一种能抵抗风浪影响的海上风电基础平台的制作方法

1.本发明涉及海上风电技术领域，特别涉及一种能抵抗风浪影响的海上风电基础平台。


背景技术：

2.基于海上的自然条件，海上漂浮基础主要存在以下问题，其一，潮水与海浪影响：漂浮基础采用的浮体是浮于海平面上的，随着潮水海浪所产生的水位变化而变化，为此，锚索的功能只是保障漂浮基础的相对限位，不能在海上产生较大的漂移。为此，锚固的要求不高，具有抵抗海流及风浪水平推力即可。但对于海上风电项目的就位和安装，带来了更多的不确定性和困难；其二，风浪与涌动影响：受海风的作用，海水产生涌动和形成巨浪，在海上浮体或船只产生剧烈摆动，倾斜甚至倾覆。对海上风电漂浮式基础而言，海水的涌动和海面海浪，海上漂浮基础产生剧烈的摇摆，使海上风电项目难以进行正常的安装和运行，为克服这种剧烈的波动，漂浮或海上风电项目通常采用巨型结构，漂浮基础结构排水体积是13000多吨，即总浮力为1万多吨，以提供风电项目有相对平稳的工作环境，而涌动又对巨型海上结构形成巨大的外力作用，从而极大地提高风电项目的投资成本。
3.当前应用于海上风电项目，主要采用嵌入式桩基(固定式)基础、漂浮式基础平台，两种基础平台存在以下缺陷
4.固定式基础主要缺点：海洋区域广阔，海水深浅不一，地质条件复杂，造成了海上风电项目需要大量的前期勘探钻探工作，以及建设期艰难的海上打桩工作，使得项目成本难以控制，特别是随着海水深度增加，项目投资成本也快速增加。
5.固定式基础在项目前期及建设期，均需要特殊的海上打桩设备，由于海上风云变化莫测，使之受海上风浪影响大，项目实施时间长，工期难以控制，漫长的工期间接地影响了项目的投资和收益。为克服巨大的风浪影响，桩基础需要极大抗倾和抗冲击能力，项目需要较多的桩群组成工作平台，较大地增加了项目的投资成本。
6.漂浮式基础平台主要缺点：受海上大风大浪的影响，基础平台容易产生剧烈摇摆，给项目的安装和安全运行带来了极大的困难。为了降低海上风浪造成的摇摆影响以及在巨大风浪条件下自身的安全要求，漂浮式基础平台通常设计成巨大的体型结构，巨大的体型结构，不仅使设计工作极为复杂，同时也极大地增加项目的投资成本。由于海水潮起潮落，漂浮式基础平台难以固定限位，使之随波逐流漂移。
7.总而言之，海上巨大风浪形成海水剧烈上下涌动和产生巨大的侧向推力，是海上建、构筑物和船只重要的外在破坏要素，是极大地推高海上项目投资成本的主要环节。
8.鉴于上述因素，本技术人特别提供一种能抵抗风浪影响的海上风电基础平台，将海水浮力转化为有效作用力，基础平台浮体被潜锚在水下，浮力与锚固力的共同作用，实现了基础平台的稳定和具有强大的强倾覆能力。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种能抵抗风浪影响的海上风电基础平台，以解决上述背景技术中提出的问题。
10.本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：一种能抵抗风浪影响的海上风电基础平台，包括浮体平台及与所述浮体平台上固定具有中空结构的主浮体，所述浮体平台上通过焊接方式连接着连接件，所述连接件的端头位置固定有次浮体，所述主浮体上通过焊接方式连接着呈锥形状的渐变段，所述渐变段上设有风机塔筒；
11.所述浮体平台与位于海底平面固定的锚固体通过锚固索连接，所述连接件上位于所述次浮体一端与位于海底平面固定的锚固体通过锚固索连接。
12.进一步地，所述连接件以钢管桁架结构为主，所述连接件与所述次浮体共同形成平衡力矩。
13.进一步地，所述钢管桁架与主浮体的连接处固定设有固定座，固定座采用型钢方型结构，固定座通过螺栓和/或焊接方式连接着焊接固定在桁架连接。
14.进一步地，所述主浮体上、下端采用简易的型钢构成方框，由钢索与桁架末端连接。
15.进一步地，所述锚固索与位于浮体平台上的设置的卷扬机连接；
