CN115478559A - 海上风机基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海上风机基础及其施工方法，海上风机基础(100)包括：固定基础部(1)，用于沉放到海床；活动基础部(2)，所述活动基础部(2)的下端以能够相对于所述固定基础部(1)转动的方式与所述固定基础部(1)连接；以及浮筒(4)，设置在所述固定基础部(1)的上方，且与所述活动基础部(2)的侧部连接；以及锚索(7)，所述锚索的两端用于分别连接到所述浮筒(4)和所述固定基础部(1)。根据本发明的方案，能够有效降低海上风机基础的运输、安装和维护成本。

Description

海上风机基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及风力发电机组技术领域，具体涉及一种海上风机基础及其施工方法。

背景技术

目前，国内外海上风机基础主要分为固定式基础和漂浮式基础两大类别，固定式基础主要适用于50m以内水深，而漂浮式基础主要适用于50m甚至60m以上水深的海域。固定式基础的用钢量随着应用水深的增长而快速增加，同时对海上运输驳船、打桩锤等海上安装资源的要求也更高，使得海上风机基础投资居高不下；漂浮式基础用于支撑大兆瓦海上风机时，用钢量一般在三千吨以上，且海上安装后需要系泊***(锚缆或锚链与系泊锚等)固定到海底，系泊***需要定期维护，综合成本也很高。

对于固定式基础而言，需要海上运输驳船、打桩锤等海上安装资源。而且，随着水深的增加，固定式海上风电机组基础成本直线上升，建造难度加大，施工安装成本增加显著。

对于漂浮式基础而言，需要系泊锚固***固定到海底，且系泊***需要定期维护。虽然目前世界范围内已有不少漂浮式基础应用到风力发电当中，却因技术限制、造价昂贵、漂浮式基础受荷复杂等原因，未能像固定式基础那样得到大力的推广。

总之，不管是固定式基础还是漂浮式基础，均存在安装工期较长以及投资费用较高的问题。

发明内容

本发明提供了一种海上风机基础及其施工方法，既能解决固定式基础海上安装需要运输驳船、浮吊、打桩锤等海上安装资源的问题，又能避免采用漂浮式基础所需的系泊锚固***等技术问题。

根据本发明的一方面，海上风机基础包括：固定基础部，用于沉放到海床；活动基础部，所述活动基础部的下端以能够相对于所述固定基础部转动的方式与所述固定基础部1连接；以及浮筒，设置在所述固定基础部的上方，且与所述活动基础部的侧部连接；以及锚索，所述锚索的两端用于分别连接到所述浮筒和所述固定基础部。

其中，所述浮筒为封闭筒体，所述锚索的上端与所述浮筒底部连接，所述锚索的下端与所述固定基础部的顶壁连接。

根据本发明的一方面，所述活动基础部的下端通过转动连接装置与所述固定基础部连接，所述转动连接装置包括球铰或十字铰。

根据本发明的一方面，所述海上风机基础还包括：连接座，固定于所述固定基础部并具有上部开口的容纳腔，所述转动连接装置以能够相对于所述连接座转动的方式设置在所述容纳腔中。

根据本发明的一方面，所述球铰或十字铰包括球体和连接杆，所述连接杆与所述活动基础部固定连接，所述球体设置在所述容纳腔中，所述连接座的侧壁开设有导向槽，所述球体的直径大于所述连接座的上部开口的直径，并且大于所述导向槽的宽度，所述导向槽的宽度大于所述连接杆的直径，从而所述活动基础部能够相对于所述固定基础部1向下旋转大约90度。

根据本发明的一方面，所述浮筒包括多个柱形封闭筒体，多个所述柱形封闭筒体围绕所述活动基础部的外周间隔设置，或者所述浮筒为围绕所述活动基础部的外周连续设置的环形封闭筒体，所述锚索为多个，围绕所述活动基础部的外周间隔设置。

