CN111661262A - 一种张力腿漂浮式风电基础的上部连接器及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种张力腿漂浮式风电基础的上部连接器，包括基座、外壳、内衬球体、抱桩器安装架、上、下抱桩器和活动轴；基座固定在浮桶的内腔中央；外壳设在基座的上部内孔中；内衬球体安装在外壳的球面通孔中；抱桩器安装架包括下托盘、四根支撑柱和上托盘；上抱桩器包括四个均布安装在上托盘的顶面上的上抱桩插销；下抱桩器包括四个均布地安装在下托盘的顶面上的下抱桩插销；活动轴的外表面上开设四列插销盲孔；该活动轴的下端与张力腿的顶端连接，上部依次从基座的下部内孔、内衬球体的轴孔、下托盘的轴孔和上托盘的轴孔中穿出。本发明还公开了一种张力腿漂浮式风电基础的调节方法，能方便地调节张力腿的预张力和标定漂浮式风电平台的姿态。

Description

一种张力腿漂浮式风电基础的上部连接器及调节方法

技术领域

本发明涉及一种张力腿漂浮式风电基础的上部连接器及调节方法。

背景技术

海上风电是一种可再生、无污染的清洁能源。目前国内已建成的海上风电场采用的均为近海固定式海上风电机组，而随着近岸海上风电场的开发，风场离岸距离和水深不断增加，各种传统的固定式风电基础已难以满足深海风能开发的要求，风电场的建设将逐渐向更深水域发展。在深远海域海上风电场中若采用固定式基础，其自重和工程造价随着水深而大幅度增加，不适用于深远海环境。而漂浮式风机采用漂浮式基础及锚泊系统能够适应更大的水深环境，在深远海环境条件下相对于固定式海上风机制造安装成本相对较低，在深远海域更加具有市场前景。此外随着对国内环保意识的不断增强，海上风电场需远离海岸，以减少或避免由此带来的视觉污染和环境影响。因此漂浮式海上风机将是海上风能资源开发向深水发展的必然趋势。

漂浮式风电基础的类型可分为张力腿式(TLP)、半潜式(Sem i-Sub)和立柱式(Spar)。张力腿作为漂浮式风电基础的形式之一，其中重要的一环就是张力腿的连接器的开发研究，而上部连接器作为张力腿的连接器之一，负责连接张力腿和三桶或四桶漂浮式平台，是整个张力腿漂浮式风电基础的核心部件之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种张力腿漂浮式风电基础的上部连接器及调节方法，它能方便地调节张力腿的预张力及调整和标定漂浮式风电平台的姿态。

实现本发明的目的的一种技术方案是这样的：一种张力腿漂浮式风电基础的上部连接器，所述张力腿漂浮式风电基础包括漂浮式风电平台、若干条张力腿和若干海底基础桩；漂浮式风电平台的平面呈正多边形并由平台桁架和若干浮桶构成；所述平台桁架由若干水平撑、若干斜撑和一根中心立柱构成的且；若干个浮桶一一对应地连接在平台桁架的若干个角部；若干条张力腿一一对应地连接在若干个浮桶与若干个海底基础桩之间；每个海底基础桩的内腔各自安装一个筋腱连接器，每条张力腿的下端通过球铰接头与对应的筋腱连接器连接，每条张力腿的上端与安装在对应的浮桶内的上部连接器连接；所述上部连接器连接包括基座、外壳、内衬球体、抱桩器安装架、上抱桩器、下抱桩器和活动轴；其中，

所述基座固定在所述浮桶的内腔中央，该基座的中央开设一个上小下大的一级台阶形内孔；

所述外壳设在所述基座的上部内孔中并坐落在上部内孔与下部内孔之间的台阶面上，该外壳的中央开设一个球面通孔；

所述内衬球体安装在所述外壳的球面通孔中，该内衬球体的顶部和底部各自切除一个球缺，使内衬球体的顶面和底面为平面，该内衬球体的中央轴向开设一个轴孔；

抱桩器安装架包括下托盘、四根支撑柱和上托盘；所述下托盘固定在所述内衬球体的顶面上，该下托盘的中央开设一个轴孔，并在下托盘的顶面和底面一一对应地延伸一个与轴孔同轴并同内径的下轴孔圈和一个下轴孔套，所述下轴孔圈的外周面上均布地径向开设四个与轴孔连通穿孔，该下托盘的顶面上还在轴孔的外围均布地开设四个盲孔；四根支撑柱一一对应地插装在下托盘的四个盲孔中，该四根支撑柱能同时自动伸缩；所述上托盘固定在四根支撑柱的顶面上，该上托盘的中央也开设一个与下托盘上的轴孔同轴并同直径的轴孔，并在上托盘的顶面上延伸一个与轴孔同轴并同内径的上轴孔圈，该上轴孔圈的外周面上均布地径向开设四个与轴孔连通的穿孔；

