【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种海洋工程结构领域的技术，具体是一种用于大型海上风机的门架式平台及构筑方法。
技术介绍
1、目前，已经安装的大多数海上风机都位于水深小于30米的海域，其发电能力通常小于10兆瓦，由固定式基础结构支撑。随着对海上风电的需求增加，在水深超过30米海域部署发电能力大于10兆瓦大型风机的趋势越来越大。现有单桩和导管架基础技术的诸多缺点是当前海上风电行业在水深超过30米部署大型风机所面临严峻的高成本、海上安装复杂和项目周期长等瓶颈问题的根本原因。为了降低成本和改善项目进度，迫切需要一种高效低成本的新型基础结构和不需要使用大型起重安装船的安装方法。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于大型海上风机的门架式平台及构筑方法，能够在码头组装并与风机系统集成、整体拖航、无需使用大型起重安装船即可自行安装，克服了现有单桩和导管架基础的上述问题。门架式平台包括至少三个伸长管状腿，从水线以上的顶部垂直向下延伸到海床，中间没有水平或斜撑构件以及一个包含至少有三个圆形套筒同心连接到伸长管状腿顶部的水平甲板，用于支撑在位发电模态的风机系统。其中风机系统包括一个风机塔架，其底部垂直连接到水线上方水平甲板的中心，顶部连接到机舱和转子叶片。每个伸长管状腿的底部连接到一个嵌入海床的基础桩上。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种用于大型海上风机的门架式平台，包括：四个垂直的伸长管状腿，每个腿位于方形图案的一个角落，四个
4、所述的圆形套筒包括一个在高度与水平梁匹配的圆形外壳、垂直连接在圆形外壳内部的多个均匀对称布置的内部导向单元和一个内环形板水平连接到圆形外壳的下端，其中内环形板的内径近似等于由内部导向单元形成的圆形的直径。
5、所述的每个伸长管状腿包括：上段(上部)、下段(下部)和中段(中部)，其中：上段包括顶部水密盖板、圆形管体、垂直连接在圆形壳体外侧均匀对称布置的多个外部导向单元以及一个水平连接到圆形管体的外环形板，位于顶部水密盖板的下方，其垂直距离与圆形套筒的直径相匹配。每个伸长管状腿上段的外环形板的尺寸与圆形套筒的内环形板的尺寸相匹配。
6、所述的水平甲板的圆形套筒的内环板形的内径至少比带有外部导向单元的伸长管状腿的外径大1英寸，其中伸长管状腿可以同心在圆形套筒内通过内环形板的开环进行上下垂直运动，从下段部分移动到上段部分，直到停止在接近上段部分顶部的外环形板处。
7、所述的门架式平台位于水深约60米的海上风场，处于在位发电模态，其中每个伸长管状腿的上部与在水线以上的水平甲板的圆形套筒刚性连接，同时每个伸长管状腿的底部刚性连接到一个嵌入海床的基础桩上，这里所述的刚性连接的方式包括焊接和水泥灌浆连接。
8、所述的门架式平台位于相对浅水的岸边，处于码头组装模态，其中每个伸长管状腿的下部同心放置于水线以上的水平甲板的相应的圆形套筒内部，同时基础桩垂直矗立在岸边的海床上。
9、所述的门架式平台在所述在位发电模态下，所述的水平甲板的圆形套筒同心与伸长管状腿的上段相连，其中，所述的圆形套筒的外壳与所述的伸长管状腿上段的外壳之间的空隙通过灌浆形成刚性连接。
10、所述的门架式平台在所述在位发电模态下，所述的伸长管状腿的上端，包括一个垂直腹板，其上端连接到一个顶部水平延伸板，下端连接到管状腿的带有外环板的上部水平水密盖板。伸长管状腿上部的水平水密盖板外环板的尺寸与连接到水平甲板圆形套管下端的内环形板的尺寸相匹配。伸长管状腿通过顶部水平延伸板、垂直腹板和外环形板通过螺栓连接与水平甲板的各个对应部分刚性连接。
11、所述的门架式平台处于漂浮安装模态，两艘漂浮驳船连接到支撑风机系统的水平甲板的两侧，伸长管状腿从底部垂直向上延伸，穿过水线上方水平甲板的同心圆形套筒。两艘漂浮驳船配备了甲板连接支撑结构以及钢缆和绞车系统，形成双体船，在海上拖曳和海上安装期间，为门架式平台与风机系统和桩基础组成的集成整体提供浮力和稳定性，其中安装在伸长管状腿顶部的横向导向装置通过弹簧单元与风塔实现压缩连接。
