一种浮式风机基础的制作方法

1.本实用新型涉及海上风电海洋施工技术领域，尤其是一种浮式风机基础。


背景技术：

2.随着人们对自然环境污染问题的持续关注，清洁能源的开发技术逐步发展，其中海上风力发电领域是清洁能源中的重要组成部分。海上风电项目开发所采用的基础结构主要分为固定式和漂浮式两种，而对于水深超过50米以上的海域，由于施工技术的难度和项目开发的成本原因，固定式海上风机已不再适用，从而浮式风机基础成为一种优选方案。
3.欧美国家在浮式风电领域技术的研究处于领先地位，驳船式、半潜式和单柱式基础的浮式风机均有样机或者实际工程应用，例如：我国目前已有两座漂浮式示范性工程相继建成作业，分别为“三峡引领号”和“扶摇号”。然而，张力腿式浮式风机的研究仍处于理论设计阶段，实际工程中鲜有应用，究其原因，在于：根据现有理论研究成果，张力腿式浮式风机大体上由浮式风机基础和风电机组构成。浮式风机基础用来对风电机组进行承托。浮式风机基础由悬浮单元和系泊单元构成。浸入海水中的悬浮单元被用来直接承托风电机组，而系泊单元被作为悬浮单元和海底之间的联系过渡。在现有设计中，悬浮单元由多个漂浮筒（漂浮筒呈竖立态浸入至海水中）以及多个连接于各漂浮筒之间的联系横梁构成。然而，其设计结构复杂，且制造成本居高不下，更为紧要的是，在实际应用中，悬浮单元所理应具备的抗垂荡摆性能以及抗摇摆性能严重不足，进而势必会影响到海上风机运营的总体安全性。因而，亟待技术人员解决上述问题。


