CN116495122A - 浮式风机基础及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了浮式风机基础及施工方法，涉及海上风机技术领域，包括呈正三角形排列的三个浮筒，三个浮筒之间固定连接，三个浮筒的顶部共同固定连接风机系统，三个浮筒的下方通过升降装置共同连接养殖箱，三个浮筒上分别设有系泊装置。本发明通过将养殖箱和风机设备通过浮筒连接，实现了远海渔业养殖和海上风机结合。且浮筒固定连接风机系统，养殖箱升降连接浮筒，所以当需要对养殖箱升降操作时，只需要控制升降装置升降即可，风机系统不会受养殖箱的运动响应，从而保持风机系统的稳定性，减小摆动和其他运动响应，保护风机设备的使用寿命。

Description

浮式风机基础及施工方法

技术领域

本发明涉及海上风机技术领域，尤其是涉及浮式风机基础及施工方法。

背景技术

风能是一种可再生能源,同时它又是一种清洁能源,风能发电已经成为全球广泛使用的一种可替代传统能源的方式之一，人们持续发展新技术和更高效的风力发电设备，以进一步推广和利用这种清洁能源。我国海洋面积广阔，有丰富的海上风力资源，然而复杂恶劣的海洋环境，特别是频发的地震、台风和不良水文动力因素的影响，导致目前的风力发电行业主要局限于近海且发电效率和安全性较低，为了将风电工程从近海走向远海，减小海上风机受到不利因素影响，也为了获得更优质的风能以及拓展深海资源，浮式风机技术近年来得到广泛关注。根据我国海域的环境地理条件，浮式风机是目前最适合我国海域风机基础的形式。

同时，我国是世界沿海国家海水养殖开发强度最大的国家，但养殖方式粗放，贝藻类筏式、吊笼和底播养殖方式基本分布在沿岸-10m等深线的水域之内，养殖生物的排泄、死亡以及破损漂浮物对周边环境与水域生态海水造成一定的负面影响，环境成本高。中国海洋资源丰富，符合深远海养殖发展定位的水域大约占1/3的陆上国土面积，几乎未被有效的利用。

所以海上渔业养殖与海上风机的发展有从近海走向远海的共同趋势。

2019-07-26公开的中国专利CN110050740A，公开了深远海浮式风光渔综合装备，考虑到了将海上渔业养殖与海上风机结合。但是，由于其采用养殖网箱作为浮筒的固定基础，所以当需要升起养殖网箱时(例如检修、维护、渔获等)，会导致整个风机设备同时升起。但明显的，浮起过程中很难保持系统稳定，而风机设备各组件稳定性要求较高，大幅摆动会影响风机设备结构和寿命，运动响应过大。

发明内容

本发明的目的在于提供浮式风机基础及施工方法，能够将海上渔业养殖与海上风机结合，降低风机设备对养殖箱的运动响应，保护风机设备使用寿命；

本发明提供浮式风机基础，包括呈正三角形排列的三个浮筒，三个所述浮筒之间固定连接，三个所述浮筒的顶部共同固定连接风机系统，三个所述浮筒的下方通过升降装置共同连接养殖箱，三个所述浮筒上分别设有系泊装置。

进一步地，所述升降装置包括升降臂，三个所述浮筒的外侧分别固定连接有所述升降臂，所述升降臂的底部与所述养殖箱固定连接。

进一步地，所述浮筒的顶部连接铅芯隔震橡胶支座，所述浮筒的底部固定安装压载舱，所述压载舱下方固定安装垂荡板，所述浮筒内铰接有电涡流阻尼器。

进一步地，所述铅芯隔震橡胶支座顶部固定有连接平台，三个所述连接平台之间两两通过上水平支撑柱连接，三个所述浮筒之间两两通过下水平支撑柱连接，所述上水平支撑柱和所述下水平支撑柱之间通过中部支撑柱连接。

