CN113062349A - 一种海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，包括能够漂浮在水面上的上支架，以及能够和支撑结构同步下沉的下支架。上支架包括上部浮箱、上部横连和上部抱箍，上部横连分别与上部浮箱和上部抱箍固定相连，上部抱箍用于套设在支撑结构外侧，上支架与支撑结构能够沿上下方向相对运动，上支架与支撑结构限位相连，使上支架能够在支撑结构下沉时扶正支撑结构；下支架包括下部浮箱、下部横连和下部抱箍，下部横连分别与下部浮箱和下部抱箍固定相连，下部抱箍能够抱紧支撑结构，下部浮箱的箱底能够调整高度。相比于现有技术，本发明能够实现采用吸力桶基础的海上风电整机远距离浮运和深海安装，提高海上风电施工作业的安全性和效率。

Description

一种海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，特别是涉及一种海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构。

背景技术

风电资源属于无污染的绿色能源，海上风电又凭借其不占用耕地、靠近沿海电力消费中心城市群等优势，在新能源开发利用领域有着极大的应用前景。随着海上风电场的大规模地开发利用，其开始向深远海及大容量机组方向发展。为了确保在复杂海洋环境条件下安全、经济、高效地开发风能资源，需要结合具体海域及地质条件，选择最为经济合理的风电机组支撑结构体系及配套的安装技术。

海上风电机组较多的采用单桩基础、多桩导管架基础、重力式基础、吸力桶基础、漂浮式基础等，其中吸力桶基础凭借其可陆上批量工厂化预制、无需借助大型机具即可实现快速安装等安全及经济优势，在全球海上风电场中得到了越来越广泛的应用。底部开口的吸力桶基础填充一定气体后，其本身具有一定的自浮稳性，基本可满足基础结构自身远距离浮运期的稳性要求，且在海上风电、海油平台、桶式防波堤等气浮体结构中已得到了较为广泛的应用。

但是，现有技术只能实现吸力桶基础自身的浮运要求，无法实现由吸力桶基础、塔筒与风力发电机组所组成的整机的远距离浮运及安装要求，或需要借助大型的专用船舶进行整机浮运及安装，作业效率较低；同时，整体沉放过程中需克服复杂海洋环境、机组偏心荷载、土体渗透破坏等不利因素的影响，基础沉放完毕后还需二次进场进行防冲刷结构的施工作业。因此，如何提供一种海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，用于提高海上风电施工作业的安全性和效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，用于实现采用吸力桶基础的海上风电整机的远距离浮运和深海安装，提高海上风电施工作业的安全性和效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，用于安装在海上风力发电系统上，所述海上风力发电系统包括支撑结构和安装于所述支撑结构上的风力发电机组，所述支撑结构包括塔筒和安装于所述塔筒下部的吸力桶基础，包括：

能够漂浮在水面上的上支架，所述上支架包括上部浮箱、上部横连和上部抱箍，所述上部横连分别与所述上部浮箱和所述上部抱箍固定相连，所述上部抱箍用于套设在所述支撑结构外侧，所述上支架与所述支撑结构能够沿上下方向相对运动，所述上支架与所述支撑结构限位相连，使所述上支架能够在所述支撑结构下沉时扶正所述支撑结构；

能够和所述支撑结构同步下沉的下支架，所述下支架包括下部浮箱、下部横连和下部抱箍，所述下部横连分别与所述下部浮箱和所述下部抱箍固定相连，所述下部抱箍能够抱紧所述支撑结构，所述下部浮箱的箱底能够调整高度。

优选地，所述下部浮箱的箱底设有第一通孔，所述下部浮箱的箱顶或箱壁设有第二通孔。

优选地，所述上部浮箱上设有第三通孔。

优选地，所述上部抱箍和/或所述下部抱箍能够开启和关闭。

优选地，所述上部浮箱和所述下部浮箱均为三个以上，且均沿所述支撑结构的圆周方向均布。

优选地，所述上部浮箱与所述下部浮箱数量相同，竖向位置正对或错开。

优选地，所述支撑结构包括一个所述塔筒和一个所述吸力桶基础，所述吸力桶基础的上端与所述塔筒的下端固定相连；

所述上部抱箍套设于所述塔筒的外侧，所述上部抱箍的内表面能够与所述塔筒接触，限制所述塔筒的角度；所述下部抱箍能够抱紧所述塔筒。

优选地，所述支撑结构包括一个所述塔筒、一个导管架和多个所述吸力桶基础，所述导管架的上端与所述塔筒固定相连，所述导管架的下端同时与多个所述吸力桶基础固定相连；

所述上部抱箍套设于所述导管架的外侧，所述上支架与所述吸力桶基础通过多条吊索相连，所述吊索的下端固定于所述吸力桶基础上，所述吊索的上端固定于吊索收放装置上，所述吊索收放装置固定于所述上支架上；所述下部抱箍能够抱紧所述导管架。

