CN111927716B - 一种漂浮式风机基础系泊装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种漂浮式风机基础系泊装置及安装方法，所述装置包括：若干个系泊缆，每一所述系泊缆的第一端与漂浮式风机基础连接，其第二端与锚泊点连接；每一所述系泊缆包括第一系泊缆段和第二系泊缆段，所述第一系泊缆段的第一端与所述漂浮式风机基础连接，其第二端与所述第二系泊缆段的第一端连接，所述第二系泊缆段的第二端与所述锚泊点连接；所述第二系泊缆段包括第一子系泊缆段、第二子系泊缆段以及若干个重力块链，若干个所述重力块链间隔设置在所述第一子系泊缆段和第二子系泊缆段之间。本发明具有降低系泊半径和系泊索用量，降低成本的优点。

Description

一种漂浮式风机基础系泊装置及安装方法

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别涉及一种漂浮式风机基础系泊装置及安装方法。

背景技术

海上具有丰富的风资源，且海上风速相对稳定，受地形影响小，且对环境影响小，因此，海上风力发电至关重要。随着近海风场的发展规模越来越大，海上风电走向深远海已经成为必然的发展趋势。

随着水深的增加，固定式风机的成本明显增加，此时漂浮式风机成为选项。漂浮式风机可以在岸边完成安装，然后整体运输到机位完成系泊，无需使用大型海上吊装设备，可以显著降低安装运输成本。然而离岸较远的水域也大都在过渡水深海域，漂浮式风机基础的系泊索容易出现张力过大的情况，因此，需要较大的系泊半径和多根系泊索，造成系泊系统的成本过高。

传统系泊系统应用于过渡水深漂浮式风机时，需要增加系泊半径、系泊索根数、系泊索直径，保证提供足够的恢复力，且不出现系泊索突然张紧的情况。这会极大的增加系泊系统的成本，不利于漂浮式风机的商业化。

偏心浮力筒技术可以有效的提供恢复力，但是由于风载荷可以产生非常大的水平推力，若要通过浮力筒的偏心浮力提供足够的恢复力，则需要大体积的浮力筒，此时浮力筒过大的浮力需要非常大的锚来将其拉住，导致锚的成本过高。

在系泊索中下部增加浮力件的方法可以增加系泊索的刚度，但是并不能增加系泊索产生的水平拉力，因此，系泊索仍然容易被拉直，增加系泊索突然张紧产生的力和锚泊点的上拔力。

现有技术中通过增加浮力块结构，无法避免系泊索被拉直的情况。而理想的系泊方式是，在浮式基础在运动过程中，锚泊点附近的系泊索仍然平躺在海床上。

发明内容

本发明涉及一种漂浮式风机基础系泊装置及安装方法，以实现将该系泊装置应用于过渡水深时，降低系泊半径和系泊索用量，同时能够在锚泊点附近铺地的情况下提供足够的恢复力，减少整体成本的目的。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种漂浮式风机基础系泊装置，包括：若干个系泊缆，每一所述系泊缆的第一端与漂浮式风机基础连接，其第二端与锚泊点连接；每一所述系泊缆包括第一系泊缆段和第二系泊缆段，所述第一系泊缆段的第一端与所述漂浮式风机基础连接，其第二端与所述第二系泊缆段的第一端连接，所述第二系泊缆段的第二端与所述锚泊点连接；所述第二系泊缆段包括第一子系泊缆段、第二子系泊缆段以及若干个重力块链，若干个所述重力块链间隔设置在所述第一子系泊缆段和第二子系泊缆段之间。

优选地，每一所述重力块链包括若干个重力块和至少两条锚链，通过所述锚链将若干个所述重力块进行串接。

优选地，每一所述重力块包括轮胎、穿插设置在所述轮胎内部的若干个第一钢筋以及浇筑在所述轮胎内部的水泥。

优选地，还包括：

若干个重力坐底结构，若干个所述重力坐底结构分别对应与所述第二系泊缆段连接。

优选地，每一重力坐底结构包括：第一开孔钢板、第二开孔钢板、若干对加强板及若干个连接轴；所述第一开孔钢板盖合在所述第二开孔钢板上，若干对加强板间隔设置在所述第一开孔钢板和所述第二开孔钢板上，每一对加强板之间设置有所述连接轴，每一所述连接轴对应与所述第二系泊缆段连接。