进一步地，所述风机系统的底部连接有转换结构，所述转换结构的底部固接过渡平台，所述风机系统的塔筒与所述过渡平台之间环绕连接若干阻尼器，所述过渡平台与所述连接平台之间通过管架结构连接。

进一步地，所述垂荡板为圆台状，所述垂荡板内填充有缓冲材料。

进一步地，所述浮筒包括由外至内的外层GFRP管和内层钢管，所述外层GFRP管与所述内层钢管之间填充有海水海砂珊瑚骨料混凝土，所述外层GFRP管外包裹有外表面防撞层。

进一步地，所述外表面防撞层上有夜光材料，所述连接平台上设有警示灯，所述连接平台外侧设有防撞装置、靠船装置和爬梯装置。

进一步地，所述系泊装置包括系泊支座、系泊链和系泊锚，所述系泊支座固接于所述浮筒上，所述系泊锚通过所述系泊链与所述系泊支座连接，所述系泊锚锚定于海底。

本发明还提供浮式风机基础的施工方法，包括如下步骤：S1.工厂化预制浮筒、风机系统和养殖箱；S2.在船坞将三个浮筒呈正三角形排列连接，并安装升降装置和养殖箱；S3.在船坞用起吊设备将管架结构与连接平台连接；S4.在船坞用起吊设备将风机系统与过渡平台连接，再将管架结构与过渡平台连接；S5.运输至预设海域，通过系泊装置对进行锚定；S6.通过压载舱调节压载，直至达到预设吃水深度并实现漂浮平衡。

本发明的技术方案通过将养殖箱和风机设备通过浮筒连接，实现了远海渔业养殖和海上风机结合。且浮筒固定连接风机系统，养殖箱升降连接浮筒，所以当需要对养殖箱升降操作时，只需要控制升降装置升降即可，风机系统不会受养殖箱的运行响应，从而保持风机系统的稳定性，减小摆动和其他运动响应，保护风机设备的使用寿命。

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为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的正视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的过渡平台、连接平台、浮筒和养殖箱连接关系图；

图5为本发明的连接平台、浮筒和养殖箱连接关系图；

图6为本发明的浮筒结构示意图；

附图标记说明：

1-浮筒、101-外表面防撞层、102-外层GFRP管、103-海水海砂珊瑚骨料混凝土、104-内层钢管、105-电涡流阻尼器；

2-风机系统、201-塔筒、202-桨叶组件、203-电机组件；

3-养殖箱、4-升降臂；

5-系泊装置、501-系泊支座、502-系泊链、503-系泊锚；

6-管架结构、601-立柱、602-斜撑；

7-连接平台、8-铅芯隔震橡胶支座、9-压载舱、10-垂荡板、11-过渡平台、12-转换结构、13-阻尼器、14-上水平支撑柱、15-下水平支撑柱、16-中部支撑柱、17-警示灯。

具体实施方式

下面将结合实施例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，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-图5所示，本发明提供浮式风机基础，包括呈正三角形排列的三个浮筒1，三个浮筒1之间固定连接，三个浮筒1的顶部共同固定连接风机系统2，三个浮筒1的下方通过升降装置共同连接养殖箱3，三个浮筒1上分别设有系泊装置5。

具体的，三个浮筒1以正三角形结构稳定排列，构成漂浮系统。三个浮筒1共同支撑一个风机系统2，使风机系统2在工作时能够保持稳定性。而养殖箱3通过升降装置与浮筒1连接，所以在养殖箱3的升降过程中，不会影响风机系统2的稳定性，养殖箱3的升降所造成的各个方向的摆动也不会传递到风机系统2上、从而保持风机系统2的稳定性，减小摆动和其他运动响应，保护风机设备的使用寿命。

风机系统2包括塔筒201、桨叶组件202、电机组件203，塔筒201和转换结构12之间采用预应力锚头以及钢塔法兰进行螺栓连接，电机组件203安装在塔筒201的顶端上，桨叶组件202与电机组件203的输出端连接在一起。养殖箱3可以采用网箱或吊笼。

