CN105501396A - 带倒刺的负压桶锚固装置、安装方法及漂浮式海上风电场 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带倒刺的负压桶锚固装置、安装方法及漂浮式海上风电场。带倒刺的负压桶锚固装置包括负压桶体，负压桶体的下端开口，负压桶体的上端设置有封盖，还包括单向排水阀，单向排水阀安装在封盖上且其进水孔与负压桶体的内腔连通，负压桶体的外壁和/或内壁上设置有倒刺，在封盖上设置有多个用于与锚链连接的锚固连接组件。本发明通过倒刺增大负压桶体与泥沙的摩擦阻力，提高锚固能力，同时利用单向排水阀使得负压桶体内、外形成压强差，进而利用海水的压力将负压桶锚固装置插入到海床泥沙层内，有效降低深海漂浮式风机的基础成本及安装周期，降低漂浮式海上风机的施工难度及天气因素对海上作业的影响。

Description

带倒刺的负压桶锚固装置、安装方法及漂浮式海上风电场

技术领域

本发明涉及漂浮式海上风机锚固技术领域，具体涉及一种带倒刺的负压桶锚固装置、安装方法及漂浮式海上风电场。

背景技术

目前，全球海上风电大部分处在小于50m海域范围内，主要基础形式包括单桩基础、四桩导管架基础、多桩基础和重力式基础等多种形式，成本还在可控范围之内。未来20年发展深海、远海海上风电已成趋势，上述基础形式经济性便不再有优势，漂浮式风机将取代固定式基础成为深海主流，如果漂浮式基础的锚固系统仍然采用传统海洋石油桩基础，成本无法控制。

全球范围内漂浮式海上风机的锚固件大部分采用桩基础，由于其桩基础施工需要大型施工船舶进行打桩，面对恶劣的海况条件，打桩作业施工周期久成本高，且桩基入泥较深，使得桩基成本非常昂贵；如何有效降低漂浮式海上风机锚固系统成本已成重要的研究课题。

发明内容

本发明的实施例提供一种带倒刺的负压桶锚固装置、安装方法及漂浮式海上风电场，以有效降低漂浮式海上风机锚固系统成本及安装周期。

为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种带倒刺的负压桶锚固装置，包括负压桶体，负压桶体的下端开口，负压桶体的上端设置有封盖，还包括单向排水阀，单向排水阀安装在封盖上且单向排水阀的进水孔与负压桶体的内腔连通，负压桶体的外壁和/或内壁上设置有倒刺，在封盖上设置有至少一个用于与锚链连接的锚固连接组件。

本发明的实施例还提供了一种带倒刺的负压桶锚固装置的安装方法，包括以下步骤：

在负压桶锚固装置的单向排水阀的排水孔顶端处安装一根水管，水管的另一端固定在施工船舶上；

将负压桶锚固装置放置在海床面上机位点处并扶正，依靠其自身重力使得部分负压桶体插入泥沙层中并达到平衡状态，从水管上端灌水，使得海水填充满水管和单向排水阀内部；施工船舶上在水管另一端安装抽水泵；

启动抽水泵将水管、单向排水阀内部的水和气体抽出，受到压力差的作用，单向排水阀开启，抽水泵继续工作将负压桶体内部的海水及空气抽出；

随着负压桶体内部海水和空气的流出，负压桶锚固装置内外压强差逐渐增大，封盖受到深海海水竖直向下的强大压力将负压桶锚固装置向下压；

待到负压桶锚固装置完全插入泥沙层后，撤掉抽水泵及水管；

将漂浮式海上风机通过锚链与锚固连接组件连接，完成安装。

本发明实施例还提供了一种漂浮式海上风电场，包括至少一个带倒刺的负压桶锚固装置和至少一个漂浮式海上风机，任一漂浮式海上风机与相邻的至少一个带倒刺的负压桶锚固装置连接。

本发明的带倒刺的负压桶锚固装置通过在负压桶体外壁和/或内壁上设置的倒刺增大负压桶体与泥沙的摩擦阻力，提高锚固能力，同时利用单向排水阀使得负压桶体内的水和空气单向流出，负压桶体封盖上、下形成压强差，导致海水的压力将负压桶锚固装置向下压。

附图说明

图1为本发明一种带倒刺的负压桶锚固装置的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为单向排水阀的结构示意图；

图4为漂浮式海上风机与本发明的带倒刺的负压桶锚固装置连接的结构示意图；

图5为漂浮式海上风电场的示意图。

附图标记说明：

1、负压桶体；2、封盖；3、单向排水阀；301、主壳体；302、滑块；302a、外圆柱体；302b、内圆柱体；303、弹性件；304、密封塞；305、进水孔；306、储水腔；307、滑轨腔；308、排水腔；309、挡块；310、通孔；4、倒刺；5a、锚固连接板；5b、加强筋；5c、连接孔；6、漂浮式海上风机；7、锚链；8、海床泥沙层；9、海床面；10、“V”型或者半“V“型锥角。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的带倒刺的负压桶锚固装置、安装方法及漂浮式海上风电场进行详细描述。