优选地，所述支撑结构包括一个所述塔筒、一个导管架和多个所述吸力桶基础，所述导管架的上端与所述塔筒固定相连，所述导管架的下端同时与多个所述吸力桶基础固定相连；

所述上部抱箍套设于所述塔筒的外侧，所述上部横连为门架式横连，所述上部抱箍的内表面能够与所述塔筒接触，限制所述塔筒的角度；所述下部抱箍能够抱紧所述塔筒。

优选地，还包括防冲刷砂贝膜，所述防冲刷砂贝膜套设于所述支撑结构外侧，且位于所述下部横连下侧。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的下支架能够提高整机浮运及沉放期的浮稳性，进而实现整机远距离浮运及现场整体安装；同时，下部浮箱的箱底能够调整高度，箱底在浮运期下移可提供更多的浮力，箱底在入土沉放期上移形成吸力桶结构，可在入土沉放期为吸力桶基础提供更多的辅助下压力，从而避免吸力桶基础入土太浅而出现的渗透破坏或因最终压差不够而无法沉放到位的问题。因此，本发明提高了海上风力发电系统的浮稳性和施工效率，实现了整机远距离浮运及现场快速安装，提高了施工效率和安全性，极大地降低了施工成本。

而且，本发明的其它方案使防冲刷砂贝膜位于下部横连下侧，既能够将防冲刷砂贝膜与下支架同步沉放，避免了冲刷防护结构的二次施工，又不会在回收下支架时将防冲刷砂贝膜拖挂而起，提高了施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构的一种结构示意图；

图2为图1中部分结构的俯视方向示意图；

图3为单个下部浮箱的结构示意图；

图4为单个下部浮箱的俯视图；

图5为下部抱箍与塔筒分离后的下支架示意图；

图6为单个上部浮箱的结构示意图；

图7为防冲刷砂贝膜的安装位置示意图；

图8为图1中海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构的施工流程图；

图9为本实施例海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构的另一种结构示意图；

图10为图9中海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构的施工流程图；

图11为本实施例海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构的又一种结构示意图；

附图标记说明：100-海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构；1-发电机组本体；2-扇叶；3-塔筒；4-吸力桶基础；5-下部浮箱；6-箱底；7-下部横连；8-下部抱箍；9-第二通孔；10-第一通孔；11-上部浮箱；12-上部横连；13-上部抱箍；14-第三通孔；15-防冲刷砂贝膜；16-导管架；17-吊索；18-顶部进出孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，用于实现采用吸力桶基础的海上风电整机的远距离浮运和深海安装，提高海上风电施工作业的安全性和效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-11所示，本实施例提供一种海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构100，用于安装在海上风力发电系统上。海上风力发电系统包括支撑结构和安装于支撑结构上的风力发电机组，风力发电机组包括发电机组本体1和扇叶2，支撑结构包括塔筒3和安装于塔筒3下部的吸力桶基础4。

本实施例的海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构100包括能够漂浮在水面上的上支架和能够和所述支撑结构同步下沉的下支架。其中，上支架包括上部浮箱11、上部横连12和上部抱箍13，上部横连12分别与上部浮箱11和上部抱箍13固定相连。上部抱箍13用于套设在支撑结构外侧，上支架与支撑结构能够沿上下方向相对运动。上支架与支撑结构限位相连，使上支架能够在支撑结构下沉时扶正支撑结构。下支架包括下部浮箱5、下部横连7和下部抱箍8，下部横连7分别与下部浮箱5和下部抱箍8固定相连。下部抱箍8能够抱紧支撑结构，下部浮箱5的箱底6能够调整高度，调整过程中箱底6与下部浮箱5的内壁间为活塞式密封接触。