16.所述锚固体采用扁平的堆型结构，由钢筋混凝土预制生产，所述锚固体设定的位置对称分散沉放，所述锚固索与锚固体连接，另一端与临时浮伴相连接。
17.进一步地，所述主浮体与所述次浮体的浮体结构可采用“十”字型设置。
18.进一步地，所述主浮体与所述次浮体的浮体结构可采用
“△”
设置。
19.进一步地，所述主浮体、次浮体与所述浮体平台预留约10米高度，且所述次浮体位于连接件端头位置等距设置。
20.进一步地，所述主浮体为上端具有敞口结构且底部封闭的圆管体结构，所述次浮体为两端呈封闭状的中空的圆管体结构。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将海水浮力转化为有效作用力；当基础平台浮体被潜锚在水下，浮力与锚固力的共同作用，实现了基础平台的稳定和具有强大的强倾覆能力，采用主、次浮体的结构，可以改善结构的受力条件，极大提高项目的抗倾覆能力；项目的基础平台可以进行模组化在厂区进行加工生产，达到缩短建设周期和提前投产产生效益；适合于各种水深和地质条件，外在因素对投资成本影响较小；利用平台具有柔性工作能力，可以较大程度减少平台结构体积和重重，有效达到投资节约；本发明潜浮锚固式基础平台，适用海上测风、风电机组、海上风电生产管理场地等平台；
22.针对海洋特点和上述存在的问题，本发明旨在提供一种可重复利用、可进行模组化生产、便于拆除、能缩短项目建设周期、能降低项目投资成本敀海上风电项目基础平台(包括测风塔、风电机组以及风电管理相关工作的海上平台)；
23.当浮体所产生的浮力不大于锚固力的垂直分力时，浮体不能上下移动，基础平台高程即保持不变。
24.当浮体、基础平台以及上部结构受综合水平外力(如风、浪、洋流等)，不大于浮力和锚固共同作用形成的水平分力时，基础平台就不会产生水平位移。
25.可以根据风电项目主流市场风机重量、塔筒高度、重量和直径，设计两、三个标准
的浮体结构(含主、次浮体)，浮体上渐变段设计，主要是适应于不同规格塔筒直径进行设计调整，以满足风电项目的普及性和适应性；潜浮式基础平台，可以实现厂区内加工生产，浮拖至项目现场就位，达到产品优质和快速安装条件，有效地缩短项目的建设周期和提前产生投资收益；
26.潜浮锚固式风电基础平台，主要是通过浮力和锚固力的相互作用来实现机组基础平台的稳定。由于海水和锚索都具有典型的柔性特征，当项目遇到特大风暴时(如倾覆力矩大于浮力所产生的力矩时)，潜浮锚固式基础平台将通过小幅波动(柔性特征)以化解特大风暴所带来的破坏性影响，实现潜浮锚固式风电基础平台结构轻量化以减少投资成本。
附图说明
27.图1为本发明浮力与锚拉力示意图；
28.图2为本发明浮力与锚拉力产生水平分力示意图；
29.图3为本发明整体连接示意图；
30.图4为本发明整体俯视图；
31.图5为本发明中“十”浮体平面示意图；
32.图6为本发明中
“△”
浮体连接示意图；
33.图7为本发明中
“△”
浮体平面示意图；
34.图8为本实用新型中另一种浮体平面示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.如图1-8所示，一种能抵抗风浪影响的海上风电基础平台，包括浮体平台1 及与所述浮体平台1上固定具有中空结构的主浮体2，所述浮体平台1上通过焊接方式连接着连接件4，所述连接件4的端头位置固定有次浮体3，所述主浮体 2上通过焊接方式连接着呈锥形状的渐变段5，所述渐变段5上设有风机塔筒6；
37.所述浮体平台1与位于海底平面固定的锚固体8通过锚固索9连接，所述连接件4上位于所述次浮体3一端与位于海底平面固定的锚固体8通过锚固索9 连接。
