CN111301622A - 一种可迁移的海上风电浮式基础及其作业方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可迁移的海上风电浮式基础及其作业方法，该基础包括海上风电浮式基础，包括浮式平台和系泊***，浮式平台将小水线面的立柱和大水线面的浮箱结合设计，保证了基础的稳定性；锚固基础利用压载重和裙板提供的摩擦阻力提供抗拔力，中心可灌砂压载、下部带裙板的结构使其可拖航至作业水域，并可通过堆载和内外压差贯入海床，施工方便；锚固基础可通过自身浮力上浮至海面，便于海上风电浮式基础进行迁移，可使风机多地重复利用，同时浮箱与锚固基础内部通过分舱板划分为多个分舱室，在安装、作业及拆除过程中，可通过分舱室调节海上风电浮式基础的重心及浮心位置，控制结构姿态，便于施工与作业。
Description
技术领域
本发明属于海上风电基础领域，具体来说涉及一种可迁移的海上风电浮式基础及其作业方法。
背景技术
随着石油的持续消耗，能源危机日益突出，海上风能作为一种可再生的清洁能源，成为缓解全球能源紧张形势的新方向。安装在浅水域的海上风力机通常使用固定式基础，而在深海区域内，考虑到波浪、海流、海风、内波等多种环境荷载的强度相较于近海大幅增强，传统固定式基础的建造与安装成本将变得十分昂贵，因此，浮式基础成为一种解决深水问题切实有效的方案。
目前，海上风电浮式基础主要包括三种型式，分别为：半潜型、Spar型以及TLP型浮式基础。半潜型浮式基础主体由多个立柱与浮筒构成，通过系泊***完成定位。立柱间距较大，使得回复力矩较大，利于提高结构稳性。但是半潜型浮式基础位于水线面下的浮筒尺度较大，会受到更大的波浪载荷，导致其纵荡运动幅值加大。Spar型浮式基础主体为一底部加压载的钢制圆筒，通过辐射式系泊***与海底桩基相连。由于结构底部有压载重量，其重心位于浮心之下，稳性较佳。但是Spar型浮式基础的小水线面积使得纵摇、横摇运动幅值较大，对其上部风力机的发电性能可能造成一定的影响。TLP型浮式基础主体由塔柱与浮筒构成，通过其底部的张力筋腱与海底桩基相连。收紧张力筋腱，使其吃水加大，浮力大于结构重力。剩余浮力由张力筋腱上的张力相抵消，使得结构稳定，结构运动幅值较小。与其他浮式基础相比，有限的平台运动有望减少塔柱和叶片上的结构载荷，特别是对于悬链系泊***不适用的场地而言，TLP型浮式风力机拥有较好的应用前景。但现有TLP型风力机基础普遍采用桩基础与吸力式基础的型式，一旦就位作业后不易再次迁移，施工难度大，迁移成本颇高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可迁移的海上风电浮式基础。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种可迁移的海上风电浮式基础，包括浮式平台和系泊***；
所述浮式平台包括立柱和若干浮箱；所述浮箱辐射状对称布置于所述立柱下部周围；所述浮箱内部设置有第一分舱板，所述第一分舱板将所述浮箱内部划分为多个分舱室，每个分舱室均设有可进行水气置换的阀门；
所述系泊***包括锚固基础和若干组系泊线；
所述锚固基础内部设置有四块竖直排布的分隔板，分隔板内部围成中心堆载槽，分隔板与锚固基础的外壁之间形成舱室，在舱室内设置有第二分舱板，第二分舱板将舱室划分为多个分舱室，每个分舱室均设有可进行水气置换的阀门；所述锚固基础底部设置有内裙板和外裙板。
所述系泊线每组对应一个浮箱，其上端与所述浮箱底部连接，下端与所述锚固基础的上表面连接；
在上述技术方案中，所述立柱上端通过法兰与风机塔筒相连。
在上述技术方案中，所述立柱为具有空腔的圆筒状结构，直径为6-10m，高度为15-25m，壁厚为50-100mm。
在上述技术方案中，所述浮箱数量为4，呈十字形排布，立柱位于十字形的中心处。
