CN106368233A - 海上风机支撑结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上风机支撑结构及其施工方法。该海上风机支撑结构包括主体机构、支撑平台及过渡机构。该海上风机的支撑结构整体刚度大，可适应水深可以达60m，有利于提高海上风机基础适用性及可靠性。该支撑结构的各基础结构均可在陆地建造，海上仅需要灌浆即可完成基础安装，减少海上作业时间，降低施工成本。过渡机构的主柱体采用四根斜撑连接，斜撑顶部与主柱体连接、底部与腿柱连接，从而可以将风机巨大的弯矩合理地转化为斜撑轴力，提高此区域疲劳性能。

Description

海上风机支撑结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及海上风机领域，尤其是涉及一种海上风机支撑结构及其施工方法。

背景技术

海上风机基础是海上风电场风力发电设备重要的支撑结构。海上风电是一种重要的清洁能源，由于其具有风速较高、风频稳定、切变小、资源丰富、不占土地、适宜大规模开发等特点，且海上风电靠近经济发达地区，距离电力负荷中心近，电力消纳能力强，不存在接入和限电问题等优点，近年来得到快速发展。

海上风力发电设备支撑结构由塔筒以及下部支撑基础结构组成。基础结构形式依属性、配置、安装方法、外形和材料划分为4种结构形式：桩承基础结构、重力式基础结构、桶形基础结构及系泊浮式结构。海上风机基础是海上风力发电机的重要支撑结构，国内外已规模化应用的海上风机基础包括：单桩基础、四桩腿柱基础、水下三桩基础、水上三桩基础、重力式基础及高桩承台基础等。

海上风机基础的投资往往占到了总投资的30％左右，随着水深的增加以及风力发电设备单机容量的增大，风机基础的尺寸以及壁厚也将越来越大，导致重要节点用材超标以及局部加工非常困难。由于海上工程施工作业受制于气候窗口，长时间的海上作业时间，将造成海上施工成本的增加。

发明内容

基于此，有必要提供一种结构刚度大、施工快捷的海上风机支撑结构及其施工方法。

一种海上风机支撑结构，包括：

主体机构，包括多套相配合的桩基和腿柱，所述桩基用于打入海底泥面，所述桩基具有灌浆槽，所述腿柱的一端插入所述灌浆槽内且架设在所述桩基上与所述桩基通过灌浆连接，相邻的所述腿柱之间通过多个撑杆加强连接，多个所述腿柱从所述桩基向上逐渐靠拢；

支撑平台，设在所述腿柱的另一端且由多个所述腿柱固定支撑；以及

过渡机构，包括主柱体、斜撑及连接装置，所述主柱体垂直设在所述支撑平台上且与所述支撑平台固定连接，所述斜撑有多个，多个所述斜撑围绕所述主柱体均匀设置，多个所述斜撑的上端汇聚与所述主柱体的外周壁固定连接，下端发散与所述腿柱固定连接，所述连接装置设在所述主柱体的上端用于安装风机。

该海上风机的支撑结构整体刚度大，可适应水深可以达60m，有利于提高海上风机基础适用性及可靠性。该支撑结构的各基础结构均可在陆地建造，海上仅需要灌浆即可完成基础安装，减少海上作业时间，降低施工成本。过渡机构的主柱体采用四根斜撑连接，斜撑顶部与主柱体连接、底部与腿柱连接，从而可以将风机巨大的弯矩合理地转化为斜撑轴力，提高此区域疲劳性能。

在其中一个实施例中，所述桩基与所述腿柱共有四套。四套桩基与腿柱的设计，符合四桩腿柱基础的设计标准，便于施工后支撑结构的测试和验收。

在其中一个实施例中，所述腿柱上设有调平垫板，所述腿柱通过所述调平垫板架设在所述桩基上并保持上端基本位于同一平面。通过设置调平垫板式的调平结构，直接采用点焊等方式将调平垫板焊接至腿柱上，可以快速调平，较之传统的千斤顶以及调平支承桩方案，可以大大降低调平成本，减少海上作业时间内，降低施工成本。

在其中一个实施例中，所述调平垫板上设有应急孔，可以充分灌浆，保证腿柱与桩基的灌浆连接可靠性。

在其中一个实施例中，所述支撑平台的边缘设有与所述支撑平台固定连接的悬挑平台。支撑平台上设置悬挑平台，从而可以用于放置相变集装箱以及人员应急避难仓等设备，另外还可以在悬挑平台上设置运维简易吊机，便于日常运维操作。

在其中一个实施例中，所述斜撑的一端设有腿柱连接板，所述斜撑通过所述腿柱连接板与所述腿柱固定连接；所述支撑平台固定安装在所述腿柱连接板上；所述斜撑的另一端设有外加强环板，所述外加强环板与所述斜撑及所述主柱体固定连接；所述连接装置设在所述外加强环板上。斜撑通过腿柱连接板与腿柱连接，结构强度高，可以很好的将斜撑上的载荷传递至主体机构上。

