海上升压站上部组块与下部支撑结构的连接装置及方法与流程

本发明涉及一种连接装置及方法，尤其涉及一种海上升压站上部组块与下部支撑结构的连接装置及方法。

背景技术：

随着海上风电产业的快速发展，核准、开工项目越来越多，我国海上风电逐步迈入规模化建设的新阶段。海上风电场规模逐渐增大，离岸距离也越来越远，海上升压站作为海上风电场开发的必备设施得到广泛应用。

海上升压站一般分为上部组块和下部支撑结构，是海上风电场升压、配电和控制中心。上部组块内一般布置有主变压器、高低压配电柜、gis、通信继保设备等各种电气设备，用于将所有海上风电机组所发电能汇集后，通过主变压器升压，然后通过高压海缆送到陆上。而下部支撑结构是将整个海上升压站上部结构固定在海床上的设施，除了需承受上部结构的全部重量外，还需承受风、浪、流等外力的作用。

海上升压站下部支撑结构的受力条件与海上风机基础不一样，海上风机基础以承担水平力和弯矩为主，而下部支撑结构以承担巨大的竖向力为主，因此支撑结构需可靠的将上部结构的竖向力传递至地基；另外因为上部组块重量大，下部支撑结构还需要有足够的刚度，以避免海上升压站运行时变形、振动过大，避免地震时破坏。

当前海上升压站上部组块与下部支撑结构的连接，通常采用在上部组块柱子底部设置牛腿结构，在基础结构的钢桩端设置下部密封结构，防止灌浆溢出。安装时，牛腿结构下部导向椎柱体插入钢桩顶部腔体，然后牛腿环板与钢桩进行焊接，最后还要在钢桩与牛腿结构形成的空腔内进行灌浆操作。

但上述技术方案仍然存在以下缺陷：

1)构造复杂，加劲肋板、圆锥板、环板、加强板封板、圆管等部件较多，还需预安装灌浆管路，制造加工比较困难，焊接工作较多，用钢量较大；

2)施工安装工艺复杂，需要对每个连接处进行灌浆操作，导致海上施工周期较长；

3)上部组块柱子下部导向椎体与钢桩存在较大间隙，难以实现对心安装，通常存在较大偏心，对结构强度不利。

技术实现要素：

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种海上升压站上部组块与下部支撑结构的连接装置及方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种海上升压站上部组块与下部支撑结构的连接装置，由锥台结构和过渡段结构连接而成；锥台结构包括圆钢管以及焊接于圆钢管下端的圆锥台；圆钢管与上部组块支柱的内壁相焊接；圆锥台为从上向下半径依次递减的半圆锥型，用于在将锥台结构与过渡段结构相连接时起导向作用；

过渡段结构包括上管段、斜管段、导向管段；斜管段焊接于上管段的下端，且斜管段与下部支撑钢桩具有相同的斜度及管径规格；斜管段的下端通过对接焊缝与下部支撑钢桩紧密固定在一起；

导向管段的外径小于斜管段的内径，且导向管段的上端插置于斜管段内并与斜管段的内壁相焊接；导向管段的下端设置有斜向的切削面，用于在将过渡段结构插入至下部支撑钢桩时起导向作用；

上管段的管径规格与上部组块支柱相同，且二者通过对接焊缝紧密固定在一起。

导向管段下端的切削面的倾斜角度为45°。

导向管段的外径比斜管段的内径小6～8mm。

一种海上升压站上部组块与下部支撑结构的连接装置的施工方法，具体过程为：

a、将圆锥台焊接固定于圆钢管的下端，完成锥台结构的制备；

b、将上管段、斜管段、导向管段从上向下依次焊接在一起，完成过渡段结构的制备；

c、在下部支撑结构海上安装完毕后，将过渡段结构中的导向管段定位至下部支撑钢桩内；采用对接焊缝将斜管段与下部支撑钢桩紧密固定在一起；

d、在上部组块整体安装完毕后，吊起上部组块，将锥台结构中的圆钢管定位至上部组块支柱内，并使圆钢管与上部组块支柱的内壁相焊接；

e、使锥台结构中的圆锥台缓慢进入上管段内部，采用对接焊缝将上管段与上部组块支柱紧密固定在一起，完成升压站上部组块和下部支撑结构的连接施工。

本发明具有用钢量小、结构简单、造价低、海上施工周期短、安全性高等优点，具有较高的推广应用性和社会经济价值。

附图说明

图1为本发明的应用实例图。

图2为本发明的整体结构示意图。

图3为锥台结构的示意图。

图4为过渡段结构的示意图。

图5为本发明的施工过程示意图。

图中：1、上部组块；2、连接装置；3、下部支撑结构；4、上部组块支柱；5、锥台结构；6、过渡段结构；7、下部支撑钢桩；8、圆钢管；9、圆锥台；10、上管段；11、斜管段；12、导向管段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1-2所示的一种海上升压站上部组块与下部支撑结构的连接装置，由锥台结构5和过渡段结构6连接而成；如图3所示，锥台结构5包括圆钢管8以及焊接于圆钢管下端的圆锥台9；圆钢管8与上部组块支柱4的内壁相焊接；圆锥台9为从上向下半径依次递减的半圆锥型，用于在将锥台结构5与过渡段结构6相连接时起导向作用；

如图4所示，过渡段结构6包括上管段10、斜管段11、导向管段12；斜管段11焊接于上管段10的下端，且斜管段11与下部支撑钢桩7具有相同的斜度及管径规格；斜管段11的下端通过对接焊缝与下部支撑钢桩7紧密固定在一起；

上部组块支柱4、下部支撑钢桩7分别是上部组块、下部支撑结构中固有的结构，并且内部均具有空腔。

导向管段12的外径小于斜管段11的内径，且导向管段12的上端插置于斜管段11内并与斜管段11的内壁相焊接；导向管段12的下端设置有斜向的切削面，用于在将过渡段结构6插入至下部支撑钢桩7时起导向作用；

上管段10的管径规格与上部组块支柱4相同，且二者通过对接焊缝紧密固定在一起。

导向管段12下端的切削面的倾斜角度为45°。

导向管段12的外径比斜管段11的内径小6～8mm。

一种海上升压站上部组块与下部支撑结构的连接装置的施工方法，具体过程为：

a、将圆锥台9焊接固定于圆钢管8的下端，完成锥台结构5的制备；

b、将上管段10、斜管段11、导向管段12从上向下依次焊接在一起，完成过渡段结构6的制备；

c、在下部支撑结构海上安装完毕后，将过渡段结构6中的导向管段12定位至下部支撑钢桩7内；采用对接焊缝将斜管段11与下部支撑钢桩7紧密固定在一起；

d、在上部组块整体安装完毕后，吊起上部组块，将锥台结构5中的圆钢管8定位至上部组块支柱4内，并使圆钢管8与上部组块支柱4的内壁相焊接；

e、使锥台结构5中的圆锥台9缓慢进入上管段10内部，采用对接焊缝将上管段10与上部组块支柱4紧密固定在一起，完成升压站上部组块和下部支撑结构的连接施工。

本发明与现有技术相比，具有以下优势：

(1)结构简单，用钢量可降低30％以上；

(2)施工工艺简单，安装快捷，无需灌浆操作，减少了作业成本，大幅缩短施工周期，降低了天气窗口期的要求，可有效推进工程进度；

(3)施工精度高，上下结构对正偏心小，最大偏心值可降低30倍以上，提高了整体结构安全性。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。