优选地，所述第一开孔钢板和所述第二开孔钢板结构相同，每一开孔钢板内间隔设有沿其厚度方向延伸的若干个开孔，每一所述开孔内设有若干个第二钢筋，每一所述开孔内浇筑有混凝土。

优选地，每一所述连接轴的端部与所述加强板之间设有橡胶隔层。

优选地，还包括：压力块和沿所述压力块周向间隔设置四对拉索，所述压力块位于所述漂浮式风机基础下方，每一对拉索通过第一连接件对应与所述第一系泊缆段的第一端连接。

优选地，所述压力块包括：压力块腔，位于所述压力块腔内的压力块舱壁，所述压力块腔内浇筑有水泥。

优选地，所述第一子系泊缆段、所述第二子系泊缆段采用第二连接件与所述第一系泊缆段的第二端连接；所述第一连接件与所述第二连接件的结构相同，则所述第一连接件或所述第二连接件包括连接环，以及位于所述连接环内部的若干个定位孔。

另一方面，本发明还提供一种漂浮式风机系统的安装方法，包括：

将上文所述的漂浮式风机基础系泊装置在陆上整体组装完毕；通过驳船拖运到机位点；将每一系泊缆的第一端对应与临时浮力球连接；漂浮式风机基础系泊装置的压力块在安装之前为空心，在压力块内浇筑水泥至所述压力块下沉；拖航漂浮式风机基础以及风机到所述机位点；

去掉所有临时浮力球，将每一系泊缆的第一端与所述漂浮式风机基础的系泊点连接，完成漂浮式风机系统的安装。

本发明与现有技术相比至少具有以下优点之一：

本发明可以通过适当配置重力块有效增加系泊装置的恢复力、避免过渡水深情况下系泊索被突然拉紧造成载荷过大。

本发明可以有效降低锚链的用量，降低系泊系统成本。

本发明采用钢板、钢筋和混凝土组成的重力坐底结构锚定系泊装置，避免采用过多的锚，降低成本；另外，该重力坐底结构的传力方式可以有效避免混凝土被拉坏。

本发明中的浮动压力块通过锚链与漂浮式基础连接，可以增加垂荡阻尼，但不增加波浪载荷；另外，当漂浮式风机基础水平移动时，压力块可以产生重力偏心，增加系泊装置的恢复力。

本发明的压力块可以降低漂浮式风机基础的重心，提高漂浮式风机系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种漂浮式风机基础系泊装置的整体结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种漂浮式风机基础系泊装置的连接环的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种漂浮式风机基础系泊装置的重力块链的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的一种漂浮式风机基础系泊装置的重力坐底结构的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的一种漂浮式风机基础系泊装置的重力坐底结构的第二开孔钢板的俯视图；

图6为本发明一实施例提供的一种漂浮式风机基础系泊装置的重力坐底结构的压力块的剖面示意图；

图7为本发明一实施例提供的一种包含漂浮式风机基础系泊装置的一种漂浮式风机系统的安装过程的示意图。

具体实施方式

以下结合附图1～7和具体实施方式对本发明一种漂浮式风机基础系泊装置及安装方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

如图1所示，本实施例提供一种漂浮式风机基础系泊装置，包括：若干个系泊缆，每一所述系泊缆的第一端与漂浮式风机基础103连接，其第二端与锚泊点连接；每一所述系泊缆包括第一系泊缆段104和第二系泊缆段105，所述第一系泊缆段104的第一端与所述漂浮式风机基础103连接，其第二端与所述第二系泊缆段105的第一端连接，所述第二系泊缆段105的第二端与所述锚泊点连接；所述第二系泊缆段105包括第一子系泊缆段、第二子系泊缆段以及若干个重力块链106，若干个所述重力块链106间隔设置在所述第一子系泊缆段和第二子系泊缆段之间。在本实施例中，所述系泊缆的数量为四个，但不限于此。

