张力腿式海上风力发电平台基础结构的制作方法

1.本技术涉及海上风力发电技术领域，更具体地说，是涉及一种张力腿式海上风力发电平台基础结构。


背景技术：

2.目前，类似于海上油气行业，浮式风电平台(包括立柱式、半潜式以及张力腿式)上的主结构都是以钢板制作的刚性正交板块结构，比如立柱、旁通和大直径撑杆，这些结构为分层结构，最外层的是外板1，可能是平板或曲面板，外板1通常在其里侧由纵向加强筋结构2支持，纵向加强筋结构2通常由其正交方向的横梁结构3支持，横梁结构3再由其正交方向的舱壁4或外舷支持，这种结构一般称为正交加强结构。图1为这类结构的示意图。
3.这类结构的设计和建造技术成熟，被广泛应用于各类浮式平台和船舶之中，包括浮式风电平台，是常规的结构设计和建筑技术，其能够承受来源复杂的各种外力，包括张力、压力、剪力和弯矩以及各种力的组合，但在一定条件下，比如浮式风电平台结构为承受作用力比较单一的长圆柱形壳体结构，这种常规的正交加强结构有可能产生过度设计，从而带来结构较为复杂，钢材使用量大，建造和组装的费用和工期较长，因此平台总体费用难以降低的问题。
4.因此，现有技术还有待于改进。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种张力腿式海上风力发电平台基础结构，以解决现有浮式风电平台结构为长圆柱形壳体结构时，使用常规的正交加强结构可能产生的过度设计，从而带来结构较为复杂，钢材使用量大，建造和组装的费用高，工期长导致的平台总体费用难以降低的问题。
6.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
7.本技术第一方面提供了一种张力腿式海上风力发电平台基础结构，其用于设置在风机塔筒上，所述张力腿式海上风力发电平台基础结构包括与风机塔筒的底部连接的中间立柱、若干个张力臂、若干个角筒和若干个斜撑，若干个张力臂以所述中间立柱的轴线为圆心呈辐射排列，所述张力臂的一端与所述中间立柱连接，所述角筒与所述张力臂一一对应，并设置于所述张力臂远离所述中间立柱的一端，所述斜撑与所述张力臂一一对应，并设置于所述张力臂与所述中间立柱之间，其特征在于，所述中间立柱、所述张力臂、所述角筒和所述斜撑上均为圆柱形壳体结构，所述圆柱形壳体结构内设置为空舱或压载舱，所述圆柱形壳体结构内表面沿其轴向间隔设置有若干个加强环，所述加强环沿所述圆柱形壳体结构的内表面周向布置。
8.在一种实现方式中，所述加强环包括环形结构，所述环形结构设置于所述圆柱形壳体结构的内壁上。
9.在一种实现方式中，所述圆柱形壳体结构的轴向长度与直径的比值不小于5～8：
1。
10.在一种实现方式中，若干个所述环形结构中的至少一个拓展为平板结构，形成隔舱壁，其中，所述隔舱壁的数量少于所述环形结构的数量。
11.在一种实现方式中，所述张力臂和所述斜撑各自的圆柱形壳体结构的直径与壁厚比值小于300。
12.在一种实现方式中，所述中间立柱和所述角筒各自的圆柱形壳体结构的直径与壁厚比值大于300。
13.在一种实现方式中，所述圆柱形壳体结构的直径设置在5～12m。
14.本技术提供的一种张力腿式海上风力发电平台基础结构的有益效果至少在于：本技术在圆柱形壳体结构的基础上，通过设置加强环，相比于常规的正交加强结构，本实施例不需要设置纵向加强筋结构和横梁，简化了平台主要结构的内部布置，节省了材料，结构简单，避免了额外的纵向加强筋结构和横梁带来的结构设计细节，消除了纵向加强筋在诸多局部连接处的对齐的设计工作，特别是简化了环形结构彼此之间的连接处的设计，降低连接处的应力集中系数，提高连接处的疲劳设计寿命，并且，由于减少了纵向加强筋以及横梁，节省了相关的结构部件的切割、焊接、检验和装配等工序和工作量。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，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技术的一些实施例，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。
16.图1为现有浮式风电平台里侧的正交加强结构的结构示意图。
17.图2为本技术实施例提供的一种张力腿式海上风力发电平台基础结构的结构示意图。
18.图3为本技术实施例提供的一种张力腿式海上风力发电平台基础结构里侧的加强环结构示意图。
19.其中，图中各附图标记：
20.1、中间立柱；2、张力臂；3、角筒；4、斜撑；5、风机塔筒；6、圆柱形壳体结构；7、加强环；71、环形结构；8、隔舱壁。
具体实施方式
21.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
