CN111005400A - 一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备及方法，包括材料区，焊接区，浇筑区和养护区；所述材料区用于储存海上风电筒型基础的预制材料，包括材料区沉箱和固定式平台；所述焊接区用于焊接海上风电筒型基础的筒壁和顶盖，包括焊接区沉箱和能上下滑动的浮式平台；所述浇筑区用于浇筑海上风电筒型基础的上部弧形过渡段，包括浇筑区沉箱，所述浇筑区沉箱上设置有用于悬挂海上风电筒型基础筒壁的浇筑区支撑柱；所述养护区用于固定养护浇筑完成后的海上风电筒型基础，包括用于连接固定海上风电筒型基础的锚索和养护区缆绳。本发明可实现风电场附近海域面积的综合利用，形成一条由材料储存‑焊接‑浇筑‑养护为一体的筒型基础海上预制基地。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程技术，特别涉及一种将海上风电筒型基础结构迁移至海上风电场附近预制的设备及方法。
背景技术
海上风电作为一项具有极好发展前景的清洁可再生能源，因其开发多靠近电力负荷集中地区，电力消纳能力强，不占用陆地资源等优点而备受关注。目前，我国海上风电场的主要基础结构中的钢管桩基础、导管架基础、三脚架基础及筒型基础等施工方式大部分是先岸上预制，后运至现场施工安装。但是海上风电基础结构体积大，采用运输船一次量只有3-4组，尤其是筒型基础托运时受浪、流的作用易发生倾斜，后果严重。
随着风力发电需求的不断提升及海上风电结构形式的不断优化，海上风电场的建设逐渐由近海向远海发展。但由此造成岸边预制基地到目标风电场的距离不断拉长，运输费用直线上升。此外，运输距离的拉长间接使得运输过程不定性因素增多，从而导致运输风险增高。因此，如果设计一种能有效解决该类问题的装备或方法，实现在海上风电场附近海域形成预制基地，将极大提升筒型基础的建设效率。
为此，有必要提出一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备及方法，使得其在不影响海上风电场建设效率的情况下减少筒型基础的运输距离和降低运输风险。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备及方法，可实现风电场附近海域面积的综合利用，形成一条由材料储存-焊接-浇筑-养护为一体的筒型基础海上预制基地。
本发明所采用的技术方案是：一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备，包括：
材料区，所述材料区用于储存海上风电筒型基础的预制材料，所述材料区包括材料区沉箱和固定式平台，所述固定式平台和所述材料区沉箱之间通过材料区支撑柱固定连接，所述材料区沉箱的底部设置有材料区筒裙，所述材料区筒裙在所述材料区沉箱下沉后插入海床基础；
焊接区，所述焊接区用于焊接海上风电筒型基础的筒壁和顶盖，所述焊接区包括焊接区沉箱和浮式平台，所述焊接区沉箱上设置有焊接区支撑柱，所述浮式平台通过导轨连接在所述焊接区支撑柱上并能沿着所述焊接区支撑柱上下滑动，所述焊接区沉箱的底部设置有焊接区筒裙，所述焊接区筒裙在所述焊接区沉箱下沉后插入海床基础；
浇筑区，所述浇筑区用于浇筑海上风电筒型基础的上部弧形过渡段，所述浇筑区包括浇筑区沉箱，所述浇筑区沉箱上设置有用于悬挂海上风电筒型基础筒壁的浇筑区支撑柱，所述浇筑区沉箱的底部设置有浇筑区筒裙，所述浇筑区筒裙在所述浇筑区沉箱下沉后插入海床基础；以及，
