一种海上风电和海洋牧场一体化结构体系的制作方法

本发明涉及风力发电领域。

背景技术：

我国海上风资源丰富，海上风电与陆上相比，风机发电量更高，运行更稳定，且不占用土地资源，故海上风电是我国风电新能源未来的重要发展方向。

目前海上风电机组多采用单桩基础。随着海上风电装机功率的不断提升，荷载增加，单桩基础需要较大的直径，导致打桩困难；同时由于单桩基础自由段较长，整体刚度较小，变形及稳定性难以满足大功率风机的需求。而相比之下，多桩基础在结构刚度、整体稳定性及施工方面均有所改善。

长期以来，由于海上风电的建设区域可能与海上养殖的海域存在冲突，海上风场的开发建设与当地海上养殖业存在矛盾关系，不利于两个产业的共同发展。研究表明，海上风电投入运行后，桩基实际上可起到类似人工鱼礁，聚集海洋生物的作用，故海上风电与海洋牧场的结合具有较大的可行性。

综上可知，研发出一种承载力高、刚度大、整体稳定性好、施工方便，同时可结合海上养殖功能的新型海上风电基础，是十分有必要的。

技术实现要素：

本发明公开了一种海上风电和海洋牧场一体化结构体系，涉及风力发电领域。该体系包括中心桩、边桩、水平杆、连接端头、上部斜拉索、下部斜拉索、海洋养殖区等。该体系采用承载力和整体稳定性均较好的多桩基础形式，解决了传统单桩基础截面设计过大、打桩困难、刚度不足的问题，现场安装方便；通过在风电基础中设置养殖区，实现海上风电和海洋牧场的有机结合，有助于减少海上风电场建设对渔业的影响，促进海上风电和海洋牧场两个产业同步发展，具有广阔的工程应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种海上风电和海洋牧场一体化结构体系，该体系包括中心桩、边桩、水平杆、连接端头、上部斜拉索、下部斜拉索、海洋养殖区、耳板、法兰、螺栓、水平杆接头、混凝土、渔网。

中心桩顶端与风机塔筒底部连接，周围布置4、6或8根边桩。中心桩和边桩的截面形式采用空心钢管，内部灌注混凝土。在中心桩和边桩上预先焊接连接端头和耳板。在中心桩与边桩之间布置径向的水平杆，并采用上部斜拉索连接中心桩和边桩上端。在相邻边桩之间布置环向的水平杆和下部斜拉索。水平杆采用圆钢管制成，其两端预先焊接法兰。

水平杆与中心桩或边桩之间通过连接端头采用螺栓连接。上部斜拉索、下部斜拉索与中心桩或边桩通过耳板连接。连接端头由水平杆接头和法兰组成。水平杆接头采用圆钢管制成，材料和截面与水平杆相同。水平杆接头一端预先与中心桩或边桩焊接，另一端预先焊接法兰。

相邻边桩之间设置渔网；边桩、水平杆、渔网和下部斜拉索围成的区域为海洋养殖区；根据养殖的规模大小，可沿竖向增加水平杆、渔网和下部斜拉索的层数，以增加海洋养殖区的容量。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)采用单立柱-多桩基础，承载力高、刚度大、整体稳定性好，桩径比单桩基础减小，解决了打桩困难的问题；

(2)中心桩、边桩和水平杆等构件可在工厂提前预制，运输到现场后，通过螺栓实现快速拼装，装配化程度高，施工方便高效；

(3)通过在基础范围内设置养殖区，使海上风电机组同时具有海上养殖功能，减小了海上风场建设对海上渔业的影响；

附图说明

图1为本发明的整体构造示意图；

图2为本发明的连接端头构造示意图；

图3为本发明的海洋养殖区增加容量示意图；

图中：1-中心桩、2-边桩、3-水平杆、4-连接端头、5-上部斜拉索、6-下部斜拉索、7-养殖区、8-耳板、9-法兰、10-螺栓、11-水平杆接头、12-混凝土、13-渔网。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种海上风电和海洋牧场一体化结构体系，该体系包括中心桩(1)、边桩(2)、水平杆(3)、上部斜拉索(5)、下部斜拉索(6)、海洋养殖区(7)；中心桩(1)顶端与风机塔筒底部连接，周围布置4、6或8根边桩(2)；中心桩(1)和边桩(2)的截面形式采用空心钢管，内部灌注混凝土(12)；在中心桩(1)与边桩(2)之间布置径向的水平杆(3)，并采用上部斜拉索(5)连接中心桩(1)和边桩(2)上端；在相邻边桩(2)之间布置环向的水平杆(3)和下部斜拉索(6)；相邻边桩(2)之间设置渔网(13)；边桩(2)、水平杆(3)、渔网(13)和下部斜拉索(6)围成的区域为海洋养殖区(7)。

如图2所示，以边桩(2)为例，在边桩(2)上预先焊接连接端头(4)和耳板(8)；水平杆(3)与边桩(2)之间通过连接端头(4)采用螺栓(10)连接；上部斜拉索(5)、下部斜拉索(6)与边桩(2)通过耳板(8)连接；连接端头(4)由水平杆接头(11)和法兰(9)组成；水平杆接头(11)采用圆钢管制成，材料和截面与水平杆(3)相同；水平杆接头(11)一端预先与边桩(2)焊接，另一端预先焊接法兰(9)；水平杆(3)采用圆钢管制成，其两端预先焊接法兰(9)；中心桩(1)上的连接构造按上述相同设置。

如图3所示，根据养殖的规模大小，可沿竖向增加水平杆(3)、渔网(13)和下部斜拉索(6)的层数，以增加海洋养殖区(7)的容量。

本发明提出了一种海上风电和海洋牧场一体化结构体系。该体系采用承载力和整体稳定性均较好的多桩基础形式，解决了传统单桩基础截面设计过大、打桩困难、刚度不足的问题，现场安装方便；通过在风电基础中设置养殖区，实现海上风电和海洋牧场的有机结合，有助于减少海上风电场建设对渔业的影响，促进海上风电和海洋牧场两个产业同步发展，具有广阔的工程应用前景。

以上所述仅仅是本发明的优选实施方案，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似方式替代，这些也应视作本发明的保护范围。

尽管本文较多地使用了：1-中心桩、2-边桩、3-水平杆、4-连接端头、5-上部斜拉索、6-下部斜拉索、7-养殖区、8-耳板、9-法兰、10-螺栓、11-水平杆接头、12-混凝土、13-渔网等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明的精神相违背的。