在上述技术方案中，所述浮箱的长度为8-12m，宽度为3-7m，高度为5-9m，壁厚为10-20mm。
在上述技术方案中，所述第一分舱板沿竖直方向设置，将浮箱分为内舱室和外舱室。
在上述技术方案中，所述沉垫基础横截面呈正方形，边长为20-30m。
在上述技术方案中，所述中心堆载槽的横截面呈正方形边长为8-12m，高度为4-6m。
在上述技术方案中，所述内裙板和外裙板的高度为4-6m。
一种可迁移的海上风电浮式基础的作业方法，按照下列步骤进行：
(1)先将所述浮式平台和所述系泊***分别在陆地预制完成，将风机塔筒在所述浮式平台上安装稳定，将安装有风机塔筒的所述浮式平台拖航运输至作业海域，同时将系泊***拖航运输至作业海域，在系泊线上端设置浮标球，使系泊线上端浮于水面；
(2)通过水气置换阀门向所述锚固基础的分舱室内注水，使所述锚固基础失去浮力下沉，并通过中心堆载和内外压差的方式将所述锚固基础嵌入海底固定；
(3)按照浮标球指示位置将所述系泊线上端锚固于所述浮箱，对所述系泊线进行10％～50％预张拉，以平衡所述浮式平台的浮力，使所述系泊线处于张紧状态；
(4)通过水气置换阀门向所述浮箱内部的分舱室注水，使安装有风机塔筒的所述浮式平台失去部分浮力下沉，下沉至设计吃水位置时，对系泊线完成剩余50％～90％的预张拉，以平衡所述浮式平台的浮力；
(5)通过对所述浮箱分舱室内注水或抽水，调整海上风电浮式基础的重心及浮心位置；
(6)当对海上风电浮式基础进行迁移时，通过水气置换阀门向所述浮箱内部的分舱室注水，使安装有风机塔筒的所述浮式平台失去部分浮力下沉，撤销所述系泊线张力，将所述浮箱与所述系泊线分离；
(7)移除所述锚固基础的中心堆载，将所述锚固基础分舱室中的水体通过水气置换阀门逐步排出，使所述锚固基础通过浮力上浮至海面；
(8)将安装有风机塔筒的所述浮式平台与所述系泊***拖航运输至目标海域，再次进行安装并作业。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的海上风电浮式基础，其浮式平台将小水线面的立柱和大水线面的浮箱结合设计，确保基础在拖航时由大水线面浮箱提供足够浮稳性，同时风机在位状态浮箱潜入水下，小线水面的立柱受到波浪荷载影响小，保证基础的稳定性。
2、本发明的海上风电浮式基础，其系泊***的锚固基础利用压载重和裙板提供的摩擦阻力提供抗拔力，为系泊线定位，锚固基础为中心可灌砂压载、下部带裙板的结构，较大的水线面使其可拖航至作业水域，并可通过堆载和内外压差贯入海床，施工方便。
3、本发明的海上风电浮式基础，其系泊***的锚固基础为空心结构，可通过自身浮力上浮至海面，便于海上风电浮式基础进行迁移，可使风机多地重复利用，同时浮箱与锚固基础内部通过分舱板划分为多个分舱室，在安装、作业及拆除过程中，可通过分舱室调节海上风电浮式基础的重心及浮心位置，控制结构姿态，便于施工与作业。
附图说明
图1是本发明中一种可迁移的海上风电浮式基础的立体结构示意图；
图2是本发明中一种可迁移的海上风电浮式基础的主视图；
图3是本发明中一种可迁移的海上风电浮式基础的俯视图。
图4是本发明中浮式平台的透视结构示意图。
图5是本发明中锚固基础的底部结构示意图。
图6是本发明中锚固基础的内部透视结构示意图。
其中：1为立柱，2为浮箱，3为系泊线，4为锚固基础，5为第一分舱板，6为第二分舱板，7为内裙板，8为外裙板，9为分隔板，10为中心堆载槽。
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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例
如图1至图5所示，本实施例公开了一种可迁移的海上风电浮式基础，由浮式平台和系泊***组成。
