CN116280054A - 一种张力缆式的海上浮式风力发电平台基础及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种张力缆式的海上浮式风力发电平台基础及其安装方法，风力发电平台基础包括：平台，用于安装发电风机；若干个吸力桩，用于固定在海底的地基；若干根张力缆，两端分别连接所述吸力桩和所述平台；其中，所述平台在水中时，向上的浮力大于重力。张力缆不是传统的钢管形式。张力缆在预安装后，放躺在海底，且处于变形的自然状态，而不是保持笔直状态。不需要像传统张力腿那样安装浮筒，也不会被损坏。本申请的张力缆结构简单，不需要张力腿分段拼接，也不需要通过复杂的构造使张力腿整体和和平台基础进行连接、造价大幅降低且容易进行采购。可见，本申请采用张力缆，更容易实现风力发电平台基础的运输和安装。

Description

一种张力缆式的海上浮式风力发电平台基础及其安装方法

技术领域

本发明涉及海上发电技术领域，尤其涉及的是一种张力缆式的海上浮式风力发电平台基础及其安装方法。

背景技术

目前海上风电主要以固定式基础为主，但是当水深超过～60m以后，随着地址勘测、基础结构及施工成本的增加，固定式风机基础的经济性下降；加之近海浅水区域的可利用风场越来越少，而更深水的风场风力更大，所以可以预期海上风电场的开发将逐步走向深海、远海，漂浮式风机基础的研究及开发越来越受到重视。

漂浮式风电基础主要分为三类：半潜式、立柱式(SPAR)以及张力腿式(TLP)。这些浮式平台各有其优缺点，比如半潜式平台适用水深范围广，但是它具有结构过重，运动性能较差等缺点；立柱式平台制造简单，但是水线面过小，稳性需要大量的压载来平衡；张力腿式平台运动性能很好，在位时依赖张紧的张力腿来保证稳性。但是现有技术中传统的张力腿腿部采用特高强度的钢管和构造复杂的连接件，配有特殊功能和构造复杂的安装部件，造成传统张力腿平台特别是张力腿系泊系统造价昂贵，其运输及安装过程也复杂困难，成本很高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种张力缆式的海上浮式风力发电平台基础及其安装方法，旨在解决现有技术中张力腿的运输及安装过程复杂困难的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，其中，包括：

平台，用于安装发电风机；

若干个吸力桩，用于固定在海底的地基；

若干根张力缆，两端分别连接所述吸力桩和所述平台；

其中，所述平台在水中时，向上的浮力大于重力。

所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，其中，所述平台包括：

支架，用于安装发电风机；

若干个角筒，设置于所述支架的外端，所述角筒的外侧设置有挂钩；

所述张力缆的第一端设置有挂件，所述挂件挂在所述挂钩上；

所述张力缆的第二端与所述吸力桩转动连接。

所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，其中，所述挂件与所述张力缆的第一端之间设置有长度调整连接件，所述长度调整连接件用于调整所述挂件与所述张力缆的第一端之间的间距。