实施例一

下面首先介绍一下本发明实施例的带倒刺的负压桶锚固装置。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种带倒刺的负压桶锚固装置，其包括负压桶体1，负压桶体1的下端开口，负压桶体1的上端设置有封盖2，还包括单向排水阀3，单向排水阀3安装在封盖2上且单向排水阀3的进水孔305与负压桶体1的内腔连通，负压桶体1的外壁和/或内壁上设置有倒刺4，即：可以只在负压桶体1的内壁或者外壁上设置倒刺4，也可在负压桶体1的内部或者外壁上同时设置倒刺4，具体根据实际载荷和土层要求选择设置方式即可，倒刺4与负压桶体1可以采用焊接固定方式，在封盖2上设置有至少一个用于与锚链连接的锚固连接组件。

该负压锚固装置通过在负压桶体1外壁和/或内壁上设置的倒刺4增大负压桶体1与泥沙的摩擦阻力，提高锚固能力，同时利用单向排水阀3使得负压桶体1内的水和空气单向流出，负压桶体1内、外形成压强差，进而利用海水的压力将负压桶锚固装置向下压，使得负压桶体1插入到海床泥沙层内，可有效降低深海漂浮式风机的施工成本及安装周期，同时，能够有效的降低漂浮式海上风机的施工难度，减少天气因素对海上作业的影响。

优选的，为了保证负压桶体1与泥沙的摩擦阻力，进一步提高锚固能力，倒刺4的结构优选采用呈下端尖且上端扩口状，倒刺4的内部为空心或实心状均可，进一步的，上述结构的倒刺4的上端面与水平面有夹角，夹角大于0°，使得锚固能力达到更优。

如图1和图2所示，优选的，锚固连接组件为多个，且多个锚固连接组件在封盖2上均匀分布，各锚固连接组件均包括锚固连接板5a及至少一根加强筋5b。锚固连接板5a沿负压桶体1的径向延伸，其上设置有锚固连接孔5c，用于与锚链连接。加强筋5b连接在锚固连接板5a与封盖2之间，用于加强锚固连接板5a的结构强度。优选地，加强筋5b垂直焊接在锚固连接板5a及封盖2之间。进一步的，在具体操作时，加强筋5b可以采用长方体、正方体或多边体结构。

在本实施例中，加强筋5b为多个，且沿锚固连接板5a的长度方向依次间隔设置。

如图1所示，优选的，负压桶体1的内壁和/或外壁上倒有斜角，即：在负压桶体1的内壁和外壁上同时倒有斜角或只在负压桶体1的内壁或者外壁上倒有斜角使得负压桶体1下端有“V”型或者半“V”型锥角10，为筒脚锥，使得负压桶体1在负压的作用下更加容易插入土层内。

负压桶体1采用为圆桶或者多边形桶均可。

如图3所示，上述各实施方式的带倒刺的负压桶锚固装置，单向排水阀3的结构优选为：包括主壳体301、滑块302、弹性件303及密封塞304。

主壳体301内部为四段不等径圆孔空腔结构，由下至上依次为进水孔305、储水腔306、滑轨腔307及排水腔308。其中，滑轨腔307和排水腔308中间连接处设置挡块309。滑块302设置在滑轨腔307和排水腔308内，密封塞304安装在滑块302的底端且能够将进水孔305密封，阻止其与储水腔306连通。弹性件303套设在滑块302上，弹性件303的一端抵靠在挡块309上且另一端抵靠在密封塞304上，滑块302上设置有用于连通储水腔306及排水腔308的通道，挡块309与密封塞304之间的距离小于弹性件303自然状态下的长度，保证弹性件303一直处于压缩状态，弹性件303可以采用弹簧结构。

单向排水阀3安装在负压桶体1的上端的封盖2上，其进水孔305与负压桶体1的内腔连通，工作时，排水腔308顶端连接软水管及抽水泵(图中未画出)，抽水泵工作时，储水腔306及其以上腔室内的空气被抽走，滑块302和密封塞304组合体上下产生压力差，随即滑块302和密封塞304组合体被进水孔305内的液体和气体顶起，沿着滑轨腔307内壁向上移动，进水孔305与储水腔306连通；负压桶体1内部水和空气便通过进水孔305进入单向排水阀的储水腔306内，随着负压桶体1内的水和空气单向流出，负压桶体1内压力减小，在负压桶体1内、外形成压强差，进而利用海水的压力将负压桶锚固装置向下压，使得负压桶体1插入到海床泥沙层内。

