CN115520336A - 漂浮式风机基础、海上风电系统及海上风电系统的安装方法 - Google Patents

漂浮式风机基础、海上风电系统及海上风电系统的安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及漂浮式风机基础技术领域，具体涉及一种漂浮式风机基础、海上风电系统及海上风电系统的安装方法，漂浮式风机基础包括顶部结构、压载箱、拉索结构和立柱，顶部结构的顶端适于与风机塔筒连接；压载箱的内部设有适于填充压载的填充腔，压载箱设置在顶部结构的底部；拉索结构的一端与压载箱的外周连接，另一端与顶部结构的外周连接；立柱的底端与压载箱的顶部中心处固定连接；顶部结构套设在立柱的外周，并具有与立柱的顶端可拆卸地固定连接的安装状态，及放置在压载箱的顶部的拖航状态。该漂浮式风机基础，共同抵抗风、浪、流等外荷载作用及上部风机传下来的荷载作用，整体结构较为简单，装配和连接较为简单方便。

Description

漂浮式风机基础、海上风电系统及海上风电系统的安装方法
技术领域
本发明涉及海上风机技术领域，具体涉及一种漂浮式风机基础、海上风电系统及海上风电系统的安装方法。
背景技术
海上风电作为一种可再生能源，如今海上风电已进入大规模发展阶段。常规的海上风机基础常采用固定式海上风机基础固定在海床上，固定式海上风机基础用于深海时，通常较为笨重，拖航和安装等施工的难度较大。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的固定式海上风机基础较为笨重，拖航和安装等施工的难度较大的缺陷，从而提供一种结构简单且拖航和安装等施工的难度较小的漂浮式风机基础、海上风电系统及海上风电系统的安装方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种漂浮式风机基础，包括顶部结构，顶端适于与风机塔筒连接；
压载箱，内部设有适于填充压载的填充腔，所述压载箱设置在所述顶部结构的底部；
拉索结构，一端与所述压载箱的外周连接，另一端与所述顶部结构的外周连接；
立柱，底端与所述压载箱的顶部中心处固定连接；所述顶部结构套设在所述立柱的外周，并具有与所述立柱的顶端可拆卸地固定连接的安装状态，及放置在所述压载箱的顶部的拖航状态。
本发明提供的漂浮式风机基础，所述压载箱的内部设有至少两个分隔部，至少两个所述分隔部将所述填充腔分隔成沿周向分布的至少四个分隔仓；
或者，所述压载箱包括至少四个沿周向依次固定连接的箱体，每个所述箱体内均设有所述填充腔。
本发明提供的漂浮式风机基础，所述分隔部一体成型在所述压载箱的内部；或者，至少四个箱体沿周向依次焊接；
和/或，至少两个所述分隔部将所述填充腔均匀分隔成至少四个所述分隔仓；或者，每个所述箱体内的所述填充腔的体积均相等。
和/或，所述压载箱为圆柱状结构。
本发明提供的漂浮式风机基础，所述立柱的底端与所述压载箱的顶部中心处焊接。
本发明提供的漂浮式风机基础，所述顶部结构包括：
基础环，滑动套设在所述立柱的外周，并具有与所述立柱的顶端可拆卸地固定连接的所述安装状态；
浮箱，套设在所述基础环的外周，并与所述基础环的底端连接；
横梁结构，一端与所述浮箱连接，另一端与所述基础环的顶端连接。
本发明提供的漂浮式风机基础，所述横梁结构包括至少三根沿所述基础环的周向分布的横梁，每根所述横梁的一端均与所述浮箱的外周连接，另一端均与所述基础环的顶端连接。
本发明提供的漂浮式风机基础，所述基础环和所述立柱通过多组紧固件可拆卸地连接，多组所述紧固件沿所述立柱的周向分布。
