CN106382192A - 一种海上风电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海上风电机组，包括塔头、塔筒和水下基础，通过对水下基础和塔筒的结构和材质进行改进，使得水下基础与海底固接更加稳固，塔筒和塔头的相对轻质化，并且与水下基础的结合更加稳固，使得该海上风电机组的使用期限大大延长，耐久度大大提高。

Description

一种海上风电机组
技术领域
本发明属于不锈钢合金领域和风力发电域，具体涉及一种海上风电机组。
背景技术
海上风力发电机组简称海上风电机或海上风电机组，是设置在近陆海上的利用风能发电的设备由于海上风与陆上风的形式不同（海上没有挡风山或高的建筑物），不能形成风口，但是其季风影响比较大。对于海上风电机组的安装，关键再有水下基础的安装，由于其要求能够通过重量固定在海床上，但是当重量增加后，即增加了运输和安装的难度。并且由于海上风电投资回收周期较长，但是一旦投资，后期的收益率又比较高，但是由于其水下基础在海底，因此维修难度较高，即海上风电机组必须要求耐久性要高，尽量减少维修，但是如果使用成本过高的基础，又增加了投入，影响了海上风电机组的推广力度。因此水下基础的设置方式和材质成本和耐久度都是臻待解决的技术问题。
发明内容
本发明通过提出一种海上风电机组。
具体通过如下技术手段实现：
一种海上风电机组，包括塔头、塔筒和水下基础；
所述塔头安装在所述塔筒的顶端，与风电叶片相连接。
所述塔筒设置为上部为圆柱形，下端为圆台形，所述圆台的高度占整个塔筒高度的1/5~1/4。
所述水下基础包括与所述塔筒的下端圆台相固接的支撑部和嵌入海床的锥形柱，所述锥形柱为多个，上端均与所述支撑部相固接，下端楔入海床，所述锥形柱为中空结构，在其顶端一侧均设置有填充物注入口。
所述锥形柱的材质为高强度不锈钢，所述填充物为混凝土料。
所述高强度不锈钢按质量百分比含量计为：C：0.02～0.03％，Si：0.26～0.55％，Mn：1.0～1.2％，P：≤0.02％，S：≤0.01％，Ni：3.1～5.5％，Ti：0.012～0.016％，Cr：5.2～8.1％，Nb：0.01～0.08％，Mo：0.51～0.86％，RE：0.01~0.02%，V：0.005~0.01，W：0.01~0.03，限制元素H≤0.0001％，N≤0.003％，O≤0.0015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高强度不锈钢微观结构中纵截面的表面至表面以下2mm处针状铁素体分布比例是在其纵截面中心直径为2mm区域的分布的3~5倍，表面至表面以下2mm处针状铁素体的平均粒径为5.0~5.5µm，截面中心直径为2mm区域的针状铁素体的平均粒径为3.9~5.1µm；所述高强度不锈钢的微观结构中岛状马氏体的体积百分比为8.5～11％。
所述锥形柱的上端为圆柱形，下端为锥形。
作为优选，所述塔筒为中空结构，筒壁为高强度镁合金材质。
所述塔筒筒壁为高强度镁合金材质，所述高强度镁合金按质量百分比计为：Bi：11~15%，Mn：0.5~1.2%，Ca：2.1~2.8%，La：0.1~0.3%，余量为Mg和不可避免的杂质；在所述高强度镁合金的微观结构中Mg3Bi2相的平均粒径为120~220nm，且所述Mg3Bi2相中80~88%呈球形弥散分布在基体中。
作为优选，所述高强度不锈钢的厚度为5~8cm。
作为优选，所述锥形柱为8~10个。
作为优选，所述混凝土料的组分按质量份数比计为：硅藻土：20~25份，地开石：20~25份，蒙脱石：10~15份，蛭石：15~20份，芒硝：10~12份，氯化铁：1~3份，甲基纤维素：1~3份，碳酸钠：0.5~1.5份。
作为优选，所述塔筒为中空结构，包括筒壁、内杆和横梁，所述筒壁设置在最外侧，所述内杆在筒壁圆心处竖直设置，所述横梁为多个，用于连接所述筒壁和所述内杆。
作为优选，所述筒壁为高强度镁合金材质，所述高强度镁合金按质量百分比计为：Bi：11~15%，Mn：0.5~1.2%，Ca：3.2~3.6%，La：0.1~0.3%，余量为Mg和不可避免的杂质；在所述高强度镁合金的微观结构中Mg3Bi2相的平均粒径为120~220nm，且所述Mg3Bi2相中80~88%呈球形弥散分布在基体中。
本发明的效果在于：
1，通过设置水下基础中的中空锥形柱，使得在运输安装过程中，该水下基础比较轻质，通过运输船即可进行运输和安装，安装之后向其中灌入混凝土料，从而进行重量加固，达到水下基础的承重效果，方便了运输和安装。
