CN113756356A - 一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置、系统及方法 - Google Patents

一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置、系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置、系统及方法,实现了海上风机基础、塔筒、机舱和叶片的一步式整体化安装。本发明通过室内基础预制,陆地塔筒吊装和机舱、叶片组装,海上风机整体运输,现场风机整体沉入和调平。本发明所提供的浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置、系统及方法具有海上工作量小、海上作业无需大型起重设备、作业费用低、施工速度快且安全性高的特点,弥补了传统海上风力发电机分步运输、安装,施工期长且施工费用高的缺点。

Description

一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置、系 统及方法
技术领域
本发明属于海洋岩土工程技术领域,涉及海上风力发电机基础设计,尤其是涉及一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置、系统及方法。
背景技术
在目前的发电方式中,火力发电不仅仅消耗大量的化石能源,而且对环境造成了严重污染,风能作为迄今为止开发和利用的最清洁、且最具商业价值的环境友好型能源之一,发展风力发电成为各国可持续发展的重要组成部分,具有良好的开发利用前景。
与陆上风能相比,海上风能具有风速稳定、资源丰富、噪音小和不占耕地等优势。但由于海上施工环境的复杂性,海上风机建设要求现场施工迅速、工程量小、施工方法简单等。风机基础作为海上风电的支撑结构,其受力性能和安装精度对风机的安全运营产生决定性影响。统计发现,海上风机基础的设计施工费用占到风机总成本的30%以上。
基于传统基础的海上风电建设涉及到塔筒和叶片的分步式运输、现场分步吊装等复杂的施工过程,施工工期长、吊装设备要求高且施工费用高昂。因此,提供一种更加便捷、经济、安全可靠的风机基础形式和一步式整体化安装装置、系统以及方法,对海上风机的建设具有重要的工程意义和经济意义。
发明内容
本发明第一个目的在于,针对海上风电基础安装和风机上部结构吊装施工时间长,施工工序复杂,占用大型施工装备多等缺陷,提供一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置。
为此,本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置,其特征在于:所述浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置包括浮筒和混凝土底座;
所述混凝土底座设置在浮筒的下方且混凝土底座与浮筒之间可拆卸式固定;
所述浮筒中央穿设有中心柱,所述中心柱的上端与风机塔筒可拆卸式固定,所述中心柱的下端固定至混凝土底座上,所述中心柱可在浮筒内上下滑动;
所述浮筒上设有灌注孔以用于向浮筒内灌注混凝土。
在采用上述技术方案的同时,本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案:
作为本发明的优选技术方案:所述浮筒中央在中心柱的侧方设有多排滑轮组以方便中心柱相对于浮筒上下自由滑动。
作为本发明的优选技术方案:所述中心柱的上端设有与风机塔筒可拆卸式固定的上部法兰盘以形成中心柱上端与风机塔筒之间可拆卸式固定。
作为本发明的优选技术方案:所述浮筒与混凝土底座之间设有用于可拆卸式固定的下部法兰盘以形成浮筒与混凝土之间可拆卸式固定。
本发明第二个目的在于,针对海上风电基础安装和风机上部结构吊装施工时间长,施工工序复杂,占用大型施工装备多等缺陷,提供一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装系统。