在其中一个实施例中，所述海上风机支撑结构还包括设在所述腿柱上的灌浆机构，所述灌浆机构包括灌浆面板及灌浆管线，所述灌浆面板上设有用于与灌浆机对接的接口，所述灌浆管线的一端与所述接口对接，另一端与所述灌浆槽连通，每套所述桩基及所述腿柱至少对应设有一条所述灌浆管线。直接在腿柱上设置灌浆机构，可以快速灌浆，在腿柱上设置有灌浆管线，灌浆面板布置于腿柱上，便于后续施工人员水上接管灌浆，可以提高后续施工效率。

在其中一个实施例中，所述海上风机支撑结构还包括用于停靠船只的靠船防撞机构，所述靠船防撞机构可拆卸式安装在所述腿柱上，所述靠船防撞机构具有扶梯结构。靠船防撞机构采用便于更换的可拆卸结构设计安装，便于后期运维。

在其中一个实施例中，所述海上风机支撑结构还包括海缆安装机构，所述海缆安装机构包括海缆进线管和海缆出线管，所述海缆进线管及所述海缆出线管固定安装在所述主体机构上。采用预安装海缆安装机构的方式，可以在海缆安装前，在海缆进线管及海缆出线管中预设设置钢丝绳与支撑平台临时连接，当海缆穿管时，将钢丝绳的一端与海缆连接，通过在另一端拖拽钢丝绳，将海缆从管的一端引导至另一端，安装方便快捷，有利于提高安装效率。

此外，还有必要提供一种海上风机支撑结构的施工方法，该施工方法包括如下步骤：

将具有灌浆槽的桩基插入海上打桩导向装置中，沉降至所需高度，将多个所述桩基打入海底泥面至预设深度；

测量各所述桩基顶部标高以及偏位值，在腿柱上焊接调平机构进行调平；

将所述腿柱插入所述桩基中，并使多个所述腿柱的顶端基本位于同一平面内；

对所述灌浆槽进行灌浆至填充满所述腿柱与所述桩基之间的间隙，待灌浆达到预设的强度后，完成主体机构的施工；

在主体机构上安装支撑平台以及过渡机构，测量倾斜度数据及沉降数据，完成验收。

上述施工方法，各基础机构可在陆地制造，再在海上装配，装配过程中采用先桩法，具有施工快捷、适应条件高的优点，其施工方法可有效提高基础可靠性，达到模块化基础结构制造、简化海上施工作业程序、减少海上施工作业时间、节省工程费用的效果。

附图说明

图1为一实施方式的海上风机支撑结构的结构示意图；

图2为图1中主体机构与过渡机构的连接示意图；

图3为图1中支撑平台与过渡机构的俯视图；

图4为图1中过渡机构的侧视图；

图5为图1中灌浆管线的布置示意图；

图6为图5中灌浆面板与灌浆管线的结构示意图；

图7为图1中海缆安装机构的布置示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一实施方式的海上风机包括海上风机支撑结构及风机。风机固定安装在该海上风机支撑结构上。如图1所示，本实施方式的海上风机支撑结构10包括主体机构100、支撑平台200、过渡机构300、靠船防撞机构400、灌浆机构500及海缆安装机构600。

请结合图1和图2，主体机构100包括桩基110和腿柱120。桩基110与腿柱120成套设置，在本实施方式中，桩基110与腿柱120共有四套，构成四桩腿柱基础，符合四桩腿柱基础的设计标准，便于在施工后按照设计标准对支撑结构进行测试和验收。

桩基110为一端封闭、另一端开口的中空柱桩结构。该中空部分形成灌浆槽112。桩基110的封闭段设有锥形的自攻结构，便于打入海底泥面。

腿柱120为管状结构。腿柱120的一端插入灌浆槽112内。腿柱120架设在桩基110上并与桩基120通过高强度的灌浆连接。相邻的腿柱120之间通过多个撑杆122加强连接。撑杆122呈X形，结构强度高，稳定性好。多个腿柱120插入桩基110后向上弯折并逐渐靠拢构成海上风机支撑结构10的支架基础。腿柱120优选为圆管，且内径从桩基110向上逐渐减小，强度高，稳定可靠。

进一步，在本实施方式中，腿柱120上设有调平垫板124。腿柱120通过调平垫板124架设在桩基110上并保持上端基本位于同一平面。通过设置调平结构，可以将调平垫板124直接采用点焊等方式焊接至腿柱120上，可以快速调平，较之传统的千斤顶以及调平支承桩方案，可以大大降低调平成本，减少海上作业时间内，降低施工成本。调平垫板124上设有应急孔126，可以保证后续灌浆时充分灌浆，保证腿柱120与桩基110的灌浆连接可靠性。