所述上抱桩器包括四个上抱桩插销，该四个上抱桩插销错开四根支撑柱均布地安装在所述上托盘的顶面上并一一对应地插置在所述上轴孔圈的四个穿孔中；所述下抱桩器包括四个下抱桩插销，该四个下抱桩插销错开四根支撑柱均布地安装在所述下托盘的顶面上并一一对应地插置在所述下轴孔圈的四个穿孔中；

所述活动轴的外表面上沿周向均布地开设四个插销盲孔，并沿轴向每间隔一定距离就开设四个插销盲孔，形成四列插销盲孔；该活动轴的下端与所述张力腿的顶端连接；该活动轴的上部依次从基座的下部内孔、内衬球体的轴孔、下托盘的轴孔和上托盘的轴孔中穿出，使四列插销盲孔的中心连线与四个上抱桩插销和四个下抱桩插销的中心连线一一对应。

上述的张力腿漂浮式风电基础的上部连接器，其中，所述内衬球体与所述外壳的球面通孔之间还设置密封圈。

上述的张力腿漂浮式风电基础的上部连接器，其中，所述平台支架呈等边三角形或正方形，所述浮桶为三个或四个；所述张力腿为三条或四条。

实现本发明的目的的另一种技术方案是这样的：一种张力腿漂浮式风电基础的调节方法，包括以下步骤：

步骤一，先将海底基础桩设置于海底，接着将筋腱连接器安装于海底基础桩上，在将筋腱连接器与张力腿的下端通过球铰接头连接，形成刚体，张力腿的上端通过浮子漂浮；

步骤二，先将上部连接器固定于漂浮式风电平台的浮桶内，接着浮桶注水下沉，再将张力腿上端的活动轴穿入对应的浮桶内与上部连接器连接；

步骤三，调节张力腿的预张力，包括以下两种方法：

A.增加张力腿的预张力，先控制上抱桩器的四个上抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，控制下抱桩器的四个下抱桩插销收回，接着控制四根支撑柱升高到指定的高度后维持，使上抱桩器带着活动轴上升，籍此增加了张力腿的预张力，再控制下抱桩器的四个下抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，然后控制上抱桩器的四个上抱桩插销收回，并控制四根支撑柱降低到指定高度后维持，最后上抱桩器的四个上抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，调节完毕。若所需增加张力腿的预张力的行程超过四根支撑柱的最大行程，则重复上面动作，分段多次调节，直至达到目标预张力；

B.减小张力腿的预张力，先控制上抱桩器的四个上抱桩插销收回，控制下抱桩器的四个下抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，接着控制四根支撑柱升高到指定的高度后维持，再控制上抱桩器的四个上抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，然后控制下抱桩器的四个下抱桩插销收回，并控制四根支撑柱降低到指定高度后维持，最后下抱桩器的四个下抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，调节完毕。若所需减小张力腿的预张力的行程超过四根支撑柱的最大行程，则重复上面动作，分段多次调节，直至达到目标预张力。

调节张力腿的预张力的同时，通过对浮桶抽水或注水对漂浮式风电平台进行水平微调和标定，为漂浮式风电平台达到设计标高和张力腿达到设计的预张力做好基础准备；

步骤四，浮桶抽水，通过浮桶的浮力拉紧张力腿，漂浮式风电平台安装完毕；

步骤五，漂浮式风电平台安装完毕后，先控制下抱桩器的四个下抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，同时控制上抱桩器的四个上抱桩插销收回，再将四根支撑柱一一对应地与下托盘上的四个盲孔脱离，同时将四根支撑柱及安装在四根支撑柱顶面的上托盘和上抱桩器整体吊出浮桶，以便回收并实现再利用。