为此,本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装系统,其特征在于:所述浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装系统包括前文所述的浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置和安装运输船,所述安装运输船上设有钢框架、卷扬机和混凝土泵,所述钢框架的四周设置定滑轮组,所述钢框架的中央用于布置浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置;所述定滑轮组上穿设钢绞线,所述钢绞线的一端连接至浮筒上,另一端连接至卷扬机上;所述混凝土泵与浮筒上的灌注孔经混凝土输送管相连通。
在采用上述技术方案的同时,本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案:
作为本发明的优选技术方案:所述浮筒中央在中心柱的侧方设有多排滑轮组以方便中心柱相对于浮筒上下自由滑动。
作为本发明的优选技术方案:所述中心柱的上端设有与风机塔筒可拆卸式固定的上部法兰盘。
作为本发明的优选技术方案:所述浮筒与混凝土底座之间设有用于可拆卸式固定的下部法兰盘。
本发明还有一个目的在于,针对海上风电基础安装和风机上部结构吊装施工时间长,施工工序复杂,占用大型施工装备多等缺陷,提供一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装方法。
为此,本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装方法,其特征在于:所述浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装方法包括如下步骤:
S1、在室内预制浮筒重力式基础,浮筒重力式基础由浮筒和混凝土底座组成,浮筒和混凝土上、下布置,在浮筒上预留有灌浆孔,浮筒的中央穿设有中心柱,中心柱的顶部上部法兰盘,中心柱的底部与混凝土底座相固定,中心柱可以在浮筒内上下自由滑动;
S2、在陆地完成风机塔筒、机舱和风机叶片的组装,构成风机的上部结构,组装完成后,利用陆上吊机将风机上部结构、基础通过上部法兰盘与浮筒重力式基础相连接,组成风机整体;
S3、利用陆上吊机将安装完成的风机整体吊装到近岸海面,使风机整体在浮筒的浮力作用下处于漂浮状态;
S4、利用安装运输船对风机整体进行海上运输,运输过程中通过卷扬机连接钢框架上的多个定滑轮控制柔性限位钢绞线对风机整体进行固定、通过机舱转轴的制动装置限制风机叶片的转动,保障风机整体运输过程的稳定性;
S5、运送到指定场址后,将浮筒与混凝土底板之间的下部法兰盘打开,使风机整体在自身和混凝土底座的重力作用下下沉,沉入过程中可控制卷扬机缓慢放松柔性限位钢绞线,控制风机整体结构的沉入速度和风机的整体水平度;
S6、待混凝土底座下沉到接触到海床后,利用混凝土输送管将混凝土泵和浮筒顶部灌注孔相连接,缓慢向浮筒内灌入混凝土,使得浮筒在混凝土配重作用下下沉;待混凝土灌入完成后,将浮筒与混凝土底座通过下部法兰盘相连接,形成整体结构,以保证风机运行期间的稳定性。
在采用上述技术方案的同时,本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案:
作为本发明的优选技术方案:浮筒中央在中心柱的侧方设有多排滑轮组以方便中心柱相对于浮筒上下自由滑动。
本发明提供了一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置、系统及方法,实现了海上风机基础、塔筒、机舱和叶片的一步式整体化安装。该一步式整体化安装方法包括室内基础预制;陆地塔筒吊装和机舱、叶片组装;海上风机整体运输;现场风机整体沉入和调平。浮筒重力式基础包括下部混凝土底座和上部浮筒,二者经过风机的基础相连。混凝土底座与基础固定连接,上部浮筒通过固定装置与基础相连接,可自由固定和分离。浮筒顶部预留有灌浆孔,并可以通过混凝土输送管与安装运输船上的混凝土泵相连接;风机上部结构包括塔筒、机舱和叶片;风机整体运输、安装使用的安装运输船;安装运输船上配备钢框架、滑轮组、混凝土泵、柔性限位钢绞线以及钢绞线卷扬机。该一步式整体化安装方法具有海上工作量小、海上作业无需大型起重设备、作业费用低、施工速度快且安全性高的特点,弥补了传统海上风力发电机分步运输、安装,施工期长且施工费用高的缺点。
与现有的传统重力式基础相比,本发明的有益效果在于:
(1)、提供了一种新型海上风机基础形式,适用于多种海床地质条件和多种海洋水深环境;