所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，其中，所述挂钩包括：两个钩体；所述挂件包括：

第一销棒，横放于所述两个钩体上；

第一眼板，与所述第一销棒连接，并位于两个所述钩体之间；

第一卸扣，可拆卸设置于所述第一眼板的眼孔内；

第一接头，所述第一接头的销杠位于所述第一卸扣内；

其中，所述第一接头与所述张力缆的第一端连接；和/或

所述张力缆的第二端设置有：

第二眼板，设置于所述吸力桩；

第二卸扣，可拆卸设置于所述第二眼板的眼孔内；

第二接头，所述第二接头的销杠位于所述第二卸扣内；

其中，所述第二接头与所述张力缆的第二端连接。

所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，其中，所述挂钩包括：两个钩体；所述挂件包括：

第二销棒，横放于所述两个钩体上；

第三眼板，与所述第二销棒连接，并位于两个所述钩体之间；

第三接头，所述第三接头的销杠位于所述第三眼板的眼孔内；

其中，所述第三接头与所述张力缆的第一端连接；

所述第二销棒垂直于所述第三接头的销杠；和/或

所述吸力桩上设置有两个立板，所述立板上设置有销棒孔；所述张力缆的第二端设置有：

第三销棒，位于两个立板的销棒孔内；

第四眼板，与所述第三销棒连接，并位于两个所述立板之间；

第四接头，所述第四接头的销杠位于所述第四眼板的眼孔内；

其中，所述第四接头与所述张力缆的第二端连接；

所述第三销棒垂直于所述第四接头的销杠。

所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，其中，所述支架包括：

立柱，用于安装发电风机；

若干个张力臂，两端分别连接所述立柱与所述角筒的内侧；

若干个斜撑，两端分别连接所述立柱与所述张力臂；

其中，若干个所述角筒围绕所述立柱设置；

所述张力臂与所述斜撑之间的夹角的范围为30°-70°。

一种张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的安装方法，其中，包括如下步骤：

将发电风机安装在平台上，并在所述平台上安装临时浮筒；

将吸力桩安装于海底的地基上，并将张力缆的第一端通过引缆连接浮标，所述张力缆的第二端连接在所述吸力桩上；其中，所述张力缆放置在所述海底的地基上，所述浮标浮于水面；

将安装发电风机的平台运输至所述吸力桩的上方；

通过压载操作使所述平台和所述临时浮筒下沉预设深度；

通过所述浮标和所述引缆提起所述张力缆，并将所述张力缆的第一端连接在所述平台上；

通过排载操作使所述平台和所述临时浮筒上浮，并拆卸去除所述临时浮筒。

所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的安装方法，其中，所述平台包括：

支架，用于安装发电风机；

若干个角筒，设置于所述支架的外端，所述角筒的外侧设置有挂钩和位于所述挂钩正上方的第一滑轮；

所述临时浮筒设置有第二滑轮；

所述张力缆的第一端设置有挂件，所述挂件挂在所述挂钩上；

所述张力缆的第二端与所述吸力桩转动连接；

每根张力缆连接的引缆包括第一引缆和第二引缆，所述第一引缆绕在所述第二滑轮上，所述第二引缆依次绕在第一滑轮和所述第二滑轮上；

所述将所述张力缆的第一端连接在所述平台上，包括：

拉动所述第一引缆将所述挂件向上拉至所述挂钩的上方；

拉动所述第二引缆将所述挂件朝所述角筒移动，使得所述挂件位于所述挂钩的正上方；

放松所述第一引缆使得所述挂件挂在所述挂钩上。

所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的安装方法，其中，所述挂件与所述张力缆的第一端之间设置有长度调整连接件，所述长度调整连接件用于调整所述挂件与所述张力缆的第一端之间的间距；

所述将所述张力缆的第一端连接在所述平台上，还包括：

当所述挂件挂在所述挂钩上后，通过所述长度调整连接件调整所述挂件与所述张力缆的第一端之间的间距；

去除所述第一引缆和所述第二引缆。

所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的安装方法，其中，所述角筒的上表面边缘设置有若干个插头，每个所述插头上设置有销孔；

所述临时浮筒的对应位置设置有若干个插座，每个所述插座上设置有插孔，所述插孔内设置有插销；

所述在平台上安装临时浮筒，包括：

将所述临时浮筒的插座对准所述所述插头，将所述临时浮筒放置在所述角筒上；

将所述插销穿过所述插孔并插入到所述销孔内，完成临时浮筒的固定在角筒上的安装固定；

所述拆卸去除所述临时浮筒，包括：

从所述插孔和所述销孔内拔出所述插销，并将所述临时浮筒拖离所述平台。

有益效果：张力缆不是特高强度钢管，在垂直方向上没有刚度，张力缆在预安装后，放躺在海底，且处于变形的自然状态，而不是保持笔直状态。不需要安装保持其垂直的浮筒，也不会被损坏。本申请的张力缆结构简单，且不需要通过焊接构造张力腿整体和海上连接、造价大幅降低且容易进行采购。可见，本申请采用张力缆，更容易实现风力发电平台基础的运输和安装。

附图说明

图1是本发明实施例中张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的立体图。

图2是本发明实施例中张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的侧视图。

图3是本发明实施例中张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的俯视图。

图4是本发明实施例中安装风机塔柱的示意图。临时浮筒已经安装完毕。

图5是本发明实施例中安装发电风机及叶片的示意图。

图6是本发明实施例中运输发电平台以及临时浮筒的示意图。

图7是本发明实施例中卸下发电平台以及临时浮筒的示意图。

图8是本发明实施例中吸力桩和张力缆预安装后的侧视示意图。

图9是本发明实施例中吸力桩和张力缆预安装后的俯视示意图。

图10是本发明实施例中拖航发电平台以及临时浮筒的示意图。

图11是本发明实施例中拖航发电平台以及临时浮筒至吸力桩的正上方的示意图。

图12是本发明实施例中提拉引缆的第一示意图。

图13是本发明实施例中提拉引缆的第二示意图。

图14是图13中A处的放大图。

图15是本发明实施例中挂件的第一结构示意图。

图16是本发明实施例中与图15成90度方向的示意图。

图17a是本发明实施例中挂件的第二结构示意图。

图17b是本发明实施例中与图17a成90度方向的示意图。

图18是本发明实施例中挂件的第三结构示意图。

图19是本发明实施例中与图18成90度方向的示意图。

图20是本发明实施例中角筒和临时浮筒安装前的结构示意图。

图21是本发明实施例中角筒和临时浮筒安装后的结构示意图。

附图标记说明：

1、发电风机；2、临时浮筒；2b、插座；2c、插孔；2d、插销；2e、第二滑轮；3、引缆；3a、第一引缆；3b、第二引缆；4、地基；5、风机安装吊机；6、浮标；10、支架；11、立柱；12、张力臂；13、斜撑；20、角筒；21、挂钩；211、钩体；22、第一滑轮；23、插头；231、销孔；30、吸力桩；31、立板；311、销棒孔；40、张力缆；41、挂件；411a、第一销棒；412a、第一眼板；413a、第一卸扣；414a、第一链环；415a、第一接头；416a、第二眼板；417a、第二卸扣；418a、第二链环；419a、第二接头；411b、第二销棒；412b、第三眼板；413b、第三接头；414b、第三销棒；415b、第四眼板；416b、第四接头；42、长度调整连接件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1-图21，本发明提供了一种张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的一些实施例。

由于现有技术中采用张力腿时，采用特高强度的钢管和构造复杂的连接件，导致张力腿的运输及安装难度较大。例如，张力腿是由很多节的特高强钢管组成，节间由特种接头(merlin connector)连接。其最底部是特制的底部接头(tendon bottom connector)，与桩锚顶部的旋转闩锁部件(roto-latch)是公母配对部件。张力腿顶部装有特制的长度调节接头(length adjustment joint)。各个组件和管节逐个在安装船甲板通过程序沿垂直高度方向用张力腿组装设备一边组装一边下放。整体张力腿组装完毕后，由装配吊机整体继续下放并把底部接头插进桩锚顶部的旋转闩锁部件并锁紧。以上完成了单根张力腿的组装。

