CN107740753B - 一种用于单桩基础的海上风力发电机组整体安装下部就位***及柔性安装*** - Google Patents

一种用于单桩基础的海上风力发电机组整体安装下部就位***及柔性安装*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于单桩基础的海上风力发电机组整体安装下部就位***及柔性安装***，其包括：支撑件，环形支垫，环梁以及座体，所述支撑件沿单桩基础周向设置在单桩基础侧面；所述环形支垫设置在支撑件上；所述环梁置于环形支垫上方；所述座体沿环梁的周向设置在环梁上，且座体与环形支垫之间通过座体支腿连接。由此构成的下部就位***方案通过独创的支撑方案，优化了受力形式，能够很好的用于单桩基础的海上风力发电机组整体安装。

Description

一种用于单桩基础的海上风力发电机组整体安装下部就位系 统及柔性安装***
技术领域
本发明涉及风电施工技术，具体涉及海上风力发电机组施工技术。
背景技术
海上风力发电机组由于塔筒高、叶轮直径大、整体外形尺寸重量庞大，同时海上风力发电机组安装时受恶劣的海况(包括海风、海浪等)影响，造成风力发电机组在海域中安装的难度较大。
为实现海上风机的安全、可靠、平稳安装，目前两种常用的基础形式单桩基础和承台基础主要应用两种不同的安装方式：分体式安装和整体式安装。
分体式安装方式主要应用于单桩基础，即通过专用风电安装平台按部组件形式顺序安装风力发电机组。在实际操作过程中，单桩基础使用分体式安装需要专用风电安装平台，且所有安装工序均在海上进行，受风等自然条件制约较大。
整体式安装方式主要应用于承台基础，通过在陆域基地完成风力发电机组整体的拼装，使用一种柔性安装***以实现风力发电机组整体在基础上的精确、平稳安装。
参见图1和图2，其所示为现用于承台基础的柔性安装***，主要包括：下部就位***1、上部吊架***2、索具***3、平衡梁4。其中，下部就位***1是柔性安装体系的重要组成部分，其结构组成主要是座体11和环梁12。
基于该结构的柔性安装***对承台基础的海上风力发电机组进行整体式安装时，该柔性安装***将进行缓冲和定位，其中风力发电机组安装时整体作用在柔性安装***的下部就位***1上，通过垂直设置的环梁12支腿和座体11支腿传递到承台基础5上，由此现有的该柔性安装***适用范围只能为具备垂向承载面的承台基础。
再者，本柔性安装***下部就位***1组成部件较多，相互之间主要通过螺栓连接的方式，使现场安装与拆卸下部就位***工序繁杂，施工工效较低。
发明内容
针对现有海上风力发电机组施工技术所存在的问题，需要一种高效，可靠的海上风力发电机组施工方案。
为此，本发明的目的在于提供一种用于单桩基础的海上风力发电机组整体安装下部就位***及柔性安装***，其能够适用于单桩基础，且施工工效高。
为了达到上述目的，本发明提供的用于单桩基础的海上风力发电机组整体安装下部就位***，其包括：
支撑件，所述支撑件沿单桩基础周向设置在单桩基础侧面；
环形支垫，所述环形支垫设置在支撑件上；
环梁，所述环梁置于环形支垫上方；
座体，所述座体沿环梁的周向设置在环梁上，且座体与环形支垫之间通过座体支腿连接。
进一步的，所述安装下部就位***还包括粗导向板，所述粗导向板上部外倾，两块一组，布置在下部就位座体外侧。
进一步的，所述安装下部就位***还包括缓冲器着力板，所述缓冲器着力板为圆形钢板，设置在下部就位座体上。
进一步的，所述安装下部就位***还包括同步升降***，所述同步升降***为八套液压同步升降油缸，并沿圆周方向分布在下部就位座体上。
进一步的，所述安装下部就位***还包括自动对中***，所述自动对中***由两组径向和切向布置的液压油缸组成。
进一步的，所述支撑件沿单桩基础周向对称分布。
进一步的，所述座体支腿相对于竖直方向呈一定的倾斜角度直接连接支撑座体和环形支垫。
进一步的，所述座体支腿为斜向布置的钢结构杆件。
进一步的，所述座体与环形支垫之间还设置加强支腿，所述加强支腿为斜向布置的钢结构杆件，与座体支腿构成三角形稳定结构。
为了达到上述目的，本发明提供的用于单桩基础的海上风力发电机组整体安装柔性安装***，其包括上述的安装下部就位***。