根据本发明的一方面，所述固定基础部是顶部封闭且下部开口的筒型结构，所述活动基础部为管状结构或者桁架式梁。

根据本发明的一方面，所述浮筒可拆卸地连接于所述活动基础部的侧部，并且沿着所述活动基础部的高度方向所述浮筒的连接位置可调。

根据本发明的另一方面，提供了一种海上风机基础的施工方法，所述施工方法包括：将所述锚索的一端固定于所述浮筒的底部上，并将另一端临时搭载在所述浮筒或所述活动基础部上，将所述海上风机基础吊起使所述固定基础部充气自浮在海面上，使所述活动基础部相对于所述固定基础部旋转大约90度，沿水平方向放置，使所述海上风机基础整体漂浮于海面上，通过拖轮拖航的方式运输至海上安装位置。

根据本发明的一方面，所述海上风机基础的施工方法还包括：在海上安装位置，将所述固定基础部放气下沉，并使所述活动基础部由水平状态过渡为竖立状态，在所述固定基础部1放气下沉至预定深度后，对所述固定基础部1进行抽水而产生负压，从而使其下沉至指定深度，并且使所述锚索的一端固定于所述浮筒的底部且另一端固定于所述固定基础部，并将所述锚索的预紧力调整至设计值。

根据本发明的技术方案，由于活动基础部的下端以能够相对于固定基础部转动的方式与固定基础部1连接，并且固定基础部是顶部封闭、下部开口的圆柱筒结构的自浮结构，所以在海上运输时，活动基础部在浮筒的浮力作用下水平地漂浮在水面上，相比于固定式基础，不需要海上运输驳船。另外，由于所述浮筒设置在所述固定基础部的上方且与所述活动基础部2的侧部连接，并且所述浮筒4能够经由锚索7而与所述固定基础部连接，所以不需要系泊锚固***，因此不需要定期维护，从而降低了综合成本。

另外，在固定基础部充气自浮，活动基础部在浮筒的浮力作用下相对于所述固定基础部旋转大约90度而大致水平地漂浮在水面上的状态下，只需要通过拖轮就可以将整个半固定半漂浮式基础拖航运输至海上风机安装机位点，相比于固定式基础，不需要海上运输驳船、浮吊、打桩锤等海上安装资源，从而降低了海上风机基础投资。

而且，在海上安装位置，将所述固定基础部放气下沉，并使所述活动基础部由水平状态过渡为竖立状态，在所述固定基础部放气下沉至预定深度后，对所述固定基础部进行抽水而产生负压，从而使其下沉至指定深度，并且使所述锚索的一端固定于所述浮筒的底部且另一端固定于所述固定基础部，并将所述锚索的预紧力调整至设计值，从而相比于漂浮式基础，不需要系泊锚固***固定到海底，也不需要定期维护，从而降低了综合成本。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据实施例的海上风机基础的整体示意图；

图2是示出根据实施例的海上风机基础的俯视示意图；

图3是示出根据实施例的海上风机基础处于运输状态下的示意图；

图4是示出根据实施例的将海上风机基础处于安装到海床后的状态下的示意图。

图5是示出根据实施例的海上风机基础的施工方法的流程图。

附图标记说明

100海上风机基础(半固定半漂浮式基础)

1 固定基础部

2 活动基础部

3 连接座

4 浮筒

5 转动连接装置

6 连接结构

7 锚索

8 水面

9 泥面

具体实施方式

现将详细描述本发明的示例性实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号指示相同的部分。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。

<海上风机基础100的结构>

图1是示出根据实施例的海上风机基础的整体示意图；图2是示出根据实施例的海上风机基础的俯视示意图。

如图1所示，本实施例的海上风机基础100(以下，称为半固定半漂浮式基础)包括固定基础部1、活动基础部2、浮筒4、转动连接装置5和锚索7。

如后图所述，固定基础部1能够沉放到海床(参见图3)。活动基础部2的下端以能够相对于所述固定基础部1转动的方式连接于所述固定基础部1。

在本实施例中，半固定半漂浮式基础100还包括连接座3和转动连接装置5。转动连接装置5固定连接到活动基础部2的下端。所述连接座3固定(例如，焊接)于所述固定基础部1并具有上部开口的容纳腔。所述转动连接装置5以能够相对于所述连接座3转动的方式设置在所述容纳腔中，从而所述活动基础部2的下端通过转动连接装置5与所述固定基础部1连接。作为示例，所述转动连接装置5包括球铰或十字铰。