如图1-图2所示，本发明的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，包括：

平台，用于安装发电风机1；

若干个吸力桩30，用于固定在海底的地基4；

若干根张力缆40，两端分别连接所述吸力桩30和所述平台；

其中，所述平台在水中时，向上的浮力大于重力。

具体地，发电风机1是指利用风力发电的装置，发电风机1包括塔筒、机头以及叶片，塔筒可安装在平台上，具体可以安装在平台的中心。机头设置于塔筒，机头内设置有电机，将叶片转动的动能转化为电能。叶片设置于机头，在风力的带动下，叶片可以转动。平台包括：支架10和若干个角筒20，支架10用于安装发电风机1，角筒20设置于所述支架10的外端。支架10是指起到支撑作用的架子，在发电应用时，支架10在设计吃水时，一部分位于水面上，另一部分位于水面下。角筒20是指位于支架10的边缘的筒体，角筒20在水中时，角筒20所受到的浮力大于所受到的重力，而不会下沉，角筒20具有上浮的趋势，在没有连接张力缆40时，角筒20会上浮至水面上。角筒20可以采用密度较小的材料(角筒20的密度小于水的密度)制成，也可以形成中空结构。吸力桩30是指固定于海底的桩，吸力桩30起到限定支架10和角筒20的位置的作用，由于吸力桩30是固定设置在海底的地基4上的，且角筒20和吸力桩30通过张力缆40连接，虽然受到波浪力或风力的影响，张力缆40并不一定是竖直设置的，可能会倾斜一定角度，但可以将角筒20、支架10以及发电风机1限制在一定范围内。张力缆40是指连接角筒20和吸力桩30的线缆，张力缆40具有柔性，在没有连接角筒20和吸力桩30时，张力缆40可以变形。在连接角筒20和吸力桩30时，张力缆40受到角筒20向上的拉力(这里向上的方向可以是竖直向上，也可以斜向上)，张力缆40内始终保持一定的张力，在各种环境条件下保持张紧状态，约束支架10和角筒20的运动状态和移动范围。

由于本申请中张力缆40具有柔性，可改变形状，在安装时，可以先将张力缆40的第二端连接在吸力桩30上，并随吸力桩安装就位将张力缆40放在海底。将角筒20和支架10运输至吸力桩30上的水面时，则可以较容易地将张力缆40的第一端通过安装船只和设备提起并连接在角筒20上，完成安装。张力缆40放在海底时，为了标识张力缆40的位置，在水面配置浮标，并采用引缆3连接浮标和张力缆40的第一端，在安装时，通过浮标确定张力缆40的位置，并通过引缆3提起张力缆40的第一端。

张力缆40包括：钢链、钢缆、聚酯纤维缆中的至少一种，钢链包括若干个环结构，若干个环结构依次环环相扣连接；钢缆包括若干根钢丝，若干根钢丝编织形成钢缆；聚酯纤维缆包括若干根聚酯纤维，若干根聚酯纤维编织形成聚酯纤维缆。张力缆40不是钢管，在垂直方向上没有刚度，张力缆40在预安装(即张力缆40第二端连接在吸力桩30上)后，放躺在海底，且处于变形的自然状态，而不是保持笔直状态，不需要像现有技术中在预安装张力腿时，需要安装特制浮筒垂直固定张力腿，且张力腿容易被损坏。当然，由于本申请中张力缆40在预安装时，放躺在海底，不需要安装浮筒，也不会被损坏。这种张力缆40的使用，相比传统的特种高强度钢管形式的张力腿，本申请的张力缆40结构简单，且不需要通过焊接构造张力腿整体和海上连接、造价大幅降低且容易进行采购。可见，本申请采用张力缆40，更容易实现风力发电平台基础的运输和安装。

与现有技术中的张力腿相比，张力缆40的结构更简单，不需要现有技术中张力腿的特高强钢管和特制连接部件，尤其是张力腿的特制的由公母二个部件组成的底部闩锁(roto-latch)连接部件。

需要说明的是，角筒20的数量和吸力桩30的数量相同，如图1和图3所示，设置3个角筒20时，对应有3个吸力桩30。张力缆40的数量可以根据需要调整，张力缆40的数量大于或等于角筒20的数量，每个角筒20上连接有至少一根张力缆40。

对于TLP类型的桩基础，为了避免在安装桩基础时损坏其顶部的万向连接装置，采用吸力桩30设计较传统的桩锤打桩设计更好。另考虑到浅海土质条件十分复杂，表层软弱土、粉土、砂土及粘土或分层土呈现复杂多样性，采用大直径的吸力桩30设计可提供有效的抗拔力及侧向力来安全系泊连接的TLP及风机。吸力桩30在安装时是依靠外来抽水泵的使桩内外产生负压从而将桩下沉到设计的深度。另外吸力桩30也便于移出可以重复使用提高经济效率，可以安装灌浆系统填补桩内泥土顶部与桩顶间的空隙，进而提高桩的能力。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图14、图15、图17a、图17b以及图18所示，所述角筒20的外侧设置有挂钩21；