进一步的，滑块302为双层圆柱形筒状结构，包括内圆柱体302b及外圆柱体302a，挡块309中间有圆形开口，内圆柱体302b由圆形开口伸出至挡块309以上，内圆柱体302b与挡块309滑动连接，外圆柱体302a上表面与挡块309下端留有滑动距离；外圆柱体302a的外径与滑轨腔307内径大小相同并滑动连接，外圆柱体302a及内圆柱体302b的下端筒壁上均开设有供水流流入到内圆柱体302b内的通孔310，进一步的，外圆柱体302a及内圆柱体302b上的通孔310均设置有多个，通孔310为圆形或椭圆形。所说的通孔310及内圆柱体302b、外圆柱体302a的空腔构成了上述用于连通储水腔306及排水腔308的通道。滑块302采用上述结构在保证使用要求的基础上，结构更为简单，质量轻便，且能够实现双筒导向，具有更高的导向精度。

以上所说的挡块的作用主要为：约束弹性件303的顶端，保持弹性件303件始终处于压缩状态；同时限制滑块302向上运动的位移上限。

进一步的，密封塞304为下端呈锥状的弹性体，密封塞304优选采用橡皮塞，初始状态下，密封塞304受到弹性件303的压力，导致密封塞304与进水孔305上端紧密接触，可阻止其接口上下气体和液体交换，使得密封性能更好。

优选的，进水孔305的下端呈喇叭状开口，下端大上端小，使得单向排水阀3在工作时，能够快速进水和空气。

如图4所示，本实施例一种带倒刺的负压桶锚固装置的安装方法，包括以下步骤：

在负压桶锚固装置的单向排水阀的排水孔顶端处安装一根水管，水管的另一端固定在施工船舶上；

通过起重设备将负压桶锚固装置放置在海床面上机位点处并扶正，依靠其自身重力使得部分负压桶体插入海床泥沙层8中并达到平衡状态，从水管上端灌水，使得海水填充满水管和单向排水阀内部；施工船舶上在水管另一端安装抽水泵；

启动抽水泵将水管、单向排水阀内部的水和气体抽出，进水孔上端和密封塞相交处形成压力差，当竖直向上的力大于竖直向下的力时，弹性件继续被压缩带动滑块和密封塞组合体向上滑动，受到压力差的作用，单向排水阀开启，下端海水便顺着密封塞与进水孔之间的空隙流向储水腔，此时储水腔内的海上包围在滑块外部，并通过进水口进入到滑块内圆柱体内，然后一直向上到达排水腔、水管和抽水泵，抽水泵继续工作将负压桶体内部的海水及空气抽出；

随着负压桶体内部海水和空气的流出，负压桶锚固装置内外压强差逐渐增大，封盖受到深海海水竖直向下的强大压力将负压桶锚固装置向下压；

待到负压桶锚固装置完全插入海床泥沙层8后，撤掉抽水泵及水管，此时封盖下表面与海床面9贴合；

将漂浮式海上风机6通过锚链7与锚固连接组件连接，完成安装。

当漂浮式海上风机6通过锚链7连接在本装置时，对本装置产生向上的上拔力，本装置被提起非常小的距离，此时负压桶体内部处于真空状态，负压桶体内部压强远小于外部压强，水和大气压对本装置产生的向下的压力便可以轻松抵消该上拔力，同时倒刺也可增大负压桶锚固装置受到泥沙的阻力，抵消部分上拔力，本安装方法操作简单且安装周期短。

实施例二

下面介绍一下基于上述带倒刺的负压桶锚固装置形成的漂浮式海上风电场。

如图5所示，具体特征如下：包括至少一个上述的带倒刺的负压桶锚固装置和至少一个漂浮式海上风机6，任一漂浮式海上风机与相邻的至少一个带倒刺的负压桶锚固装置通过锚链7连接，即漂浮式海上风机6呈辐射状或网状形式连接在带倒刺的负压桶锚固装置上。

通过采用带倒刺的负压桶锚固装置及以并联共用方式系固在漂浮式海上风机，可降低风场的建设成本，安装周期短、施工难度小且稳定可靠。

本发明的带倒刺的负压桶锚固装置具有如下效果：

负压桶体上设置有倒刺，可以有效增大负压桶体与泥沙的摩擦力，进而防止负压桶体向上运动。

负压桶体的下端开口处有“V”型或者半“V”型锥角使得负压桶体更易插入到海床泥沙层内，有利于负压桶体插入泥沙内。

该负压桶锚固装置能够有效降低深海漂浮式风机的基础成本及安装周期，同时，能够有效的降低漂浮式海上风机的施工难度，减少天气因素对海上作业的影响。

锚固连接板上开有锚固连接孔，并焊接有加强筋，有利于连接可靠性。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种带倒刺的负压桶锚固装置，包括负压桶体(1)，所述负压桶体(1)的下端开口，负压桶体(1)的上端设置有封盖(2)，其特征在于：还包括单向排水阀(3)，所述单向排水阀(3)安装在所述封盖(2)上且所述单向排水阀(3)的进水孔(305)与所述负压桶体(1)的内腔连通，所述负压桶体(1)的外壁和/或内壁上设置有倒刺(4)，在所述封盖(2)上设置有至少一个用于与锚链连接的锚固连接组件。