由此构成的下部就位***方案通过独创的支撑方案，优化了受力形式，能够很好的用于单桩基础的海上风力发电机组整体安装。
再者，本就位***方案整体组成结构紧凑合理，在具体应用时能够大大减少海上安拆下部就位***的工作量，由此大大提高施工工效。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为现有用于承台基础的柔性安装***的组成示意图；
图2为现有用于承台基础的柔性安装***中下部就位***的组成示意图；
图3为本发明实例中下部就位***的组成示意图；
图4为本发明实例中下部就位***的俯视图；
图5为本发明实例中支撑件的结构示意图；
图6为本发明实例中座体支腿的结构示意图；
图7为本发明实例中柔性安装***的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明实例提供一种新的下部就位***方案，该下部就位***提供创新的支撑形态，优化受力形式，能够有效的能适应于单桩基础的海上风力发电机组，同样的该下部就位***同样适用于其它具备垂直段筒体的其他基础形式。
参见图3和图4，其所示为本实例提供的下部就位***的具体组成结构。
由图可知，该下部就位***100主要包括支撑件110、环形支垫120、环梁130、座体140、粗导向板150、缓冲器着力板160、同步升降***170、自动对中***180。
其中，支撑件110，环形支垫120，环梁130，座体140配合构成下部就位***的支撑体系，该支撑体系能够很好的配合单桩基础。
如图所示，支撑件110，其沿单桩基础200周向固定设置在单桩基础200的侧面，用于承受下部就位***传递的垂向作用力。
参见图5，本实例中支撑件110采用多个牛腿支撑，这些牛腿支撑沿单桩基础200周向匀距对称的固定设置在单桩基础200的侧面上，由此可均衡的承受下部就位***传递的垂向作用力，保证整个就位***的稳固性。
对于支撑件110的数量可根据实际需求而定，图示实例中采用四个牛腿支撑，匀距对称分布，但不限于此。
再者，对于支撑件110的结构形式并不限于牛腿支撑，可以有各种改型，主要能够承受下部就位***传递的垂向作用力，同时可以与单桩基础后期安装的附属构件安装支座通用即可。
本***中的环形支垫120，其优选为弧状箱型梁钢结构，对应于支撑件110，本下部就位***100共设置4个环形支垫120，均位于座体140下方，对应设置在支撑件110上，并与座体通过支腿组件190进行连接，承受下部就位***100重力及海上风力发电机组安装加速度，并通过支撑件110传递至单桩基础。
如此设置的环形支垫120，可避免支腿组件190直接作用在支撑件110上产生的受力不均和应力集中，保证整个***的稳定可靠性。
本***中的环梁130，其整体置于环形支垫120上方。该环梁130优选为两个半圆形箱型梁钢结构，其与座体140连接，两个半圆形环梁130通过螺栓连接形成完整圆形，抱紧在单桩基础上，由此来确保下部就位***100水平向稳定。
本***中的座体140，其沿环梁的周向设置在环梁上，且座体140与环形支垫120之间通过支腿组件190固定连接。
该座体140为下部就位***结构主体，其中间布置有缓冲器着力板160、同步升降***170和自动对中***180，外侧布置有粗导向板150，通过上述布置的各个组成部件的相互配合，有效完成对上部吊架***的导向、缓冲、同步升降以及精定位自动对中。
本实例中对于座体140的数量可根据实际需求而定，图示实例中采用四个牛腿支撑，匀距对称分布，但不限于此。
如此构成的支撑***中，连接支撑座体140和环形支垫120的支腿组件190，其具体由座体支腿191和加强支腿192构成，呈三角形稳定结构，优化了受力形式，共同保持安装过程下部就位***稳定。
由此，本实例中支腿组件190摒弃常规的垂直支撑(支撑连接环梁130)，独创的采用组合式的斜向支撑，并且不连接支撑环梁130，而是直接连接座体140和环形支垫120，有效的优化了受力形式，提高了支撑***的稳固性。
如图3所示，本实例中支腿组件190主要由座体支腿191和加强支腿192配合构成。