请结合图1和图3，支撑平台200设在腿柱120的另一端。支撑平台200由多个腿柱120固定支撑。在本实施方式中，支撑平台200的边缘设有与支撑平台200固定连接的悬挑平台210。悬挑平台210的周缘设有栏杆211。支撑平台200上设置悬挑平台210，从而可以用于放置相变集装箱以及人员应急避难仓等设备，另外还可以在悬挑平台上设置运维简易吊机，便于日常运维操作。如在本实施方式中，悬挑平台210上设有主变集装箱安放区212、变频器集装箱安放区213、生活集装箱安放区214及运维吊机安装区215等。主变集装箱安放区212可安放主变集装箱。变频器集装箱安放区213可用于安放变频器集装箱。生活集装箱安放区214可用于安放生活集装箱。运维吊机安装区215设在悬挑平台210的边角位置，用于安装运维吊机，便于对整个支撑平台200及悬挑平台210上的安装结构进行运维操作。

请结合图1和图4，过渡机构300包括主柱体310、斜撑320及连接装置330。

主柱体310采用较粗的柱体结构，为将军柱。主柱体310垂直设在支撑平台200上且与支撑平台200固定连接。在本实施方式中，主柱体310的一端设有主柱体连接板312。主柱体310通过该主柱体连接板312与支撑平台200固定连接。

斜撑320有多个，如在本实施方式中，斜撑320有四个。多个斜撑320围绕主柱体310均匀设置。多个斜撑310的上端汇聚与主柱体310的外周壁固定连接，下端发散与腿柱120固定连接。

在本实施方式中，斜撑320的一端设有腿柱连接板322。腿柱连接板322为加厚板，结构强度高。斜撑320通过腿柱连接板322与腿柱120固定连接。支撑平台200固定安装在该腿柱连接板322上。斜撑320的另一端设有外加强环板324。外加强环板324与斜撑320及主柱体310固定连接。斜撑320通过腿柱连接板322与腿柱120连接，结构强度高，可以很好的将斜撑320上的载荷传递至主体机构100上。

进一步，在本实施方式中，斜撑320为直径渐变的圆柱体结构，从与主柱体310的连接端至与腿柱120的连接端，直径逐渐变小。采用直径渐变式结构，且斜撑320的顶端采用外加强环板324与主柱体310连接，从而可以将风机巨大的弯矩合理地转化为斜撑轴力，提高此区域疲劳性能。

连接装置330设在主柱体310的顶端，且与外加强环板324固定连接。在本实施方式中，连接装置330为连接法兰结构，用于安装风机。

请参图1，靠船防撞机构400安装在腿柱120上，用于供船只停靠。靠船防撞机构400具有扶梯结构。靠船防撞机构400在腿柱120上的设置区域构成中层休息平台。在本实施方式中，靠船防撞机构400采用便于更换的可拆卸结构设计安装，便于后期运维。

请结合图1、图5和图6，灌浆机构500包括灌浆面板510及灌浆管线520。灌浆面板510上设有用于与灌浆机对接的接口512。灌浆面板510设在腿柱120的中层休息平台上，便于后续施工人员在水上接管灌浆。

灌浆管线520的一端与接口512的一端对接，另一端与灌浆槽112连通。每套桩基110及腿柱120至少对应设有一条灌浆管线520。在本实施方式中，灌浆管线520包括主灌浆管线522和备用灌浆管线524。直接在腿柱120上设置灌浆机构500，可以快速灌浆，在腿柱120上设置有灌浆管线520，灌浆面板510布置于腿柱120上，便于后续施工人员水上接管灌浆，可以提高后续施工效率。

请参图1和图7，海缆安装机构600包括海缆进线管610和海缆出线管620。海缆进线管610至少有一根，海缆出线管620有一根。海缆进线管610和海缆出线管620为J型管。海缆进线管610及海缆出线管620固定安装在主体机构100上，具体是设在腿柱120的内侧。采用预安装海缆安装机构600的方式，可以在海缆安装前，在海缆进线管610及海缆出线管620中预设设置钢丝绳与支撑平台临时连接，当海缆穿管时，将钢丝绳的一端与海缆连接，通过在另一端拖拽钢丝绳，将海缆从管的一端引导至另一端，安装方便快捷，有利于提高安装效率。

该海上风机的支撑结构10采用钢材质制作各管状或板状基础结构，整体刚度大，可适应水深可以达60m，有利于提高海上风机基础适用性及可靠性。该海上风机支撑结构10的各基础结构均可在陆地建造，海上仅需要灌浆即可完成基础安装，减少海上作业时间，降低施工成本。过渡机构300的主柱体采用四根斜撑420连接，斜撑420顶部与主柱体410连接、底部与腿柱120连接，从而可以将风机巨大的弯矩合理地转化为斜撑轴力，提高此区域疲劳性能。