实施例2

如图1-图5所示，升降装置包括升降臂4，三个浮筒1的外侧分别固定连接有升降臂4，升降臂4的底部与养殖箱3固定连接。

具体的，升降臂4一端用螺栓连接在浮筒1中部，另一端与养殖箱3相连，升降臂4可以自主控制升降高度方便开展日常养殖工作。

实施例3

如图1-图6所示，浮筒1的顶部连接铅芯隔震橡胶支座8，浮筒1的底部固定安装压载舱9，压载舱9下方固定安装垂荡板10，浮筒1内铰接有电涡流阻尼器105。铅芯隔震橡胶支座8顶部固定有连接平台7，三个连接平台7之间两两通过上水平支撑柱14连接，三个浮筒1之间两两通过下水平支撑柱15连接，上水平支撑柱14和下水平支撑柱15之间通过中部支撑柱16连接。风机系统2的底部连接有转换结构12，转换结构12的底部固接过渡平台11，风机系统2的塔筒201与过渡平台11之间环绕连接若干阻尼器13，过渡平台11与连接平台7之间通过管架结构6连接。垂荡板10为圆台状，垂荡板10内填充有缓冲材料。

具体的，浮筒1的顶部用高强耐腐螺栓连接铅芯隔震橡胶支座8，铅芯隔震橡胶支座8横截面为圆形，其顶板和底板横截面积与浮筒1的横截面积相等，中部叠合体由多层天然橡胶与相同厚度的薄钢板镶嵌、粘合、硫化而成，且中心贯穿有耗能铅芯，铅芯隔震橡胶支座8水平刚度较小而竖向刚度较大的结构构件，可承受大的水平变形，可作为承重体系的一部分，会增加结构在水平和竖向冲击、扭转等作用下的抵抗能力。

浮筒1的底部用高强铆钉固定安装压载舱9，压载舱9横截面为圆形，其横截面积与浮筒1的横截面积一致，压载舱9内的压载物为液体如水，压载舱9可根据需要自行进行调节压载。

压载舱9下方固定安装垂荡板10，垂荡板10为圆台状，其顶部横截面积和浮筒1横截面积相等，而底部横截面积略大于顶部横截面积，其内部结合电磁感应与颗粒阻尼，内部缓冲材料为橡胶或针织棉中任一种或多种，通过增加阻尼，能有效抑制浮式风机的垂荡运动，减小系统的共振频率，提高风机稳定性。

浮筒1内部铰接电涡流阻尼器105，电涡流阻尼器105能吸收结构受到海浪冲击产生的振动，达到减振消能的目的，且电涡流阻尼器105与传统阻尼器13相比耐久性好、环境适应性强，阻尼器13内无流体，不会出现漏液的情况。

铅芯隔震橡胶支座8上方固定设置连接平台7，三个连接平台7之间通过上水平支撑柱14相连，浮筒1之间由下水平支撑柱15进行连接，上水平支撑和下水平支撑之间通过中部支撑柱16进行加固。上水平支撑柱14与连接平台7之间采用固定连接，下水平支撑柱15与浮筒1之间采用固定连接，每一组上水平支撑柱14与下水平支撑柱15之间均通过中部支撑柱16进行加固，中部支撑柱16由两肢斜杆和单肢竖杆构成，三杆之间互成45度，两肢斜杆一端固定连接在浮筒1底部，另一端固定连接在上水平支撑柱14中部，竖杆两端分别固定连接在上水平支撑柱14与下水平支撑柱15中部，且竖杆底部设置加劲肋，以加强结构整体稳定性，上水平支撑柱14上设置有人行栈桥，方便日常检修。