38.为了便于在使用状态下，当浮体平台遇到特大风暴时(如倾覆力矩大于浮力所产生的力矩时)，浮体平台将通过小幅波动(柔性特征)，以化解特大风暴所带来的破坏性影响，实现潜浮锚固式风电基础平台结构轻量化以减少投资成本，本发明进一步优选的实施例是，所述连接件4以钢管桁架结构为主，所述连接件4与所述次浮体3共同形成平衡力矩。
39.为了便于在使用状态下通过自身结构承担桁架传递过来的作用力和弯矩，本发明进一步优选的实施例是，所述钢管桁架与主浮体2的连接处固定设有固定座，固定座采用型钢方型结构，固定座通过螺栓和/或焊接方式连接着焊接固定在桁架连接。
40.为了便于在使用状态下提高桁架的抗弯能力，本发明进一步优选的实施例是，所述主浮体2上、下端采用简易的型钢构成方框，由钢索10与桁架末端连接。
41.桁架的固定座采用型钢方型结构，整体焊接固定在主浮体上。固定座以焊接等方式与桁架连接，通过自身结构承担桁架传递过来的作用力和弯矩。
42.浮体上、下端采用简易的型钢构成方框，由钢索与桁架末端连接，以提高桁架的抗弯能力。
43.在使用状态下，为了避免因为沉放偏差影响锚拉作用力，需要适当锚固体体积和重量，以确保满足锚固力的要求。本发明进一步优选的实施例是，所述锚固索9与位于浮体平台1上的设置的卷扬机11连接；
44.所述锚固体8采用扁平的堆型结构，由钢筋混凝土预制生产，所述锚固体8 设定的位置对称分散沉放，所述锚固索9与锚固体8连接，另一端与临时浮伴相连接。
45.当海水深度较浅时，所述锚固体8替换成可采用小套管钻孔预埋锚索的方式来降低项目的投资成本。
46.锚固体主要采用扁平的堆型结构，由钢筋混凝土预制生产，锚固体通过海上吊船沉放就位，对于较深水域，锚索与锚固体做好连接，另一端与临时浮伴相连接，减少水下作业的难度和风险。锚固体在设定的位置对称分散沉放，并根据项目的要求配置重量和块数。
47.对于较深水域，锚索与锚固体做好连接，另一端与临时浮伴相连接，减少水下作业的难度和风险。
48.在使用状态下，浮体始终锚于水下，并形成相应的上浮力，这个上浮力是浮体已扣除上部结构和浮体自重后产生的净浮力；净浮力的大小选择，取决于外界的综合水平推力和可能产生的倾覆力矩，同样提高浮体的浮力，必将加大浮体线的相关结构，结构的加大，风浪和海浪涌动的影响加大，从而导致项目成本的上升。根据海上风电项目的不同条件，本发明进一步优选的实施例是，所述主浮体2与所述次浮体3的浮体结构可采用十字型结构设置。
49.对于上部荷载和风浪所产生倾覆力矩较大的项目，设置主浮体和次浮体，主浮体主要承担上部主体荷载，次浮体主要对风浪倾覆力矩形成抵抗力矩，以保证风电项目安装和运行阶段的稳定和安全。
50.在使用状态下，浮体始终锚于水下，并形成相应的上浮力，这个上浮力是浮体已扣除上部结构和浮体自重后产生的净浮力；净浮力的大小选择，取决于外界的综合水平推力和可能产生的倾覆力矩，同样提高浮体的浮力，必将加大浮体线的相关结构，结构的加大，风浪和海浪涌动的影响加大，从而导致项目成本的上升。根据海上风电项目的不同条件，本发明进一步优选的实施例是，所述主浮体2与所述次浮体3的浮体结构可采用“十”字型设置。
[0051]“十”字型式基础，主要适用于测风塔等轻型荷载项目。受风浪影响较小的项目(如测风塔)建议采用“十”字型浮体结构。
[0052]
在使用状态下，浮体始终锚于水下，并形成相应的上浮力，这个上浮力是浮体已扣除上部结构和浮体自重后产生的净浮力；净浮力的大小选择，取决于外界的综合水平推力和可能产生的倾覆力矩，同样提高浮体的浮力，必将加大浮体线的相关结构，结构的加大，风浪和海浪涌动的影响加大，从而导致项目成本的上升。根据海上风电项目的不同条件，本发明进一步优选的实施例是，所述主浮体2与所述次浮体3的浮体结构可采用
“△”
型设置。
[0053]
当主导风向和极端天气风向变化不大时采用
“△”
型设置，当主导风向，特别时极
端天气的主导风向变化不大时，可以优选三角形方式布置，以最大限度发挥次浮体的抗倾覆力矩作用，对于主导风向比较稳定的风电项目，可采用
