CN106801431B - 一种三筒自升门架式风电基础结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海上风电基础领域，公开了一种三筒自升门架式风电基础结构及其施工方法，包括三个通过门式塔架连接为一体的筒形基础，门式塔架由三个竖向塔架和三个横向塔架连接为门字形，每组竖向塔架和横向塔架均通过升降机构实现连接，升降机构包括安装于竖向塔架两侧的齿条和安装于横向塔架外端的齿轮、锁紧装置以及升降控制系统；施工时一方面在拖航中有效利用筒形基础的浮力，另一方面通过升降机构机械沉放并配合传统下沉方式进行安装。本发明同时具有筒型基础与自升门架的优点，其施工方法在拖航中有效利用筒形基础的浮力，整个沉放过程简单、快速，所需施工设备少，避免了使用昂贵的大型水上现场施工设备，施工速度快，综合造价低。

Description

一种三筒自升门架式风电基础结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及海上风电机组基础结构及其施工方法，具体的说，是涉及多个筒形基础与门架式结构相结合的基础形式及其施工方法。

背景技术

目前，海上风电机组采用的主要基础形式包括：单桩基础、高桩承台基础、三脚架基础、导管架式基础、重力式基础、负压筒形基础和浮动平台结构等几种。以上提到的基础中，单桩结构应用最为广泛，但由于其刚度及风浪荷载下的结构动力响应较大，易产生疲劳破坏；相对而言，大直径宽浅式筒形基础更适合我国近海地质特点及风机受力特点。但随着海上风电规模化的开发、机组单机容量的增大，单一的基础形式在施工难度及经济效益上难以达到最优化，不能满足工程的需要。

发明内容

基于海上风电机组基础结构较高的设计要求，本发明提供了一种三筒自升门架式风电基础结构及其施工方法，可利用门架式多筒基础的特点实现自浮拖航和机械沉放，明显降低基础的施工成本，加快施工进度。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种三筒自升门架式风电基础结构，包括三个相同的筒形基础，三个相同的筒形基础按照分别位于三角形的三个顶点布置，三个所述筒形基础通过门式塔架连接为一体；所述门式塔架包括三个分别以底端连接于三个所述筒形基础的顶盖中心的竖向塔架，三个所述竖向塔架的上端分别连接三个所述横向塔架的外端，三个所述横向塔架的内端均连接于风机塔筒；

所述门式塔架的每组所述竖向塔架和所述横向塔架均通过升降机构相连接，所述升降机构包括齿轮、齿条、锁紧装置以及升降控制系统；所述齿条安装在每个所述竖向塔架的两侧，所述齿轮和所述锁紧装置构成的齿轮箱安装在每个所述横向塔架的外端，所述齿轮和所述锁紧装置均由升降控制系统控制，所述锁紧装置用于实现所述齿轮与所述齿条的锁紧。

优选地，每个所述筒形基础均设置有独立的抽负压及加载装置。

优选地，所述门式塔架的三个横向塔架均设置有调平装置。

一种三筒自升门架式风电基础结构的施工方法，按照如下步骤进行：

(1)陆上预制三个所述筒形基础；陆上预制所述门式塔架，包括三个横向塔架和三个竖向塔架；陆上预制所述升降机构，包括所述齿轮、所述齿条、所述锁紧装置以及所述升降控制系统；

(2)将所述齿条固定在所述竖向塔架两侧，将设有所述齿轮和所述锁紧装置的齿轮箱及所述升降控制系统安装在所述横向塔架末端，并通过所述齿轮和所述齿条的啮合实现所述横向塔架和所述竖向塔架的拼接，并检查所述升降控制系统的运行情况；

(3)三个所述筒形基础吊入陆地边的水中检查其气密性；气密性符合要求之后，将各所述筒形基础安装在所述门式塔架的所述竖向塔架底部，并安装好抽负压及加载装置，上述三筒自升门架式风电基础结构安装完成并达到设计强度要求后，再组装好塔筒和风机；

(4)将带有风机的三筒自升门架式风电基础结构移入水中，将运输船固定在三筒自升门架式风电基础结构正下方，通过调整所述升降控制系统使所述门式塔架的所述横向塔架坐落在所述运输船的甲板上并进行固定，之后通过所述抽负压及加载装置向三个所述筒形基础注入高压气，使三筒自升门架式风电基础结构与所述运输船整体漂浮在水面上；

(5)利用所述运输船将带有风机的三筒自升门架式风电基础结构运输至指定的设计施工地点；

(6)通过所述升降控制系统使得三个筒形基础同步下沉，到达泥面之后利用升降控制系统推动三个筒形基础继续下沉，同时辅以负压下沉的技术手段加快下沉过程，当下沉到达预期的与运输船分离的高程时作业停止；