所述张力缆40的第一端设置有挂件41，所述挂件41挂在所述挂钩21上；

所述张力缆40的第二端与所述吸力桩30转动连接。

具体地，角筒20的外侧设置有若干个挂钩21，挂钩21的数量与该角筒20对应的张力缆40的数量相同，每根张力缆40的挂件41挂在对应的挂钩21上，实现张力缆40的第一端与角筒20的连接。张力缆40的第二端与吸力桩30转动连接，方便角筒20和支架10在一定范围内移动，具体可以是在两个方向上转动。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图15-图16所示，所述挂钩21包括：两个钩体211。挂件41可以采用多种结构，以下例举出三种结构进行说明：

挂件41的第一种结构，如图17a和图17b所示，所述挂件41包括：

第一销棒411a，横放于所述两个钩体211上；

第一眼板412a，与所述第一销棒411a连接，并位于两个所述钩体211之间；

第一卸扣413a，可拆卸设置于所述第一眼板412a的眼孔内；

第一接头415a，所述第一接头415a的销杠位于所述第一卸扣413a内；

其中，所述第一接头415a与所述张力缆40的第一端连接。

具体地，挂钩21中的钩体211有两个，钩体211呈“U”形，第一销棒411a可以较容易准确地定位和横放在两个钩体211上。由于角筒20具有上浮的趋势，第一销棒411a并不容易从“U”形钩体211中脱离而出现脱钩的现象。也可以通过设置结构锁紧装置以防止脱钩现象。第一眼板412a上设置有眼孔，便于第一卸扣413a的安装与拆卸。在第一卸扣413a和第一接头415a之间设置第一链扣，且第一链扣两端分别与第一卸扣413a、第一接头415a环环相扣连接，能起到类似万向节的功能，因此不需要采用现有技术中张力腿的特制的座在支撑结构的弹性构件(flex joint tendon bearing)。本申请简化了结构，且实现张力缆40的第一端与挂钩21的二个水平自由度方向可转动连接。

挂件41的第二种结构，如图15和图16所示，在挂件41的第一种结构的基础上，可以在第一卸扣413a和第一接头415a之间设置第一链环414a，两端分别与所述第一卸扣413a和第一接头415a环扣连接；第一销棒411a可在两个钩体211内转动，第一接头415a的销杠可在第一链环414a内转动，第一链环414a可在第一卸扣413a内向任意方向活动，因此，能够起到类似万向节的作用。

挂件41的第三种结构，如图18-图19所示，所述挂件41包括：

第二销棒411b，横放于所述两个钩体211上；

第三眼板412b，与所述第二销棒411b连接，并位于两个所述钩体211之间；

第三接头413b，所述第三接头413b的销杠位于所述第三眼板412b的眼孔内；

其中，所述第三接头413b与所述张力缆40的第一端连接；

所述第二销棒411b垂直于所述第三接头413b的销杠。

具体地，为了简化张力缆40的第一端的结构，去除卸扣和链环，将第三接头413b的销杠配置在第三眼板412b的眼孔内，第二销棒411b可在钩体211内转动，第三接头413b的销杠可在第三眼板412b的眼孔内转动，由于第二销棒411b垂直于第三接头413b的销杠，则二者配合起到二自由度方向弯矩释放功能局部结构。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图14-图19所示，所述挂件41与所述张力缆40的第一端之间设置有长度调整连接件42，所述长度调整连接件42用于调整所述挂件41与所述张力缆40的第一端之间的间距。

具体地，由于各张力缆40的长度可能存在较小误差，安装完成后，各张力缆40受到的角筒20的拉力并不完全相同，若不同张力缆40受到的拉力相差太大，长期使用后，受到的拉力较大的张力缆40更容易损坏。为了减小各张力缆40的长度误差，设置长度调整连接件42(adjustable socket)。长度调整连接件42包括外筒和内杆，外筒的一端与所述张力缆40的第一端转动连接，外筒内设置有内螺纹，内杆外设置有外螺纹，外螺纹与内螺纹采用螺纹连接，内杆与第一接头415a(或第三接头413b)连接，通过转动外筒可以调整，内杆旋入外筒内的深度，从而调整第一接头415a(或第三接头413b)和张力缆40的第一端之间的间距，也即调整挂件41与张力缆40的第一端之间的间距。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，张力缆40的第二端可以采用多种结构，以下例举出三种结构进行说明：

张力缆40的第二端的第一种结构，如图17a和图17b所示，所述张力缆40的第二端设置有：

第二眼板416a，设置于所述吸力桩30；

第二卸扣417a，可拆卸设置于所述第二眼板416a的眼孔内；

第二接头419a，所述第二接头419a的销杠位于所述第二卸扣417a内；

其中，所述第二接头419a与所述张力缆40的第二端连接。

具体地，张力缆40的第二端依次连接有第二接头419a、第二卸扣417a以及第二眼板416a。不需要采用现有技术中张力腿的特制的座在支撑结构的弹性构件，本申请简化了结构，且实现张力缆40的第二端与吸力桩30的二个自由度方向的可转动连接。

张力缆40的第二端的第一种结构，如图15和图16所示，在张力缆40的第二端的第一种结构的基础上，可以在第二卸扣417a和第二接头419a之间设置第二链环418a，第二链环418a的两端分别与第二接头419a、第二卸扣417a环环相扣连接，第二卸扣417a可在第二眼板416a的眼孔内转动，第二接头419a的销杠可在第二链环418a内转动，第二链环418a可在第二卸扣417a内向任意方向活动，因此，能够起到类似万向节的作用。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，张力缆40的第二端的第三种结构，如图18-图19所示，所述吸力桩30上设置有两个立板31，所述立板31上设置有销棒孔311；所述张力缆40的第二端设置有：