养护区，所述养护区用于固定养护浇筑完成后的海上风电筒型基础，所述养护区包括用于连接固定漂浮于海面的海上风电筒型基础的锚索和养护区缆绳。
进一步地，所述材料区、所述焊接区和所述浇筑区相邻布置，在所述材料区、所述焊接区和所述浇筑区的迎风面和迎浪面设置防浪墙，所述材料区的防浪墙、所述焊接区的防浪墙和所述浇筑区的防浪墙之间通过扣环相互连接。
其中，所述养护区布置在所述浇筑区的背风面和背浪面。
进一步地，所述材料区沉箱、所述焊接区沉箱和所述浇筑区沉箱上均设置有进气/排气孔和进水/排水孔；所述材料区沉箱、所述焊接区沉箱和所述浇筑区沉箱的内部均设置有气囊，所述气囊与所述进气/排气孔相连通。
进一步地，所述浮式平台上设置有进气/排气孔和进水/排水孔。
进一步地，所述材料区沉箱、所述焊接区沉箱、所述浇筑区沉箱和所述固定式平台均采用人工混凝土浇筑的预制板。
进一步地，所述浮式平台采用内部中空的钢制箱体结构。
进一步地，所述材料区支撑柱、所述焊接区支撑柱和所述浇筑区支撑柱均采用人工混凝土浇筑的实心柱。
本发明所采用的另一技术方案是：一种可迁移预制海上风电筒型基础的方法，采用上述一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备，可迁移预制海上风电筒型基础的方法包括以下步骤：
海上风电筒型基础的预制材料运输至材料区；
在焊接区的浮式平台上焊接海上风电筒型基础的筒壁和顶盖；焊接完成后，通过焊接区缆绳固定连接筒壁，再使浮式平台下沉至筒壁及顶盖完全漂浮在海面；
拖曳筒壁及顶盖至浇筑区，待筒壁及顶盖拖出焊接区后使浮式平台重新上升至海面以上，进行下一套海上风电筒型基础的焊接；同时，拖曳至浇筑区的筒壁采用浇筑区缆绳固定连接在浇筑区支撑柱上，从而固定在海面上，筒壁固定后浇筑上部弧形过渡段；
浇筑完成后，将海上风电筒型基础拖至养护区，连接养护区缆绳进行固定养护；
待整个海上风电筒型基础预制完成后，拆解漂浮材料区、焊接区、浇筑区和养护区的各个组成部件，将四个区域的各个组成部件托运至其他需要预制海上风电筒型基础的区域进行下一组海上风电筒型基础的预制。
本发明的有益效果是：本发明一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备及方法，采用多模块组合的方式，避免了筒型基础长距离运输造成的风险，实现深远海风电场附近预制筒型基础的目的。首先，将筒型基础预制移至海上风电场附近大量减少陆上土地的租赁，极大的缓解土地资源紧张的局面。其次，本发明综合利用了深远海风电场附近海域，将筒型基础的预制(材料-焊接-浇筑-养护)形成一体化流水作业，加快筒型基础的制造效率。再次，运输材料相对托运筒型基础而言，极大的降低了运输费用。此外，本发明设计简单，易施工且拆分快，并且能保证在不需要预制的前提下可漂浮迁移，实现零残余的绿色循环使用的海上风电筒型基础预制，具有良好的运用前景。
附图说明
图1：本发明一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备结构示意图；
图2：本发明的防浪墙剖面图；
图3a：本发明的材料区在水上漂浮时正视图；
图3b：本发明的材料区沉放完毕且坐在海床之上时正视图；
图4：本发明的材料区沉箱/焊接区沉箱/浇筑区沉箱内部示意图；
图5：本发明的焊接区正视图；
图6：本发明的浮式平台下沉正视图；
图7：本发明的浇筑区正视图；
图8：本发明的养护区正视图；
附图标注：1、防浪墙；2、扣环；3、材料区沉箱；4、固定式平台；5、材料区支撑柱；6、材料区筒裙；7、焊接区沉箱；8、浮式平台；9、焊接区支撑柱；10、焊接区筒裙；11、浇筑区沉箱；12、浇筑区支撑柱；13、浇筑区筒裙；14、锚索；15、养护区缆绳；16、进气/排气孔；17、进水/排水孔；18、气囊；19、焊接区缆绳；20、浇筑区缆绳；
