CN110979577A - 可拆卸张力腿式海上风力发电机组基础平台及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

发明属于海洋工程技术领域可拆卸张力腿式海上风力发电机组基础平台及其施工方法，技术方案为：基础平台包括张力筋腱、侧浮筒、中心浮筒和桁架支撑结构，侧浮筒包含固定浮筒和可拆卸浮筒，张力筋腱上端垂直固定于固定浮筒的底部，可拆卸浮筒由可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒两部分组成；可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒围绕张力筋腱固定在固定浮筒的下方；中心浮筒与侧浮筒中的固定浮筒通过桁架支撑结构连接。本发明采用固定式浮筒与可拆卸式浮筒结合的方式代替传统浮筒，可以有效解决张力腿式海上风力发电机组基础平台在浅水区域的施工安装问题，并且可以有效增加张力筋腱长度，增强基础水动力性能同时有助于运行期间张力筋腱的维护。

Description

可拆卸张力腿式海上风力发电机组基础平台及其施工方法
技术领域
本发明涉及海洋工程技术领域，特别是涉及一种具有拖航自稳性的可拆卸张力腿式海上风力发电机组基础平台及其一体化施工方法。
背景技术
随着我国对海洋风能资源的不断开发，海上风电由浅水逐步走向深水，漂浮式海上风电将成为以后海上风能资源开发的主流。张力腿式海洋平台是国际上三大漂浮海洋平台型式之一，国际上现有的张力腿海洋平台大多用于海洋石油行业，对于海洋上石油平台而言，平台水深可达几千米，平台主要承受风浪流荷载及平台自重荷载；而对于风力发电机组基础平台来说，除了承受以上荷载外，还需要承受风力发电机组产生的巨大的弯矩。结合我国海洋环境条件和我国海上风电建设规划区域，可以进行漂浮式海上风电建设的深水区水深大多处于30m至50m范围。张力腿式海上风电基础对海上风力发电机组的适应性最好，但目前国际上对于张力腿式海上风力发电机组平台应用均在百米水深以上。对于我国的海洋水深条件，目前传统的张力腿式基础平台并没有应用实例。同时对于漂浮式海上风电的施工安装，由于漂浮式结构受波浪海流影响大，海上安装精度难以控制；而对于一体化施工安装方案来说，受到港口水深限制及风力发电机组连同基础平台重量影响，需制造专用安装船进行托运及安装施工极为不便。
发明内容
为解决现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可拆卸张力腿式海上风力发电机组基础平台及其施工方法。本发明采用固定式浮筒与可拆卸式浮筒结合的方式代替传统浮筒，可以有效解决张力腿式海上风力发电机组基础平台在浅水区域的施工安装问题，并且可以有效增加张力筋腱长度，增强基础水动力性能；同时有助于运行期间张力筋腱的维护。
本发明的技术方案为：基础平台包括张力筋腱、侧浮筒、中心浮筒和桁架支撑结构，侧浮筒包含固定浮筒和可拆卸浮筒，张力筋腱上端垂直固定于固定浮筒的底部，可拆卸浮筒由可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒两部分组成；可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒围绕张力筋腱固定在固定浮筒的下方；中心浮筒与侧浮筒中的固定浮筒通过桁架支撑结构连接。
基于上述技术特征，可拆卸外侧浮筒的体积小于可拆卸内侧浮筒。
在张力腿式海上风力发电机组基础平台设计时，基础平台的固有周期是需要重点考量的一项标准。通常来说，基础平台的固有周期需要避开海浪能量集中区域周期5至15s。故对于张力腿平台的纵荡和横荡来说，需要使其周期远离15s。而张力腿式海上风力发电机组基础平台的纵荡及横荡周期与张力筋腱长度的二分之一次方成正比，可见增加张力筋腱长度，可以有效提高基础平台的固有周期。上述构造中，由于侧浮筒被拆分为上下两层，上部为固定浮筒，下部为可拆卸浮筒，张力筋腱的实际安装长度可以抬高至固定浮筒的底部，而不是整个侧浮筒的底部，这样可以有效提高基础平台的固有周期。为了配合张力筋腱的安装及日常维护，可拆卸浮筒由可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒组成。当张力筋腱的上端固定安装完毕后，可从张力筋腱的两侧相向分别安装可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒，拼接成套在张力筋腱上的一个整体可拆卸浮筒。当张力筋腱需要检查及更换时，可只需拆下位于张力筋腱外侧的可拆卸外侧浮筒，进行张力筋腱检查及更换；检查及更换好后，将可拆卸外侧浮筒归位。由于只是临时拆除了局部少量的浮筒，对整个张力腿式海上风力发电机组基础平台的浮力影响不大。
