一种适用于远海的漂浮式风机基础的制作方法

1.本实用新型涉及属于海上风力发电机基础领域，更具体地说它是一种适用于远海的漂浮式风机基础。


背景技术：

2.近年来，随着陆上、近海风电资源开发逐渐饱和，深远海风电开发成为未来风电发展的趋势。由于水深较大，深远海风电场已不适合采用固定式基础，浮式基础是必然选择。而现有浮式基础主要有半潜式、tlp式和spar式等三种，相较于传统固定式基础，浮式基础结构尺寸更大，且稳定性较差，结构的建设、安装难度更大，成本更高，难以推广应用，亟需降低浮式风机成本。
3.因此，开发一种结构尺寸小，稳定性好，具有很好的抗扰动性能，施工方便，成本低的浮式风机基础很有必要。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了提供一种适用于远海的漂浮式风机基础，在提供了良好承载力的同时兼顾了稳定性、尺寸小、具有很好的抗扰动性能，施工方便，该基础主要材料为钢材，且结构简单，可实现工厂预制，现场拼装，可大大节省现场施工时间及难度，成本更低，有利于浮式风机的降本增效。
5.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种适用于远海的漂浮式风机基础，其特征在于：包括节点、传力筒、传力桁架、刚性杆、柔性杆、浮力筒、配重球和系泊缆；
6.节点包括上节点和下节点；上节点与风机塔筒通过法兰连接；下节点与刚性杆上端刚接；上节点1-1位于下节点1-2上方、且上节点与下节点之间通过传力筒焊接连接或者法兰连接；
7.传力桁架分别与上节点、下节点以及传力筒焊接连接；
8.刚性杆下端与配重球刚接；刚性杆一方面可在正常工作情况下传递配重球施加的竖向轴力，另一方面可在非正常工作情况下也可传递部分弯矩到配重球；刚性杆的长度近似于力臂长度，越长则提供的抗倾覆力矩越大，但应结合材料成本和长细比的控制取一个最佳长度；
9.柔性杆两端分别与传力桁架端部及配重球铰接；柔性杆已经施加了一定的预拉应力，在本实用新型基础受到外力扰动时能够配合刚性杆及配重球快速响应，通过配重球自重产生抗倾覆力矩进而维持整个基础不会产生较大振动甚至倾覆；
10.浮力筒主要以传力桁架为支撑骨架，并与传力桁架焊接连接；竖向浮力筒位于本实用新型整个基础的正中心，其主要作用是提供基础的浮力，在各种工况下配合配重球均能提供足够大的竖向刚度；浮力筒的设计原则是能够保证在正常和极端工况下能够保证浮力筒仍有部分筒体浮于海面之上；
11.系泊缆一端固定于传力桁架的端部位置、另一端锚固于海底基岩上。
12.在上述技术方案中，浮力筒套在传力筒、上节点外周、且位于传力桁架之间，上部节点、部分传力筒、部分传力桁架位于浮力筒内部，可免受海水冲刷及侵蚀，可提高整个基础的使用寿命。
13.在上述技术方案中，上节点和下节点的直径均大于风机塔筒直径；
14.传力筒呈直径上大下小的锥台型结构；
15.上节点与下节点的直径一致或相近且略大于风机塔筒直径，传力筒直径上大下小且壁厚能够满足强度要求，上下节点均为刚性节点，控制节点强度大于与其连接的构件强度。
16.在上述技术方案中，浮力筒呈中空的圆柱形结构；
17.浮力筒的筒体外壁涂覆防腐层；本实用新型与海水直接接触的所有钢结构表面应具有防腐蚀涂层；
18.浮力筒内部空心且以传力桁架为支撑骨架，其壁厚能够满足强度、密封性、防腐蚀性、焊接性等要求。筒体外壁涂有防海水侵蚀的涂层，延长使用寿命。
19.在上述技术方案中，传力桁架有多个，多个传力桁架均布在传力筒外周；
20.传力桁架主要由高强度钢管焊接而成，主要作用是传递柔性杆，系泊缆的力以及作为浮力筒的内部骨架，为避免应力集中情况，应与上下节点及传力筒分散焊接连接，能够均匀传递内力，且其本身及焊接节点在极端工况下不会发生强度破坏；
21.系泊缆有多根；每个传力桁架端部均固定一根系泊缆，系泊缆一端与传力桁架端部连接，另一端锚固于海底基岩。系泊缆共四根，应该保持一定的张拉力或预紧力，能够协同保证提供足够的约束力，约束整个基础的平动和水平转动自由度。
22.在上述技术方案中，配重球包括内层结构和外层结构；外层结构为钢球结构，内层结构为配重块；