如图3所示，每一所述重力块链106包括若干个重力块1060和至少两条锚链，通过所述锚链将若干个所述重力块106进行串接。具体的，在本实施例中，所述锚链为两条，包括第一锚链116和第二锚链117，通过所述第一锚链116和所述第二锚链117将若干个重力块1060串接形成所述重力块链106。

所述重力块1060的数量可根据所述第一子系泊缆段和第二子系泊缆段之间的间距进行确定。间距小其数量可适应性减少，间距大其数量可适应性增加。

每一所述重力块1060包括轮胎(废旧轮胎)、穿插设置在所述轮胎内部的若干个第一钢筋以及浇筑在所述轮胎内部的水泥。

所述重力块1060的设置，实现了在漂浮式风机基础103偏移时增加系泊装置的恢复力；增加系泊装置振动的水动力阻尼的目的。保证了系泊索(系泊缆)不被拉直，降低了锚泊点拉力，同时避免了锚泊点承受上拔力。

请继续参考图1，本实施例还包括：若干个重力坐底结构107，若干个所述重力坐底结构107分别对应与所述第二系泊缆段105(第一子系泊缆段和第二子系泊缆段)连接。在本实施例中，所述重力坐底结构107的个数为四个，但不限于此。

如图4和图5所示，每一重力坐底结构107包括：第一开孔钢板1071、第二开孔钢板1072、若干对加强板(在本实施例中为两对加强板，每一对加强板包括第一加强板1074和第二加强板1075)及若干个连接轴(在本实施例中为两个)1073；所述第一开孔钢板1071盖合在所述第二开孔钢板1072上，若干对加强板间隔设置在所述第一开孔钢板1071和所述第二开孔钢板1072上，每一对加强板之间设置有所述连接轴1073，每一所述连接轴1073对应与所述第二系泊缆段105(第一子系泊缆段和第二子系泊缆段)连接。

所述第一开孔钢板1071和所述第二开孔钢板1072结构相同，每一开孔钢板(第一开孔钢板1071或所述第二开孔钢板1072)内设有沿其厚度方向延伸且间隔设置的若干个开孔1076，每一所述开孔1076设有若干个第二钢筋1077，每一所述开孔1076内浇筑有混凝土。

每一所述连接轴1073的端部与所述加强板(第一加强板1074和第二加强板1075)之间设有橡胶隔层1078。

重力坐底结构107主要作用是固定锚泊点。加强板增加了连接轴附近的结构强度。加强板与第一开孔钢板1071和第二开孔钢板1072连接，而开孔钢板通过第二钢筋1077把力传递给混凝土，因此不会造成混凝土的拉伸破坏。

请继续参考图1和图6，本实施例还包括：压力块108和沿所述压力块108周向间隔设置四对拉索1084，所述压力块108位于所述漂浮式风机基础103下方(优选为，位于漂浮式风机基础103下方正中心处，但不限于此)，每一对拉索1084通过第一连接件对应与所述第一系泊缆段104的第一端连接。

所述压力块108包括：压力块腔1081，位于所述压力块腔1081内的压力块舱壁1082，所述压力块腔1081内浇筑有水泥。所述压力块舱壁1082设有若干个隔断1083，若干个隔断1083将所述压力块腔1081分割成若干个子腔，且所述隔断1083还具有加强筋的作用。压力块的主要作用包括：漂浮式风机基础水平移动时，可以在漂浮式风机发生偏移时产生重力偏心，以此增加系泊装置的恢复力；增加漂浮式风机基础垂向运动阻尼，相比于传统的垂荡板，由于其与漂浮式风机基础柔性连接，不增加漂浮式风机基础的波浪力。

