CN102639868A - 海上风机整机 - Google Patents

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Abstract

海上风机整机包括基础、塔柱及风机机组。基础采用钢混结构，包括多个舱体，多个舱体分别设置有开口；塔柱下端安装在基础上；风机机组安装在塔柱的上端。在海上风机整机漂浮在水中时，多个舱体的开口位于水面下，舱体中注入空气或水，通过多个舱体提供浮力及扶正力，使整体结构可以不依靠外力在水上保持与海上现场安装状态下方向一致的垂直漂浮状态。该海上风机整机可不需要使用大型的起重机械和运输船舶而容易地作业，大大降低成本，海上作业施工噪音小、海床扰动面积少、无污染物泄漏，从而具有很好的环保性。

Description

海上风机整机 技术领域
本发明涉及海上风机技术， 尤其涉及一种海上风机整机。 背景技术
在自然界中，风能是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。 随着 全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风能的开发和利用， 以尽量减 少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。风能的利用主 要是以风能作动力和风力发电两种形式， 其中又以风力发电为主，
目前， 海上风电的机组分为基础、塔柱、风机机头及风机叶片四个部 分，由运输船舶运输到海上建造位置，分部施工与安装，并完成整机调试。 工程中海上风电基础采用的结构型式通常为单桩基础、多桩基础、重力式、 导管架式基础； 安装方式有分部吊装、整机吊装等方式； 调试基本采用海 上调试的方式。这导致海上风电机组的运输与安装不能实现整机化，运输 与安装存在接口，浅水施工困难等一系列技术难题，致使海上风机基础结 构的投资费用较陆上基础大幅度增加， 从而限制了海上风电的发展。
请参见 2008 年 4 月 30 日公开的中国发明专利申请公布说明书第 CN101169108A 号， 其公开了一种海上风力发电风塔结构为风塔基础与风 力发电塔架及发电机组为一体的设计，海上安装施工为风力发电塔整体一 次安装。该发明的海上风力发电塔底部为单筒吸力锚基础或多筒吸力锚基 础，吸力锚顶部为压载仓，通过在压载仓内充填钢砂用来对整个海上风力 发电塔的重心进行调整，使整个风塔重心控制在吸力锚基础上以便在安装 施工中能够在重力作用下使风塔由水平放置，容易翻转成竖直状态便于沉 放。 然而， 由于在运输时， 发电机组的存放状态是倾倒的， 与发电机组的 使用状态不相同， 因此容易对精密的风力发电机组造成损坏。 另外， 在从 垂直姿态到水平姿态进行大幅度地姿态转换时，不但要求风塔具有较高结 构强度， 而且需要大型的专用设备进行操作，甚至难以对很大型的风塔进 行操作。
因此有必要进行改进， 以克服现有的技术问题。
确认本 发明内容
本发明要解决的技术问题是现有海上风机运输与安装分离，海上施工 周期长， 施工难度大、 成本高等问题。
为解决以上技术问题， 本发明提供如下技术方案。
技术方案 1: 海上风机整机， 其包括：
基础， 其采用钢混结构， 包括多个舱体， 所述多个舱体分别设置有开 π；
塔柱， 其下端安装在所述基础上；
风机机组， 其安装在所述塔柱的上端；
其中，在所述海上风机整机漂浮在水中时，所述多个舱体的开口位于 水面下，所述舱体中注入空气或水，通过所述多个舱体提供浮力及扶正力， 使整体结构可以不依靠外力在水上保持与海上现场安装状态下方向一致 的垂直漂浮状态。
技术方案 2: 根据以上技术方案任一项所述的海上风机整机， 其中， 所述多个舱体中的每个舱体设有可开关的通孔，通过每个通孔可以注入或 者释放空气， 从而控制各个舱体的负压力。
技术方案 3: 根据以上技术方案任一项所述的海上风机整机， 其中， 所述多个枪体包括中舱及多个边舱，所述多个边舱比所述中舱更远离海上 风机整机的重心。
技术方案 4: 根据以上技术方案任一项所述的海上风机整机， 其中， 所述中舱的容积大于每个边舱的容积， 并且， 所述海上风机整机的重心落 在所述中舱的中心位置。
技术方案 5: 根据以上技术方案任一项所述的海上风机整机， 其中， 所述多个舱体包括一个中舱及四个边舱， 所述中舱的横截面呈正方形， 所 述四个边枪对称地分布在所述中枪的四周。