技术实现要素：

4.故，本实用新型设计人员鉴于上述现有的问题以及缺陷，乃搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过从事于此行业的多年研发经验技术人员的不断实验以及修改，最终导致该浮式风机基础的出现。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型涉及了一种浮式风机基础，其由悬浮单元和系泊单元构成。悬浮单元用来直接承托风电机组，其被部分或整体浸入海水中。系泊单元作为悬浮单元和海底之间的联系过渡，且工作状态下始终向着悬浮单元施以牵拉力。悬浮单元为焊接件，其包括一中心支撑件、n个悬浮件以及n个斜撑件。在中心支撑件、悬浮件和斜撑件的内部均设有至少一密封空腔结构。中心支撑件与风电机组相对接或对插。各悬浮件均施焊于中心支撑件的外侧壁上，且围绕中心支撑件的中心轴线进行周向均布。施焊完毕后，各悬浮件的中心轴线均交汇于中心支撑件的中心轴线上，且共点。各斜撑件的一端均与中心支撑件的外侧壁相施焊，而其另一端分别一一对应地与悬浮件相施焊。
6.作为本实用新型所公开技术方案的进一步改进，悬浮单元还包括结构辅助加强单元。结构辅助加强单元由n件施焊于悬浮件之间的水平连接件构成。且在水平连接件的内部均设有至少一密封空腔结构。
7.作为本实用新型所公开技术方案的更进一步改进，中心支撑件和悬浮件均优选由
钢板卷圆而成。而斜撑件和水平连接件由钢管切割而成。
8.作为本实用新型所公开技术方案的进一步改进，悬浮单元还包括有一第一封板和n个第二封板。第一封板施焊于中心支撑件的非插配端，以对其敞口进行封堵。而第二封板施焊于悬浮件的自由端，以对其敞口进行封堵。
9.作为本实用新型所公开技术方案的进一步改进，悬浮单元还包括有隔板单元。隔板单元由多个施焊于中心支撑件内部空腔中的、且沿其高度方向按照预设距离进行排布的平置隔板构成。
10.作为本实用新型所公开技术方案的更进一步改进，在各平置隔板上均开设有穿线孔，以用来与供风电机组进行电连接的海底电缆自由地穿越。
11.作为本实用新型所公开技术方案的进一步改进，悬浮单元还包括有筋板加强单元。筋板加强单元由施焊于中心支撑件内部空腔侧壁上、且相互纵横交错布置的纵向肋条和横向肋条构成。
12.作为本实用新型所公开技术方案的进一步改进，系泊单元由m个围绕悬浮单元的中心轴线进行周向均布、且连系于悬浮单元和海底之间的系泊子单元构成。
13.作为本实用新型所公开技术方案的更进一步改进，系泊子单元包括抗拉座和牵拉件。抗拉座被预埋于海底土层中。牵拉件的两端分别连系抗拉座和悬浮单元。
14.作为本实用新型所公开技术方案的更进一步改进，牵拉件优选为钢丝绳或钢索。
15.相较于传统设计结构形式的浮式风电基础，用来直接承托风电机组的悬浮单元由中心支撑件、悬浮件以及斜撑件依序施焊而成，具有较为简洁的设计结构，利于总体制造成本的降低。且在车间制备阶段，仅需对悬浮件和斜撑件的端部连接处预留、制备出焊接坡口，以备后用，而最终组对、施焊作业是在风电机海上安装阶段完成的，从而可为总体建造、运输以及安装成本的下降作了良好的铺垫。
16.在此，还需要着重说明的是，多个悬浮件均保持于平置状，且以t形接头形式以实现与中心支撑件的垂直施焊。在实际应用中，各悬浮件均始终受到上浮力的作用以实现对风电机组的有效承托，从而可有效地提升浮式风电基础的抗垂荡摆性以及抗摇摆性能，进而确保海上风机在实际运营中始终保持有良好的姿态平稳性以及运行安全性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本实用新型中浮式风机第一种实施方式的立体示意图。
19.图2是本实用新型浮式风机第一种实施方式中浮式风机基础的立体示意图。
20.图3是本实用新型浮式风机第一种实施方式中悬浮单元一种视角的立体示意图。
21.图4是本实用新型浮式风机第一种实施方式中悬浮单元另一种视角的立体示意图。
22.图5是图3的俯视图。
23.图6是图5的a-a剖视图。
24.图7是本实用新型中浮式风机第二种实施方式的立体示意图。
25.图8是本实用新型浮式风机第二种实施方式中浮式风机基础的立体示意图。
26.图9是本实用新型浮式风机第二种实施方式中悬浮单元的立体示意图。
27.1-浮式风机基础；11-悬浮单元；111-中心支撑件；112-悬浮件；113-斜撑件；114-第一封板；115-第二封板；116-隔板单元；1161-平置隔板；117-筋板加强单元；1171-纵向肋条；1172-横向肋条；118-结构辅助加强单元；1181-水平连接件；12-系泊单元；121-系泊子单元；1211-抗拉座；1212-牵拉件；2-风电机组。
具体实施方式
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、
ꢀ“
