020]S6、风力发电机1吊装完成后，通过调整浮力舱3，使整体风机结构达到设计吃水，并将整体漂浮式风机结构拖航至设计机位，并完成系泊安装。
[0021]优选的，所述步骤S5包括：
[0022]用拖船将整体结构拖至港湾、码头等位置，通过调整浮力舱3使整体结构坐落海床，形成座底的稳定状态，以便安装上部塔筒2和风力发电机1；根据选择的环境，选择自升式平台船或者码头吊机完成上部塔筒2和风力发电机1的安装。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]1、本案实施例一的底部塔筒51和立柱式风机基础52采用一体化设计，形成一个整体的钢包混凝土的圆柱体结构5，能够实现整体结构重心下移，还能够避免桩身过长，从而获得较大的稳性高度，提高风机塔筒抗弯强度，避免抗倾覆能力不足的问题。而且通过该钢包混凝土的圆柱体结构5的设置，使得电气装置可以直接安装在底部塔筒51的上端，避免了因考虑潮差、浪花飞溅等因素造成的传统塔筒底部潮湿需要设置一定高度的内平台以存放电气装置的问题，且在一定程度上可以减少塔筒高度，提高了经济性。同时所述实心的单层钢包混凝土的圆柱体结构还能够减少用钢量。
[0025]2、本案所述第二连接结构为法兰的设置，便于三个或三个以上独立的浮力舱通过法兰与立柱式风机基础连接，有助于建造安装以及以本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种立柱漂浮式海上风力发电系统，包括风力发电机(1)、上部塔筒(2)、浮力舱(3)、系泊系统、底部塔筒(51)以及立柱式风机基础(52)，其特征在于所述底部塔筒(51)与立柱式风机基础(52)的设计为一体化结构，所述一体化结构为钢包混凝土的圆柱体结构(5)，所述风力发电机(1)安装在上部塔筒(2)的顶部，所述上部塔筒(2)通过第一连接结构与底部塔筒(51)连接，所述浮力舱(3)通过第二连接结构与所述圆柱体结构(5)连接。2.根据权利要求1所述的一种立柱漂浮式海上风力发电系统，其特征在于所述钢包混凝土的圆柱体结构(5)为实心的单层钢包混凝土的圆柱体结构或者为内置空腔的双层钢包混凝土的圆柱体结构，所述实心的单层钢包混凝土的圆柱体结构设有外侧钢层(511)和灌注在外侧钢层(511)内的第一混凝土层(512)，所述内置空腔的双层钢包混凝土的圆柱体结构由外向内依次设有第一钢层(521)、第二混凝土层(522)、第二钢层(523)、空腔(524)。3.根据权利要求1所述的一种立柱漂浮式海上风力发电系统，其特征在于所述第二连接结构为第一法兰(6)，所述浮力舱(3)由三个或三个以上变截面菱型结构组成，所述浮力舱(3)通过第一法兰(6)绕立柱式风机基础(52)上部呈花瓣式均匀分布设置，所述浮力舱(3)与立柱式风机基础(52)之间为可拆卸连接。4.根据权利要求3所述的一种立柱漂浮式海上风力发电系统，其特征在于所述浮力舱(3)内部被划分成为若干个独立可调节水量的水密分舱(31)，每个所述水密分舱(31)可以单独灌注浮力水，所述浮力舱(3)左右两侧上表面分别活动连接有垂荡板(7)。5.根据权利要求1所述的一种立柱漂浮式海上风力发电系统，其特征在于所述系泊系统由位于立柱式风机基础(52)底部的第一系泊结构(41)和设置在浮力舱(3)上的第二系泊结构组成。6.根据权利要求5所述的一种立柱漂浮式海上风力发电系统，其特征在于所述第一系泊结构(41)为张紧式系泊结构，所述张紧式系泊结构包括有张紧式锚链(411)和固定锚(412)，所述张紧式锚链(411)一端连接在所述立柱式风机基础(52)最底部中心位置、另一端连接在固定锚(412)上；所述第二系泊结构由三组或三组以上布置在浮力舱(3)上的弹力索(...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞，朱代炼，许雪云，杨国锋，
申请(专利权)人：上海博强重工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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