本发明的张力腿漂浮式风电基础的上部连接器及调节方法具有以下特点：

1)本发明的上部连接器可用于方便地调节漂浮式风电平台的张力腿的预张力并能调整和标定漂浮式风电平台的姿态；

2)本发明的上部连接器允许任意方向倾角10°，范围较大，能够适应绝大部分的海上工况；

3)本发明的上部连接器的抱桩器安装架的上部及以上部分可在漂浮式平台安装完毕后实现脱离和回收再利用，经济性良好。

4)本发明的上部连接器适用于三桶、四桶甚至多桶张力腿漂浮式风电平台，具有良好的可靠性和适用性。

附图说明

图1是第一种张力腿漂浮式风电基础的立体图；

图2是第二种张力腿漂浮式风电基础的立体图；

图3是本发明的第一种张力腿漂浮式风电基础的上部连接器的安装结构图；

图4是本发明的第二种张力腿漂浮式风电基础的上部连接器的安装结构图；

图5是本发明的张力腿漂浮式风电基础的上部连接器的立体图；

图6是本发明的张力腿漂浮式风电基础的上部连接器的轴向剖面图；

图7是本发明的上部连接器允许偏转一定角度的结构示意图；

图8至图10是采用本发明的上部连接器调节张力腿的预张力时的状态图；

图11是本发明的上部连接器完成调节张力腿的预张力后回收四根支撑柱、上托盘及上抱桩器时的状态图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

先请参阅图1至图7，本发明的张力腿漂浮式风电基础的上部连接器，适用的漂浮式风电基础包括漂浮式风电平台、若干条张力腿3和若干海底基础桩4。漂浮式风电平台的平面呈正多边形并由平台桁架1和若干浮桶2构成，平台桁架1由若干水平撑11、若干斜撑12和一根中心立柱10构成，水平撑11、斜撑12和中心立柱10均采用钢管，中心立柱10的顶部安装风电的塔筒；若干个浮桶2一一对应地连接在平台桁架1的若干个角部；若干条张力腿3一一对应地连接在若干个浮桶2与若干个海底基础桩4之间；每个海底基础桩4的内腔各自安装一个筋腱连接器40，每条张力腿3的下端通过球铰接头与对应的筋腱连接器40连接，每条张力腿3的上端与安装在对应的浮桶2内的上部连接器20连接。

若平台桁架1的平面为等边三角形，浮桶2、张力腿3和海底基础桩4的数量均为三个；若平台桁架1的平面为正方形，浮桶2、张力腿3和海底基础桩4的数量均为四个。

本发明的上部连接器连接20包括基座21、外壳22、内衬球体23、密封圈24、抱桩器安装架、上抱桩器28a、下抱桩器28b和活动轴29；其中，

基座21通过支座固定连接在浮桶2的内腔中央，该基座21的中央开设一个上小下大的一级台阶形内孔；

外壳22设在基座21的上部内孔中并坐落在上部内孔与下部内孔之间的台阶面上，该外壳22的中央开设一个球面通孔；

内衬球体23安装在外壳22的球面通孔中，该内衬球体23的顶部和底部各自切除一个球缺，使内衬球体23的顶面和底面为平面，该内衬球体23的中央轴向开设一个轴孔；

密封圈24设在内衬球体23与外壳22的球面通孔之间；

抱桩器安装架包括下托盘25、四根支撑柱26和上托盘27；下托盘25固定在内衬球体23的顶面上，该下托盘25的中央开设一个轴孔，并在下托盘25的顶面和底面一一对应地延伸一个与轴孔同轴并同内径的下轴孔圈251和一个下轴孔套252，下轴孔圈251的外周面上均布地径向开设四个与轴孔连通的穿孔，该下托盘25的顶面上还在轴孔的外围均布地开设四个盲孔253；四根支撑柱26一一对应地插装在下托盘25的四个盲孔253中，该四根支撑柱26能同时自动伸缩；上托盘27固定在四根支撑柱26的顶面上，该上托盘27的中央也开设一个与下托盘25上的轴孔同轴并同直径的轴孔，并在上托盘27的顶面上延伸一个与轴孔同轴并同内径的上轴孔圈271，该上轴孔圈271的外周面上均布地径向开设四个与轴孔连通的穿孔；

上抱桩器四个上抱桩插销28a，该四个上抱桩插销28a错开四根支撑柱26均布地安装在上托盘27的顶面上并一一对应地插置在上轴孔圈271的四个穿孔中；下抱桩器包括四个下抱桩插销28b，该四个下抱桩插销28b错开四根支撑柱26均布地安装在下托盘25的顶面上并一一对应地插置在下轴孔圈251的四个穿孔中；

活动轴29的外表面上沿周向均布地开设四个插销盲孔290，并沿轴向每间隔一定距离就开设四个插销盲孔290，形成四列插销盲孔290；该活动轴29的下端与张力腿3的顶端连接，该活动轴29的上部依次从基座21的下部内孔、内衬球体23的轴孔、下托盘25的轴孔和上托盘27的轴孔中穿出，使四列插销盲孔290的中心连线与四个上抱桩插销28a和四个下抱桩插销28b的中心连线一一对应。