其中，座体支腿191相对于竖直方向呈一定的倾斜角度连接支撑座体140和环形支垫120，其中座体支腿191的两端分别与座体140和环形支垫120焊接，由此通过与单桩基础200上的支撑件110支撑配合，座体支腿191与座体140和单桩基础200之间形成稳固的直角三角形支撑结构，稳固性大大提高。
对于座体支腿191相对于竖直方向的倾斜角度可根据实际需求而定，本实例优选30°-50°，此时的受力形式最优，稳固性最高。
参见图6，本实例中的座体支腿191相对于竖直方向呈一定的倾斜角度连接支撑座体和环形支垫，用于保持下部就位***稳定和传递风机整体安装时的力与力矩，且无需较大面积的支撑件110。
在上述座体支腿191结构的基础上，本实例进一步增设加强支腿192，该加强支腿192对应于座体支腿191，并相对于竖直方向呈一定的倾斜角度连接支撑座体140和环形支垫120。
如此，本方案将下部就位座体140与环梁130焊接体分为对半两个部分，通过螺栓连接，相较于现有的下部就位座体与环梁的连接方式，减少了海上拼装与拆除的工作量，大大提高工作效率。
本实例中的加强支腿192具体为斜向布置的钢结构杆件，与座体支腿构成三角形稳定结构，优化了受力形式，共同保持安装过程下部就位***稳定。
在上述方案构成的支撑体系的基础上，本实例中的粗导向板150，用于粗定位。该粗导向板150具体为钢结构，高度约2.35米，上部外倾20°，共6块，两块一组，布置在下部就位座体外侧。
如此设置的粗导向板可进行粗定位，可以减小因为风浪流作用引起的海上风力发电机组整体安装过程中的晃动与位移。
本实例中的缓冲器着力板160，用于上部吊架***缓冲器着陆。该缓冲器着力板160中优选为圆形钢板，其焊接在下部就位座体上。
如此设置缓冲器着力板用于上部吊架***缓冲器着陆。缓冲器与缓冲器着力板一起，可以有效减小海上风力发电机组整体安装下降时的加速度，保护风机电气元件不受冲击加速度破坏。
本实例中的同步升降***170，用于缓冲结束后，对风机同步升降。
该同步升降***170优选为八套液压同步升降油缸，并圆周分布在下部就位座体上。由此可用于承接海上风力发电机组与上部吊架***，对风机同步升降，使其平稳坐落在安装位置上。
本实例中的自动对中***180，用于对风机进行精定位，以使得海上风力发电机组下塔筒与单桩的螺栓孔对准。
本实例中的自动对中***由两组径向和切向布置的液压油缸组成；径向液压缸用来调整风机的左右位移，切向液压缸用来调整风机的前后位移和旋转角度。由此设置的自动对中***可对海上风力发电机组整体安装进行精定位，从而可使海上风力发电机组下塔筒法兰与单桩法兰的螺栓孔对准。
据此构成的下部就位***，能够有效完成对上部吊架***的导向、缓冲、同步升降以及精定位自动对中。
基于本下部就位***进行海上风力发电机组整体安装时，首先利用粗导向板150大致确定海上风力发电机组的安装方位；
接着，利用上部吊架500上的缓冲器着陆在下部就位***缓冲器着陆板160上，进行缓冲着陆，并控制海上风力发电机组整体下降加速度；
接着，利用同步升降***170承接上部吊架500和海上风力发电机组，并同步缓慢下降至海上风力发电机组底塔筒法兰距离单桩法兰5mm；
接着，利用自动对中***180通过径向和切向液压油缸共同作业，使海上风力发电机组底塔筒法兰螺栓孔与单桩法兰螺栓孔对准；
最后，利用下部就位***100上同步升降***170继续缓慢下降使海上风力发电机组与单桩完成对接，拧紧连接高强度螺栓副。
在上述下部就位***的组成方案的基础上，本实例进一步形成柔性安装***，实现在单桩基础上进行海上风力发电机组的整体式安装，使风机顺利地安装在海上基础筒体上。
参见图7，其所示为本实例中柔性安装***的组成示意图。由图可知，该柔性安装***主要包括：下部就位***100、上部吊架***500、索具***400、平衡梁300以及起重机吊钩600。
其中，上部吊架***500为钢结构构件，通过螺栓与海上风力发电机组底塔筒法兰连接，拥有足够强度、刚度和稳定性，其上设置有缓冲器。
由此，海上风力发电机组海上整体安装过程中，可通过上部吊架***500来起吊海上风力发电机组。