浮式平台包括立柱1、浮箱2，立柱1上端通过法兰与风机塔筒相连，立柱1下部与浮箱2固定连接。考虑到海上风机的机舱和叶片的重量较大且在水面以上80～100m，为使风机正常发电，必须保证基础在风浪联合作用下的稳性和抵抗风浪载荷的能力。立柱1与浮箱2选用钢结构、混凝土结构或其他质量较轻的材料，可承载较大的风电荷载。小水线面立柱1和大水线面浮箱2相结合的设计，由大水线面浮箱2提供足够浮稳性实现浮式平台-塔筒-风机整体浮运拖航，安装运输方便；而在位状态时浮箱2潜入水面以下，小水线面的立柱1位于水面上，以减小波浪荷载的影响。
立柱1为具有空腔的圆筒状结构，其直径为8m，高度为20m，壁厚为50mm。
浮箱2为四个辐射状对称分布的具有空腔的立方体结构，其长度为10m，宽度为5m，高度为7m，壁厚为15mm。浮箱2每个箱体内部均设置有一道第一分舱板5，第一分舱板5将浮箱2每个箱体内部划分为内、外两个分舱室，每个分舱室均设有可进行水气置换的阀门，浮箱2可通过各分舱室内加水压载调节重心位置，保证基础拖航稳性。浮箱2的底部靠近外侧边缘的位置处设置有系泊线连接结构，以供系泊线3锚固使用。
系泊***包括锚固基础4和系泊线3。
锚固基础内部设置有四块竖直排布的分隔板9，分隔板内部围成中心堆载槽10，分隔板与锚固基础的外壁之间形成舱室，在舱室内设置有第二分舱板6，第二分舱板将舱室划分为多个分舱室，每个分舱室均设有可进行水气置换的阀门；锚固基础4可通过各分舱室内加水压载调节重心位置，保证基础拖航稳性。锚固基础的边长为25m，中心堆载槽的边长为10m，高度为5m；该锚固基础下部的内外边沿设置有高度均为5m的内裙板7、外裙板8；
锚固基础的上表面安装有用于与系泊线3下端连接的锚固点，分舱室可加水压载，中心堆载槽内处可灌砂压载，内裙板7、外裙板8通过压载重和内外压差贯入海床。锚固基础4通过堆载和内外压差贯入海床后，利用压载重和内裙板7、外裙板8提供的摩擦阻力提供抗拔力为系泊线3定位。
系泊线3分为四组，分别对应四个浮箱2。四组系泊线分别连接在浮箱3和锚固基础4之间。系泊线3的直径为167mm，可采用钢绞线、聚酯纤维线等，外部采用橡胶套管包裹，避免其在海水中腐蚀破损；上端在锚固前均设置有浮标球，方便锚固作业；锚固后的每个锚固点设有维护装置。
上述可迁移的海上风电浮式基础的施工方法，按照如下步骤进行：
(1)先将浮式平台和系泊***分别在陆地预制完成，将上部风机塔筒在浮式平台上安装稳定，将上部风机塔筒和浮式平台拖航运输至作业海域，利用大水线面的浮箱2提供浮稳性实现浮式平台-塔筒-风机整体浮运拖航；同时将系泊***拖航运输至作业海域，系泊线3上端均设置有浮标球；
(2)安装有上部风机塔筒的浮式平台和系泊***分别拖航运输至作业海域后，通过水气置换的阀门向锚固基础内部的分舱室注水，使所述锚固基础4失去浮力下沉，并通过中心堆载和内外压差将所述锚固基础4嵌入海底固定；
(3)按照浮标球指示位置将四组系泊线3与四个浮箱2进行连接，对系泊线3进行10％～50％的预张拉，以平衡浮式平台的浮力，使系泊线3处于张紧状态；
(4)通过水气置换的阀门向浮箱2的内层分舱室注水，使安装有上部风机塔筒的浮式平台失去部分浮力下沉，下沉过程中浮箱2的外层分舱室内空气提供给基础一定的浮力，保证海上风电浮式基础的稳定性；浮式平台下沉至设计吃水位置时，系泊线3达到预设长度，对系泊线3完成剩余50％～90％的预张拉，以平衡浮式平台的浮力；
(5)将浮箱2内层分舱室中的水体通过水气置换的阀门排出，保证海上风电浮式基础具有一定的浮稳性；
(6)就位状态后，通过向浮箱2的外层分舱室注水调节海上风电浮式基础的重心位置，保证海上风电浮式基础安全稳定运行；
(7)当需要对海上风电浮式基础进行迁移时，通过水气置换的阀门向浮箱2内层的分舱室注水，使安装有风机塔筒的浮式平台失去部分浮力下沉，撤销系泊线3的张力，将浮箱2与系泊线3分离；