本发明的上部连接器20的内部由于设有内衬球体23，使活动轴29(张力腿3)能够按照要求偏转一定角度，允许最大偏转角度为10°(见图7)。

再请参阅图8至图11，本发明的张力腿漂浮式风电基础的调节方法，包括以下步骤：

步骤一，先将海底基础桩4设置于海底，接着将筋腱连接器40安装于海底基础桩4上，在将筋腱连接器4与张力腿3的下端通过球铰接头连接，形成刚体，张力腿3的上端通过浮子漂浮；

步骤二，先将上部连接器20固定于漂浮式风电平台的浮桶2内，接着浮桶2注水下沉，再将张力腿3上端的活动轴29穿入对应的浮桶2内与上部连接器20连接；

步骤三，调节张力腿的预张力，包括以下两种方法：

A.增加张力腿的预张力，先控制上抱桩器的四个上抱桩插销28a伸出并一一对应地插在活动轴29的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔290中，控制下抱桩器的四个下抱桩插销28b收回(见图8)，接着控制四根支撑柱26升高到指定的高度后维持，使上抱桩器带着活动轴29上升，籍此增加了张力腿3的预张力，再控制下抱桩器的四个下抱桩插销28b伸出并一一对应地插在活动轴29的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔290中(见图9)，然后控制上抱桩器的四个上抱桩插销28a收回，并控制四根支撑柱26下降到指定高度后维持(见图10)，最后上抱桩器的四个上抱桩插销28a伸出并一一对应地插在活动轴29的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔290中，调节完毕。若所需增加张力腿3的预张力的行程超过四根支撑柱26的最大行程，则重复上面动作，分段多次调节，直至达到目标预张力。

B.减小张力腿的预张力,先控制上抱桩器的四个上抱桩插销28a收回，控制下抱桩器的四个下抱桩插销28b伸出并一一对应地插在活动轴29的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔290中，接着控制四根支撑柱26升高到指定的高度后维持，再控制上抱桩器的四个上抱桩插销28a伸出并一一对应地插在活动轴29的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔290中，然后控制下抱桩器的四个下抱桩插销28b收回，并控制四根支撑柱26下降到指定高度后维持，最后下抱桩器的四个下抱桩插销28b伸出并一一对应地插在活动轴29的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔290中，调节完毕。若所需减小张力腿3的预张力的行程超过四根支撑柱26的最大行程，则重复上面动作，分段多次调节，直至达到目标预张力。

调节张力腿的预张力的同时，通过对浮桶2抽水或注水对漂浮式风电平台进行水平微调和标定，为漂浮式风电平台达到设计标高和张力腿3达到设计的预张力做好基础准备；

步骤四，浮桶2抽水，通过浮桶2的浮力拉紧张力腿3，漂浮式风电平台安装完毕；

步骤五，漂浮式风电平台安装完毕后，先控制下抱桩器28b的四个下抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴29的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔290中出固定，同时控制上抱桩器的四个上抱桩插销28a收回，再将四根支撑柱26一一对应地与下托盘25上的四个盲孔253脱离(见图11)，就能将四根支撑柱26及安装在四根支撑柱26顶面的上托盘27和上抱桩器整体吊出浮桶2，以便回收并能实现再利用。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种张力腿漂浮式风电基础的上部连接器，所述张力腿漂浮式风电基础包括漂浮式风电平台、若干条张力腿和若干海底基础桩；漂浮式风电平台的平面呈正多边形并由平台桁架和若干浮桶构成；所述平台桁架由若干水平撑、若干斜撑和一根中心立柱构成的且；若干个浮桶一一对应地连接在平台桁架的若干个角部；若干条张力腿一一对应地连接在若干个浮桶与若干个海底基础桩之间；每个海底基础桩的内腔各自安装一个筋腱连接器，每条张力腿的下端通过球铰接头与对应的筋腱连接器连接，每条张力腿的上端与安装在对应的浮桶内的上部连接器连接；其特征在于，所述上部连接器连接包括基座、外壳、内衬球体、抱桩器安装架、上抱桩器、下抱桩器和活动轴；