在所述转动连接装置5是球铰或十字铰的情况下，所述球铰或十字铰包括球体和连接杆，所述连接杆与所述活动基础部2的下端固定连接，所述球体设置在连接座3的容纳腔中，所述球体的直径大于所述连接座3的上部开口的直径，从而在活动基础部2能够相对于固定基础部1摆动的情况下，球体不会从连接座3的容纳腔中脱落。

连接座3容纳腔可以形成为球型凹腔，使得转动连接装置5的球体能够在球型容纳腔中转动，从而允许活动基础部2相对于固定基础部1具有一定的摆动范围。在活动基础部2受到海上风浪的作用时，能够相对于固定基础部1具有一定的摆动角度。在转动连接装置5包括球铰的情况下，活动基础部2能够在圆周360度范围相对于固定基础部1倾斜。在转动连接装置5包括十字铰的情况下，活动基础部2可以有四个方向的自由度。

在连接座3的侧壁开设有导向槽，所述导向槽的宽度小于转动连接装置5的球体的直径并大于所述连接杆的直径，连接杆可以进入导向槽中，从而所述活动基础部2能够相对于所述固定基础部1向下旋转大约90度。

在本实施例中，以所述转动连接装置5是十字铰或球形铰的为例进行了说明，但是不限于此，只要是能够使活动基础部2以能够相对于所述固定基础部1转动的方式连接于所述固定基础部1的结构即可，可以是任意的结构。

在本实施例中，如图1所示，所述活动基础部2可以是空心管状结构，在上端部位焊接带有螺栓孔的法兰盘，用于与机舱连接，下端部位带有销轴孔用于与转动连接装置5连接。但是，所述活动基础部2不限于此圆柱管状结构，也可以是桁架式梁结构。

另外，所述固定基础部1是顶部封闭、下部开口的筒状结构。此外，在固定基础部1的顶壁上可以开设有用于与气泵连接的连接口。在海上进行安装的情况下，可以从上部连接口将固定基础部1中的气体抽出，使得海水从下部开口进入从而固定基础部1逐渐放气下沉。并且在下沉到规定位置时，能够进行抽水动作而产生负压，使固定基础部1进一步下沉到海床中。例如，固定基础部1可以是沉箱基础。

浮筒4设置在固定基础部1的上方，与活动基础部2的侧部连接，并且能够分别经由锚索7与固定有活动基础部2的固定基础部1连接。

在本实施例中，浮筒4形成为封闭筒体。锚索7的上端可以与浮筒4底部连接，锚索7的下端可以与固定基础部1的顶壁连接，从而通过锚索7的拉紧将活动基础部2相对于固定基础部1保持在竖直位置，确保风力发电机组的竖向稳定性。

浮筒4可固定地连接于活动基础部2的侧部。此外，浮筒4还可以可拆卸地连接于活动基础部2的侧部，从而根据需要，沿着活动基础部2的高度方向调节连接位置。作为示例，可以在活动基础部2的侧壁上设置有导向槽，浮筒4的侧部设置有连接凸起，连接凸起可以沿着导向槽滑动到预定位置，然后通过定位销固定。

在本实施例中，所述浮筒4包括多个柱形封闭筒体，多个所述柱形封闭筒体围绕所述活动基础部2的外周间隔设置，多个锚索7的上端分别与多个所述柱形封闭筒体的底部连接，下端分别与固定基础部1的顶壁连接。

除此以外，浮筒4可以是围绕活动基础部2的外周连续设置的环形封闭筒体，多个锚索7围绕所述活动基础部2的外周间隔设置，多个锚索的上端分别与多个所述环形封闭筒体连接，下端分别与固定基础部1的顶壁连接。

在本实施例中，如图2所示，浮筒4是3个柱形封闭筒体，但是不限于此，也可以是3个以上的柱形封闭筒体。

而且，在本实施例中，如图1所示，浮筒4是柱形封闭筒体，但是不限于此，也可以是方形、圆台形、锥台等其他形状。

在本实施例中，所述浮筒4通过连接结构6连接于所述活动基础部2，并且能够经由锚索7与所述固定基础部1连接。

连接结构6可以是钢管、工字梁、T型梁、钢板或它们拼接而成的结构，但是不限于此，只要是将所述浮筒4可拆卸地连接(刚性连接，非柔性连接例如非锚索连接)于所述活动基础部2的结构即可，可以是任意的结构。