12、本专利技术涉及一种构筑上述用于大型海上风机的门架式平台的方法，包括：门架式平台首先处于码头组装模态，其中伸长管状腿从位于水线以上的底部垂直向上延伸，通过水平甲板的圆形套筒，用于在码头岸边与风机系统进行垂直集成组装；第二，处于漂浮安装模态，通过将两艘漂浮驳船连接到水平甲板的两侧形成一个为之提供浮力和稳定性的双体船系统，用于海上拖曳和自安装；第三，通过缆绳和绞车系统将带有基础桩的伸长管状腿下放到海床，将基础桩嵌入海底，并解脱拉开两艘漂浮驳船，完成海上安装，使门架式平台从漂浮安装模态转换为在位发电模态。
13、所述的基础桩的优选方案为吸力沉箱式以便在上述码头组装集成和海上安装操作过程中与门架式平台和风机系统实现一次性整体安装。
14、所述的门架式平台的基础桩为打入桩，用于不适于吸力沉箱桩的海底土壤条件，采用打桩锤提前将打入桩安装在海底。门架式平台在岸边码头组装并以类似于上述施工方法的自安装过程进行海上安装，其中每个打入桩在海床以上有一个间接段，通过灌浆方法连接到伸长管状腿下部的对应部分。
15、技术效果
16、本专利技术门架式平台具有鲜明的特征，为现有技术的单桩和导管架基础所存在的问题，特别是对于水深超过30米的大型风电机组，提供了一种可行且低成本的解决方案。
17、首先，门架式平台可以承受比具有相同钢重量的单桩更大的弯矩，特别是水深超过30米的情况下。其次，门架式平台的结构组件可以比大直径单桩或具有相同钢重量的导管架结构以更低的成本更高效地制造，因为它的设计简单，只有三或四个小直径管状腿，没有水平和斜撑构件。第三，门架式平台可以在岸边码头与风机系统和基础桩组装和集成，而现有技术的单桩和导管架则不能。第四，不需要大型专用运输船将门架式平台从制造厂运输到海上风电场现场，而单桩和导管架则需要大型运输船。第五，门架式平台可以与基础桩和风机系统一起在海上安装，只需使用两艘低成本常规甲板驳船进行一次海上安装作业，而单桩和导管架则需要有至少两次使用大型专业起重船的海上安装。因此，由于大型起重安装船严重短缺，采用门架式平台可以显着降低成本和缩短工程周期。据估计，门架式平台的成本可比单桩和导管架低30％至50％，特别是对于水深大于30米的大型风机而言。
18、除了上述优点外，本专利技术具有利用本地资源和现有港口设施和驳船进行经济制造、组装、运输和安装的可行性，不需要从海外进口，从而为当地社区创造新的就业机会和其它经济效益。
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1.一种门架式平台，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1的门架式平台，其特征是，每个伸长管状腿的上段外侧与水平甲板的对应圆形套筒内侧之间有一个同心环形空间，通过水泥灌浆形成刚性连接；
3.根据权利要求1的门架式平台，其特征是，伸长管状腿的上段包括一个直径等于其上段外径的圆形壳体，多个外部导向单元连接到圆形壳体的外侧，一个外环形板水平连接到圆形壳体的底部，一个水密盖板连接到圆形壳体的顶部，其中从底部外环形板到顶部水密盖板的垂直距离与水平甲板的圆形套筒的高度相匹配；
4.根据权利要求1的门架式平台，其特征是，伸长管状腿的上段与水平甲板之间的刚性连接为螺栓式，包括多个钢质螺栓将每个伸长管状腿上段的各个部分连接到对应的水平甲板的圆形套筒和水平梁，其中伸长管状腿上段包括一个由顶部水平延伸板、垂直腹板和垂直侧板组成的上部以及一个由圆形外壳、外环形板、水密盖板及多个外部导向单元组成的下部，其圆形外壳的直径等于伸长管状腿上段的直径，外环形板和水密盖板水平连接到圆形外壳的顶部，多个外部导向单元连接到圆形外壳的外侧。
5.根据权利要求1的门架式平台，
6.根据权利要求1的门架式平台，其特征是，码头组装模态包括至少三个横向导向装置，其中每个横向导向装置的一端连接到对应的伸长管状腿的顶部，另一端与风塔接触；
7.根据权利要求1的门架式平台，其特征是，两艘漂浮驳船中的每一艘都配置至少一个甲板支撑结构和一套缆绳和绞车系统，其中甲板支撑结构在一端连接到漂浮驳船的顶部，在另一端连接到水平甲板，其中甲板支撑结构上配置有快速解脱装置，快速解脱装置具有在几秒钟内将漂浮驳船与水平甲板分离的机构；