“△”
结构，充分发挥主、次浮体有效作用，降低项目投资成本，
“△”
型基础平台，能使船舶靠近于主浮体，为上部结构(风机、塔筒)吊装和维护设备提供有利的条件。
[0054]
为了便于在使用状态下，通过桁架与次浮体共同形成强大的抗倾覆力矩以适应海水的柔性特征，所述主浮体2、次浮体3与所述浮体平台1预留约10米高度，且所述次浮体3位于连接件4端头位置等距设置。所述次浮体3浮体以圆形管为主。
[0055]
为了便于在使用状态下，以适应海水的柔性特征，减少风浪冲击作用影响，所述主浮体2为上端具有敞口结构且底部封闭的圆管体结构，所述次浮体3为两端呈封闭状的中空的圆管体结构。
[0056]
本发明的风电基础平台，均采用钢结构，体以圆管型为主，以适应海水的柔性特征，减少风浪冲击作用影响，其他结构以钢桁架为主，以提高结构的受力条件，减少结构的整体重量和降低项目投资成本。锚索以钢丝绳为主，以提高锚固的抗拉能力。锚固体采用钢筋混凝土以满足锚固配重要求，降低项目投资成本。
[0057]
因为锚固力是被动形成的，在配重锚固体足够重的情况下，其各个方向的分力与相应的外部作用力相等。
[0058]
浮体与平台面预留约10米高度，当浮体平台浮拖至预先沉放好的钢筋混凝土锚固体位置上方后，通过向浮体内灌水，使沉体逐步下沉到预留高度，再通过锚索施加拉力(这时所锚拉力较小)，使浮体潜入水下5～6米(此时浮体具有一定的浮力)，锚索进行锁定后，通过潜水泵将浮体内的水排出，水下浮体达到设定的浮力要求。
[0059]
由于浮体所产生的浮力大于上部主体重量，在水下锚固力的共同作用下，上部主体结构(如风机)的安装不会产生上下波动及摆动现象，从而为项目提供良好的安装和运行生产条件。
[0060]
锚固体主要采用扁平的堆型结构，由钢筋混凝土预制生产，锚固体通过海上吊船沉放就位，为了避免因为沉放偏差影响锚拉作用力，需要适当锚固体体积和重量，以确保满足锚固力的要求。
[0061]
浮体平台上通过螺栓或是焊接方式俩接着风机底座，风机底座采用方钢结构制成，风机底座上连接有风机，测风塔锚体约8块，单块重量约100吨。风机锚固体约16～24块，单块重量约200～300吨。
[0062]
海上风电项目的关键问题是尽量减少基础在外界因素(如海浪涌动等)所产生的前后或左右摇摆，以提供项目良好的工作环境，围绕着这以核心问题，本发明提出潜浮锚固式基础，通过锚索，将漂浮基础的浮体部分锚进水下，即水下浮体自然上浮形成浮力，而锚索通过锚固体对浮体形成了锚固作用。
[0063]
浮力和锚拉力的相互作用，使潜浮平台形成了以下效果：当锚拉力的垂直分力大于浮体所产生的浮力时，浮体不能上下移动，浮体基础平台高程不变。当由于浮力与锚力所产生的水平分力大于浮体和上部结构所受的综合外部水平推力(如风、海浪、海流等)，浮体平台即不会产生平行位移。
[0064]
本发明充分利用海水浮力条件和钢材抗拉能力极大优于抗压能力的特点，提出潜浮锚固式风电基础平台，指导思想就是通过锚索，将基础平台的浮体部分锚固在水下，使水
下浮体自然上浮形成浮力，而锚索通过锚固端(锚固体)与基础平台连接，形成反向的锚固作用力，浮力和锚固力的共同作用，达到使基础平台处于平稳的状态。
[0065]
当特大风暴产生的倾覆力矩大于浮力的抗倾力矩，平台将出现与之对应的倾斜，使基础平台具有柔性特征。基于这种风浪特点是短暂性，基础平台的倾斜也是短暂性的并随浮力力矩逐步大于倾覆力矩而逐步回复稳定。为此，基础平台可以优化项目抗倾标准和优化结构设计，较大此实现项目成本节约。
[0066]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0067]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。