上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
29.下面结合具体实施例，对本实用新型所公开的内容作进一步详细说明，图1示出了本实用新型中浮式风机第一种实施方式的立体示意图，可知，浮式风机主要由浮式风机基础1和风电机组2构成。其中，在浮力的作用下，浮式风机基础1用来确保风电机组得以稳定地竖立于海平面以上。在实际运营中，受到风力的吹动，风电机组2的叶片启动以持续地周向旋动，风能即被转化为电能，并借由海底电缆进行电力传输。
30.图2示出了本实用新型浮式风机第一种实施方式中浮式风机基础的立体示意图，可知，其由悬浮单元11和系泊单元12构成。其中，悬浮单元11用来直接承托风电机组2，其被部分或整体浸入海水中。系泊单元12作为悬浮单元11和海底之间的联系过渡。
31.如图3中所示，悬浮单元11优选为焊接件，且其主要由一中心支撑件111、3个悬浮件112以及3个斜撑件113等几部分构成。出于保证悬浮单元11在实际应用中始终受到充足浮力的作用，进而确保其得以长期稳定地悬浮或漂浮中海水方面考虑，在中心支撑件111、悬浮件112和斜撑件113的内部均设有密封空腔结构。因中心支撑件111和悬浮件112均具有较大的管径，亦优选由钢板卷圆而成。且在中心支撑件111的非插配端（下端）施焊第一封板114，以对其敞口进行封堵（如图4中所示）。在悬浮件112的自由段（外端）施焊第二封板115，以对其敞口进行封堵（如图3中所示）。斜撑件113的管径相对较小，可由钢管直接切割而成。如此1中所示，中心支撑件111用来直接与风电机组2相对接或对插。各悬浮件112均施焊于中心支撑件111的外侧壁上，且围绕中心支撑件111的中心轴线进行周向均布（各悬浮件112之间所形成的夹角角度均为120
°
）。施焊完毕后，各悬浮件112的中心轴线均交汇于中心支撑件111的中心轴线上，且共点。各斜撑件113的一端均与中心支撑件111的外侧壁相施焊，而其另一端分别一一对应地与悬浮件112相施焊。
32.在实际应用中，上述结构形式的浮式风电基础至少取得了以下几方面的有益技术效果，具体为：
33.1）用来直接承托风电机组2的悬浮单元11由中心支撑件111、悬浮件112以及斜撑件113依序施焊而成，具有较为简洁的设计结构，利于总体制造成本的降低；
34.2）多个悬浮件112均以t形接头形式以实现与中心支撑件111的垂直施焊（相对于海平面，各悬浮件112均浸于海水中，其初始态保持于平置状）。在实际应用中，各悬浮件112
均始终受到上浮力的作用以实现对风电机组2的有效承托，且当中心支撑件111受到侧翻力矩作用时，各悬浮件112所受到的浮力可发生自适应性改变，且悬浮单元11在系泊单元12的牵拉力辅助作用下得以回位至水平态，从而浮式风电基础1的抗垂荡摆性以及抗摇摆性能得到有效地提升，进而利于确保海上风机在实际运营中始终保持有良好的姿态平稳性以及运行安全性。
35.另外，在此还需要说明的是，在车间制备阶段，仅需对悬浮件112和斜撑件113的端部连接处预留、制备出焊接坡口，以备后用，而最终组对、施焊作业是在风电机海上安装阶段完成的（在海上施工现场，工人参照施工蓝图以及焊接工艺规程wps完成中心支撑件111、悬浮件112以及斜撑件113的组对、施焊作业），从而可为总体建造、运输以及安装成本的下降作了良好的铺垫。
36.由图2中所示还可以明确地看出，系泊单元12优选由3组围绕悬浮单元11的中心轴线进行周向均布、且连系于悬浮单元11和海底之间的系泊子单元121构成。且各系泊子单元121均主要由抗拉座1211和牵拉件1212构成。抗拉座1211被预埋于海底土层中。牵拉件1212的两端分别连系抗拉座1211和悬浮件112。在浮式风机的实际运营中，抗拉座1211借由牵拉件1212以始终向着悬浮件112施以牵拉力，确保当风电机组2受到风力吹拂时悬浮单元11保持有良好的姿态稳定性，进而利于提升风电机组2的发电效率以及电能持续输出稳定性。
37.在确保向着悬浮件112施以足够牵拉力的前提下，牵拉件1212可以根据具体应用场景的不同择优选取钢丝绳或钢索。
38.再者，结合附图5、6可以明确地看出，在中心支撑件111的内部还增设有隔板单元116。隔板单元116由多个施焊于中心支撑件111内部空腔中的、且沿其高度方向按照预设距离进行排布的平置隔板1161构成，以分隔为多个相互独立的水密舱室，可作为设备舱室、压载舱室等不同的功能区。
39.再者，在各平置隔板1161上均开设有穿线孔（图中未示出），以用来与供风电机组进行电连接的海底电缆自由地穿越。如此一来，在确保海底电缆得以可靠、安全穿设的前提下，可以有效地简化浮式风机基础的设计结构，降低其总体制造成本。