可拆卸张力腿式海上风力发电机组基础平台的施工方法一为：
步骤A：中心浮筒与侧浮筒中的固定浮筒通过桁架支撑结构连接，固定浮筒底部嵌入张力筋连接装置。
步骤B：将包括可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒的可拆卸浮筒安装在固定浮筒下方，将海上风力发电机组安装在中心浮筒上，进行海上运输；使可拆卸浮筒、中心浮筒、固定浮筒、和海上风力发电机组及桁架支撑结构自重所产生的浮力和满足基础平台海上运输时的浮力要求。
步骤C：运输到指定安装地点后，调整可拆卸浮筒，使可拆卸浮筒、中心浮筒、固定浮筒、和海上风力发电机组及桁架支撑结构自重所产生的浮力和满足基础平台平时工作时的浮力要求；将张力筋腱上部连接于固定浮筒中的张力筋连接装置上；调整后的可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒围绕张力筋腱固定在固定浮筒的下方；将张力筋腱下部锚固在海床或海床上用于锚固的基础。
调整可拆卸浮筒的方式包括调节可拆卸内侧浮筒和/或可拆卸外侧浮筒的浮筒压载水；或者更换合适大小的可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒。调整方法属于本领域中的常规技术手段。
可拆卸张力腿式海上风力发电机组基础平台的施工方法二为：
步骤A：中心浮筒与侧浮筒中的固定浮筒通过桁架支撑结构连接，固定浮筒底部嵌入张力筋连接装置。
步骤B：将临时运输用浮筒与固定浮筒连接，将海上风力发电机组安装在中心浮筒上，进行海上运输；使临时运输用浮筒、中心浮筒、固定浮筒、和海上风力发电机组及桁架支撑结构自重所产生的浮力和满足基础平台海上运输时的浮力要求。
步骤C：运输到指定安装地点后，卸下临时运输用浮筒，将张力筋腱上部连接于固定浮筒中的张力筋连接装置上；将张力筋腱下部锚固在海床或海床上用于锚固的基础；将可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒围绕张力筋腱固定在固定浮筒的下方；使可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒、中心浮筒、固定浮筒、和海上风力发电机组及桁架支撑结构自重所产生的浮力和满足基础平台正常工作时的浮力要求。
上述施工方法与现有技术相比，海上风力发电机组预先安装在中心浮筒上后再进行海上运输，实现了一体化施工，保证了海上施工的精度要求，避免了漂浮式结构受波浪海流影响大，海上安装困难的问题。
施工方法一中基础平台运输安装过程中采用的可拆卸浮筒，可根据基础平台运输安装过程中吃水要求及运输安装时允许的海况波浪条件或正常工作时的海况波浪条件，灵活调整可拆卸浮筒以应变整个基础平台的浮力变化。
例如可根据工程的实际情况，计算出运输安装时基础平台的总浮力F，即运输安装时总排水量对应的浮力。此时可拆卸浮筒浮力F1＝总浮力F-固定浮筒提供的浮力F2-海上风力发电机组及桁架支撑结构自重所产生的浮力F3-中心浮筒提供的浮力F4；本发明可以根据构型设计自行选择侧浮筒数量，现在假设有N个侧浮筒，对应的就有N个可拆卸浮筒；则每个可拆卸侧浮筒所需要提供的浮力为F1/N；假设每个可拆卸内侧浮筒和每个可拆卸外侧浮筒体积比为x:1，则每个所述可拆卸内侧浮筒需要提供的浮力为xF1/[N(x+1)]，每个所述可拆卸外侧浮筒需提供的浮力为F1/[N(x+1)]。可拆卸侧浮筒的数量和体积、每个可拆卸内侧浮筒和每个可拆卸外侧浮筒体积比可根据每个实际工程情况调整。可拆卸侧浮筒既可作为基础平台正常工作状态下的浮筒，也可兼做运输安装浮筒，所谓运输安装浮筒为海上风力发电机组基础平台运输及安装过程中临时采用的浮筒。可根据实际情况，待海上风力发电机组基础平台就位后，可通过调节可拆卸浮筒的压载水来增减浮力或/和替换不同体积的可拆卸浮筒满足海上风力发电机组基础平台正常工作时需要的浮力。