2，通过对锥形柱的材质进行改进，使得该不锈钢在高强度的前提下，能够更加适应海床下的耐腐蚀性。通过对其组分和含量的改进，使得在不大量增加成本的情况下，保持了高强度和高的海水、海泥的耐腐蚀性。尤其是其中V、Mo和稀土RE的含量限定和配合，在适当降低V（成本非常高）含量的情况下合理调整Mo和RE的含量，使得晶粒得到细化，从而使得其整体强度得到保证，但是成本降低了。
通过对该高强度不锈钢微观结构进行限定，尤其是针状铁素体分布情况的限定，使得表面硬度得到改善。所述高强度不锈钢的屈服强度为520~550MPa，抗拉强度为890~910MPa，屈强比为0.510~0.615，断后伸长率为18～28％，-20℃冲击功232～386J。
3，由于作为填充物的混凝土料，其对粘结性能要求并不需要太高，但是对敦实重量和添加流动性有一定的要求，因此通过对其组分含量进行改进，使得其成本不增加的情况下，整体比重得到增加，从而更加适应本发明这种特殊的结构。
附图说明
图1为本发明海上风电机组的结构示意图。
其中：1-塔筒，11-下端的圆台，21-支撑部，22-锥形柱，23-填充物注入口，3-海平面。
具体实施方式
实施例1
一种海上风电机组，包括塔头、塔筒和水下基础；
所述塔头安装在所述塔筒的顶端，与风电叶片相连接。
所述塔筒设置为上部为圆柱形，下端为圆台形，所述圆台的高度占整个塔筒高度的23%。
所述水下基础包括与所述塔筒的下端圆台相固接的支撑部和嵌入海床的锥形柱，所述锥形柱为多个，上端均与所述支撑部相固接，下端楔入海床，所述锥形柱为中空结构，在其顶端一侧均设置有填充物注入口。
所述锥形柱的材质为高强度不锈钢，所述填充物为混凝土料。
所述高强度不锈钢按质量百分比含量计为：C：0.022％，Si：0.31％，Mn：1.1％，P：0.01％，S：0.005％，Ni：3.5％，Ti：0.013％，Cr：5.8％，Nb：0.02％，Mo：0.58％，RE：0.012%，V：0.008%，W：0.015%，限制元素H：0.00001％，N：0.0008％，O：0.0005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高强度不锈钢微观结构中纵截面的表面至表面以下2mm处针状铁素体分布比例是在其纵截面中心直径为2mm区域的分布的3.2倍，表面至表面以下2mm处针状铁素体的平均粒径为5.1µm，截面中心直径为2mm区域的针状铁素体的平均粒径为3.95µm；所述高强度不锈钢的微观结构中岛状马氏体的体积百分比为9％。
所述高强度不锈钢的屈服强度为530MPa，抗拉强度为900MPa，屈强比为0.608，断后伸长率为20％，-20℃冲击功283J。
所述锥形柱的上端为圆柱形，下端为锥形。
所述塔筒为中空结构，筒壁为高强度镁合金材质。
所述高强度不锈钢的厚度为6cm。
所述锥形柱为9个。
所述混凝土料的组分按质量份数比计为：硅藻土：22份，地开石：21份，蒙脱石：13份，蛭石：16份，芒硝：11份，氯化铁：1.3份，甲基纤维素：1.5份，碳酸钠：0.8份。
实施例2
一种海上风电机组，包括塔头、塔筒和水下基础；
所述塔头安装在所述塔筒的顶端，与风电叶片相连接。
所述塔筒设置为上部为圆柱形，下端为圆台形，所述圆台的高度占整个塔筒高度的1/5。
所述水下基础包括与所述塔筒的下端圆台相固接的支撑部和嵌入海床的锥形柱，所述锥形柱为多个，上端均与所述支撑部相固接，下端楔入海床，所述锥形柱为中空结构，在其顶端一侧均设置有填充物注入口。
所述锥形柱的材质为高强度不锈钢，所述填充物为混凝土料。
所述高强度不锈钢按质量百分比含量计为：C：0.028％，Si：0.51％，Mn：1.18％，P：0.012％，S：0.008％，Ni：5.2％，Ti：0.015％，Cr：8.0％，Nb：0.06％，Mo：0.80％，RE：0.018%，V：0.009%，W：0.019%，限制元素H：0.00008％，N：0.0003％，O：0.00015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高强度不锈钢微观结构中纵截面的表面至表面以下2mm处针状铁素体分布比例是在其纵截面中心直径为2mm区域的分布的3.9倍，表面至表面以下2mm处针状铁素体的平均粒径为5.3µm，截面中心直径为2mm区域的针状铁素体的平均粒径为5.0µm；所述高强度不锈钢的微观结构中岛状马氏体的体积百分比为9.8％。
所述高强度不锈钢的屈服强度为539MPa，抗拉强度为896MPa，断后伸长率为21％。