(7)当三筒自升门架式风电基础到达与运输船分离的高程并初步稳定后，解除所述门式塔架的所述横向塔架与所述运输船的固定连接，使所述运输船与三筒自升门架式风电基础结构分离，关闭所述升降控制系统，利用所述锁紧装置锁固齿轮和齿条；

(8)三筒自升门架式风电基础结构继续负压下沉直至下沉就位，施工完毕。

本发明的有益效果是：

本发明的三筒自升门架式风电基础结构及其施工方法，该基础同时具有筒型基础与自升门架的优点，其施工方法在拖航中有效的利用了筒形基础的浮力，而在筒形基础前期沉放过程中通过自升门架的调整实现了机械沉放，达到泥面后可利用运输船的自重反作用力进行下沉，并可配以负压下沉。整个施工过程简单、快速，所需施工设备少，避免了使用昂贵的大型水上现场施工设备，施工速度快，综合造价低。

附图说明

图1是本发明所提供的三筒自升门架式风电基础结构的俯视图；

图2是本发明所提供的三筒自升门架式风电基础结构的主视图。

图中：1、运输船；2、筒形基础；3、门式塔架；4、齿轮；5、齿条；6、锁紧装置；7、风机。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1和图2所示，本实施例公开了一种三筒自升门架式风电基础结构，其中包括三个相同的筒形基础2、一组门式塔架3、齿轮4、齿条5、锁紧装置6。

筒型基础2是顶部封闭、底部敞口的一种圆筒状钢结构基础，三个相同的筒形基础2按照分别位于三角形的三个顶点处布置，每两个筒形基础2之间的距离可根据实际工程进行设置，每个筒形基础2均设置有独立的抽负压及加载装置。筒型基础2内部可设置分舱板形成多个舱室结构。

门式塔架3将三个筒形基础2连接为一体，相邻两个筒型基础2与门式塔架3组成“门”字形。具体地，门式塔架3包括三个分别以底端连接于筒形基础2顶盖中心的竖向塔架，三个竖向塔架的上端分别连接三个横向塔架的外端，三个横向塔架的内端均连接于风机7塔筒。

门式塔架3的三组竖向塔架和横向塔架均通过齿轮4、齿条5、锁紧装置6以及升降控制系统组成的升降机构相连接。三个竖向塔架的两侧均安装有齿条5，三个横向塔架的外端均安装有齿轮箱和升降控制系统，齿轮箱内设置有齿轮4和锁紧装置6。齿条5的长度可以根据所安装海域的水深来确定，齿轮4转动和锁紧装置6由升降控制系统控制，齿轮4在齿条5上的位置由锁紧装置6进行固定。当筒型基础2安装就位后，利用升降控制系统的液压驱动与锁紧装置6即实现齿轮4与齿条5的锁紧。

门式塔架3的横向塔架上还可以设置调平装置，通过测量各横向塔架及竖向塔架的位移可计算倾斜度，并反馈给升降控制系统进行局部调平。

运输船1用于运输三筒自升门架式风电基础，风机7通过塔筒与下部的三筒自升门架式风电基础相连接。

上述三筒自升门架式风电基础结构的施工方法，按照如下步骤进行：

a.陆上预制所述三个钢制圆形的筒型基础2结构，再组装钢制分舱板；

b.陆上预制门式塔架3，包括横向塔架和竖向塔架；

c.陆上预制升降机构，包括齿轮4、齿条5、锁紧装置6以及升降控制系统；将齿条4固定在竖向塔架两侧的适当位置，并检查其牢固性；将设有齿轮4和锁紧装置6的齿轮箱及升降控制系统安装在横向塔架末端，并通过齿轮4和齿条5的啮合实现横向塔架和竖向塔架的拼接，并检查升降控制系统的运行情况；

b.将各底部开口的筒型结构2整体吊入陆地边的水中检查其气密性；

d.气密性符合要求之后，将各筒形基础2安装在门式塔架3底部，并安装好抽负压及加载装置，完成三筒自升门架式风电基础结构的安装工作；

e.三筒自升门架式风电基础结构安装完成并达到设计强度要求后，再组装好塔筒和风机7；

f.利用吊机或滑道将带有风机7的三筒自升门架式风电基础结构移入水中，将运输船1固定在三筒自升门架式风电基础结构正下方，通过调整升降控制系统使门式塔架3的横向塔架坐落在运输船1的甲板上并进行固定，之后通过抽负压及加载装置向三个所述筒形基础2注入高压气，使三筒自升门架式风电基础结构与所在运输船1整体漂浮在水面上；