施工方法二中，运输过程中采用运输用浮筒，待运输到指定安装地点后，卸下运输用浮筒，安装上工作状态时的可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒。其施工方法简便。
上述技术方案中，基础平台正常工作状态时可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒的浮力计算与计算出运输安装时的浮力计算相同，此时，基础平台的总浮力F为正常工作状态时的设计浮力。
本发明的有益效果为：通过设计可拆卸浮筒用来调整基础平台在不同工作状态时的浮力，传统结构张力筋腱顶部连接在侧浮筒底部，而本发明中张力筋腱顶部连接在固定浮筒上，可以有效增加张力筋长度。同时可拆卸内侧浮筒和可拆卸外侧浮筒围绕所述张力筋腱固定在所述固定浮筒的下方，由可拼装结构组成，方便筋腱的检测及更换。
附图说明
图1为本发明的结构主视示意图。
图2为本发明的结构俯视示意图。
图3为本发明的侧浮筒结构示意图。
图4为本发明的可拆卸浮筒结构示意图。
图中各构件标号示意为：
100 张力筋腱
200 侧浮筒
210 可拆卸浮筒
211 可拆卸内侧浮筒
212 可拆卸外侧浮筒
220 固定浮筒
230 张力筋连接装置
300 桁架支撑结构
400 中心浮筒
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1和图2所示，可拆卸张力腿式海上风力发电机组的基础平台包括张力筋腱100、侧浮筒200、中心浮筒400和桁架支撑结构300，侧浮筒200包含固定浮筒220和可拆卸浮筒210，张力筋腱100上端垂直固定于固定浮筒220的底部，可如图3所示，把张力筋连接装置230嵌入到固定浮筒220底部，与下部的张力筋腱100相连。
如图3和图4所示，可拆卸浮筒210由可拆卸内侧浮筒211和可拆卸外侧浮筒212组成；可拆卸内侧浮筒211和可拆卸外侧浮筒212围绕张力筋腱100固定在固定浮筒220的下方；如图1和图2所示，中心浮筒400与侧浮筒200中的固定浮筒220通过桁架支撑结构300连接，使之形成一个稳定的支撑结构，中心浮筒400上部与海上风力发电机组相连接。
如图2所示，桁架支撑结构300连接4个侧浮筒200与中心浮筒400。图示侧浮筒的数量、桁架支撑结构的构造仅为示意，具体实施过程中根据实际应力及水动力性能情况可选择侧浮筒的数量及调整桁架支撑结构300的构型。
如图4所示，可拆卸内侧浮筒211和可拆卸外侧浮筒212的体积比可根据实际工程情况确定，可拆卸外侧浮筒212的体积宜小于可拆卸内侧浮筒211。当需要检查或更换张力筋腱时，将可拆卸外侧浮筒212拆下，进行张力筋腱检查及更换；检查及更换好后，将可拆卸外侧浮筒212归位，可拆卸外侧浮筒212的体积较小可方便拆卸与归位，同时在拆卸过程中，也不会过大影响这个基础平台的浮力。图4中所示的可拆卸内侧浮筒211与可拆卸外侧浮筒212的体积比为3:1仅为一种示意，可拆卸内侧浮筒211和可拆卸外侧浮筒212可根据海洋环境条件等实际情况，做分割以调整所占的浮力比。
本发明的施工方法举例为：
步骤A：中心浮筒400与固定浮筒220通过桁架支撑结构300连接，固定浮筒220底部嵌入张力筋连接装置230。
步骤B：将包括可拆卸内侧浮筒211和可拆卸外侧浮筒212的可拆卸浮筒210安装在固定浮筒220下方，将海上风力发电机组安装在中心浮筒上，进行海上运输；使可拆卸浮筒210、中心浮筒400、固定浮筒220、海上风力发电机组及桁架支撑结构300自重所产生的浮力和满足基础平台海上运输时的浮力要求。
步骤C：运输到指定安装地点后，调整可拆卸浮筒210，使可拆卸浮筒210、中心浮筒400、固定浮筒220、海上风力发电机组及桁架支撑结构300自重所产生的浮力和满足基础平台平时工作时的浮力要求；将张力筋腱100上部连接于固定浮筒220中的张力筋连接装置上；调整后的可拆卸内侧浮筒211和可拆卸外侧浮筒212围绕张力筋腱100固定在固定浮筒220的下方；将张力筋腱100下部锚固在海床或海床上用于锚固的基础。
可拆卸张力腿式海上风力发电机组基础平台的施工方法二为：
步骤A：中心浮筒400与固定浮筒220通过桁架支撑结构300连接，固定浮筒220底部嵌入张力筋连接装置230；
步骤B：将临时运输用浮筒与固定浮筒220连接，将海上风力发电机组安装在中心浮筒400上，进行海上运输；使临时运输用浮筒、中心浮筒400、固定浮筒220、海上风力发电机组及桁架支撑结构300自重所产生的浮力和满足基础平台海上运输时的浮力要求。