本发明提供的漂浮式风机基础，所述拉索结构包括至少三根沿所述压载箱的周向分布的柔性拉绳。
本发明还提供一种海上风电系统，包括：
上述的漂浮式风机基础；
风机，包括风机塔筒及连接在所述风机塔筒顶端的风机本体，所述风机塔筒的底端与所述漂浮式风机基础连接；
锚泊系统，与所述漂浮式风机基础连接。
本发明还提供一种海上风电系统的安装方法，用于上述的海上风电系统的安装，包括如下步骤：
将所述漂浮式风机基础安装至拖航状态；
通过拖轮将处于拖航状态的所述漂浮式风机基础拖带至预定机位处；
布设锚泊系统；
将所述漂浮式风机基础安装至安装状态；
装设所述风机。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的漂浮式风机基础，包括顶部结构、压载箱、拉索结构和立柱，顶部结构套设在立柱的外周，且顶部结构与压载箱通过拉索结构连接，拉索结构和立柱，一个提供拉力，另一个提供压力，将顶部结构和压载箱连接成一个受力整体，共同抵抗风、浪、流等外荷载作用及上部风机传下来的荷载作用，整体漂浮式风机基础结构较为简单，装配和连接较为简单方便。且漂浮式风机基础为上部风机提供浮力支撑，同时利用结构倾斜时整体重力与压载浮体所产生的浮力之间所产生的恢复力矩来保持整个结构的平衡。且压载箱可在拖航安装时不填充水等压载，利用压载箱内的填充腔提供的浮力将整个漂浮式风机基础浮起来，入水深度浅，可显著减小拖航水阻力；且由于顶部结构处于拖航状态时套设在立柱的外周，并放置在压载箱的顶部，使得顶部结构相对固定在压载箱上不会在拖航过程中掉落；在拖航就位后，可将顶部结构与立柱的顶部进行固定连接以达到安装状态，再向压载箱的填充腔内充水，使得整个漂浮式风机基础的重心下移，重心位于浮心下部，为风机提供抗倾力矩。安装完成后，顶部结构整体或大部分漂浮于水面以上，提供更大的抗倾覆力矩。立柱与压载箱的顶部中心处固定连接，起到竖向支撑作用，且可在拖航时和安装后固定连接顶部结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明提供的漂浮式风机基础的主视图；
图2为本发明提供的漂浮式风机基础的俯视图；
图3为图2的A部放大图；
图4为本发明提供的海上风电系统在拖航状态的示意图；
图5为图4的B部放大图；
图6为本发明提供的海上风电系统在安装状态的示意图；
图7为本发明提供的海上风电系统安装后的示意图；
图8为本发明提供的海上风电系统的安装步骤示意图。
附图标记说明：
1、顶部结构；11、浮箱；12、基础环；13、横梁；2、压载箱；3、拉索结构；4、立柱；5、紧固件；6、风机塔筒；7、风机本体；8、锚泊系统；9、拖轮；10、海面。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1至图8所示，本实施例中公开了一种漂浮式风机基础，包括顶部结构1、压载箱2、拉索结构3和立柱4，顶部结构1的顶端适于与风机塔筒6连接；压载箱2的内部设有适于填充压载的填充腔，所述压载箱2设置在所述顶部结构1的底部；拉索结构3的一端与所述压载箱2的外周连接，另一端与所述顶部结构1的外周连接；立柱4的底端与所述压载箱2的顶部中心处固定连接；所述顶部结构1套设在所述立柱4的外周，并具有与所述立柱4的顶端可拆卸地固定连接的安装状态，及放置在所述压载箱2的顶部的拖航状态。