第三销棒414b，位于两个立板31的销棒孔311内；

第四眼板415b，与所述第三销棒414b连接，并位于两个所述立板31之间；

第四接头416b，所述第四接头416b的销杠位于所述第四眼板415b的眼孔内；

其中，所述第四接头416b与所述张力缆40的第二端连接；

所述第三销棒414b垂直于所述第四接头416b的销杠。

具体地，为了简化张力缆40的第二端的结构，去除卸扣和链环，将第四接头416b的销杠配置在第四眼板415b的眼孔内，第三销棒414b可在钩体211内转动，第四接头416b的销杠可在第四眼板415b的眼孔内转动，由于第三销棒414b垂直于第四接头416b的销杠，则二者配合起到二自由度方向弯矩释放功能局部结构。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图1-图2所示，所述支架10包括：

立柱11，用于安装发电风机1；

若干个张力臂12，两端分别连接所述立柱11与所述角筒20的内侧；

若干个斜撑13，两端分别连接所述立柱11与所述张力臂12；

其中，若干个所述角筒20围绕所述立柱11设置；

所述张力臂12与所述斜撑13之间的夹角的范围为30°-70°。

具体地，为了提高支架10的稳定性，将若干个角筒20围绕立柱11设置，并采用张力臂12，连接立柱11和角筒20的内侧，需要说明的是，角筒20朝向发电风机1的一侧为内侧，背离发电风机1的一侧为外侧。张力臂12水平设置，斜撑13倾斜设置，斜撑13的两端分别连接立柱11和张力臂12，有利于确保立柱11不会倾斜。

立柱11呈柱形，且内部中空型结构，可以为圆柱外形，它是塔筒的支撑结构，其顶部和塔筒的底部连接。它的外壁和所有张力臂12的一端通过焊接或者铰接相连。

张力臂12呈柱形，且内部中空型结构，可以为圆柱外形，其一端连接中间立柱11的外壁，另一端和角筒20的外壁通过焊接或者铰接进行连接。若干个张力臂12沿着以立柱11轴线为圆心呈辐射状布置，张力臂12的中心线为水平方向。张力臂12的内部进行分舱，多个舱结构封闭，且相互独立，以保证其在部分舱结构破损状态下风力发电平台基础仍能保证足够的稳性。

斜撑13呈柱形，且内部中空结构，可以为圆柱外形，其两端分别和立柱11和张力臂12以焊接或者铰接的形式相连接。每个张力臂12对应一个斜撑13。斜撑13的中心线与水平面成一定夹角，此夹角不小于30度。斜撑13的内部进行分舱，多个舱结构封闭，且相互独立，以保证其在部分舱结构破损状态下风力发电平台基础仍能保证足够的稳性。可选地，斜撑13也可以是拉索结构。

角筒20呈柱形，且内部中空结构，可以为圆柱外形，其外壁的一侧与张力臂12相接，另一侧安装挂钩21并和张力缆40相连。角筒20的个数和张力臂12的个数相同，每个角筒20至少布置2根张力缆40。角筒20的中心线为竖直方向。角筒20的内部进行水平或者/和竖向的分舱，形成若干个舱结构，以保证其在部分舱结构破损状态下风力发电平台基础仍能保证足够的稳性，另外保证在位时张力缆40始终为张紧状态。角筒20的下底面位于水面以下。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图20-图21所示，所述角筒20的上表面边缘设置有若干个插头23，每个所述插头23上设置有销孔231。

具体地，本申请中为了增加拖航和安装过程中的稳定性，在角筒20上连接临时浮筒2。临时浮筒2可以连接在角筒20的上表面，临时浮筒2的下表面与角筒20的上表面可以接触或者不接触。在角筒20的上表面边缘设置若干个插头23，插头23上设置有销孔231。在临时浮筒2的对应位置设置有若干个插座2b，插座2b上设置有插孔2c，插孔2c可供插销2d插入。当插头23插入插座2b中后，插销2d自插孔2c插入到销孔231中，使得插头23无法从插座2b中脱离，从而实现临时浮筒2和角筒20的连接和固定。临时浮筒2和其他压载水舱具有自带的压缩空气调压载系统，当减小舱内的气压时，临时浮筒2和压载水舱有水进入使得浮力减小，重力基本保持不变，则临时浮筒2会使平台下沉。当充入高压空气时，临时浮筒2和其他压载水舱的水排到筒外使得浮力增加，重力也基本保持不变，则临时浮筒2会使平台上浮。

在风力发电平台基础安装完成后，可以通过压缩空气调压载系统调节临时浮筒20的浮力使得其浮力和重力大致平衡，拔出插销2d，从而将角筒20和临时浮筒2分离，充入高压空气进一步排出压载水后，可使临时浮筒2浮于水面而回收。由于一个商业风场将会有多个甚至几十个风力发电平台基础，一套临时浮筒2将可以被重复使用多次至几十次，从而大大降低单套临时浮筒2的平均价格，大大提高了风力发电平台基础的经济性。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图12-图15以及图18所示，所述角筒20的外侧设置有第一滑轮22，位于挂钩21的正上方；所述临时浮筒2设置有第二滑轮2e；每根张力缆40连接的引缆3包括第一引缆3a和第二引缆3b，所述第一引缆3a绕在所述第二滑轮2e上，所述第二引缆3b绕在第一滑轮22上。