23.配重球外部可为钢球，内部配备有高密度且稳定性良好的配重块，如铁砂，铅块或者混凝土。配重球外部应预留与刚性杆及柔性杆连接的节点装置。配重球的作用是降低基础重心位于浮心之下，在本实用新型整个基础及上部结构受气流或者海流等因素影响时维持基础不会产生较大的波动，增大整个基础的转动刚度。配重球主要配合刚性杆和柔性杆发挥作用，外形为球形且体积相对较小可避免海平面以下的流体对其扰动进而影响基础上部结构甚至基础上的风机。
24.在上述技术方案中，刚性杆由抗弯和抗剪性能良好的钢杆制作而成。柔性杆为抗拉性能良好的钢杆或者纤维增强复合材料制作而成。
25.在上述技术方案中，传力桁架的四个角部位置均安装防撞装置，避免船舶、漂浮物或者海上生物对基础产生碰撞影响。
26.本实用新型具有如下显著的优点：
27.(1)本实用新型所述的一种适用于远海的漂浮式风机基础，重心和浮心距离相对较远，本实用新型中的配重球无论是在低频扰动或者高频扰动、低强度扰动还是高强度扰动都能够快速响应并吸收扰动，具备很好的抗外界干扰能力，能够为上部风机创造良好的工作环境；本实用新型在提供了良好承载力的同时兼顾了稳定性、尺寸小、具有很好的抗扰动性能；
28.(2)本实用新型所述的一种适用于远海的漂浮式风机基础，结构简单且主要材料
为普通钢材，可工厂预制现场拼装，操作简便，且可在一定程度上降低基础的制作和安装成本，并节省现场施工时间、降低施工难度，有利于浮式风机的降本增效；
29.(3)本实用新型所述的一种适用于远海的漂浮式风机基础，可以先将基础和风机组装好，拖运至指定位置后再加装配重球进而实现自立式安装，可节省现场大型吊装的成本。
附图说明
30.图1为本实用新型的轴测图。
31.图2为本实用新型缺失浮力筒的轴测图。
32.图3为本实用新型的俯视图。
33.图4为本实用新型的正视图。
34.图中1-节点，1-1-上节点，1-2-下节点，2-传力筒，3-传力桁架，4-刚性杆，5-柔性杆，6-浮力筒，7-配重球，8-系泊缆。
具体实施方式
35.下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点更加清楚和容易理解。
36.本实用新型整个基础主要由上节点、下节点、传力筒、传力桁架、刚性杆、柔性杆、浮力筒、配重球、系泊缆组成，如图1所示。整个基础主要通过浮力筒提供浮力，通过配重球维持基础稳定。浮力筒为钢结构单一筒体，结构简单，可以和传力桁架相互约束变形。配重球主要是配合刚性杆和柔性杆提供抗倾覆力矩，刚性杆的作用是尽可能多的传递上部风机塔筒底部的弯矩作用力，然后配重球偏离整个基础中心轴线以提供抵抗弯矩，由于实际并不存在绝对的刚性杆，因此柔性杆的作用是在整个基础受到外力扰动的情况下配合刚性杆使配重球尽可能多的产生偏心进而提供更大的抗倾覆力矩。系泊缆由四根钢缆绳组成，系泊缆的两端分别连接于钢桁架端部和海底基岩上，主要作用是维持整个基础的平动及转动自由度在限定范围内。本实用新型所述适用于远海的漂浮式风机基础结构简单，受力明确，承载能力和稳定性良好，具有很好的抗波浪冲刷和其他外力扰动性能。
37.实施例
38.如图1所示，本实施例中，适用于远海的漂浮式风机基础由上节点1-1、下节点1-2、传力筒2、传力桁架3、刚性杆4、柔性杆5、浮力筒6、配重球7和系泊缆8组成。
39.本实例给出一种用于远海的漂浮式风机基础，浮力筒可在预制工厂里在传力桁架骨架间焊接钢板进而形成密闭性良好的筒体。
40.在本实施例中，为了便于拼装，刚性连接主要是指焊接连接或者法兰连接，法兰连接处需要预留相应装置。
41.基础可船运到现场拼装，也可以陆上安装好后(不带配重球)湿运至现场。
42.由于配重球只主要承担内部配重物，和较小的海水压力，因此为了节省材料也可以用其他成本低廉且密度高的填充物。
43.上述浮力筒，刚性杆，柔性杆材质不局限于钢材，也可以采用高强度新型材料代替，替换原则为，在满足材料强度，连接可靠，密封性好，抗腐蚀性好的基础上可节省成本。
44.结论：经试用证明，本实施例采用本实用新型所述的适用于远海的漂浮式风机基础，结构尺寸小，稳定性好，具有很好的抗扰动性能，施工方便，成本低。
45.其它未说明的部分均属于现有技术。