22.需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为
指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
23.如图2所示；本实施例第一方面提供了张力腿式海上风力发电平台基础结构，张力腿式海上风力发电平台基础结构包括中间立柱1、若干个张力臂2、若干个角筒3和若干个斜撑4，中间立柱1作为风机塔筒5的支撑结构，其设置在风机塔筒5的底部上，若干个张力臂2以中间立柱1的轴线为圆心呈辐射排列，张力臂2的一端与中间立柱1连接，角筒3与张力臂2一一对应，并设置于张力臂2远离中间立柱1的一端，斜撑4与张力臂2一一对应，并设置于张力臂2与中间立柱1之间。
24.其中，中间立柱1、张力臂2、角筒3和斜撑4均为圆柱形壳体结构6，圆柱形壳体结构6内设置为空舱或压载舱，该圆柱形壳体结构6的横截面是圆形截面，当中间立柱1、张力臂2、角筒3和斜撑4位于海水中时，相比于方形截面，在同样的波浪情况下，圆柱形壳体结构6的圆形截面结构受到的海水波浪的作用力会更小些，因此作用在张力腿式海上风力发电平台基础结构的力也会小些，从而可以有效减少整体的水动力与动态响应。另外，因本实施例张力腿式海上风力发电平台基础结构所受的水动力和受力，相比于常规方形截面所受的水动力和受力更低的情况下，在具有同样强度的情况下，本实施例的张力腿式海上风力发电平台基础结构更省材料。
25.在张力腿式海上风力发电平台的圆柱形壳体结构6的圆形截面比方形截面具有所受的水动力和受力的更小情况下，圆柱形壳体结构6的张力腿式海上风力发电平台使用常规的正交加强结构支撑，而相应带来的正交加强结构较为复杂，钢材使用量大，建造和组装的费用和工期较长，平台总体费用难以降低的问题成为非常棘手的问题。
26.为此，如图3所示，图3可以看作是本实施例的中间立柱1、张力臂2、角筒3和斜撑4各自的圆柱形壳体结构6截取的一段，圆柱形壳体结构6内表面沿其轴向间隔设置有若干个加强环7，若干个加强环7沿轴向均匀分布，加强环沿圆柱形壳体结构6的内表面布置，其中，加强环7包括环形结构71，环形结构71设置于圆柱形壳体结构6的内壁上。
27.本实施例通过设置具有环形结构71，相比于常规的正交加强结构，本实施例不需要设置纵向加强筋结构和横梁，简化了平台主要结构的内部布置，节省了材料，结构简单，避免了额外的纵向加强筋结构和横梁带来的结构设计细节，消除了纵向加强筋在诸多局部连接处的对齐的设计工作，特别是简化了环形结构71彼此之间的连接处的设计，降低连接处的应力集中系数，提高连接处的疲劳设计寿命，并且，由于减少了纵向加强筋以及横梁，节省了相关的结构部件的切割、焊接、检验和装配等工序和工作量。
28.不同于常规海洋油气张力腿平台采用的大直径圆形立柱和大尺度矩形旁通，本实施例的中间立柱1、张力臂2、角筒3和斜撑4被设计为轴向长度较长直径较小的圆柱形壳体结构6，具体地，圆柱形壳体结构6的轴向长度与直径的比值一般不小于5～8：1，这是本实施例的张力腿式海上风力发电平台基础结构的结构设计所决定的，在此基础上，为了分舱需要，本实施例将若干个环形结构中的至少一个拓展为平板结构，形成隔舱壁，以将整个圆柱形壳体结构分为若干个空舱或压载舱，无论是环形结构71还是隔舱壁8，均为圆柱形壳体结构6提供了横向环向支持，其中，隔舱壁的数量少于环形结构71的数量。
29.在一种实施例中，圆柱形壳体结构6的直径设置为5～12m，这样的设计尺寸能够在厂房条件下进行建筑、检验和组装，使得建造更方便高效。
30.本实施例的中间立柱1、张力臂2、角筒3和斜撑4大部分结构在海水中工作，除了承受力矩，剪刀与轴向力之外，还需要承受水压力，这些情况都可以通过加强环7、平板结构8配合圆柱形壳体结构6承担。
31.具体地，本实施例的张力臂2与斜撑4需要设计成大细长比的圆柱形壳体结构6，本实施例的张力臂2和所述斜撑4各自的圆柱形壳体结构6的直径与壁厚比值小于300，张力臂2与斜撑4可依照api rp 2a或相关的其它规范来设计，张力臂2与斜撑4主要被设计来承受轴向应力(来自于弯矩与轴向力)，而对于径向的水压力，设计一定数量的加强环7比仅增加管壁厚度来承受水压力来的省材料，需要指出的是，大部分按api rp 2a或类似要求设计的结构，比如海洋油气和固定风电导管架结构，其主结构杠件基本符合d/t《＝60，所以用api rp 2a设计有较大的d/t的结构，比如本实施例的张力臂2和斜撑4。