本实施例的海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构100在使用时，将其在岸上组装好后，先通过海上浮运的方式运输至指定位置，再进行下沉作业。浮运过程中，下部抱箍8抱紧支撑结构，下部浮箱5的箱底6位于下部浮箱5的底部，因而下部浮箱5的体积较大，能够为支撑结构提供较大的浮力，从而弥补吸力桶基础4自身浮力的不足，便于整机的浮运。浮运到位后，通过泵体将吸力桶基础4内的空气由顶部进出孔18逐渐排出，同时下部浮箱5的箱底6上移，逐渐排出下部浮箱5内的空气，下支架与支撑结构在重力作用下同步下沉。下沉过程中，上支架始终漂浮在水面上，其角度与海面保持一致，基本为水平方向，并在浮力的作用下具有自稳性，因此通过一定的限位结构将上支架与支撑结构限位相连，即可使上支架能够在支撑结构下沉时扶正支撑结构。吸力桶基础4的筒裙和下部浮箱5的筒裙与海底泥土接触后，在自身重力作用下进入海底泥土一定深度，上支架与下支架均能起到扶正的作用。之后，泵体逐渐排出吸力桶基础4内的海水，使吸力桶基础4内形成负压，海水将吸力桶基础4压入泥土内。同理，也可通过泵体逐渐排出箱底6下方的海水，为吸力桶基础4提供更多的辅助下压力。在完成吸力桶基础4的入土沉放之后，为了实现上支架与下支架的循环利用，可以将上支架与支撑结构分离，将下部抱箍8与支撑结构分离，通过向下部浮箱5内注水等方式使下部浮箱5的箱底6下移并下压海底，在反作用力作用下使下部浮箱5与海底分离，通过向下部浮箱5内注气等方式使下部浮箱5上浮，并通过拖轮将上支架与下支架拖至指定位置。

本实施例中，下部浮箱5的箱底6设有第一通孔10，下部浮箱5的箱顶或箱壁设有第二通孔9。可以通过第一通孔10向下部浮箱5内通入气体，以便于后续的浮运作业；也可以通过第一通孔10抽出下部浮箱5内气体，便于下沉作业。当通过第一通孔10向下部浮箱5内通入液体时，可使箱底6下移，在反作用力作用下使下部浮箱5与海底分离；同样的，当通过第二通孔9向箱底6的下方通入气体或液体时，也可使下部浮箱5与海底分离。下部浮箱5上优选为设置有限位结构，用于限制箱底6向下运动的极限位置，防止箱底6与下部浮箱5脱离。

本实施例中，上部浮箱11上设有第三通孔14，可以通过第三通孔14向上部浮箱11内通入气体、抽出气体、通入液体和抽出液体，从而根据实际情况调整上部浮箱11的重力。

为了便于上部抱箍13与下部抱箍8的安装与拆卸，本实施例中上部抱箍13和/或下部抱箍8能够开启和关闭，包括但不限于通过螺栓、螺母组件实现上部抱箍13各部分的开启和关闭以及下部抱箍8各部分的开启和关闭。

为了提高整体的稳定性，本实施例中上部浮箱11和下部浮箱5均为三个以上，且均沿支撑结构的圆周方向均布，上部浮箱11与下部浮箱5优选为数量相同。上部浮箱11与下部浮箱5的竖向位置优选为正对设置，也可以相互错开。

需要说明的是，支撑结构有多种类型，当选择不同的支撑结构时，支撑结构与上支架、下支架的连接方式应根据实际情况进行选择。

例如，支撑结构包括一个塔筒3和一个吸力桶基础4，吸力桶基础4的上端与塔筒3的下端固定相连时，可使上部抱箍13套设于塔筒3的外侧，上部抱箍13的内表面能够与塔筒3接触，限制塔筒3的角度，下部抱箍8能够抱紧塔筒3(如图1-8所示)。

当上部抱箍13抱紧塔筒3时，上支架能够对塔筒3进行支撑，可用于提高浮运作业过程的稳定性；当上部抱箍13与塔筒3之间松开一定间隙时，上部抱箍13与塔筒3能够沿上下方向相对运动，可在下沉作业过程中对塔筒3进行扶正。当下部抱箍8抱紧塔筒3时，可进行浮运和下沉作业。当上部抱箍13、下部抱箍8均与塔筒3分离时，可进行上支架、下支架的回收。

又例如，当支撑结构包括一个塔筒3、一个导管架16和多个吸力桶基础4，导管架16的上端与塔筒3固定相连，导管架16的下端同时与多个吸力桶基础4固定相连时，可使上部抱箍13套设于导管架16的外侧，上支架与吸力桶基础4通过多条吊索17相连，吊索17的下端固定于吸力桶基础4上，吊索17的上端固定于吊索17收放装置上，吊索17收放装置固定于上支架上，下部抱箍8能够抱紧导管架16(如图9-10所示)。

在进行浮运作业时，上支架通过吊索17对支撑结构进行支撑；在进行下沉作业时，吊索17收放装置释放吊索17，支撑结构逐渐下沉。由于吊索17为多条，当支撑结构倾斜时，下倾的一侧受到吊索17的拉力作用，从而起到扶正的作用。在回收上支架时，应使上部抱箍13与导管架16脱离，吊索17与吸力桶基础4脱离；在回收下支架时，应使下部抱箍8与导管架16脱离。