转换结构12用于实现不同结构之间的平滑过渡、荷载承载和强度强化，转换结构12设置在过渡平台11之上并采用螺栓连接，转换结构12为圆台状，由外层高强钢管、内层高强钢管以及两者之间填充高强混凝土构成，过渡平台11与塔筒201之间铰接金属阻尼器13，金属阻尼器13安装方便、造价低，可以发挥吸能、减振的目的，减少由于海浪冲击和风荷载而引起上部风机结构的摇摆效应，使风机处于更加稳定的工作状态，提高风机的工作效率和安全性。

过渡平台11形状为三棱柱或其他形式柱体，其底部由管架结构6提供支撑，管架结构6设置在连接平台7预先标记好的位置，立柱601两端用高强螺栓分别与连接平台7顶部和过渡平台11底部相连，斜撑602设置在倾斜的立柱601上，立柱601采用外裹GFRP-高强钢管-混凝土组合结构，斜撑602采用外裹GFRP-高强钢管结构，管架结构6可根据实际需要增减立柱601高度和斜撑602层数。

实施例4

如图6所示，浮筒1包括由外至内的外层GFRP管102和内层钢管104，外层GFRP管102与内层钢管104之间填充有海水海砂珊瑚骨料混凝土103，外层GFRP管102外包裹有外表面防撞层101。外表面防撞层101上有夜光材料，连接平台7上设有警示灯17，连接平台7外侧设有防撞装置、靠船装置和爬梯装置。

具体的，外表面防撞层101利用轻质高弹性的实心聚氨酯作为缓冲介质，同时外表面防撞层101上设置有夜光粉，能够在夜间起到警示的作用。连接平台7为圆台状，其底部横截面积等于铅芯隔震橡胶支座8顶板横截面积，顶部横截面积略大于底部横截面积，连接平台7外周侧上安装有爬梯、靠船装置及防撞装置，连接平台7外周侧均固定安装有若干个警示灯17，若干个警示灯17均匀设置。

海水海砂珊瑚骨料混凝土具体配方可从其他现有技术中获得，较普通混凝土具有更多优势：

节省能源：制造海水海砂珊瑚骨料混凝土不需要消耗能源来开采和运输固体骨料，相较于传统的混凝土应用在风机工程中可以节约一定的能源；

耐海水腐蚀：由于海水和海砂混凝土中都含有较高的盐分，因此制成的海水海砂混凝土具有很好的耐海水腐蚀性能。这使得它在风机工程中得到了广泛应用；

较小的碳足迹：海水海砂混凝土制造所需的原材料大多来自海洋，相较于采矿和挖掘等过程，它对环境的影响较小，能够减少碳的排放。

实施例5

如图1-图5所示，系泊装置5包括系泊支座501、系泊链502和系泊锚503，系泊支座501固接于浮筒1外表面顶部，系泊锚503通过系泊链502与系泊支座501连接，系泊锚503锚定于海底。

实施例6

本发明还提供浮式风机基础的施工方法，包括如下步骤：S1.工厂化预制浮筒1、风机系统2和养殖箱3；S2.在船坞将三个浮筒1呈正三角形排列连接，并安装升降装置和养殖箱3，形成第一半组装体；S3.在船坞用塔吊或吊车将管架结构6通过高强螺栓连接第一半组装体上部的连接平台7，形成第二半组装体；S4.在船坞将风机系统2与过渡平台11连接后使用高强螺栓安装在形成的第二组装体上，形成完全组装体；S5.将完全组装体运输至预设海域，通过系泊装置5对组装体进行锚定，针对距离比较远的运输，一般都是采用干运，但针对建造场地离安装海域较近的则考虑湿拖；S6.通过压载舱9调节压载，直至达到预设吃水深度并实现漂浮平衡。

浮式风机基础采用FRP管-混凝土-钢管双壁空心组合结构的形式，在保证结构整体稳定性和减轻结构自重的同时，结合铅芯隔震橡胶支座8和电涡流阻尼器105，可以有效地减小浮式风机结构在海洋环境复杂荷载作用下的运动响应，导管架系统组装方便、支撑性强，可以自主选择拼装不同的高度和层数以适应不同水深和风机工作高度的需求，养殖系统能够集约使用有限的海洋空间，统筹海洋渔业资源开发，为海洋资源开发提供一种新颖的可靠技术手段。