本实施例提供的漂浮式风机基础，包括顶部结构1、压载箱2、拉索结构3和立柱4，顶部结构1套设在立柱4的外周，且顶部结构1与压载箱2通过拉索结构3连接，拉索结构3和立柱4，一个提供拉力，另一个提供压力，将顶部结构1和压载箱2连接成一个受力整体，共同抵抗风、浪、流等外荷载作用及上部风机传下来的荷载作用，整体漂浮式风机基础结构较为简单，装配和连接较为简单方便。且漂浮式风机基础为上部风机提供浮力支撑，同时利用结构倾斜时整体重力与压载浮体所产生的浮力之间所产生的恢复力矩来保持整个结构的平衡。且压载箱2可在拖航安装时不填充水等压载，利用压载箱2内的填充腔提供的浮力将整个漂浮式风机基础浮起来，入水深度浅，可显著减小拖航水阻力；且由于顶部结构1处于拖航状态时套设在立柱4的外周，并放置在压载箱2的顶部，使得顶部结构1相对固定在压载箱2上不会在拖航过程中掉落；在拖航就位后，先向压载箱2的填充腔内充水，使得整个漂浮式风机基础的重心下移，重心位于浮心下部，再将顶部结构1与立柱4的顶部进行固定连接以达到安装状态，共同为风机提供抗倾力矩。安装完成后，顶部结构1整体或大部分漂浮于水面以上，提供更大的抗倾覆力矩。立柱4与压载箱2的顶部中心处固定连接，起到竖向支撑作用，且可在拖航时和安装后固定连接顶部结构1。
本实施例的一种具体地实施方式中，所述压载箱2的内部设有至少两个分隔部，至少两个所述分隔部将所述填充腔分隔成沿周向分布的至少四个分隔仓。各个分隔仓之间互不相连，拖航状态时，各分隔仓提供的浮力将整个漂浮式风机基础浮起来，入水深度浅，可显著减小拖航水阻力。安装状态时，顶部结构1连接在立柱4的顶端，且拉索结构3拉紧后，向各个分隔仓填充水等压载，压载箱2下沉入水一定深度，使整个结构的重心下移，重心位于浮心下部，为风机提供抗倾力矩，受漂浮式风机基础上部荷载作用倾斜时，由于各个分隔仓互不相连，有利于漂浮式风机基础在重力作用下复位。每个分隔仓上均包括进液口，进液口处密封连接有密封盖，或者，进液口处密封焊接有密封盖。至少两个分隔部交叉设置，交叉点位于压载箱的中心位置。
进一步地，所述分隔部一体成型在所述压载箱2的内部，结构简单且易于成型。
进一步地，至少两个所述分隔部将所述填充腔均匀分隔成至少四个所述分隔仓，使得各个分隔仓受力均匀。
进一步地，所述压载箱2为圆柱状结构，外周受力较为均匀流畅。压载箱2可以为高度较低的圆盘状结构浮力较大。作为可变换的实施方式，也可以为，压载箱2也可以为顶面为三角形、矩形、五边形和六边形等多变形结构。
本实施例地另一种具体地实施方式种，所述压载箱2包括至少四个沿周向依次固定连接的箱体，每个所述箱体内均设有所述填充腔。各个箱体之间互不相连，拖航状态时，各箱体提供的浮力将整个漂浮式风机基础浮起来，入水深度浅，可显著减小拖航水阻力。安装状态时，顶部结构1连接在立柱4的顶端，且拉索结构3拉紧后，向各个箱体填充水等压载，压载箱2下沉入水一定深度，使整个结构的重心下移，重心位于浮心下部，为风机提供抗倾力矩，受漂浮式风机基础上部荷载作用倾斜时，由于各个箱体互不相连，有利于漂浮式风机基础在重力作用下复位。每个箱体上均包括进液口，进液口处密封连接有密封盖，或者，进液口处密封焊接有密封盖。
进一步地，至少四个箱体沿周向依次焊接；连接较为稳固。或者，至少四个箱体沿周向依次通过螺栓、螺钉等螺纹结构固定连接。
进一步地，每个所述箱体内的所述填充腔的体积均相等。结构匀称且受力均匀。
本实施例中，所述立柱4的底端与所述压载箱2的顶部中心处焊接，连接稳固。立柱4的轴向与压载箱2的顶部垂直焊接。作为可变换的实施方式，也可以为，压载箱2的顶部凸出连接有多个凸耳，立柱4的底端通过紧固件5与凸耳可拆卸地连接。