锚索7的两端用于分别连接到所述浮筒4和所述固定基础部1。锚索7的一端可以固定或可拆卸地连接在所述浮筒4的底部，另一端可拆卸地连接在固定基础部1上。

在海上运输过程中，锚索7的一端可以固定于所述浮筒4的底部，另一端搭载于所述浮筒4，在所述固定基础部1在海上安装位置下沉至指定深度的情况下，所述锚索7的一端固定于所述浮筒4的底部，另一端固定于所述固定基础部1的顶壁。

另外，锚索7可以是钢丝绳、尼龙缆、锚链等材质，但是不限于此，只要能够将所述浮筒4连接于所述固定基础部1的材质即可，可以是任意的材质。

根据上述半固定半漂浮式基础100的结构，由于活动基础部2的下端以能够相对于固定基础部1转动的方式与固定基础部1连接，并且固定基础部1是顶部封闭、下部开口的筒状结构的自浮结构，所以在海上运输时，活动基础部2在浮筒4的浮力作用下水平地漂浮在水面8上，相比于固定式基础，不需要海上运输驳船。另外，由于所述浮筒4设置在所述固定基础部1的上方且与所述活动基础部2的侧部连接，并且所述浮筒4能够经由锚索7而与所述固定基础部1连接，所以不需要系泊锚固***，因此不需要定期维护，从而降低了综合成本。

<半固定半漂浮式基础100的施工方法>

图3是示出根据实施例的运输海上风机基础的示意图；图4是示出根据实施例的将海上风机基础固定于海床的状态下的示意图，图5是示出根据实施例的海上风机基础的施工方法的流程图。

以下，参照图3、图4、图5，对半固定半漂浮式基础100的施工方法的进行说明。

首先，在步骤S1中，在陆地上，将所述连接座3固定(例如，焊接)在所述固定基础部1的顶壁，将所述活动基础部2的下端通过转动连接装置5与所述固定基础部1的顶壁连接。并且，将所述浮筒4通过连接结构6固定连接(例如，焊接)或可拆卸连接于所述活动基础部2。将锚索7的一端固定在所述浮筒4的底部，将另一端临时搭载在所述浮筒4或所述活动基础部2上。

接着，在步骤S2中，将组装出的整个半固定半漂浮式基础100吊装到水中。在步骤S2中，如图3所示，固定基础部1充气自浮，活动基础部2在浮筒4的浮力作用下相对于所述固定基础部1旋转大约90度而水平地漂浮在水面8上，从而使整个半固定半漂浮式基础100整体漂浮于海面上。

在步骤S3中，在所述固定基础部1充气自浮且所述活动基础部2利用所述浮筒4的浮力水平地漂浮在水面8上的情况下，利用拖轮将半固定半漂浮式基础100拖航运输至海上风机安装机位点。

之后，在步骤S4中，在海上风机安装机位点，使所述固定基础部1放气下沉，并且是所述活动基础部2逐渐由水平漂浮状态过渡为竖立状态(参见图4)。

接着，在步骤5中，在所述固定基础部1放气下沉而利用自重入泥面9以下一定深度后，通过从所述固定基础部1内抽水产生负压将其沉贯到指定深度。应于说明，在该过程中，所述活动基础部2始终保持竖立状态。

在步骤6中，将所述锚索7的临时固定端从水下连接至所述固定基础部1的顶壁，并调整锚索7上的预紧力达到设计值。

根据上述施工方法，在固定基础部1充气自浮，活动基础部2在浮筒4的浮力作用下相对于所述固定基础部旋转大约90度而大致水平地漂浮在水面8上的状态下，只需要通过拖轮就可以将整个半固定半漂浮式基础100拖航运输至海上风机安装机位点，相比于固定式基础，不需要海上运输驳船、浮吊、打桩锤等海上安装资源，从而降低了海上风机基础投资。而且，在海上安装位置，将所述固定基础部1放气下沉，并使所述活动基础部2由水平状态过渡为竖立状态，在所述固定基础部1放气下沉至预定深度后，对所述固定基础部1进行抽水而产生负压，从而使其下沉至指定深度，并且使所述锚索7的一端固定于所述浮筒4的底部且另一端固定于所述固定基础部1，并将所述锚索7的预紧力调整至设计值，从而相比于漂浮式基础，不需要系泊锚固***固定到海底，也不需要定期维护，从而降低了综合成本。