技术特征：
1.一种适用于远海的漂浮式风机基础，其特征在于：包括节点(1)、传力筒(2)、传力桁架(3)、刚性杆(4)、柔性杆(5)、浮力筒(6)、配重球(7)和系泊缆(8)；节点(1)包括上节点(1-1)和下节点(1-2)；上节点(1-1)与风机塔筒通过法兰连接；下节点(1-2)与刚性杆(4)连接；上节点(1-1)与下节点(1-2)之间通过传力筒(2)焊接连接或者法兰连接；传力桁架(3)分别与上节点(1-1)、下节点(1-2)以及传力筒(2)焊接连接；刚性杆(4)下端与配重球(7)连接；柔性杆(5)两端分别与传力桁架(3)端部及配重球(7)铰接；浮力筒(6)以传力桁架(3)为支撑骨架，并与传力桁架(3)焊接连接；系泊缆(8)一端固定于传力桁架(3)的端部位置、另一端锚固于海底基岩上。2.根据权利要求1所述的适用于远海的漂浮式风机基础，其特征在于：浮力筒(6)套在传力筒(2)外周、且位于传力桁架(3)之间。3.根据权利要求1或2所述的适用于远海的漂浮式风机基础，其特征在于：上节点(1-1)和下节点(1-2)的直径均大于风机塔筒直径；传力筒(2)呈直径上大下小的锥台型结构。4.根据权利要求3所述的适用于远海的漂浮式风机基础，其特征在于：浮力筒(6)呈中空的圆柱形结构；浮力筒(6)的筒体外壁涂覆防腐层。5.根据权利要求4所述的适用于远海的漂浮式风机基础，其特征在于：传力桁架(3)有多个，多个传力桁架(3)均布在传力筒(2)外周；系泊缆(8)有多根；每个传力桁架(3)端部均固定一根系泊缆(8)。6.根据权利要求5所述的适用于远海的漂浮式风机基础，其特征在于：配重球(7)包括内层结构和外层结构；外层结构为钢球结构，内层结构为配重块。7.根据权利要求6所述的适用于远海的漂浮式风机基础，其特征在于：传力桁架(3)的四个角部位置均安装防撞装置。

技术总结
本实用新型公开了一种适用于远海的漂浮式风机基础。它包括节点、传力筒、传力桁架、刚性杆、柔性杆、浮力筒、配重球和系泊缆；节点包括上节点和下节点；上节点与风机塔筒通过法兰连接；下节点与刚性杆连接；上节点与下节点之间通过传力筒焊接连接或者法兰连接；传力桁架分别与上节点、下节点以及传力筒焊接连接；刚性杆下端与配重球连接；柔性杆两端分别与传力桁架端部及配重球铰接；浮力筒以传力桁架为支撑骨架，并与传力桁架焊接连接；系泊缆一端固定于传力桁架的端部位置、另一端锚固于海底基岩上。本实用新型具有结构尺寸小，稳定性好，具有很好的抗扰动性能，施工方便，成本低的优点。成本低的优点。成本低的优点。


技术研发人员：丁小波 黄映红 刘川燕 李辰 郭海山 龚非
受保护的技术使用者：中国电力建设工程咨询中南有限公司
技术研发日：2022.11.04
技术公布日：2023/4/19