g.利用运输船1将带有风机7的三筒自升门架式风电基础结构运输至指定的设计施工地点；

h.到达设计施工地点后，通过升降控制系统使得三个筒形基础2同步下沉；到达泥面之后利用升降控制系统推动三个筒形基础2继续下沉，此时运输船1与筒型基础2可看成一个整体，通过运输船1的自重作为推动下沉的反作用力施加在泥面上，同时辅以负压下沉的技术手段加快下沉过程，当下沉到达预期的与运输船1分离的高程时作业停止；

i.当三筒自升门架式风电基础到达与运输船1分离的高程并初步稳定后，解除门式塔架3的横向塔架与运输船1的固定连接，使运输船1与三筒自升门架式风电基础结构分离，关闭升降控制系统，利用门式塔架3的竖向塔架和横向塔架连接处的锁紧装置6锁固齿轮4和齿条5；

j.三筒自升门架式风电基础结构继续负压下沉直至下沉就位，三筒自升门架式风电基础结构下沉就位后，在竖向塔架和横向塔架连接处可增设三角支架以增强结构强度，施工完毕。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种三筒自升门架式风电基础结构，包括三个相同的筒形基础，三个相同的筒形基础按照分别位于三角形的三个顶点布置，其特征在于，三个所述筒形基础通过门式塔架连接为一体；所述门式塔架包括三个分别以底端连接于三个所述筒形基础的顶盖中心的竖向塔架，三个所述竖向塔架的上端分别连接三个横向塔架的外端，三个所述横向塔架的内端均连接于风机塔筒；

所述门式塔架的每组所述竖向塔架和所述横向塔架均通过升降机构相连接，所述升降机构包括齿轮、齿条、锁紧装置以及升降控制系统；所述齿条安装在每个所述竖向塔架的两侧，所述齿轮和所述锁紧装置构成的齿轮箱安装在每个所述横向塔架的外端，所述齿轮和所述锁紧装置均由升降控制系统控制，所述锁紧装置用于实现所述齿轮与所述齿条的锁紧；

所述门式塔架的三个横向塔架均设置有调平装置。

2.根据权利要求1所述的一种三筒自升门架式风电基础结构，其特征在于，每个所述筒形基础均设置有独立的抽负压及加载装置。

3.一种如权利要求1-2中任一项所述三筒自升门架式风电基础结构的施工方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

(1)陆上预制三个所述筒形基础；陆上预制所述门式塔架，包括三个横向塔架和三个竖向塔架；陆上预制所述升降机构，包括所述齿轮、所述齿条、所述锁紧装置以及所述升降控制系统；

(2)将所述齿条固定在所述竖向塔架两侧，将设有所述齿轮和所述锁紧装置的齿轮箱及所述升降控制系统安装在所述横向塔架末端，并通过所述齿轮和所述齿条的啮合实现所述横向塔架和所述竖向塔架的拼接，并检查所述升降控制系统的运行情况；

(3)三个所述筒形基础吊入陆地边的水中检查其气密性；气密性符合要求之后，将各所述筒形基础安装在所述门式塔架的所述竖向塔架底部，并安装好抽负压及加载装置，上述三筒自升门架式风电基础结构安装完成并达到设计强度要求后，再组装好塔筒和风机；

(4)将带有风机的三筒自升门架式风电基础结构移入水中，将运输船固定在三筒自升门架式风电基础结构正下方，通过调整所述升降控制系统使所述门式塔架的所述横向塔架坐落在所述运输船的甲板上并进行固定，之后通过所述抽负压及加载装置向三个所述筒形基础注入高压气，使三筒自升门架式风电基础结构与所述运输船整体漂浮在水面上；

(5)利用所述运输船将带有风机的三筒自升门架式风电基础结构运输至指定的设计施工地点；

(6)通过所述升降控制系统使得三个筒形基础同步下沉，到达泥面之后利用升降控制系统推动三个筒形基础继续下沉，同时辅以负压下沉的技术手段加快下沉过程，当下沉到达预期的与运输船分离的高程时作业停止；

(7)当三筒自升门架式风电基础到达与运输船分离的高程并初步稳定后，解除所述门式塔架的所述横向塔架与所述运输船的固定连接，使所述运输船与三筒自升门架式风电基础结构分离，关闭所述升降控制系统，利用所述锁紧装置锁固齿轮和齿条；

(8)三筒自升门架式风电基础结构继续负压下沉直至下沉就位，施工完毕。