32.而本实施例的中间立柱1和角筒3各自的圆柱形壳体结构6的直径与壁厚比值大于300，属于薄壁结构，中间立柱1和角筒3可以依照dnv或abs的薄壁结构设计规范来设计，在海油工程中，大直径的圆柱形的薄壁结构通常都是设计成正交加强筋结构，即轴向加强筋和横梁，其曲屈强度设计首先是考虑加强环7的曲屈强度，其次是轴向加强筋的曲屈强度，然后再考虑薄壁的曲屈强度(局部与整体)。但对于中间立柱1，由于其直径是在10米左右，且其强度(应力)主要是受控于来自风机的风载力矩和一定深度的水压力，因此对于10米左右直径的中间立柱1通常被设计来承受轴向应力(来自弯矩与轴向力)同时适当数量的加强环7来承受径向水压力。在曲屈强度校核时，仅考虑加强环7的曲屈强度，与薄壁的曲屈强度(局部与整体)即可。
33.综上所述，本技术提供的一种张力腿式海上风力发电平台基础结构，张力腿式海上风力发电平台基础结构包括中间立柱1、若干个张力臂2、若干个角筒3和若干个斜撑4，中间立柱1作为风机塔筒5的支撑结构，其设置在风机塔筒5的底部上，若干个张力臂2以中间立柱1的轴线为圆心呈辐射排列，张力臂2的一端与中间立柱1连接，角筒3与张力臂2一一对应，并设置于张力臂2远离中间立柱1的一端，斜撑4与张力臂2一一对应，并设置于张力臂2与中间立柱1之间，其中，中间立柱1、张力臂2、角筒3和斜撑4均为圆柱形壳体结构6，圆柱形壳体结构6内设置为空舱或压载舱，该圆柱形壳体结构6的横截面是圆形截面，圆柱形壳体结构6内表面沿其轴向间隔设置有若干个加强环7，若干个加强环7沿轴向均匀分布，加强环沿圆柱形壳体结构6的内表面布置，加强环7包括环形结构71，环形结构71设置于圆柱形壳体结构6的内壁上。本技术通过设置具有环形结构71，相比于常规的正交加强结构，本技术不需要设置纵向加强筋结构和横梁，简化了平台主要结构的内部布置，节省了材料，结构简单，避免了额外的纵向加强筋结构和横梁带来的结构设计细节，消除了纵向加强筋在诸多局部连接处的对齐的设计工作，特别是简化了环形结构71彼此之间的连接处的设计，降低连接处的应力集中系数，提高连接处的疲劳设计寿命，并且，由于减少了纵向加强筋以及横梁，节省了相关的结构部件的切割、焊接、检验和装配等工序和工作量。
34.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.张力腿式海上风力发电平台基础结构，用于设置在风机塔筒上，所述张力腿式海上风力发电平台基础结构包括与风机塔筒的底部连接的中间立柱、若干个张力臂、若干个角筒和若干个斜撑，若干个张力臂以所述中间立柱的轴线为圆心呈辐射排列，所述张力臂的一端与所述中间立柱连接，所述角筒与所述张力臂一一对应，并设置于所述张力臂远离所述中间立柱的一端，所述斜撑与所述张力臂一一对应，并设置于所述张力臂与所述中间立柱之间，其特征在于，所述中间立柱、所述张力臂、所述角筒和所述斜撑上均为圆柱形壳体结构，所述圆柱形壳体结构内设置为空舱或压载舱，所述圆柱形壳体结构内表面沿其轴向间隔设置有若干个加强环，所述加强环沿所述圆柱形壳体结构的内表面周向布置。2.如权利要求1所述的张力腿式海上风力发电平台基础结构，其特征在于，所述加强环包括环形结构，所述环形结构设置于所述圆柱形壳体结构的内壁上。3.如权利要求1所述的张力腿式海上风力发电平台基础结构，其特征在于，所述圆柱形壳体结构的轴向长度与直径的比值不小于5～8：1。4.如权利要求2所述的张力腿式海上风力发电平台基础结构，其特征在于，若干个所述环形结构中的至少一个拓展为平板结构，形成隔舱壁，其中，所述隔舱壁的数量少于所述环形结构的数量。5.如权利要求1所述的张力腿式海上风力发电平台基础结构，其特征在于，所述张力臂和所述斜撑各自的圆柱形壳体结构的直径与壁厚比值小于300。6.如权利要求5所述的张力腿式海上风力发电平台基础结构，其特征在于，所述中间立柱和所述角筒各自的圆柱形壳体结构的直径与壁厚比值大于300。7.如权利要求1所述的张力腿式海上风力发电平台基础结构，其特征在于，所述圆柱形壳体结构的直径设置在5～12m。

技术总结
本申请涉及海上风力发电技术领域，提供一种张力腿式海上风力发电平台基础结构，以解决现有浮式风电平台结构为长圆柱形壳体结构时，使用常规的正交加强结构可能产生的过度设计，从而带来结构较为复杂，钢材使用量大，建造和组装的费用高，工期长导致的平台总体费用难以降低的问题。其用于设置在风机塔筒上，所述张力腿式海上风力发电平台基础结构包括与风机塔筒的底部连接的中间立柱、若干个张力臂、若干个角筒和若干个斜撑，若干个张力臂以所述中间立柱的轴线为圆心呈辐射排列，所述张力臂的一端与所述中间立柱连接，所述角筒与所述张力臂一一对应，并设置于所述张力臂远离所述中间立柱的一端。立柱的一端。立柱的一端。


技术研发人员：李建勋 凌进 纪亨腾 王仁军
受保护的技术使用者：深圳深德海洋工程有限公司
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/3/28