(8)移除锚固基础4的中心堆载，将锚固基础内部的分舱室中的水体通过水气置换的阀门逐步排出，使锚固基础4通过浮力上浮至海面；
(9)将安装有风机塔筒的浮式平台与系泊***拖航运输至目标海域，再次进行安装并作业。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可迁移的海上风电浮式基础，其特征在于：包括浮式平台和系泊***；
所述浮式平台包括立柱和若干浮箱；所述浮箱辐射状对称布置于所述立柱下部周围；所述浮箱内部设置有第一分舱板，所述第一分舱板将所述浮箱内部划分为多个分舱室，每个分舱室均设有可进行水气置换的阀门；
所述系泊***包括锚固基础和若干组系泊线；
所述锚固基础内部设置有四块竖直排布的分隔板，分隔板内部围成中心堆载槽，分隔板与锚固基础的外壁之间形成舱室，在舱室内设置有第二分舱板，第二分舱板将舱室划分为多个分舱室，每个分舱室均设有可进行水气置换的阀门；所述锚固基础底部设置有内裙板和外裙板；
所述系泊线每组对应一个浮箱，其上端与所述浮箱底部连接，下端与所述锚固基础的上表面连接。
2.根据权利要求1所述的一种可迁移的海上风电浮式基础，其特征在于：所述立柱上端通过法兰与风机塔筒相连。
3.根据权利要求1所述的一种可迁移的海上风电浮式基础，其特征在于：所述立柱为具有空腔的圆筒状结构，直径为6-10m，高度为15-25m，壁厚为50-100mm。
4.根据权利要求1所述的一种可迁移的海上风电浮式基础，其特征在于：所述浮箱数量为4，呈十字形排布，立柱位于十字形的中心处。
5.根据权利要求1所述的一种可迁移的海上风电浮式基础，其特征在于：所述浮箱的长度为8-12m，宽度为3-7m，高度为5-9m，壁厚为10-20mm。
6.根据权利要求1所述的一种可迁移的海上风电浮式基础，其特征在于：所述第一分舱板沿竖直方向设置，将浮箱分为内舱室和外舱室。
7.根据权利要求1所述的一种可迁移的海上风电浮式基础，其特征在于：所述沉垫基础横截面呈正方形，边长为20-30m。
8.根据权利要求1所述的一种可迁移的海上风电浮式基础，其特征在于：所述中心堆载槽的横截面呈正方形边长为8-12m，高度为4-6m。
9.根据权利要求1所述的一种可迁移的海上风电浮式基础，其特征在于：所述内裙板和外裙板的高度为4-6m。
10.一种可迁移的海上风电浮式基础的作业方法，其特征在于，按照下列步骤进行：
步骤一、先将所述浮式平台和所述系泊***分别在陆地预制完成，将风机塔筒在所述浮式平台上安装稳定，将安装有风机塔筒的所述浮式平台拖航运输至作业海域，同时将系泊***拖航运输至作业海域，在系泊线上端设置浮标球，使系泊线上端浮于水面；
步骤二、通过水气置换阀门向所述锚固基础的分舱室内注水，使所述锚固基础失去浮力下沉，并通过中心堆载和内外压差的方式将所述锚固基础嵌入海底固定；
步骤三、按照浮标球指示位置将所述系泊线上端锚固于所述浮箱，对所述系泊线进行10％～50％预张拉，以平衡所述浮式平台的浮力，使所述系泊线处于张紧状态；
步骤四、通过水气置换阀门向所述浮箱内部的分舱室注水，使安装有风机塔筒的所述浮式平台失去部分浮力下沉，下沉至设计吃水位置时，对系泊线完成剩余50％～90％的预张拉，以平衡所述浮式平台的浮力；
步骤五、通过对所述浮箱分舱室内注水或抽水，调整海上风电浮式基础的重心及浮心位置；
步骤六、当对海上风电浮式基础进行迁移时，通过水气置换阀门向所述浮箱内部的分舱室注水，使安装有风机塔筒的所述浮式平台失去部分浮力下沉，撤销所述系泊线张力，将所述浮箱与所述系泊线分离；
步骤七、移除所述锚固基础的中心堆载，将所述锚固基础分舱室中的水体通过水气置换阀门逐步排出，使所述锚固基础通过浮力上浮至海面；
步骤八、将安装有风机塔筒的所述浮式平台与所述系泊***拖航运输至目标海域，再次进行安装并作业。
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