40.另外，结合附图5、6还可以明确地看出，悬浮单元11还增设有筋板加强单元117。筋板加强单元117优选由施焊于中心支撑件111内部空腔侧壁上、且相互纵横交错布置的纵向肋条1171和横向肋条1172构成。如此，在实际应用中，纵向肋条1171和横向肋条1172的存在可以有效地提升中心支撑件111的结构强度（主要包括抗压强度以及周向抗胀强度），进而降低其因受到超限压力作用而被压缩或胀形现象发生的几率。
41.图7示出了本实用新型中浮式风机第二种实施方式的立体示意图，其相较于上述第一种实施方式，风电机组2和系泊单元12具有完全相同的设计形式（正如图8中所示），区别点仅在于：悬浮单元11增设有结构辅助加强单元118（如图9中所示）。结构辅助加强单元118由3件施焊于悬浮件112之间的、平置态的水平连接件1181构成。且在水平连接件1181的内部均设有密封空腔结构，以尽可能地提升浮式风电基础1的上浮能力。通过采用上述技术方案进行设置，一方面，在多个水平连接件1181的协同作用下，中心支撑件111、悬浮件112以及斜撑件113得以形成一有机受力整体，浮式风电基础1的结构稳定性得到大幅度地提升；另一方面，水平连接件1181的存在还可以在一定程度上提升浮式风电基础1受侧向力矩时的悬浮稳定性，确保当风电机组2受到风力吹拂时悬浮单元11其倾斜角度始终保持于合
理值范围内，从而为风电机组2的发电效率以及电能持续输出稳定性的进一步提升作了良好的铺垫。
42.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种浮式风机基础，其由悬浮单元和系泊单元构成；所述悬浮单元用来直接承托风电机组，其被部分或整体浸入海水中；所述系泊单元作为所述悬浮单元和海底之间的联系过渡，且工作状态下始终向着所述悬浮单元施以牵拉力，其特征在于，所述悬浮单元为焊接件，其包括一中心支撑件、n个悬浮件以及n个斜撑件；在所述中心支撑件、所述悬浮件和所述斜撑件的内部均设有至少一密封空腔结构；所述中心支撑件与所述风电机组相对接或对插；各所述悬浮件均施焊于所述中心支撑件的外侧壁上，且围绕所述中心支撑件的中心轴线进行周向均布；施焊完毕后，各所述悬浮件的中心轴线均交汇于所述中心支撑件的中心轴线上，且共点；各所述斜撑件的一端均与所述中心支撑件的外侧壁相施焊，而其另一端分别一一对应地与所述悬浮件相施焊。2.根据权利要求1所述的浮式风机基础，其特征在于，所述悬浮单元还包括结构辅助加强单元；所述结构辅助加强单元由n件施焊于所述悬浮件之间的水平连接件构成；且在所述水平连接件的内部均设有至少一密封空腔结构。3.根据权利要求2所述的浮式风机基础，其特征在于，所述中心支撑件和所述悬浮件均由钢板卷圆而成；而所述斜撑件和所述水平连接件由钢管切割而成。4.根据权利要求1所述的浮式风机基础，其特征在于，所述悬浮单元还包括有一第一封板和n个第二封板；所述第一封板施焊于所述中心支撑件的非插配端，以对其敞口进行封堵；而所述第二封板施焊于所述悬浮件的自由端，以对其敞口进行封堵。5.根据权利要求1所述的浮式风机基础，其特征在于，所述悬浮单元还包括有隔板单元；所述隔板单元由多个施焊于所述中心支撑件内部空腔中的、且沿其高度方向按照预设距离进行排布的平置隔板构成。6.根据权利要求5所述的浮式风机基础，其特征在于，在各所述平置隔板上均开设有穿线孔，以用来与供风电机组进行电连接的海底电缆自由地穿越。7.根据权利要求1所述的浮式风机基础，其特征在于，所述悬浮单元还包括有筋板加强单元；所述筋板加强单元由施焊于所述中心支撑件内部空腔侧壁上、且相互纵横交错布置的纵向肋条和横向肋条构成。8.根据权利要求1-7中任一项所述的浮式风机基础，其特征在于，所述系泊单元由m个围绕所述悬浮单元的中心轴线进行周向均布、且连系于所述悬浮单元和海底之间的系泊子单元构成。9.根据权利要求8所述的浮式风机基础，其特征在于，所述系泊子单元包括抗拉座和牵拉件；所述抗拉座被预埋于海底土层中；所述牵拉件的两端分别连系所述抗拉座和所述悬浮单元。10.根据权利要求9所述的浮式风机基础，其特征在于，所述牵拉件为钢丝绳或钢索。

技术总结
本实用新型涉及海上风电海洋施工技术领域，尤其是一种浮式风机基础。浮式风机基础由悬浮单元和系泊单元构成。悬浮单元浸入海水中，而系泊单元联系于悬浮单元和海底之间。悬浮单元包括一中心支撑件、N个悬浮件以及N个斜撑件。中心支撑件用来直接承托风电机组。各悬浮件均采取T形接头形式施焊于中心支撑件的外侧壁上，且围绕其中心轴线进行周向均布。斜撑件被施焊于中心支撑件和各悬浮件之间。如此，一方面，在确保对风电机组稳定、有效承托的前提下，本浮式风机基础具有更为简洁的设计结构，利于制造以及现场施工成本的降低；另一方面，在实际应用中，各悬浮件始终受到上浮力的作用，从而可有效地提升浮式风电基础的抗垂荡摆性以及抗摇摆性能。摆性以及抗摇摆性能。摆性以及抗摇摆性能。


技术研发人员：吴承恩 张会良 魏军 黄凯 肖振业 严春峰
受保护的技术使用者：南通中远海运船务工程有限公司
技术研发日：2023.02.13
技术公布日：2023/5/26