A、筒壁；B、顶盖；C、上部弧形过渡段；
Ⅰ、材料区；Ⅱ、焊接区；Ⅲ、浇筑区；Ⅳ、养护区。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1所示，一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备，由材料区Ⅰ、焊接区Ⅱ、浇筑区Ⅲ、养护区Ⅳ组成的预制区域，所述材料区Ⅰ、所述焊接区Ⅱ和所述浇筑区Ⅲ相邻布置，所述养护区Ⅳ布置在所述浇筑区Ⅲ的背风面和背浪面。在所述材料区Ⅰ、所述焊接区Ⅱ和所述浇筑区Ⅲ的迎风面和迎浪面设置防浪墙1，如图2所示，各区防浪墙1之间通过扣环2相互连接，防止风与浪流产生有害作用。所述材料区Ⅰ、所述焊接区Ⅱ和所述浇筑区Ⅲ的整体结构能拆分组装。
所述材料区Ⅰ用于储存海上风电筒型基础的预制材料。如图3a和图3b所示，所述材料区Ⅰ包括防浪墙1、材料区沉箱3、固定式平台4、材料区支撑柱5、材料区筒裙6和气囊18等。其中，所述防浪墙1采用人工混凝土浇筑，厚2m；所述材料区沉箱3和所述固定式平台4均采用长100m、宽50m、高10m的人工混凝土浇筑的预制板；所述材料区支撑柱5采用直径2m人工混凝土浇筑的实心柱。所述防浪墙1、材料区沉箱3、固定式平台4、材料区支撑柱5之间固定连接，通过托运至指定位置，开启材料区沉箱3中的进气/排气孔16使位于材料区沉箱3内部的气囊18放气，同时，开启进水/排水孔17使材料区沉箱3内、气囊18外充水，使装置缓慢下沉至海床，沉箱3底部的材料区筒裙6插入海床基础。
所述焊接区Ⅱ用于焊接海上风电筒型基础的筒壁A和顶盖B。如图5所示，所述焊接区Ⅱ包括焊接区沉箱7、浮式平台8、焊接区支撑柱9、焊接区筒裙10和气囊18等。其中，所述焊接区沉箱7采用人工混凝土浇筑的预制板，长50m、宽50m、高10m；所述浮式平台8为钢制箱型结构，内部中空，可保证气浮效果，其尺寸为长50m、宽50m、高10m；所述焊接区支撑柱9采人工混凝土浇筑的实心柱，直径2m；所述焊接区沉箱7与焊接区支撑柱9固定连接，所述浮式平台8与焊接区支撑柱9之间通过导轨连接使得所述浮式平台8能沿着所述焊接区支撑柱9上下滑动。开启焊接区沉箱7的进气/排气孔16使位于焊接区沉箱7内部的气囊18放气，同时，开启进水/排水孔17使焊接区沉箱7内、气囊18外充水，使装置缓慢下沉至焊接区沉箱7底部的焊接区筒裙10插入海床基础，后使焊接区Ⅱ的防浪墙1上的扣环2与材料区Ⅰ的防浪墙1的扣环2连接，如图1所示，材料区Ⅰ的两边可同时布置焊接区Ⅱ，同时进行施工下沉，待整个装备下沉完成后检查无恙后进行海上风电筒型基础预制工作。
所述浇筑区Ⅲ用于浇筑海上风电筒型基础的上部弧形过渡段C。如图7所示，所述浇筑区Ⅲ包括浇筑区沉箱11、浇筑区支撑柱12、浇筑区筒裙13、浇筑区缆绳20和气囊18等。其中，所述浇筑区沉箱11采用人工混凝土浇筑的预制板；所述浇筑区支撑柱12采人工混凝土浇筑的实心柱。所述浇筑区缆绳20的一端系于所述浇筑区支撑柱12的顶部，另一端漂浮在海面上。开启浇筑区沉箱11的进气/排气孔16使位于浇筑区沉箱11内部的气囊18放气，同时，开启进水/排水孔17使浇筑区沉箱11内、气囊18外充水，使装置缓慢下沉至浇筑区沉箱11底部的浇筑区筒裙13插入海床基础。