技术方案 6: 根据以上技术方案任一项所述的海上风机整机， 其中， 所述基础整体呈圓柱体形，其直径与所述海上风机整机高度的比率不小于 0. 2。
技术方案 7: 根据以上技术方案任一项所述的海上风机整机， 其中， 所述基础整体呈横截面为多边形的柱体状，所述多边形跨距与所述海上风 机整机高度的比率不小于 0. 2。 技术方案 8: 根据以上技术方案任一项所述的海上风机整机， 其中， 所述基础为筒型，所述基础的筒盖上面中心处固接有承台，所述承台上端 设置有连接环， 所述塔柱下端通过所述连接环安装在所述承台上。
技术方案 9: 根据以上技术方案任一项所述的海上风机整机， 其中， 所述基础在其承台位置设置有防浪和破水结构，从而减少波浪爬坡高度和 冰对所述基础的影响。
技术方案 10: 根据以上技术方案任一项所述的海上风机整机， 其中， 所述承台内设置有压载舱。
技术方案 11 : 根据以上技术方案任一项所述的海上风机整机， 其中， 所述塔柱采用中空钢混结构。
技术方案 12 : 根据以上技术方案任一项所述的海上风机整机， 其中， 所述基础的内外表面还设置有多种压力传感器。
使用根据本发明海上风机整机可以实现整机一步式安装及拆除，对于 对大型的海上风机整机也不需要使用大型的起重机械和运输船舶进行海 上作业，操作易于实现而成功率高，相对于现有的安装技术大大降低成本。 由于基础、塔柱及风机机组从制造及运输到使用都可保持同样的姿势，最 大限度降低了损坏风机各组成部分的风险，从而有利于降低结构抗损坏的 要求， 进而降低制造成本。此外， 本发明的技术方案还具有海上作业施工 噪音小、 海床扰动面积少、 无污染物泄漏等优点， 具有很好的环保性。 附图说明
参照以下优选实施方式的详细说明，并与附图一并阅读，将更加充分 地理解本发明，附图中同样的参照字符始终指代视图中同样的零件。其中： 图 1 显示根据本发明一种具体实施方式的海上风机整机的前视结构 示意图；
图 2显示图 1所示海上风机整机的侧视结构示意图；
图 3显示图 1所示海上风机整机的基础分舱的示意图。 具体实施方式
图 1 显示了根据本发明一种具体实施方式的海上风机整机的前视结 构示意图。图 2显示了图 1所示海上风机整机的侧视结构示意图。请参照 图 1和图 2， 本发明一种实施方式的海上风机整机 100包括基础 1、 塔柱 2及风机机组 3„ 塔柱 2的下端安装在基础 1上。 风机机组 3安装在塔柱 2的上端， 包括风机叶片 30及风机机头 32。
优选地，塔柱 2制作成中空圆筒状钢混结构，钢混结构比纯钢的结构 材料成本更低，而且钢混结构的混粘土保护层有效减少海水与盐分对塔柱 2的腐蚀。 更优选地， 塔柱 2有一定的锥度， 下部直径大于上部直径。 这 样在具有很好结构强度的条件中具有较小的自重，有利于在满足强度要求 的同时降^ ί氐整机 100的重心。
基础 1优选采用钢混结构，钢混结构通过混粘土保护层有效减少海水 与盐分对基础 1 的腐蚀， 从而可以有效确保位于水下和浪溅区的基础 1 结构在整机寿命期内不需要维护。基础 1为筒型，基础 1的筒盖上面中心 处固接有承台 12 , 承台 12上端设置有连接环 120。 塔柱 2的下端通过连 接环 120安装在承台 120上。 优选在承台 12 内设置有压载舱 122， 需要 时，可以在压载舱 122中注入海水或者其他重物，从而增加基础 1的自重。 通过基础 1的传力设计，调节基础 1的连接环 122的高程，从而可以使海 上风机整机 100适应潮间带到深水区不同水深条件， 水深适应性好。
在本具体实施方式中， 基础 1整体优选呈圓柱体形。 优选地， 圓柱体 的直径与海上风机整机高度的比率不小于 0. 3 , 更优选地， 圓柱体的直径 与海上风机整机高度的比率不小于 0. 2。 从而， 基础 1的结构自重大， 海 上风机整机 100 的重心低， 方便运输， 进而使得本发明的海上风机整机 100可以采用垂直整体运输的方式， 使调试可以在运输前完成， 避免分部 运输风机的各部件， 在海上组装及调试风机整机 100。 本发明的基础的直 径釆用大直径的巨型结构， 优选地， 直径在 20- 50米左右。 本发明的海上 风机的巨型筒形重力式复合基础 1 具有筒形基础和重力式基础的双重优 势，大直径的基础可提供长水平力臂，抵抗风机极限状况下大弯矩，和风、 波、 流、 水等复杂耦合荷载， 减少对地基的承载力要求。 当然， 本发明并 不限于此，本发明的基础整体也可以采用横截面为多边形的柱体状，并且， 多边形跨距与海上风机整机高度的比率不小于 0. 3 , 优选地， 多边形跨距 与海上风机整机高度的比率不小于 0. 2。 优选地， 使整机的重心高度与基 础直径或者多边形的跨距的比值不大于 0. 3， 从而具有好的浮稳性。