所述锥形柱的上端为圆柱形，下端为锥形。
所述塔筒为中空结构，筒壁为高强度镁合金材质。
所述高强度不锈钢的厚度为6.8cm。
所述锥形柱为10个。
所述混凝土料的组分按质量份数比计为：硅藻土：23份，地开石：22份，蒙脱石：13份，蛭石：18份，芒硝：11.8份，氯化铁：2.5份，甲基纤维素：2份，碳酸钠：1.2份。
实施例3
一种海上风电机组，包括塔头、塔筒和水下基础；
所述塔头安装在所述塔筒的顶端，与风电叶片相连接。
所述塔筒设置为上部为圆柱形，下端为圆台形，所述圆台的高度占整个塔筒高度的22%。
所述水下基础包括与所述塔筒的下端圆台相固接的支撑部和嵌入海床的锥形柱，所述锥形柱为多个，上端均与所述支撑部相固接，下端楔入海床，所述锥形柱为中空结构，在其顶端一侧均设置有填充物注入口。
所述锥形柱的材质为高强度不锈钢，所述填充物为混凝土料。
所述高强度不锈钢按质量百分比含量计为：C：0.025％，Si：0.3％，Mn：1.1％，P：0.02％，S：0.01％，Ni：3.9％，Ti：0.015％，Cr：6.1％，Nb：0.05％，Mo：0.62％，RE：0.015%，V：0.008%，W：0.02%，限制元素H：0.0001％，N：0.003％，O：0.0015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高强度不锈钢微观结构中纵截面的表面至表面以下2mm处针状铁素体分布比例是在其纵截面中心直径为2mm区域的分布的3.6倍，表面至表面以下2mm处针状铁素体的平均粒径为5.2µm，截面中心直径为2mm区域的针状铁素体的平均粒径为5.0µm；所述高强度不锈钢的微观结构中岛状马氏体的体积百分比为9.2％。
所述锥形柱的上端为圆柱形，下端为锥形。
所述塔筒为中空结构，筒壁为高强度镁合金材质。
所述高强度不锈钢的厚度为6.5cm。
所述锥形柱为8个。
所述混凝土料的组分按质量份数比计为：硅藻土：23份，地开石：23份，蒙脱石：13份，蛭石：18份，芒硝：11份，氯化铁：2份，甲基纤维素：2份，碳酸钠：1份。

Claims (6)

1.一种海上风电机组，其特征在于，包括塔头、塔筒和水下基础；
所述塔头安装在所述塔筒的顶端，与风电叶片相连接；
所述塔筒设置为上部为圆柱形，下端为圆台形，所述圆台的高度占整个塔筒高度的1/5~1/4；
所述水下基础包括与所述塔筒的下端圆台相固接的支撑部和嵌入海床的锥形柱，所述锥形柱为多个，上端均与所述支撑部相固接，下端楔入海床，所述锥形柱为中空结构，在其顶端一侧均设置有填充物注入口；
所述锥形柱的材质为高强度不锈钢，所述填充物为混凝土料；
所述高强度不锈钢按质量百分比含量计为：C：0.02～0.03％，Si：0.26～0.55％，Mn：1.0～1.2％，P：≤0.02％，S：≤0.01％，Ni：3.1～5.5％，Ti：0.012～0.016％，Cr：5.2～8.1％，Nb：0.01～0.08％，Mo：0.51～0.86％，RE：0.01~0.02%，V：0.005~0.01%，W：0.01~0.03%，限制元素H≤0.0001％，N≤0.003％，O≤0.0015％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述高强度不锈钢微观结构中纵截面的表面至表面以下2mm处针状铁素体分布比例是在其纵截面中心直径为2mm区域的分布的3~5倍，表面至表面以下2mm处针状铁素体的平均粒径为5.0~5.5µm，截面中心直径为2mm区域的针状铁素体的平均粒径为3.9~5.1µm；所述高强度不锈钢的微观结构中岛状马氏体的体积百分比为8.5～11％。
2.根据权利要求1所述的海上风电机组，其特征在于，所述塔筒为中空结构，筒壁为高强度镁合金材质。
3.根据权利要求1所述的海上风电机组，其特征在于，所述高强度不锈钢的厚度为5~8cm。
4.根据权利要求1所述的海上风电机组，其特征在于，所述锥形柱为8~10个。
5.根据权利要求1所述的海上风电机组，其特征在于，所述锥形柱的上端为圆柱形，下端为锥形。
6.根据权利要求1所述的海上风电机组，其特征在于，所述混凝土料的组分按质量份数比计为：硅藻土：20~25份，地开石：20~25份，蒙脱石：10~15份，蛭石：15~20份，芒硝：10~12份，氯化铁：1~3份，甲基纤维素：1~3份，碳酸钠：0.5~1.5份。
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