所述养护区Ⅳ用于固定养护浇筑完成后的海上风电筒型基础。如图8所示，所述养护区Ⅳ包括用于连接固定漂浮于海面的海上风电筒型基础的锚索14和养护区缆绳15。所述锚索14固定于海床基础，所述养护区缆绳15的一端系于所述锚索14上、另一端漂浮在海面上。
采用本发明可迁移预制海上风电筒型基础的设备进行海上风电筒型基础预制：海上风电筒型基础的预制材料通过货船从码头运输至由固定式平台4与材料区支撑柱5组成的材料区Ⅰ；浮式平台8因浮力漂浮在海面以上与焊接区支撑柱9组成形成一块稳定的焊接区Ⅱ，用以焊接海上风电筒型基础的筒壁A和顶盖B，筒壁A直径为30m；待焊接完成后，通过焊接区缆绳19先稳固筒壁A，再开启浮式平台8的进气/排气孔16和进水/排水孔17使浮式平台8顺着焊接区支撑柱9缓慢下沉直至筒壁A及顶盖B完全漂浮在海面为止，如图6所示；船舶拖曳筒壁A及顶盖B至浇筑区Ⅲ，待筒壁A及顶盖B拖出焊接区Ⅱ后，用气泵连接浮式平台8的进气/排气孔16对浮式平台8进行充气，充气后浮式平台8又缓慢升至海面以上，同时关闭进气/排气孔16和进水/排水孔17，进行下一套进水/排水孔17的焊接。
拖曳至浇筑区Ⅲ的筒壁A采用漂浮在海面的浇筑区缆绳20固定连接在浇筑区支撑柱12上，从而固定在海面上，如图7所示；继而通过船舶输送混凝土对上部弧形过渡段C进行浇筑，上部弧形过渡段C的上部7m、下部24m；浇筑完成后，将海上风电筒型基础拖至养护区Ⅳ，连接漂浮在海面上的养护区缆绳15进行固定养护，如图8所示。
待整个海上风电筒型基础预制完成后，首先打开扣环2，通过气泵与材料区沉箱3、焊接区沉箱7和浇筑区沉箱11的进气/排气孔16连接充气，打开进水/排水孔17，使材料区沉箱3、焊接区沉箱7和浇筑区沉箱11缓慢上浮，按顺序使得整个区域拆解漂浮，通过船舶托运至其他需要预制海上风电筒型基础的区域进行下一组海上风电筒型基础的预制。
本实施例中，整块区域长300m，宽250m。
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，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备，其特征在于，包括：
材料区(Ⅰ)，所述材料区(Ⅰ)用于储存海上风电筒型基础的预制材料，所述材料区(Ⅰ)包括材料区沉箱(3)和固定式平台(4)，所述固定式平台(4)和所述材料区沉箱(3)之间通过材料区支撑柱(5)固定连接，所述材料区沉箱(3)的底部设置有材料区筒裙(6)，所述材料区筒裙(6)在所述材料区沉箱(3)下沉后插入海床基础；
焊接区(Ⅱ)，所述焊接区(Ⅱ)用于焊接海上风电筒型基础的筒壁(A)和顶盖(B)，所述焊接区(Ⅱ)包括焊接区沉箱(7)和浮式平台(8)，所述焊接区沉箱(7)上设置有焊接区支撑柱(9)，所述浮式平台(8)通过导轨连接在所述焊接区支撑柱(9)上并能沿着所述焊接区支撑柱(9)上下滑动，所述焊接区沉箱(7)的底部设置有焊接区筒裙(10)，所述焊接区筒裙(10)在所述焊接区沉箱(7)下沉后插入海床基础；
浇筑区(Ⅲ)，所述浇筑区(Ⅲ)用于浇筑海上风电筒型基础的上部弧形过渡段(C)，所述浇筑区(Ⅲ)包括浇筑区沉箱(11)，所述浇筑区沉箱(11)上设置有用于悬挂海上风电筒型基础筒壁(A)的浇筑区支撑柱(12)，所述浇筑区沉箱(11)的底部设置有浇筑区筒裙(13)，所述浇筑区筒裙(13)在所述浇筑区沉箱(11)下沉后插入海床基础；以及，
养护区(Ⅳ)，所述养护区(Ⅳ)用于固定养护浇筑完成后的海上风电筒型基础，所述养护区(Ⅳ)包括用于连接固定漂浮于海面的海上风电筒型基础的锚索(14)和养护区缆绳(15)。