所述基座固定在所述浮桶的内腔中央，该基座的中央开设一个上小下大的一级台阶形内孔；

所述外壳设在所述基座的上部内孔中并坐落在上部内孔与下部内孔之间的台阶面上，该外壳的中央开设一个球面通孔；

所述内衬球体安装在所述外壳的球面通孔中，该内衬球体的顶部和底部各自切除一个球缺，使内衬球体的顶面和底面为平面，该内衬球体的中央轴向开设一个轴孔；

抱桩器安装架包括下托盘、四根支撑柱和上托盘；所述下托盘固定在所述内衬球体的顶面上，该下托盘的中央开设一个轴孔，并在下托盘的顶面和底面一一对应地延伸一个与轴孔同轴并同内径的下轴孔圈和一个下轴孔套，所述下轴孔圈的外周面上均布地径向开设四个与轴孔连通穿孔，该下托盘的顶面上还在轴孔的外围均布地开设四个盲孔；四根支撑柱一一对应地插装在下托盘的四个盲孔中，该四根支撑柱能同时自动伸缩；所述上托盘固定在四根支撑柱的顶面上，该上托盘的中央也开设一个与下托盘上的轴孔同轴并同直径的轴孔，并在上托盘的顶面上延伸一个与轴孔同轴并同内径的上轴孔圈，该上轴孔圈的外周面上均布地径向开设四个与轴孔连通的穿孔；

所述上抱桩器包括四个上抱桩插销，该四个上抱桩插销错开四根支撑柱均布地安装在所述上托盘的顶面上并一一对应地插置在所述上轴孔圈的四个穿孔中；所述下抱桩器包括四个下抱桩插销，该四个下抱桩插销错开四根支撑柱均布地安装在所述下托盘的顶面上并一一对应地插置在所述下轴孔圈的四个穿孔中；

所述活动轴的外表面上沿周向均布地开设四个插销盲孔，并沿轴向每间隔一定距离就开设四个插销盲孔，形成四列插销盲孔；该活动轴的下端与所述张力腿的顶端连接；该活动轴的上部依次从基座的下部内孔、内衬球体的轴孔、下托盘的轴孔和上托盘的轴孔中穿出，使四列插销盲孔的中心连线与四个上抱桩插销和四个下抱桩插销的中心连线一一对应。

2.根据权利要求1所述的张力腿漂浮式风电基础的上部连接器，其特征在于，所述内衬球体与所述外壳的球面通孔之间还设置密封圈。

3.根据权利要求1所述的张力腿漂浮式风电基础的上部连接器，其特征在于，所述平台支架呈等边三角形或正方形，所述浮桶为三个或四个；所述张力腿为三条或四条。

4.一种张力腿漂浮式风电基础的调节方法，其特征在于，所述调节方法包括以下步骤：

步骤一，先将海底基础桩设置于海底，接着将筋腱连接器安装于海底基础桩上，在将筋腱连接器与张力腿的下端通过球铰接头连接，形成刚体，张力腿的上端通过浮子漂浮；

步骤二，先将上部连接器固定于漂浮式风电平台的浮桶内，接着浮桶注水下沉，再将张力腿上端的活动轴穿入对应的浮桶内与上部连接器连接；

步骤三，调节张力腿的预张力，包括以下两种方法：

A.增加张力腿的预张力，先控制上抱桩器的四个上抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，控制下抱桩器的四个下抱桩插销收回，接着控制四根支撑柱升高到指定的高度后维持，使上抱桩器带着活动轴上升，籍此增加了张力腿的预张力，再控制下抱桩器的四个下抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，然后控制上抱桩器的四个上抱桩插销收回，并控制四根支撑柱降低到指定高度后维持，最后上抱桩器的四个上抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，调节完毕。若所需增加张力腿的预张力的行程超过四根支撑柱的最大行程，则重复上面动作，分段多次调节，直至达到目标预张力；

B.减小张力腿的预张力，先控制上抱桩器的四个上抱桩插销收回，控制下抱桩器的四个下抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，接着控制四根支撑柱升高到指定的高度后维持，再控制上抱桩器的四个上抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，然后控制下抱桩器的四个下抱桩插销收回，并控制四根支撑柱降低到指定高度后维持，最后下抱桩器的四个下抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，调节完毕。若所需减小张力腿的预张力的行程超过四根支撑柱的最大行程，则重复上面动作，分段多次调节，直至达到目标预张力。

调节张力腿的预张力的同时，通过对浮桶抽水或注水对漂浮式风电平台进行水平微调和标定，为漂浮式风电平台达到设计标高和张力腿达到设计的预张力做好基础准备；

步骤四，浮桶抽水，通过浮桶的浮力拉紧张力腿，漂浮式风电平台安装完毕；

步骤五，漂浮式风电平台安装完毕后，先控制下抱桩器的四个下抱桩插销伸出并一一对应地插在活动轴的外表面上位于同一高度的四个插销盲孔中，同时控制上抱桩器的四个上抱桩插销收回，再将四根支撑柱一一对应地与下托盘上的四个盲孔脱离，同时将四根支撑柱及安装在四根支撑柱顶面的上托盘和上抱桩器整体吊出浮桶，以便回收并实现再利用。

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