本发明的以上实施例仅仅是示例性的，而本发明并不受限于此。本领域技术人员应该理解：在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，其中，本发明的范围在权利要求及其等同物中限定。

Claims (10)

1.一种海上风机基础(100)，其特征在于，包括：

固定基础部(1)，用于沉放到海床；

活动基础部(2)，所述活动基础部(2)的下端以能够相对于所述固定基础部(1)转动的方式与所述固定基础部(1)连接；以及

浮筒(4)，设置在所述固定基础部(1)的上方，且与所述活动基础部(2)的侧部连接；以及

锚索(7)，所述锚索的两端用于分别连接到所述浮筒(4)和所述固定基础部(1)。

2.如权利要求1所述的海上风机基础，其特征在于，

所述浮筒(4)为封闭筒体，所述锚索(7)的上端与所述浮筒(4)底部连接，所述锚索(7)的下端与所述固定基础部(1)的顶壁连接。

3.如权利要求2所述的海上风机基础，其特征在于，

所述活动基础部(2)的下端通过转动连接装置(5)与所述固定基础部(1)连接，所述转动连接装置(5)包括球铰或十字铰。

4.如权利要求3所述的海上风机基础，其特征在于，还包括：

连接座(3)，固定于所述固定基础部(1)并具有上部开口的容纳腔，所述转动连接装置(5)以能够相对于所述连接座(3)转动的方式设置在所述容纳腔中。

5.如权利要求4所述的海上风机基础，其特征在于，

所述球铰或十字铰包括球体和连接杆，所述连接杆与所述活动基础部(2)固定连接，所述球体设置在所述容纳腔中，所述连接座(3)的侧壁开设有导向槽，所述球体的直径大于所述连接座(3)的上部开口的直径，并且大于所述导向槽的宽度，所述导向槽的宽度大于所述连接杆的直径，从而所述活动基础部(2)能够相对于所述固定基础部(1)向下旋转大约90度。

6.如权利要求1至5中任一项所述的海上风机基础，其特征在于，

所述浮筒(4)包括多个柱形封闭筒体，多个所述柱形封闭筒体围绕所述活动基础部(2)的外周间隔设置，

或者所述浮筒(4)为围绕所述活动基础部(2)的外周连续设置的环形封闭筒体，

所述锚索(7)为多个，围绕所述活动基础部(2)的外周间隔设置。

7.如权利要求1至5中任一项所述的海上风机基础，其特征在于，

所述固定基础部(1)是顶部封闭且下部开口的圆柱筒型结构，所述活动基础部为圆柱管状结构或者桁架式梁。

8.如权利要求1至5中任一项所述的海上风机基础，其特征在于，

所述浮筒(4)可拆卸地连接于所述活动基础部(2)的侧部，并且沿着所述活动基础部(2)的高度方向所述浮筒(4)的连接位置可调。

9.一种海上风机基础的施工方法，其特征在于，所述海上风机基础为权利要求1至8中任一项所述的海上风机基础，所述施工方法包括：

将所述锚索(7)的一端固定于所述浮筒(4)的底部上，并将另一端临时搭载在所述浮筒(4)或所述活动基础部(2)上，

将所述海上风机基础吊起使所述固定基础部充气自浮在海面上，使所述活动基础部(2)相对于所述固定基础部旋转大约90度，沿水平方向放置，使所述海上风机基础整体漂浮于海面上，

通过拖轮拖航的方式运输至海上安装位置。

10.如权利要求9所述的海上风机基础的施工方法，其特征在于，还包括：

在海上安装位置，将所述固定基础部(1)放气下沉，并使所述活动基础部(2)由水平状态过渡为竖立状态，在所述固定基础部(1)放气下沉至预定深度后，对所述固定基础部(1)进行抽水而产生负压，从而使其下沉至指定深度，并且使所述锚索(7)的一端固定于所述浮筒(4)的底部且另一端固定于所述固定基础部(1)，并将所述锚索(7)的预紧力调整至设计值。

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