2.根据权利要求1所述的一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备，其特征在于，所述材料区(Ⅰ)、所述焊接区(Ⅱ)和所述浇筑区(Ⅲ)相邻布置，在所述材料区(Ⅰ)、所述焊接区(Ⅱ)和所述浇筑区(Ⅲ)的迎风面和迎浪面设置防浪墙(1)，所述材料区(Ⅰ)的防浪墙(1)、所述焊接区(Ⅱ)的防浪墙(1)和所述浇筑区(Ⅲ)的防浪墙(1)之间通过扣环(2)相互连接。
3.根据权利要求2所述的一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备，其特征在于，所述养护区(Ⅳ)布置在所述浇筑区(Ⅲ)的背风面和背浪面。
4.根据权利要求1所述的一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备，其特征在于，所述材料区沉箱(3)、所述焊接区沉箱(7)和所述浇筑区沉箱(11)上均设置有进气/排气孔(16)和进水/排水孔(17)；所述材料区沉箱(3)、所述焊接区沉箱(7)和所述浇筑区沉箱(11)的内部均设置有气囊(18)，所述气囊(18)与所述进气/排气孔(16)相连通。
5.根据权利要求1所述的一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备，其特征在于，所述浮式平台(8)上设置有进气/排气孔(16)和进水/排水孔(17)。
6.根据权利要求1所述的一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备，其特征在于，所述材料区沉箱(3)、所述焊接区沉箱(7)、所述浇筑区沉箱(11)和所述固定式平台(4)均采用人工混凝土浇筑的预制板。
7.根据权利要求1所述的一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备，其特征在于，所述浮式平台(8)采用内部中空的钢制箱体结构。
8.根据权利要求1所述的一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备，其特征在于，所述材料区支撑柱(5)、所述焊接区支撑柱(9)和所述浇筑区支撑柱(12)均采用人工混凝土浇筑的实心柱。
9.一种可迁移预制海上风电筒型基础的方法，其特征在于，采用如权利要求1至8任意一项所述的一种可迁移预制海上风电筒型基础的设备，可迁移预制海上风电筒型基础的方法包括以下步骤：
海上风电筒型基础的预制材料运输至材料区(Ⅰ)；
在焊接区(Ⅱ)的浮式平台(8)上焊接海上风电筒型基础的筒壁(A)和顶盖(B)；焊接完成后，通过焊接区缆绳(19)固定连接筒壁(A)，再使浮式平台(8)下沉至筒壁(A)及顶盖(B)完全漂浮在海面；
拖曳筒壁(A)及顶盖(B)至浇筑区(Ⅲ)，待筒壁(A)及顶盖(B)拖出焊接区(Ⅱ)后使浮式平台(8)重新上升至海面以上，进行下一套海上风电筒型基础的焊接；同时，拖曳至浇筑区(Ⅲ)的筒壁(A)采用浇筑区缆绳(20)固定连接在浇筑区支撑柱(12)上，从而固定在海面上，筒壁(A)固定后浇筑上部弧形过渡段(C)；
浇筑完成后，将海上风电筒型基础拖至养护区(Ⅳ)，连接养护区缆绳(15)进行固定养护；
待整个海上风电筒型基础预制完成后，拆解漂浮材料区(Ⅰ)、焊接区(Ⅱ)、浇筑区(Ⅲ)和养护区(Ⅳ)的各个组成部件，将四个区域的各个组成部件托运至其他需要预制海上风电筒型基础的区域进行下一组海上风电筒型基础的预制。
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