具体地，为了便于将张力缆40的挂件41挂在角筒20的挂钩21上，在角筒20的外侧设置第一滑轮22，并在临时浮筒2上设置第二滑轮2e。在水平方向上，第一滑轮22位于角筒20上靠近挂钩21的正上方位置，第二滑轮2e位于临时浮筒2上远离挂钩21的位置。通过拉起绕在第二滑轮2e上的第一引缆3a时，可以将张力缆40的第一端提起，且挂钩21不会干涉张力缆40的提起，可以将挂件41提至挂钩21的上方。通过拉起绕在第一滑轮22上的第二引缆3b时，可以将张力缆40的第一端向角筒20移动，从而将挂件41移动至挂钩21的正上方。再通过下放第一引缆3a可以将挂件41挂在挂钩21上，在必要时，也要下放第二引缆3b。

基于上述任意一实施例所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，本发明还提供了一种张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的安装方法的较佳实施例：

本发明实施例的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的安装方法，包括以下步骤：

步骤S100、将发电风机安装在平台上，并在平台上安装临时浮筒。

步骤S200、将吸力桩安装于海底的地基上，并将张力缆的第一端通过引缆连接浮标，所述张力缆的第二端连接在所述吸力桩上；其中，所述张力缆放置在所述海底的地基上，所述浮标浮于水面。

步骤S300、将安装发电风机的平台运输至所述吸力桩的上方。

步骤S400、通过压载操作使所述平台和所述临时浮筒下沉至预设深度。

步骤S500、通过所述浮标提起所述张力缆，并将所述张力缆的第一端连接在所述平台上。

步骤S600、通过排载操作使所述平台和所述临时浮筒上浮，并拆卸去除所述临时浮筒。

具体地，如图4和图5所示，支架10和角筒20是固定连接的，先在角筒20上安装临时浮筒2，并在支架10上安装发电风机1。在安装发电风机1时，可以先安装塔筒，再安装机头，最后安装叶片。临时浮筒2和发电风机1的安装可以在陆地或靠泊码头的船上进行，具体可以采用风机安装吊机5将临时浮筒2、塔筒、机头、叶片吊起后进行安装。

如图8和图9所示，在海底的地基4上安装吸力桩30，并将张力缆40的第二端连接在吸力桩30上，张力缆40的第一端连接引缆3，且引缆3的端部连接浮标，浮标浮于水面上，张力缆40放躺在海底的地基4上，此时张力缆40的形状可以是任意的自然状态，并不是笔直状态。引缆3的长度大于吸力桩30在水中的深度，浮标不会被张力缆40拉至水中。可选地，张力缆的第二端也可以预连接在吸力桩30上，张力缆以及标识浮筒随吸力桩下放一起下放至海底地基上。

如图6、图7、图10以及图11所示，发电风机1和临时浮筒2安装完后，将带有发电风机1以及临时浮筒2的平台一起运输至吸力桩30的上方的水面处，具体可以采用船运输带有发电风机1以及临时浮筒2的平台，先采用船装载带有发电风机1以及临时浮筒2的平台运输到具有一定水深的海域，然后将带有发电风机1以及临时浮筒2的平台移至水面，带有发电风机1以及临时浮筒2的平台浮于水面，再利用船拖曳带有发电风机1以及临时浮筒2的平台至吸力桩30的上方的水面处。可选地，如果组装场地离风场比较近，可以先采用船装载带有发电风机1以及临时浮筒2的平台在码头边下沉并浮离半潜船后，直接从码头拖航至风场。

如图11所示，通过压载作业使平台下沉至预设深度，该预设深度是为了张力缆40能够连接角筒20。具体地，挂钩21与吸力桩30的表面具有一定距离，该距离与张力缆40的长度不相等，该距离与张力缆40的长度形成差值，预设距离大于该差值，则可以使得提起张力缆40的第一端时，张力缆40的第一端的挂件41位于挂钩21的上方。

如图12和图13所示，通过浮标可以确定张力缆40的位置，通过提起引缆3可以将张力缆40的第一端提起，并将张力缆40的第一端连接在角筒20上。然后通过排载作业使平台上浮，达到预设吃水时，张力缆40的第一端连接在角筒20上后，可以去除引缆3。

需要说明的是，步骤S100和步骤S200不分先后顺序，可以先进行步骤S100，也可以先进行步骤S200，还可以同时进行步骤S100和步骤S200。步骤S400和步骤S500中，可以先进行步骤S400，再进行步骤S500，还可以同时进行步骤S400和步骤S500。

所述角筒的外侧设置有挂钩和第一滑轮；所述临时浮筒设置有第二滑轮；所述张力缆的第一端设置有挂件，所述挂件挂在所述挂钩上；所述张力缆的第二端与所述吸力桩转动连接；每根张力缆连接的引缆包括第一引缆和第二引缆，所述第一引缆绕在所述第二滑轮上，所述第二引缆绕在第一滑轮上。步骤S500具体包括如下步骤：