步骤C：运输到指定安装地点后，卸下临时运输用浮筒，将张力筋腱100上部连接于固定浮筒220中的张力筋连接装置230上；将张力筋腱100下部锚固在海床或海床上用于锚固的基础；安装可拆卸内侧浮筒211和可拆卸外侧浮筒212围绕张力筋腱100固定在固定浮筒220的下方；使可拆卸内侧浮筒211和可拆卸外侧浮筒212、中心浮筒400、固定浮筒220、海上风力发电机组及桁架支撑结构300自重所产生的浮力和满足基础平台正常工作时的浮力要求。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可拆卸张力腿式海上风力发电机组的基础平台，其特征在于：所述基础平台包括张力筋腱(100)、侧浮筒(200)、中心浮筒(400)和桁架支撑结构(300)，所述侧浮筒(200)包含固定浮筒(220)和可拆卸浮筒(210)，所述张力筋腱(100)上端垂直固定于所述固定浮筒(220)的底部；所述可拆卸浮筒(210)由可拆卸内侧浮筒(211)和可拆卸外侧浮筒(212)两部分组成；所述可拆卸内侧浮筒(211)和可拆卸外侧浮筒(212)围绕所述张力筋腱(100)固定在所述固定浮筒(220)的下方；所述中心浮筒(400)与所述侧浮筒(200)中的所述固定浮筒(220)通过所述桁架支撑结构(300)连接。
2.根据权利要求1所述的一种可拆卸张力腿式海上风力发电机组的基础平台，其特征在于：所述可拆卸外侧浮筒(212)的体积小于所述可拆卸内侧浮筒(211)。
3.根据权利要求1所述的一种可拆卸张力腿式海上风力发电机组的基础平台的施工方法，其特征为：
步骤A：所述中心浮筒(400)与所述侧浮筒(200)中的所述固定浮筒(220)通过所述桁架支撑结构(300)连接，所述固定浮筒(220)底部嵌入张力筋连接装置(230)；
步骤B：将包括所述可拆卸内侧浮筒(211)和所述可拆卸外侧浮筒(212)的可拆卸浮筒(210)安装在所述固定浮筒(220)下方，将海上风力发电机组安装在所述中心浮筒(400)上，进行海上运输；使所述可拆卸浮筒(210)、所述中心浮筒(400)、所述固定浮筒(220)、所述海上风力发电机组和所述桁架支撑结构(300)自重所产生的浮力和满足基础平台海上运输时的浮力要求；
步骤C：运输到指定安装地点后，调整所述可拆卸浮筒(210)，使所述可拆卸浮筒(210)、所述中心浮筒(400)、所述固定浮筒(220)、所述海上风力发电机组和所述桁架支撑结构(300)自重所产生的浮力和满足所述基础平台平时工作时的浮力要求；将所述张力筋腱(100)上部连接于所述固定浮筒(220)中的所述张力筋连接装置(230)上；调整后的所述可拆卸内侧浮筒(211)和所述可拆卸外侧浮筒(212)围绕所述张力筋腱(100)固定在所述固定浮筒(220)的下方；将所述张力筋腱(100)下部锚固在海床或海床上用于锚固的基础。
4.根据权利要求1所述的一种可拆卸张力腿式海上风力发电机组的基础平台的施工方法，其特征为：
步骤A：所述中心浮筒(400)与所述侧浮筒(200)中的所述固定浮筒(220)通过所述桁架支撑结构(300)连接，所述固定浮筒(220)底部嵌入张力筋连接装置(230)；
步骤B：将临时运输用浮筒与所述固定浮筒(220)连接，将海上风力发电机组安装在所述中心浮筒(400)上，进行海上运输；使所述临时运输用浮筒、所述中心浮筒(400)、所述固定浮筒(220)、所述海上风力发电机组和所述桁架支撑结构(300)自重所产生的浮力和满足基础平台海上运输时的浮力要求；
步骤C：运输到指定安装地点后，卸下所述临时运输用浮筒，将所述张力筋腱(100)上部连接于所述固定浮筒(220)中的所述张力筋连接装置(230)上；将所述张力筋腱(100)下部锚固在海床或海床上用于锚固的基础；将所述可拆卸内侧浮筒(211)和所述可拆卸外侧浮筒(212)围绕所述张力筋腱(100)固定在所述固定浮筒(220)的下方；使所述可拆卸内侧浮筒(211)、所述可拆卸外侧浮筒(212)、所述中心浮筒(400)、所述固定浮筒(220)、所述海上风力发电机组和所述桁架支撑结构(300)自重所产生的浮力和满足所述基础平台正常工作时的浮力要求。
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