本发明的工作原理：

三个浮筒1以正三角形结构稳定排列构成漂浮系统。养殖箱3通过升降装置与浮筒1连接，所以在养殖箱3的升降过程中，不会影响风机系统2的稳定性，养殖箱3的升降所造成的各个方向的摆动也不会传递到风机系统2上、从而保持风机系统2的稳定性，减小摆动和其他运动响应，保护风机设备的使用寿命。

通过铅芯隔震橡胶支座8和电涡流阻尼器105，可以有效地减小浮式风机结构在海洋环境复杂荷载作用下的运动响应。

通过外表面防撞层101上的夜光粉和连接平台7外周的警示灯17，能够在夜间起到警示作用。通过连接平台7外周侧上安装有爬梯和靠船装置，方便停靠检修维护等再次作业。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.浮式风机基础，其特征在于，包括呈正三角形排列的三个浮筒，三个所述浮筒之间固定连接，三个所述浮筒的顶部共同固定连接风机系统，三个所述浮筒的下方通过升降装置共同连接养殖箱，三个所述浮筒上分别设有系泊装置。

2.根据权利要求1所述的浮式风机基础，其特征在于，所述升降装置包括升降臂，三个所述浮筒的外侧分别固定连接有所述升降臂，所述升降臂的底部与所述养殖箱固定连接。

3.根据权利要求2所述的浮式风机基础，其特征在于，所述浮筒的顶部连接铅芯隔震橡胶支座，所述浮筒的底部固定安装压载舱，所述压载舱下方固定安装垂荡板，所述浮筒内铰接有电涡流阻尼器。

4.根据权利要求3所述的浮式风机基础，其特征在于，所述铅芯隔震橡胶支座顶部固定有连接平台，三个所述连接平台之间两两通过上水平支撑柱连接，三个所述浮筒之间两两通过下水平支撑柱连接，所述上水平支撑柱和所述下水平支撑柱之间通过中部支撑柱连接。

5.根据权利要求4所述的浮式风机基础，其特征在于，所述风机系统的底部连接有转换结构，所述转换结构的底部固接过渡平台，所述风机系统的塔筒与所述过渡平台之间环绕连接若干阻尼器，所述过渡平台与所述连接平台之间通过管架结构连接。

6.根据权利要求3所述的浮式风机基础，其特征在于，所述垂荡板为圆台状，所述垂荡板内填充有缓冲材料。

7.根据权利要求4所述的浮式风机基础，其特征在于，所述浮筒包括由外至内的外层GFRP管和内层钢管，所述外层GFRP管与所述内层钢管之间填充有海水海砂珊瑚骨料混凝土，所述外层GFRP管外包裹有外表面防撞层。

8.根据权利要求7所述的浮式风机基础，其特征在于，所述外表面防撞层上有夜光材料，所述连接平台上设有警示灯，所述连接平台外侧设有防撞装置、靠船装置和爬梯装置。

9.根据权利要求1所述的浮式风机基础，其特征在于，所述系泊装置包括系泊支座、系泊链和系泊锚，所述系泊支座固接于所述浮筒上，所述系泊锚通过所述系泊链与所述系泊支座连接，所述系泊锚锚定于海底。

10.如权利要求6所述的浮式风机基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.工厂化预制浮筒、风机系统和养殖箱；

S2.在船坞将三个浮筒呈正三角形排列连接，并安装升降装置和养殖箱；

S3.在船坞用起吊设备将管架结构与连接平台连接；

S4.在船坞用起吊设备将风机系统与过渡平台连接，再将管架结构与过渡平台连接；

S5.运输至预设海域，通过系泊装置对进行锚定；

S6.通过压载舱调节压载，直至达到预设吃水深度并实现漂浮平衡。