如图2所示，所述第一子系泊缆段、所述第二子系泊缆段采用第二连接件与所述第一系泊缆段104的第二端连接；所述第一连接件与所述第二连接件的结构相同，则所述第一连接件或所述第二连接件为连接环109，以及位于所述连接环109内部的若干个定位孔1093。所述连接环109分为第一连接环组件1091和第二连接环组件1092，在本实施例中所述定位孔1093为三个，其中两个定位孔1093位于所述第一连接环组件1091内，余下的一个定位孔1093位于所述第二连接环组件1092内。

上述连接环可以连接三根锚链(例如所述第一子系泊缆段、所述第二子系泊缆段和第一系泊缆段)，首先通过第一连接环组件1091将三根锚链串起来，然后将第一连接环组件1091和第二连接环组件1092进行焊接，并调整三根锚链落到相应的定位孔1093中，避免振动过程锚链的滑动。

另一方面，基于同一发明构思，本发明还提供一种漂浮式风机系统的安装方法，包括：

将上文所述的漂浮式风机基础系泊装置在陆上整体组装完毕；通过驳船拖运到机位点；将每一系泊缆的第一端对应与临时浮力球连接；在压力块内浇筑水泥至所述压力块下沉；拖航漂浮式风机基础以及风机到所述机位点；

去掉所有临时浮力球，将每一系泊缆的第一端与所述漂浮式风机基础的系泊点110连接，完成漂浮式风机系统的安装。

上述重力坐底结构的空心可以在将系泊装置吊装到锚泊点后，加注满水泥。该方法可以降低吊装重量。

具体的，对于6MW风机(包括叶片101与叶片连接的塔筒102)，水深为50m的海域，可采用系泊半径为300m的系泊装置，锚链直径为100mm。实心重力坐底结构107质量为450t，压力块108直径为12m，高度为4。

重力坐底结构107的建造和系泊装置的配置在陆上完成。系泊装置的配置包括两段系泊索(系泊缆)的连接、重力块1060的串联和压力块108的连接，此时压力块108空心。除了重力坐底块之外，整个系泊系统连成一个整体。将重力坐底结构107、系泊索等吊到驳船，完成系泊索和重力坐底结构107的连接，并运输到机位点。

通过海上起重机将重力坐底结构107逐个吊装到锚泊点，如果采用替代方案，还需在吊装完毕后将重力坐底结构的开孔内加注满水泥。在系泊索顶端连接临时浮力球，保证系泊索顶端漂浮在水面，以便后续与漂浮式基础连接。增加驳船的吃水，使得空心压力块浮起来，并与驳船脱离，然后驶离驳船。

逐渐给空心压力块加注水泥，使得压力块逐渐下沉，直到浮力不足以支撑结构的重力，停止加注，压力块完全下沉，最后由系泊索顶端的临时浮力球提供浮力。

将漂浮式基础及风机拖航到机位点，通过海上起重机协助去掉临时浮力块，并将系泊顶端与漂浮式基础的系泊点连接。

将压力块完全注满压载，同时给漂浮式基础的的空舱加注压载，完成整个漂浮式风机系统的安装。

本实施例可以通过适当配置重力块有效增加系泊装置的恢复力、避免过渡水深情况下系泊索被突然拉紧造成载荷过大。

本实施例可以有效降低锚链的用量，降低系泊系统成本。

本实施例采用钢板、钢筋和混凝土组成的重力坐底结构锚定系泊装置，避免采用过多的锚，降低成本；另外，该重力坐底结构的传力方式可以有效避免混凝土被拉坏。

本实施例中的浮动压力块通过锚链与漂浮式基础连接，可以增加垂荡阻尼，但不增加波浪载荷；另外，当漂浮式风机基础水平移动时，压力块可以产生重力偏心，增加系泊装置的恢复力。

本实施例的压力块可以降低漂浮式风机基础的重心，提高漂浮式风机系统的稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。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。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种漂浮式风机基础系泊装置，其特征在于，包括：