2.根据权利要求1所述的带倒刺的负压桶锚固装置，其特征在于：所述倒刺(4)呈下端尖且上端扩口状，倒刺(4)的内部为空心或实心状。

3.根据权利要求2所述的带倒刺的负压桶锚固装置，其特征在于：所述倒刺(4)的上端面与水平面有夹角，所述夹角大于0°。

4.根据权利要求1所述的带倒刺的负压桶锚固装置，其特征在于：所述锚固连接组件在所述封盖(2)上均匀分布，各所述锚固连接组件均包括锚固连接板(5a)及至少一根加强筋(5b)，所述锚固连接板(5a)上设置有锚固连接孔(5c)，所述加强筋(5b)连接在锚固连接板(5a)与封盖(2)之间。

5.根据权利要求1所述的带倒刺的负压桶锚固装置，其特征在于：所述负压桶体(1)的下端有“V”型或者半“V”型锥角。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的带倒刺的负压桶锚固装置，其特征在于：所述单向排水阀(3)包括主壳体(301)、滑块(302)、弹性件(303)及密封塞(304)，所述主壳体(301)内部为四段不等径圆孔空腔结构，由下至上依次为所述进水孔(305)、储水腔(306)、滑轨腔(307)及排水腔(308)，所述滑轨腔(307)和所述排水腔(308)中间连接处设置挡块(309)，所述密封塞(304)安装在所述滑块(302)的底端将所述进水孔(305)密封，所述弹性件(303)套设在滑块(302)上，所述弹性件(303)的一端抵靠在所述挡块(309)上且另一端抵靠在所述密封塞(304)上，所述滑块(302)上设置有用于连通所述储水腔(306)及所述排水腔(308)的通道。

7.根据权利要求6所述的带倒刺的负压桶锚固装置，其特征在于：所述挡块(309)与所述密封塞(304)之间的距离小于所述弹性件(303)自然状态下的长度。

8.根据权利要求6所述的带倒刺的负压桶锚固装置，其特征在于：所述滑块(302)为双层圆柱形筒状结构，包括内圆柱体(302b)及外圆柱体(302a)，所述内圆柱体(302b)伸出至挡块(309)以上，外圆柱体(302a)上表面与挡块(309)下端留有滑动距离；所述外圆柱体(302a)的外径与所述滑轨腔(307)内径大小相同并滑动连接，所述外圆柱体(302a)及内圆柱体(302b)的下端筒壁上均开设有供水流流入到内圆柱体(302b)内的通孔(310)。

9.根据权利要求8所述的带倒刺的负压桶锚固装置，其特征在于：所述外圆柱体(302a)及内圆柱体(302b)上的通孔(310)均设置有多个，所述通孔(310)为圆形或椭圆形。

10.根据权利要求6所述的带倒刺的负压桶锚固装置，其特征在于：所述密封塞(304)为下端呈锥状的弹性体。

11.根据权利要求6所述的带倒刺的负压桶锚固装置，其特征在于：所述进水孔(305)的下端呈喇叭状开口。

12.一种带倒刺的负压桶锚固装置的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

在负压桶锚固装置的单向排水阀(3)的排水孔顶端处安装一根水管，水管的另一端固定在施工船舶上；

将负压桶锚固装置放置在海床面上机位点处并扶正，依靠其自身重力使得部分负压桶体(1)插入泥沙层中并达到平衡状态，从水管上端灌水，使得海水填充满水管和单向排水阀(3)内部；施工船舶上在水管另一端安装抽水泵；

启动抽水泵将水管、单向排水阀(3)内部的水和气体抽出，受到压力差的作用，单向排水阀(3)开启，抽水泵继续工作将负压桶体(1)内部的海水及空气抽出；

随着负压桶体(1)内部海水和空气的流出，负压桶锚固装置内外压强差逐渐增大，封盖(2)受到深海海水竖直向下的强大压力将负压桶锚固装置向下压；

待到负压桶锚固装置完全插入泥沙层后，撤掉抽水泵及水管；

将漂浮式海上风机通过锚链与锚固连接组件连接，完成安装。

13.一种漂浮式海上风电场，其特征在于：包括至少一个如权利要求1-11任意一项所述的带倒刺的负压桶锚固装置和至少一个漂浮式海上风机，任一漂浮式海上风机与相邻的至少一个所述带倒刺的负压桶锚固装置连接。