此外，本实施方式还提供了一种海上风机支撑结构的施工方法，该施工方法包括如下步骤：

步骤一：将具有灌浆槽的桩基插入海上打桩导向装置中，沉降至所需高度，将多个桩基打入海底泥面至预设深度。

在打桩之前，可以现在陆地上的钢结构加工厂制作各基础结构，如上述桩基110、腿柱120、撑杆122、主柱体320、斜撑320、连接装置330等结构。

步骤二：测量各桩基顶部标高以及偏位值，在腿柱上焊接调平机构进行调平。

调平过程中，测量桩基桩顶标高以及偏位值，结合建造长下环向板数据，根据法兰面倾斜允许值，确定调平垫板的厚度，进行调平。

步骤三：将腿柱插入桩基中，并使多个腿柱的顶端基本位于同一平面内。

步骤四：对灌浆槽进行灌浆至填充满腿柱与桩基之间的间隙，待灌浆达到预设的强度后，完成主体机构的施工。

步骤五：在主体机构上安装支撑平台以及过渡机构，测量倾斜度数据及沉降数据，完成验收。

上述施工方法，各基础机构可在陆地制造，再在海上装配，装配过程中采用先桩法，具有施工快捷、适应条件高的优点，其施工方法可有效提高基础可靠性，达到模块化基础结构制造、简化海上施工作业程序、减少海上施工作业时间、节省工程费用的效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种海上风机支撑结构，其特征在于，包括：

主体机构，包括多套相配合的桩基和腿柱，所述桩基用于打入海底泥面，所述桩基具有灌浆槽，所述腿柱的一端插入所述灌浆槽内且架设在所述桩基上与所述桩基通过灌浆连接，相邻的所述腿柱之间通过多个撑杆加强连接，多个所述腿柱从所述桩基向上逐渐靠拢；

支撑平台，设在所述腿柱的另一端且由多个所述腿柱固定支撑；以及

过渡机构，包括主柱体、斜撑及连接装置，所述主柱体垂直设在所述支撑平台上且与所述支撑平台固定连接，所述斜撑有多个，多个所述斜撑围绕所述主柱体均匀设置，多个所述斜撑的上端汇聚与所述主柱体的外周壁固定连接，下端发散与所述腿柱固定连接，所述连接装置设在所述主柱体的上端用于安装风机。

2.如权利要求1所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述桩基与所述腿柱共有四套。

3.如权利要求2所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述腿柱上设有调平垫板，所述腿柱通过所述调平垫板架设在所述桩基上并保持上端基本位于同一平面。

4.如权利要求3所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述调平垫板上设有应急孔。

5.如权利要求1或2所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述支撑平台的边缘设有与所述支撑平台固定连接的悬挑平台。

6.如权利要求1或2所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述斜撑的一端设有腿柱连接板，所述斜撑通过所述腿柱连接板与所述腿柱固定连接；所述支撑平台固定安装在所述腿柱连接板上；所述斜撑的另一端设有外加强环板，所述外加强环板与所述斜撑及所述主柱体固定连接；所述连接装置设在所述外加强环板上。

7.如权利要求1或2所述的海上风机支撑结构，其特征在于，还包括设在所述腿柱上的灌浆机构，所述灌浆机构包括灌浆面板及灌浆管线，所述灌浆面板上设有用于与灌浆机对接的接口，所述灌浆管线的一端与所述接口对接，另一端与所述灌浆槽连通，每套所述桩基及所述腿柱至少对应设有一条所述灌浆管线。

8.如权利要求1或2所述的海上风机支撑结构，其特征在于，还包括用于停靠船只的靠船防撞机构，所述靠船防撞机构可拆卸式安装在所述腿柱上，所述靠船防撞机构具有扶梯结构。

9.如权利要求1或2所述的海上风机支撑结构，其特征在于，还包括海缆安装机构，所述海缆安装机构包括海缆进线管和海缆出线管，所述海缆进线管及所述海缆出线管固定安装在所述主体机构上。

10.一种海上风机支撑结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

将具有灌浆槽的桩基插入海上打桩导向装置中，沉降至所需高度，将多个所述桩基打入海底泥面至预设深度；

测量各所述桩基顶部标高以及偏位值，在腿柱上焊接调平机构进行调平；

将所述腿柱插入所述桩基中，并使多个所述腿柱的顶端基本位于同一平面内；

对所述灌浆槽进行灌浆至填充满所述腿柱与所述桩基之间的间隙，待灌浆达到预设的强度后，完成主体机构的施工；

在主体机构上安装支撑平台以及过渡机构，测量倾斜度数据及沉降数据，完成验收。