基础 1包括多个舱体 10。 多个舱体 10分别设置有开口及可开关的通 孔 （未图示） 。 当海上风机整机 100漂浮在水中时， 多个舱体 10的开口 位于水面下。 通过每个通孔可以注入或者释放空气， 当在抢体 10中注入 空气时， 在空气压力作用下使水从舱体 10排出， 根据阿基米德定律， 由 于基础 1排开的水量增加使基础受到的浮力增加。 相反， 当从枪体 1 0释 放空气时， 水从开口进入舱体 10， 从而使基础受到的浮力减小， 使基础 1 下沉。 因此， 通过对每个通孔注入或者释放空气， 从而控制各个枪体 10 的负压力。 在一种具体的实施方式中， 多个舱体包括中舱及多个边舱， 多 个边舱比中舱更远离风机整机的重心， 以便提供扶正力， 海上风机整机的 重心落在中舱的中心位置， 并且， 中舱的容积大于每个边舱的容积。 如图 3所示的具体实施方式中，多个舱体 10包括一个中^ T 108及四个边枪 101、 102、 103、 104。 中枪 108的横截面呈正方形， 四个边舱 1 01、 102、 103、 104对称地分布在中舱 108的四周， 包括前边舱 101、 后边抢 103、 左边 舱 104以及右边舱 102。 通过在中舱 108中注入空气， 可以给海上风机整 机提供主要浮力， 使风机整机不下沉， 通过在边舱 101、 102、 103、 104 中注入适当量的空气可以提供扶正力，使整体结构可以不依靠外力在水上 保持与海上现场安装状态下方向一致的垂直漂浮状态。 具体地， 例如， 当 海上风机整机 100在海面上向右偏斜时，则表示海上风机整机 100右边偏 重， 此时， 可以通过相应的通孔向右边 1 02注入更多的空气， 从而给右 边舱提供更大的浮力， 从而调整整个海上风机整机 1 00的平稳性。 当然， 此时，也可以通过相应的通孔从与右边艙 102对称的左边舱 104释放部分 空气， 使得更多的水注入到左边舱 104 , 从而减小左边受到的浮力， 来平 衡海上风机整机 100 右边的重力， 同样可以达到调整海上风机整机 100 的平稳性的目的。对于海上风机整机 100在海面上向左、 向前或向后偏斜 时， 同理， 可以通过分别调节左边舱 104、前边舱 1 01或后边舱 103 自身， 或者， 通过分别调节左边舱 104、 前边舱 101或后边舱 103相对称的右边 舱 102、 后边枪 103或前边枪 1 01来调整海上风机整机 100的平稳性。 因 此，本发明的基础 1的分枪结构设计可以提高海上风机整机 100的浮稳性， 从而确保海上风机整机 100安装后的垂直度要求。
优选地， 可以在基础 1的承台 12位置设置防浪和破冰结构， 减少波 浪爬坡高度和水对基础的影响。
在优选的具体实施方式中，基础 1的内外表面还设置有多种压力传感 器（未图示）。 通过压力传感器可以实时检测到相应位置的压力， 从而根 据检测到的受力情况及时运用如上所述的方法调整海上风机整机 1 00 的 姿态， 保持整机 100的稳定。
本发明的海上风机整机 100可以采用依次通过预制基础步骤、码头安 装步骤、 运输步骤及海上安装步骤来完成一步式安装。 在预制基础步骤， 在陆地的预制场按照设计要求制造出基础 1。 在码头安装步骤， 将基础 1 下水并固定到码头， 在码头将塔柱 1及风机机组 3安装在所述基础 1上， 組装成整机 100， 并完成整机状态下的调试。 在运输步骤， 通过固定系统 将所述整机 100固定到安装船，在所述基础 1内注入空气的情况下，所述 整机 100漂浮在水上，通过安装船把整机 1 00运输到海上现场，而且可以 在所述基础 1和船体分别设置纵摇和横摇感应器，安装船运输整机的过程 中通过控制系统调整船体压载。在海上安装步骤，在预定的海上现场释放 固定系统， 通过通孔释放所述基础 1船体 1 0内的空气， 整机 100受到的 浮力减小的情况下通过重力沉到海床。将基础 1调平至设计要求后， 固定 基础 1完成安装。现有技术已经公开一些基础 1下沉方法及加固方法，例 如， 名称为 《一种厚壁筒型基础注气破土下沉方法》 的申请号为第