S510、拉动所述第一引缆将所述挂件向上拉至所述挂钩的上方。

S520、拉动所述第二引缆将所述挂件朝所述角筒移动，使得所述挂件位于所述挂钩的正上方。

S530、放松所述第一引缆使得所述挂件挂在所述挂钩上。

具体地，如图12-图15所示，通过浮标可以确定张力缆40的位置，通过拉动引缆3可以提起张力缆40的第一端。为了便于将挂件41挂在挂钩21上，采用第一引缆3a和第二引缆3b连接挂件41。先拉动第一引缆3a，将挂件41和张力缆40的第一端提起，使得挂件41位于挂钩21的上方。再拉动第二引缆3b，将挂件41朝角筒20移动，使得挂件41位于挂钩21的正上方。再松开第一引缆3a，使得挂件41挂在挂钩21上，完成挂钩21与挂件41的挂靠连接。可以理解的是，步骤S510中拉动第一引缆3a和步骤S520中拉动第二引缆3b可以同时进行，拉动第一引缆3a的移动速率大于拉动第二引缆3b的移动速率，也能将挂件41拉至挂钩21的上方；拉动第一引缆3a的移动速率等于拉动第二引缆3b的移动速率时，拉动第一引缆3a后延迟一段时间了再拉动第二引缆3b，也能将挂件41拉至挂钩21的上方。步骤S530中，根据需要，可以放松第一引缆3a和第二引缆3b，从而降下挂件41，使得挂件41挂在挂钩21上。第一引缆3a和第二引缆3b的拉放，可以分别通过两个绞车实现。浮标解脱后的回收方法可根据船只设备的能力，可以打捞至船上运回码头，也可以把数个浮标连接后湿拖回码头。

所述挂件与所述张力缆的第一端之间设置有长度调整连接件，所述长度调整连接件用于调整所述挂件与所述张力缆的第一端之间的间距。步骤S500还包括如下步骤：

S540、当所述挂件挂在所述挂钩上后，通过所述长度调整连接件调整所述挂件与所述张力缆的第一端之间的间距。

S550、去除所述第一引缆和所述第二引缆。

具体地，如图15-图19所示，在挂件41挂在挂钩21上后，可以通过长度调整连接件42调整挂件41与张力缆40的第一端之间的间距，使得各张力缆40的长度和受力趋于相等。不仅可以使得支架10和角筒20水平设置，还可以确保各张力缆40的使用寿命较长。在调整长度调整连接件42时，可以由人潜入水下通过工具来调整，并去除第一引缆3a和第二引缆3b。

所述角筒的上表面边缘设置有若干个插头，每个所述插头上设置有销孔；所述临时浮筒的对应位置设置有若干个插座，每个所述插座上设置有插孔，所述插孔内设置有插销。步骤S100具体包括如下步骤：

步骤S110、将所述临时浮筒的插座对准所述所述插头，将所述临时浮筒放置在所述角筒上。

步骤S120、将所述插销穿过所述插孔并插入到所述销孔内，完成临时浮筒的安装固定。

具体地，如图20和图21所示，在安装临时浮筒2时，可以采用风机安装吊机5将临时浮筒2吊起，并移动至角筒20的正上方，且将插座2b对准插头23；然后通过风机安装吊机5放下临时浮筒2，使得插头23插入插座2b；再将插销2d自插孔2c插入到销孔231中，实现临时浮筒2和角筒20的连接，完成临时浮筒2的安装固定。

步骤S600具体包括步骤：

步骤S610、从所述插孔和所述销孔内拔出所述插销，并将所述临时浮筒拖离所述平台。

具体地，将插销2d自插孔2c从销孔231中拔出，则临时浮筒2和角筒分离，可以采用拖船将临时浮筒2拖离平台。

与现有常规张力腿平台技术比，有关张力腿平台运输安装方面的本发明有如下有益的效果：

1.本发明通过使用可以重复使用的位于角筒上方的临时浮筒以满足张力缆、角筒、支架的运输安装工况的稳性需求，使得角筒尺度大幅减小并避开了最大波浪力所在的水线面附近，从而降低风力发电平台基础的在位工况的总体受力和运动，降低了结构重量，节省建造和运输安装费用。

2.本发明的张力缆相对现有的张力腿做了大幅简化，包括：

用一段钢链或钢缆取代现有张力腿的特高强钢管，也取消了管节的特制连接部件(merlin connector)。

取消了现有张力腿的特制的二个底部连接部件(bottom tendon connector andreceptacle)，本申请采用通过特别设计的能起到二自由度方向弯矩释放功能局部结构(类似万向节的设计)，此结构简易、经济。

取消了现有张力腿的特制的长度调节部件(length adjustment joint)和滑动机构(slip mechanism)，用建造工艺过程和一个常规可调节长度的接头来保证张力缆的长度在允许误差范围。

取消了现有张力腿的特制的坐在支撑结构的弹性构件(flex joint tendonbearing)，本申请张力缆将通过特别设计的局部结构(类似万向节的设计)起到二自由度方向弯矩释放的功能，此结构简易、经济。

由于张力缆(钢链或钢缆，不是钢管)在垂直方向没有刚度，所以张力缆可以允许在预安装后放躺海底而不是保持竖直状态，因此取消了预安装用浮筒，也消除了这一阶段现有张力腿被损坏的风险。

总体而言，本发明简化后的张力缆不但比现有张力腿大幅优化，与常规的浮式平台的悬链系泊系统相比也更简单。特别是在平台端，取消了悬链系泊系统必须有的导链设备、提供预张力的船只和设备，多余链节切除装备等。本发明的张力缆的总长度也只有常规的浮式平台的悬链系泊系统的几分之一。因此，本发明的浮式风力发电平台基础，其系泊系统比使用常规悬链系泊系统的半潜式浮式风电平台更经济。

3.由于本发明的张力缆得到大幅的简化，张力缆的安装方法、过程、船只、设备、工具、时间、风险等，相对现有张力腿都得到了大幅优化和改进。跟半潜式浮式风电平台以及系泊系统的安装比较，本发明在这些方面也稍有优势，比如由于长度缩短系泊系统的运输更容易，不需要施加预张力的安装环节等。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，其特征在于，包括：