(2)、提供了一种新型基于浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装方法,避免了海上风机传统基础繁琐的分步式施工过程;
(3)、本发明所提供的浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置、系统及方法施工方便快捷,海上作业量小且无需大型起重设备,大大降低了工程成本,工程意义重大。
附图说明
图1a为浮筒的正视图;
图1b为浮筒的俯视图;
图2a为混凝土底座的正视图;
图2b为混凝土底座的俯视图;
图3a为浮筒与混凝土底座分离的图示;
图3b为浮筒与混凝土底座相接触的图示;
图4为海上风机的整体示意图;
图5a为安装运输船的正视图;
图5b为安装运输船的俯视图;
图6a为风机海上运输过程的正视图;
图6b为风机海上运输过程的俯视图;
图7为风机整体下沉过程的示意图;
图8为浮筒内灌入混凝土的示意图;
图9为风机整机安装完成后的示意图;
图中:1-浮筒;2-灌注孔;3-下部法兰盘;4-混凝土底座;5-上部法兰盘;6-风机叶片;7-机舱;8-风机塔筒;9-定滑轮组;10-钢框架;11-钢绞线;12-卷扬机;13-混凝土泵;14-安装运输船;15-混凝土输送管;16-滑轮组;17-中心柱。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装系统,包括浮筒重力式基础、风机上部结构和运输安装船14,浮筒重力式基础包括浮筒1、下部法兰盘3、混凝土底座4、上部法兰盘5、滑轮组16和中心柱17。风机上部结构包括风机叶片6、机舱7和风机塔筒8。
如图1a-1b、2a-2b、3a-3b,展示了浮筒重力式基础的主要组成部分。浮筒重力式基础主要由上部浮筒1、混凝土底座4、滑轮组16、中心柱17和基础顶部的上部法兰盘5组成,上部法兰盘5可实现基础与风机上部结构的连接;在浮筒1上安装有滑轮组16和灌注孔2,滑轮组可实现浮筒1与中心柱17的上下自由滑动;灌注孔2可与安装运输船14的混凝土输送管15相连,实现浮筒1内灌入混凝土和混凝土配重后的下沉。在浮筒1和混凝土底座4上均留有下部法兰盘3,可实现浮筒1与混凝土底座4的连接和固定。
如图4,展示了海上风机的整体构造。风机的上部结构包括风机叶片6、机舱7、风机塔筒8,三者可在陆地进行拼装,拼装完成后将风机上部结构利用上部法兰盘5与浮筒重力式基础的中心柱17相连接,形成风机整体构造。
如图5a-5b、6a-6b,展示了运输安装船的细部构造及风机海上运输过程。在所述的运输安装船14上安装有定滑轮组9、钢框架10、柔性限位钢绞线11、卷扬机12。此时浮筒1和混凝土底座4采用下部法兰盘3进行固定。利用陆上吊机将安装完成的风机整体吊装到近岸海面。风机整体在浮筒1的浮力作用下处于漂浮状态。运输过程中通过卷扬机12连接钢框架10上的定滑轮组9控制柔性限位钢绞线11对风机整体进行固定,通过机舱7转轴的制动装置,限制风机叶片6的转动,保障风机整体的稳定性。
如图7,展示了风机整体的沉入过程。利用安装运输船14将风机整体运送到指定场址后,松开下部连接下部法兰盘3中的螺栓,使风机整体与浮筒1脱开,并在自重作用下缓慢下沉,下沉过程中控制卷扬机12缓慢放松柔性限位钢绞线11控制风机整体的下沉速度,同时保证风机整体结构的水平度。
如图8,展示了浮筒内灌入混凝土下沉过程。待混凝土底座4下沉到接触到海床后,利用混凝土输送管15将混凝土泵13和浮筒1顶部灌注孔2相连接,缓慢向浮筒1灌入混凝土,使得浮筒1在混凝土配重作用下下沉。待混凝土灌入完成后,将浮筒1与混凝土底座4通过下部法兰盘3相连接,形成整体结构,以保证风机运行期间的稳定性。
如图9所示,浮筒1和混凝土底座4固定完成后,收回混凝土输送管15和柔性限位钢绞线11,并关闭浮筒1上的灌注孔2,驾驶安装运输船14驶离安装场地,完成风机整体的安装过程。
上述具体实施方式用来解释说明本发明,仅为本发明的优选实施例,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等,都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置,其特征在于:所述浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置包括浮筒和混凝土底座;
所述混凝土底座设置在浮筒的下方且混凝土底座与浮筒之间可拆卸式固定;
所述浮筒中央穿设有中心柱,所述中心柱的上端与风机塔筒可拆卸式固定,所述中心柱的下端固定至混凝土底座上,所述中心柱可在浮筒内上下滑动;