20091 0244841. 6 号的中国发明专利申请及名称为 《一种气置换水的筒型 基础下沉方法》 的申请号为第 20091 0244849. 2号的中国发明专利申请公 开了基础下沉方法。名称为《一种气置换水的筒型基础地基加固方法》的 申请号为第 20091 0244844. X号的中国发明专利申请及名称为 《基于筒型 基础负压技术的地基加固方法》 的申请号为第 2 0091 0069424. 2号的中国 发明专利申请公开了基础加固的方法。 请详参所述的专利， 不再赘述。
与传统的海上风机相比，本发明的海上风机整机结合了筒型结构、重 力式结构和板桩结构，可承受复杂应力和荷载，基础与风机机组整体可以 在陆上基地总装，从而可以大幅度缩短海上施工与安装时间，改善风机机 组的总装环境，确保总装的质量，海上风机整机在陆上基地完成调试作业， 大幅度缩短海上调试时间。使用根据本发明海上风机整机可以实现整机一 步式安装及拆除，对于对大型的海上风机整机也不需要使用大型的起重机 械和运输船舶进行海上作业，操作易于实现而成功率高，相对于现有的安 装技术大大降低成本。 由于基础、塔柱及风机机组从制造及运输到使用都 可保持同样的姿势，最大限度降低了损坏风机各组成部分的风险，从而有 01034
利于降低结构抗损坏的要求， 进而降低制造成本。 而且， 本发明的技术方 案具有海上作业施工噪音小、 海床扰动面积少、 无污染物泄漏等优点， 具 有很好的环保性。

Claims (1)

  1. 权利要求
    1. 海上风机整机， 其特征在于其包括：
    基础， 其采用钢混结构， 包括多个舱体， 所述多个舱体分别设置有开 σ ;
    塔柱， 其下端安装在所述基础上；
    风机机组， 其安装在所述塔柱的上端；
    其中，在所述海上风机整机漂浮在水中时， 所述多个舱体的开口位于 水面下，所述舱体中注入空气或水，通过所述多个舱体提供浮力及扶正力， 使整体结构可以不依靠外力在水上保持与海上现场安装状态下方向一致 的垂直漂浮状态。
    2. 根据权利要求 1所述的海上风机整机， 其中， 所述多个舱体中的 每个舱体设有可开关的通孔，通过每个通孔可以注入或者释放空气，从而 控制各个舱体的负压力。
    3. 根据权利要求 1所述的海上风机整机， 其中， 所述多个舱体包括 中舱及多个边舱， 所述多个边舱比所述中舱更远离海上风机整机的重心。
    . 4. 根据权利要求 3所述的海上风机整机， 其中， 所述中舱的容积大 于每个边舱的容积， 并且， 所述海上风机整机的重心落在所述中舱的中心 位置。
    5. 根据权利要求 4所述的海上风机整机， 其中， 所述多个舱体包括 一个中舱及四个边枪， 所述中舱的横截面呈正方形， 所述四个边枪对称地 分布在所述中舱的四周。
    6. 根据权利要求 2所述的海上风机整机， 其中， 所述基础整体呈圆 柱体形， 其直径与所述海上风机整机高度的比率不小于 0. 2。
    7. 根据权利要求 2所述的海上风机整机， 其中， 所述基础整体呈横 截面为多边形的柱体状，所述多边形跨距与所述海上风机整机高度的比率 不小于 0. 2。
    8. 根据权利要求 2所述的海上风机整机， 其中， 所述基础为筒型， 所述基础的筒盖上面中心处固接有承台， 所述承台上端设置有连接环，所 述塔柱下端通过所述连接环安装在所述承台上。
    9. 根据权利要求 8所述的海上风机整机， 其中， 所述基础在其承台 位置设置有防浪和破;水结构，从而减少波浪爬坡高度和水对所述基础的影 响。
    10. 根据权利要求 8 所述的海上风机整机， 其中， 所述承台内设置 有压载舱。
    11. 根据权利要求 2 所述的海上风机整机， 其中， 所述塔柱采用中 空钢混结构。
    12. 根据权利要求 2 所述的海上风机整机， 其中， 所述基础的内外 表面还设置有多种压力传感器。
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