平台，用于安装发电风机；

若干个吸力桩，用于固定在海底的地基；

若干根张力缆，两端分别连接所述吸力桩和所述平台；

其中，所述平台在水中时，向上的浮力大于重力。

2.根据权利要求1所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，其特征在于，所述平台包括：

支架，用于安装发电风机；

若干个角筒，设置于所述支架的外端，所述角筒的外侧设置有挂钩；

所述张力缆的第一端设置有挂件，所述挂件挂在所述挂钩上；

所述张力缆的第二端与所述吸力桩转动连接。

3.根据权利要求2所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，其特征在于，所述挂件与所述张力缆的第一端之间设置有长度调整连接件，所述长度调整连接件用于调整所述挂件与所述张力缆的第一端之间的间距。

4.根据权利要求2所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，其特征在于，所述挂钩包括：两个钩体；所述挂件包括：

第一销棒，横放于所述两个钩体上；

第一眼板，与所述第一销棒连接，并位于两个所述钩体之间；

第一卸扣，可拆卸设置于所述第一眼板的眼孔内；

第一接头，所述第一接头的销杠位于所述第一卸扣内；

其中，所述第一接头与所述张力缆的第一端连接；和/或

所述张力缆的第二端设置有：

第二眼板，设置于所述吸力桩；

第二卸扣，可拆卸设置于所述第二眼板的眼孔内；

第二接头，所述第二接头的销杠位于所述第二卸扣内；

其中，所述第二接头与所述张力缆的第二端连接。

5.根据权利要求2所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，其特征在于，所述挂钩包括：两个钩体；所述挂件包括：

第二销棒，横放于所述两个钩体上；

第三眼板，与所述第二销棒连接，并位于两个所述钩体之间；

第三接头，所述第三接头的销杠位于所述第三眼板的眼孔内；

其中，所述第三接头与所述张力缆的第一端连接；

所述第二销棒垂直于所述第三接头的销杠；和/或

所述吸力桩上设置有两个立板，所述立板上设置有销棒孔；所述张力缆的第二端设置有：

第三销棒，位于两个立板的销棒孔内；

第四眼板，与所述第三销棒连接，并位于两个所述立板之间；

第四接头，所述第四接头的销杠位于所述第四眼板的眼孔内；

其中，所述第四接头与所述张力缆的第二端连接；

所述第三销棒垂直于所述第四接头的销杠。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础，其特征在于，所述支架包括：

立柱，用于安装发电风机；

若干个张力臂，两端分别连接所述立柱与所述角筒的内侧；

若干个斜撑，两端分别连接所述立柱与所述张力臂；

其中，若干个所述角筒围绕所述立柱设置；

所述张力臂与所述斜撑之间的夹角的范围为30°-70°。

7.一种张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

将发电风机安装在平台上，并在所述平台上安装临时浮筒；

将吸力桩安装于海底的地基上，并将张力缆的第一端通过引缆连接浮标，所述张力缆的第二端连接在所述吸力桩上；其中，所述张力缆放置在所述海底的地基上，所述浮标浮于水面；

将安装发电风机的平台运输至所述吸力桩的上方；

通过压载操作使所述平台和所述临时浮筒下沉预设深度；

通过所述浮标和所述引缆提起所述张力缆，并将所述张力缆的第一端连接在所述平台上；

通过排载操作使所述平台和所述临时浮筒上浮，并拆卸去除所述临时浮筒。

8.根据权利要求7所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的安装方法，其特征在于，所述平台包括：

支架，用于安装发电风机；

若干个角筒，设置于所述支架的外端，所述角筒的外侧设置有挂钩和位于所述挂钩正上方的第一滑轮；

所述临时浮筒设置有第二滑轮；

所述张力缆的第一端设置有挂件，所述挂件挂在所述挂钩上；

所述张力缆的第二端与所述吸力桩转动连接；

每根张力缆连接的引缆包括第一引缆和第二引缆，所述第一引缆绕在所述第二滑轮上，所述第二引缆绕在第一滑轮上；

所述将所述张力缆的第一端连接在所述平台上，包括：

拉动所述第一引缆将所述挂件向上拉至所述挂钩的上方；

拉动所述第二引缆将所述挂件朝所述角筒移动，使得所述挂件位于所述挂钩的正上方；

放松所述第一引缆使得所述挂件挂在所述挂钩上。

9.根据权利要求8所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的安装方法，其特征在于，所述挂件与所述张力缆的第一端之间设置有长度调整连接件，所述长度调整连接件用于调整所述挂件与所述张力缆的第一端之间的间距；

所述将所述张力缆的第一端连接在所述平台上，还包括：

当所述挂件挂在所述挂钩上后，通过所述长度调整连接件调整所述挂件与所述张力缆的第一端之间的间距；

去除所述第一引缆和所述第二引缆。

10.根据权利要求8所述的张力缆式的海上浮式风力发电平台基础的安装方法，其特征在于，所述角筒的上表面边缘设置有若干个插头，每个所述插头上设置有销孔；

所述临时浮筒的对应位置设置有若干个插座，每个所述插座上设置有插孔，所述插孔内设置有插销；

所述在平台上安装临时浮筒，包括：

将所述临时浮筒的插座对准所述所述插头，将所述临时浮筒放置在所述角筒上；

将所述插销穿过所述插孔并插入到所述销孔内，完成临时浮筒的安装固定；

所述拆卸去除所述临时浮筒，包括：

从所述插孔和所述销孔内拔出所述插销，并将所述临时浮筒拖离所述平台。

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