若干个系泊缆，每一所述系泊缆的第一端与漂浮式风机基础连接，其第二端与锚泊点连接；

每一所述系泊缆包括第一系泊缆段和第二系泊缆段，所述第一系泊缆段的第一端与所述漂浮式风机基础连接，其第二端与所述第二系泊缆段的第一端连接，所述第二系泊缆段的第二端与所述锚泊点连接；

所述第二系泊缆段包括第一子系泊缆段、第二子系泊缆段以及若干个重力块链，若干个所述重力块链间隔设置在所述第一子系泊缆段和第二子系泊缆段之间；

若干个重力坐底结构，若干个所述重力坐底结构分别对应与所述第二系泊缆段连接；

其中每一所述第二系泊缆段的第一子系泊缆段的第一端和第二子系泊缆段的第一端相连接以作为所述第二系泊缆段的第一端；每一所述第二系泊缆段的第一子系泊缆段的第二端和第二子系泊缆段的第二端分开且分别连接至所述重力坐底结构；

每一所述重力块链包括若干个重力块，且所述重力块的数量根据所述第一子系泊缆段和第二子系泊缆段之间的间距确定。

2.如权利要求1所述的漂浮式风机基础系泊装置，其特征在于，

每一所述重力块链包括至少两条锚链，通过所述锚链将若干个所述重力块进行串接。

3.如权利要求2所述的漂浮式风机基础系泊装置，其特征在于，

每一所述重力块包括轮胎、穿插设置在所述轮胎内部的若干个第一钢筋以及浇筑在所述轮胎内部的水泥。

4.如权利要求3所述的漂浮式风机基础系泊装置，其特征在于，每一重力坐底结构包括：第一开孔钢板、第二开孔钢板、若干对加强板及若干个连接轴；所述第一开孔钢板盖合在所述第二开孔钢板上，若干对加强板间隔设置在所述第一开孔钢板和所述第二开孔钢板上，每一对加强板之间设置有所述连接轴，每一所述连接轴对应与所述第二系泊缆段连接。

5.如权利要求4所述的漂浮式风机基础系泊装置，其特征在于，所述第一开孔钢板和所述第二开孔钢板结构相同，每一开孔钢板内间隔设有沿其厚度方向延伸的若干个开孔，每一所述开孔内设有若干个第二钢筋，每一所述开孔内浇筑有混凝土。

6.如权利要求5所述的漂浮式风机基础系泊装置，其特征在于，每一所述连接轴的端部与所述加强板之间设有橡胶隔层。

7.如权利要求6所述的漂浮式风机基础系泊装置，其特征在于，还包括：压力块和沿所述压力块周向间隔设置四对拉索，所述压力块位于所述漂浮式风机基础下方，每一对拉索通过第一连接件对应与所述第一系泊缆段的第一端连接。

8.如权利要求7所述的漂浮式风机基础系泊装置，其特征在于，所述压力块包括：压力块腔，位于所述压力块腔内的压力块舱壁，所述压力块腔内浇筑有水泥。

9.如权利要求8所述的漂浮式风机基础系泊装置，其特征在于，所述第一子系泊缆段、所述第二子系泊缆段采用第二连接件与所述第一系泊缆段的第二端连接；所述第一连接件与所述第二连接件的结构相同，则所述第一连接件或所述第二连接件包括连接环，以及位于所述连接环内部的若干个定位孔。

10.一种漂浮式风机系统的安装方法，其特征在于，包括：

将权利要求1～9中任意一项所述的漂浮式风机基础系泊装置在陆上整体组装完毕；通过驳船拖运到机位点；

将每一系泊缆的第一端对应与临时浮力球连接；

漂浮式风机基础系泊装置的压力块在安装之前为空心，在所述压力块内浇筑水泥至所述压力块下沉；

拖航漂浮式风机基础以及风机到所述机位点；

去掉所有临时浮力球，将每一系泊缆的第一端与所述漂浮式风机基础的系泊点连接，完成漂浮式风机系统的安装。

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