本实施例中，所述顶部结构1包括浮箱11、基础环12和横梁13结构，基础环12滑动套设在所述立柱4的外周，并具有与所述立柱4的顶端可拆卸地固定连接的所述安装状态；浮箱11套设在所述基础环12的外周，并与所述基础环12的底端连接；横梁13结构的一端与所述浮箱11连接，另一端与所述基础环12的顶端连接。
浮箱11的外周通过横梁13结构与基础环12的顶端固定连接，浮箱11的内周与基础环12连接，浮箱11的内周可与基础环12焊接，浮箱11、横梁13结构与基础环12连接成横截面呈三角形的结构，连接稳固。且顶部结构1通过基础环12更便于与立柱4进行可拆卸地连接，通过基础环12和横梁13结构的设置，增强浮箱11和立柱4的连接的稳定性，也增强顶部结构1的整体强度。且由于基础环12滑动套设在立柱4的外周，基础环12与立柱4的顶端可拆卸地固定连接，使得顶部结构1可在拖航状态时放置在压载箱2的顶部，在安装状态时与立柱4的顶端可拆卸地固定连接。具体地，浮箱11呈环状，通过内环套设在基础环12的外周。
作为可变换的实施方式，也可以为，顶部结构1包括环状的浮箱11及连接在浮箱11上的凸耳，浮箱11通过凸耳与基础环12可拆卸地固定连接。
本实施例中，所述横梁13结构包括至少三根沿所述基础环12的周向分布的横梁13，每根所述横梁13的一端均与所述浮箱11的外周连接，另一端均与所述基础环12的顶端连接。横梁13结构可在周向方向上实现基础环12的顶端和浮箱11之间的固定连接，横梁13可以为钢、合金等金属制成的刚性结构，实现浮箱11与基础环12的刚性连接。作为可变换的实施方式，也可以为，横梁13的一端与浮箱11的中间位置连接，另一端与基础环12连接，或者，横梁13的一端与浮箱11的内环与外环之间的一个圆环处连接，另一端与基础环12连接。
进一步地，所述横梁13在所述浮箱11上的投影面积从所述浮箱11的外周向内周逐渐减小。可增大与较大直径的浮箱11之间的连接长度。
本实施例中，所述基础环12和所述立柱4通过多组紧固件5可拆卸地连接，多组所述紧固件5沿所述立柱4的周向分布。
本实施例中，所述拉索结构3包括至少三根沿所述压载箱2的周向分布的柔性拉绳。在拖航状态时，柔性拉绳弯曲使得浮箱11可放置在压载箱2上。在安装状态时，柔性拉绳拉紧，提供拉力。柔性拉绳可采用高强度防腐蚀材料制成，柔性拉绳可以为锚链，或者，柔性拉绳由碳纤维材料制成。
本实施例中还提供一种海上风电系统，包括上述的漂浮式风机基础、风机和锚泊系统8，风机包括风机塔筒6及连接在所述风机塔筒6顶端的风机本体7，所述风机塔筒6的底端与所述漂浮式风机基础连接；锚泊系统8与所述漂浮式风机基础连接。
本实施例中还提供一种海上风电系统的安装方法，用于上述的海上风电系统的安装，包括如下步骤：
将所述漂浮式风机基础安装至拖航状态；
通过拖轮9将处于拖航状态的所述漂浮式风机基础拖带至预定机位处；
布设锚泊系统8；
将所述漂浮式风机基础安装至安装状态；
装设所述风机。
其中，将所述漂浮式风机基础安装至拖航状态的步骤包括：将所述立柱4连接在所述压载箱2上，将所述顶部结构1套设在所述立柱4上，并通过所述拉索结构3将所述压载箱2和所述顶部结构1进行连接；拉索结构3弯曲放置在压载箱2上。
其中，将所述漂浮式风机基础安装至安装状态包括：向压载箱2充水，压载箱2从海面10入水下沉一定的距离，顶部结构1由于浮箱11的存在漂浮在海面10上，并在压载箱2下降一定距离后将顶部结构1与立柱4的顶端固定连接后，预紧拉索结构3。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种漂浮式风机基础，其特征在于，包括：