所述浮筒上设有灌注孔以用于向浮筒内灌注混凝土。
2.根据权利要求1所述的浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置,其特征在于:所述浮筒中央在中心柱的侧方设有多排滑轮组以方便中心柱相对于浮筒上下自由滑动。
3.根据权利要求1所述的浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置,其特征在于:所述中心柱的上端设有与风机塔筒可拆卸式固定的上部法兰盘。
4.根据权利要求1所述的浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置,其特征在于:所述浮筒与混凝土底座之间设有用于可拆卸式固定的下部法兰盘。
5.一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装系统,其特征在于:所述浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装系统包括权利要求1所述的浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置和安装运输船,所述安装运输船上设有钢框架、卷扬机和混凝土泵,所述钢框架的四周设置定滑轮组,所述钢框架的中央用于布置浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装装置;所述定滑轮组上穿设钢绞线,所述钢绞线的一端连接至浮筒上,另一端连接至卷扬机上;所述混凝土泵与浮筒上的灌注孔经混凝土输送管相连通。
6.根据权利要求5所述的浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装系统,其特征在于:所述浮筒中央在中心柱的侧方设有多排滑轮组以方便中心柱相对于浮筒上下自由滑动。
7.根据权利要求5所述的浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装系统,其特征在于:所述中心柱的上端设有与风机塔筒可拆卸式固定的上部法兰盘。
8.根据权利要求5所述的浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装系统,其特征在于:所述浮筒与混凝土底座之间设有用于可拆卸式固定的下部法兰盘。
9.一种浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装方法,其特征在于:所述浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装方法包括如下步骤:
S1、在室内预制浮筒重力式基础,浮筒重力式基础由浮筒和混凝土底座组成,浮筒和混凝土上、下布置,在浮筒上预留有灌浆孔,浮筒的中央穿设有中心柱,中心柱的顶部上部法兰盘,中心柱的底部与混凝土底座相固定,中心柱可以在浮筒内上下自由滑动;
S2、在陆地完成风机塔筒、机舱和风机叶片的组装,构成风机的上部结构,组装完成后,利用陆上吊机将风机上部结构、基础通过上部法兰盘与浮筒重力式基础相连接,组成风机整体;
S3、利用陆上吊机将安装完成的风机整体吊装到近岸海面,使风机整体在浮筒的浮力作用下处于漂浮状态;
S4、利用安装运输船对风机整体进行海上运输,运输过程中通过卷扬机连接钢框架上的多个定滑轮控制柔性限位钢绞线对风机整体进行固定、通过机舱转轴的制动装置限制风机叶片的转动,保障风机整体运输过程的稳定性;
S5、运送到指定场址后,将浮筒与混凝土底板之间的下部法兰盘打开,使风机整体在自身和混凝土底座的重力作用下下沉,沉入过程中可控制卷扬机缓慢放松柔性限位钢绞线,控制风机整体结构的沉入速度和风机的整体水平度;
S6、待混凝土底座下沉到接触到海床后,利用混凝土输送管将混凝土泵和浮筒顶部灌注孔相连接,缓慢向浮筒内灌入混凝土,使得浮筒在混凝土配重作用下下沉;待混凝土灌入完成后,将浮筒与混凝土底座通过下部法兰盘相连接,形成整体结构,以保证风机运行期间的稳定性。
10.根据权利要求1所述的浮筒重力式基础的海上风机一步式整体化安装方法,其特征在于:浮筒中央在中心柱的侧方设有多排滑轮组以方便中心柱相对于浮筒上下自由滑动。
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