8.一种门架式平台的构筑方法，其特征在于，该门架式平台包括：
9.根据权利要求8的构筑方法、其特征是，所述门架式平台还包括：多个连接到水平甲板的滑轮、多个耳板连接在对应的吸力沉箱基础桩的顶部和两艘漂浮驳船，其中：多个甲板支撑结构分别连接到每艘漂浮驳船顶部，多个快速解脱装置分别连接到每个对应甲板支撑结构上，多套缆绳和绞车系统；
10.一种门架式平台，其特征在于，包括：
11.根据权利要求10的门架式平台，其特征是，当门架式平台处于漂浮安装模态时，通过由两艘漂浮驳船组成的双体船漂浮系统实现拖航和海上安装，其中水平甲板位于水线上方，在相对的两侧与两艘漂浮驳船刚性连接形成双体船漂浮系统，伸长管状腿长度的一半以上垂直向上延伸到水线以上的空中，伸长管状腿之间没有水平或对角支撑构件，伸长管状腿的下段同心地位于所对应的水平甲板的圆形套筒内部，风机系统的风塔的底部与水平甲板的基座结构垂直连接，连接过渡段的上端位于水线以上并与伸长管状腿的下段垂直刚性连接，其下端位于海底以上并与防沉板水平连接，其中两艘漂浮驳船中的每一艘配置至少一个甲板支撑结构及快速解脱装置以及至少一套缆绳和绞车系统；打入桩预先安装在海上风场的海底，其外径小于连接过渡段的内径，打入桩的上部位于海底的上方，其圆形管体外侧连接多个剪切键，连接过渡段的圆形管体内侧连接多个剪切键。
12.根据权利要求10的门架式平台，其特征是，当门架式平台处于自安装流程时，使用缆绳和绞车系统将每个带有连接过渡段和水平防沉板的伸长管状腿的下段下放并与预先安装在海底的对应的打入桩的上部同心对接，通过水泥灌浆将连接过渡段与打入桩上部刚性连接，然后，将每个伸长管状腿的上段通过水泥灌浆或螺栓与水平甲板的对应的圆形套筒刚性连接，在自安装流程中，两个漂浮驳船通过甲板支撑结构和快速解脱装置与水平甲板的两侧刚性连接，为门架式平台提供浮力和稳定性，最后，启动快速解脱装置将两个漂浮驳船与水平甲板断开，完成门架式平台从漂浮安装模态到在位发电模态的转变。
...【技术特征摘要】
1.一种门架式平台，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1的门架式平台，其特征是，每个伸长管状腿的上段外侧与水平甲板的对应圆形套筒内侧之间有一个同心环形空间，通过水泥灌浆形成刚性连接；
3.根据权利要求1的门架式平台，其特征是，伸长管状腿的上段包括一个直径等于其上段外径的圆形壳体，多个外部导向单元连接到圆形壳体的外侧，一个外环形板水平连接到圆形壳体的底部，一个水密盖板连接到圆形壳体的顶部，其中从底部外环形板到顶部水密盖板的垂直距离与水平甲板的圆形套筒的高度相匹配；
4.根据权利要求1的门架式平台，其特征是，伸长管状腿的上段与水平甲板之间的刚性连接为螺栓式，包括多个钢质螺栓将每个伸长管状腿上段的各个部分连接到对应的水平甲板的圆形套筒和水平梁，其中伸长管状腿上段包括一个由顶部水平延伸板、垂直腹板和垂直侧板组成的上部以及一个由圆形外壳、外环形板、水密盖板及多个外部导向单元组成的下部，其圆形外壳的直径等于伸长管状腿上段的直径，外环形板和水密盖板水平连接到圆形外壳的顶部，多个外部导向单元连接到圆形外壳的外侧。
5.根据权利要求1的门架式平台，其特征是，水平甲板的每个圆形套筒包括一个圆形外壳，其直径和高度与伸长管状腿上段的上部的高度相匹配，一个t形构件和多个内部导向单元垂直连接在圆形外壳的内侧，一个内环形板水平连接到圆形外壳的下端，其中，内环形板的内径近似等于由t形构件和内部导向单元形成的圆的直径，圆形外壳与水平甲板的水平梁的顶翼缘板、垂直腹板和底翼缘板连接；
6.根据权利要求1的门架式平台，其特征是，码头组装模态包括至少三个横向导向装置，其中每个横向导向装置的一端连接到对应的伸长管状腿的顶部，另一端与风塔接触；
7.根据权利要求1的门架式平台，其特征是，两艘漂浮驳船中的每一艘都配置至少一个甲板支撑结构和一套缆绳和绞车系统，其中甲板支撑结构在一端连接到漂浮驳船的顶部，在另一端连接到水平甲板，其中甲板支撑结构上配置有快速解脱装置，快速解脱装置具有在几秒钟内将漂浮驳船与水平...
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