顶部结构(1)，顶端适于与风机塔筒(6)连接；
压载箱(2)，内部设有适于填充压载的填充腔，所述压载箱(2)设置在所述顶部结构(1)的底部；
拉索结构(3)，一端与所述压载箱(2)的外周连接，另一端与所述顶部结构(1)的外周连接；
立柱(4)，底端与所述压载箱(2)的顶部中心处固定连接；所述顶部结构(1)套设在所述立柱(4)的外周，并具有与所述立柱(4)的顶端可拆卸地固定连接的安装状态，及放置在所述压载箱(2)的顶部的拖航状态。
2.根据权利要求1所述的漂浮式风机基础，其特征在于，所述压载箱(2)的内部设有至少两个分隔部，至少两个所述分隔部将所述填充腔分隔成沿周向分布的至少四个分隔仓；
或者，所述压载箱(2)包括至少四个沿周向依次固定连接的箱体，每个所述箱体内均设有所述填充腔。
3.根据权利要求2所述的漂浮式风机基础，其特征在于，所述分隔部一体成型在所述压载箱(2)的内部；或者，至少四个箱体沿周向依次焊接；
和/或，至少两个所述分隔部将所述填充腔均匀分隔成至少四个所述分隔仓；或者，每个所述箱体内的所述填充腔的体积均相等；
和/或，所述压载箱(2)为圆柱状结构。
4.根据权利要求1所述的漂浮式风机基础，其特征在于，所述立柱(4)的底端与所述压载箱(2)的顶部中心处焊接。
5.根据权利要求1－4中任一项所述的漂浮式风机基础，其特征在于，所述顶部结构(1)包括：
基础环(12)，滑动套设在所述立柱(4)的外周，并具有与所述立柱(4)的顶端可拆卸地固定连接的所述安装状态；
浮箱(11)，套设在所述基础环(12)的外周，并与所述基础环(12)的底端连接；
横梁(13)结构，一端与所述浮箱(11)连接，另一端与所述基础环(12)的顶端连接。
6.根据权利要求5所述的漂浮式风机基础，其特征在于，所述横梁(13)结构包括至少三根沿所述基础环(12)的周向分布的横梁(13)，每根所述横梁(13)的一端均与所述浮箱(11)的外周连接，另一端均与所述基础环(12)的顶端连接。
7.根据权利要求5所述的漂浮式风机基础，其特征在于，所述基础环(12)和所述立柱(4)通过多组紧固件(5)可拆卸地连接，多组所述紧固件(5)沿所述立柱(4)的周向分布。
8.根据权利要求1－4、6－7中任一项所述的漂浮式风机基础，其特征在于，所述拉索结构(3)包括至少三根沿所述压载箱(2)的周向分布的柔性拉绳。
9.一种海上风电系统，其特征在于，包括：
如权利要求1－8中任一项所述的漂浮式风机基础；
风机，包括风机塔筒(6)及连接在所述风机塔筒(6)顶端的风机本体(7)，所述风机塔筒(6)的底端与所述漂浮式风机基础连接；
锚泊系统(8)，与所述漂浮式风机基础连接。
10.一种海上风电系统的安装方法，其特征在于，用于权利要求9所述的海上风电系统的安装，包括如下步骤：
将所述漂浮式风机基础安装至拖航状态；
通过拖轮(9)将处于拖航状态的所述漂浮式风机基础拖带至预定机位处；
布设锚泊系统(8)；
将所述漂浮式风机基础安装至安装状态；
装设所述风机。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116161185A (zh) * 2023-03-27 2023-05-26 中国建筑第五工程局有限公司 一种自消振自平衡的轻量化漂浮式海上风电基础平台
CN116428119A (zh) * 2023-05-22 2023-07-14 广西蓝水海洋工程有限公司 一种漂浮式海洋风力发电基础

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