索具***400为钢丝绳组，连接起重机吊钩600与平衡梁300和平衡梁300与上部吊架***500。
平衡梁300为钢结构构件，其上设置有抱箍，可抱紧海上风力发电机组塔筒，用以保持海上风力发电机组整体稳定。
起重机吊钩600海上风力发电机组吊装用起重机械。
据此，起重机吊钩600通过索具***400与平衡梁300连接，平衡梁300通过索具***400与上部吊架***500连接，海上风力发电机组安装时，上部吊架***500可通过其上设置的缓冲器着陆在下部就位***100上。
基于上述方案构成的柔性安装***在单桩基础上进行海上风力发电机组的整体式安装的过程，包括以下步骤：
A.起重机吊钩600通过索具***400作用在上部吊架***500上，吊起海上风力发电机组至下部就位***上方，其中平衡梁300保持吊装过程中海上风力发电机组的整体稳定性；
B.起重机吊钩600缓慢下降，使下部就位***100粗导向板150大致确定海上风力发电机组的安装方位；
C.起重机吊钩600继续缓慢下降，上部吊架500上的缓冲器着陆在下部就位***缓冲器着陆板160上，进行缓冲着陆，控制海上风力发电机组整体下降加速度；
D.下部就位***100上同步升降***170承接上部吊架500和海上风力发电机组，并同步缓慢下降至海上风力发电机组底塔筒法兰距离单桩法兰5mm左右；
E.下部就位***100自动对中***180通过径向和切向液压油缸共同作业，使海上风力发电机组底塔筒法兰螺栓孔与单桩法兰螺栓孔对准；
F.下部就位***100上同步升降***170继续缓慢下降使海上风力发电机组与单桩完成对接，拧紧连接高强度螺栓副；
G.完成海上风力发电机组安装后，拆除安装用平衡梁300、上部吊架***500和下部就位***100。
由上可知，通过本方案能够实现将海上风力发电机组柔性安装***适用于单桩基础结构，同时减少海上安装、拆除下部就位***的工作量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.用于单桩基础的海上风力发电机组整体安装下部就位***，其特征在于，所述安装下部就位***包括：
支撑件，所述支撑件沿单桩基础周向固定设置在单桩基础侧面上，用于均衡的承受下部就位***传递的垂向作用力；
环形支垫，所述环形支垫对应设置在支撑件上；
环梁，所述环梁整体置于环形支垫上方，并与座体连接，且抱紧在单桩基础上，用于确保下部就位***水平向稳定；
座体，所述座体沿环梁的周向设置在环梁上，且座体与环形支垫之间通过座体支腿连接，所述环形支垫承受下部就位***重力及海上风力发电机组安装加速度，并通过支撑件传递至单桩基础；所述座体支腿为斜向布置的钢结构杆件，所述座体支腿相对于竖直方向呈一定的倾斜角度连接支撑座体和环形支垫；所述座体与环形支垫之间还设置加强支腿，所述加强支腿为斜向布置的钢结构杆件，并对应于座体支腿，相对于竖直方向呈一定的倾斜角度连接支撑座体和环形支垫，与座体支腿构成三角形稳定结构。
2.根据权利要求1所述的安装下部就位***，其特征在于，所述安装下部就位***还包括粗导向板，所述粗导向板上部外倾，两块一组，布置在下部就位座体外侧。
3.根据权利要求1所述的安装下部就位***，其特征在于，所述安装下部就位***还包括缓冲器着力板，所述缓冲器着力板为圆形钢板，设置在下部就位座体上。
4.根据权利要求1所述的安装下部就位***，其特征在于，所述安装下部就位***还包括同步升降***，所述同步升降***为八套液压同步升降油缸，并沿圆周方向分布在下部就位座体上。
5.根据权利要求1所述的安装下部就位***，其特征在于，所述安装下部就位***还包括自动对中***，所述自动对中***由两组径向和切向布置的液压油缸组成。
6.根据权利要求1所述的安装下部就位***，其特征在于，所述支撑件沿单桩基础周向对称分布。
7.用于单桩基础的海上风力发电机组整体安装柔性安装***，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的安装下部就位***。
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