再例如，当支撑结构包括一个塔筒3、一个导管架16和多个吸力桶基础4，导管架16的上端与塔筒3固定相连，导管架16的下端同时与多个吸力桶基础4固定相连时，还可以使上部抱箍13套设于塔筒3的外侧，上部横连12为门架式横连，上部抱箍13的内表面用于与塔筒3接触限位，下部抱箍8能够抱紧塔筒3(如图11所示)。

当上部抱箍13抱紧塔筒3时，上支架能够对塔筒3进行支撑，可用于提高浮运作业过程的稳定性；当上部抱箍13与塔筒3之间松开一定间隙时，上部抱箍13与塔筒3能够沿上下方向相对运动，可在下沉作业过程中对塔筒3进行扶正。当下部抱箍8抱紧导管架16时，可进行浮运和下沉作业。当上部抱箍13与塔筒3分离、下部抱箍8与导管架16分离时，可进行上支架、下支架的回收。

为了进一步提高施工作业的效率，避免二次进场进行防冲刷结构的施工作业，本实施例还包括防冲刷砂贝膜15，防冲刷砂贝膜15套设于支撑结构外侧，且位于下部横连7下侧。防冲刷砂贝膜15的夹层在初始时未填充海沙，待吸力桶基础4完成入土沉放之后，再向防冲刷砂贝膜15的夹层内填充海砂，从而在吸力桶基础4周围形成具有一定刚度及厚度的防冲刷砂贝层。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，用于安装在海上风力发电系统上，所述海上风力发电系统包括支撑结构和安装于所述支撑结构上的风力发电机组，所述支撑结构包括塔筒和安装于所述塔筒下部的吸力桶基础，其特征在于，包括：

能够漂浮在水面上的上支架，所述上支架包括上部浮箱、上部横连和上部抱箍，所述上部横连分别与所述上部浮箱和所述上部抱箍固定相连，所述上部抱箍用于套设在所述支撑结构外侧，所述上支架与所述支撑结构能够沿上下方向相对运动，所述上支架与所述支撑结构限位相连，使所述上支架能够在所述支撑结构下沉时扶正所述支撑结构；

能够和所述支撑结构同步下沉的下支架，所述下支架包括下部浮箱、下部横连和下部抱箍，所述下部横连分别与所述下部浮箱和所述下部抱箍固定相连，所述下部抱箍能够抱紧所述支撑结构，所述下部浮箱的箱底能够调整高度。

2.根据权利要求1所述的海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，其特征在于，所述下部浮箱的箱底设有第一通孔，所述下部浮箱的箱顶或箱壁设有第二通孔。

3.根据权利要求1所述的海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，其特征在于，所述上部浮箱上设有第三通孔。

4.根据权利要求1所述的海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，其特征在于，所述上部抱箍和/或所述下部抱箍能够开启和关闭。

5.根据权利要求1所述的海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，其特征在于，所述上部浮箱和所述下部浮箱均为三个以上，且均沿所述支撑结构的圆周方向均布。

6.根据权利要求5所述的海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，其特征在于，所述上部浮箱与所述下部浮箱数量相同，竖向位置正对或错开。

7.根据权利要求1所述的海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，其特征在于，所述支撑结构包括一个所述塔筒和一个所述吸力桶基础，所述吸力桶基础的上端与所述塔筒的下端固定相连；

所述上部抱箍套设于所述塔筒的外侧，所述上部抱箍的内表面能够与所述塔筒接触，限制所述塔筒的角度；所述下部抱箍能够抱紧所述塔筒。

8.根据权利要求1所述的海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，其特征在于，所述支撑结构包括一个所述塔筒、一个导管架和多个所述吸力桶基础，所述导管架的上端与所述塔筒固定相连，所述导管架的下端同时与多个所述吸力桶基础固定相连；

所述上部抱箍套设于所述导管架的外侧，所述上支架与所述吸力桶基础通过多条吊索相连，所述吊索的下端固定于所述吸力桶基础上，所述吊索的上端固定于吊索收放装置上，所述吊索收放装置固定于所述上支架上；所述下部抱箍能够抱紧所述导管架。

9.根据权利要求1所述的海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，其特征在于，所述支撑结构包括一个所述塔筒、一个导管架和多个所述吸力桶基础，所述导管架的上端与所述塔筒固定相连，所述导管架的下端同时与多个所述吸力桶基础固定相连；

所述上部抱箍套设于所述塔筒的外侧，所述上部横连为门架式横连，所述上部抱箍的内表面能够与所述塔筒接触，限制所述塔筒的角度；所述下部抱箍能够抱紧所述塔筒。

10.根据权利要求1所述的海上风电吸力桶基础整机帮浮及辅助沉放结构，其特征在于，还包括防冲刷砂贝膜，所述防冲刷砂贝膜套设于所述支撑结构外侧，且位于所述下部横连下侧。

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