CN202247928U - 多桩门架式海上风力发电机组基础结构 - Google Patents

多桩门架式海上风力发电机组基础结构 Download PDF

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姜贞强
罗金平
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韩伟
李炜
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Abstract

本实用新型涉及一种多桩门架式海上风力发电机组基础结构。本实用新型的目的是提供一种施工安装快速，受海洋气候、海况的影响较小的多桩门架式海上风力发电机组基础结构，可进行水上灌浆、调平，具有可靠、经济性突出的特点。本实用新型的技术方案是：多桩门架式海上风力发电机组基础结构，包括3~5根竖直的钢管桩，钢管桩的下端伸入至海床以下持力层，其特征在于：所述钢管桩的上端连接一整体门架结构，该整体门架结构的上端与风力发电机组的塔筒连接。本实用新型适用于海上风力发电行业的土木工程。

Description

多桩门架式海上风力发电机组基础结构
技术领域
本实用新型涉及一种多桩门架式海上风力发电机组基础结构。适用于海上风力发电行业的土木工程。
背景技术
风力发电是目前世界上发展最快、最具商业化和规模化开发条件的可再生能源，国外已经拥有较先进的技术和较大的市场规模，海上风电场工程也逐步得到了开发。海上风电场不占用宝贵的土地资源、受环境制约少，风电机组相对陆上容量更大，年利用小时数更高、更具规模化开发价值。
但由于海洋环境的特殊性、复杂性，海上风力发电机组的基础结构要解决防潮水、防海浪、软弱地基、海水腐蚀、快速施工等一系列问题。常规的风力发电机组基础采用混凝土承台浇筑方式，海上施工作业量大，受天气影响大，施工周期长。而欧洲的导管架基础在近海需要进行水下灌浆、水下调平，施工难度较大，我国这方面的施工装备也特别欠缺。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种施工安装快速，受海洋气候、海况的影响较小的多桩门架式海上风力发电机组基础结构，可进行水上灌浆、调平，具有可靠、经济性突出的特点。
本实用新型所采用的技术方案是：多桩门架式海上风力发电机组基础结构，包括3~5根竖直的钢管桩，钢管桩的下端伸入至海床以下持力层，其特征在于：所述钢管桩的上端连接一整体门架结构，该整体门架结构的上端与风力发电机组的塔筒连接。
所述整体门架结构由钢套管、斜撑梁和竖直段构成，所述竖直段与塔筒在同一轴线上并与塔筒连接，斜撑梁的个数与钢管桩的数量相同并均布在竖直段的外壁上，各斜撑梁的端部连有竖直的钢套管，钢套管的外径与钢管桩的内径相匹配。
所述钢套管的外径上设有环形倒牛脚。
所述环形倒牛脚包括环形钢板，钢板与钢套管外壁之间焊有6~12块加强板。
所述竖直段的顶部设置检修平台。
所述斜撑梁布置成城门洞形结构，斜撑梁的断面为圆形或矩形。
所述钢套管与钢管桩之间的环形空间内灌注高强灌浆材料连接。
所述斜撑梁的最下端高于水位线。
钢套管与钢管桩之间的灌浆连接部分也位于水位线以上。
本实用新型的有益效果是：（1）钢管桩、门架结构均在陆上的工厂进行预制，焊接加工、防腐处理的质量易保证；（2）门架运至海上施工地点，采用整体安装，海上施工工序少、施工作业量小、工期短；（3）门架结构均位于水位线以上，基本不受波浪力的作用，因此风力发电机组的基础结构所受的波浪力较小，相对于能承受同样大小海浪作用的其他基础结构，其所用钢材量较省，经济性优良；（4）钢管桩与钢套管之间采用灌浆材料连接，灌浆系统、灌浆连接的区域均在水位线以上，施工简便，且受潮水、海浪的影响小；（5）该基础结构为全钢结构，结合电化学防护与油漆涂层防护的防腐蚀措施，可有效解决海水腐蚀问题。
附图说明
图1为实用新型的主视图。
图2为实施例1的俯视图。
图3为实施例2的俯视图。
具体实施方式
实施例1：如图1、图2所示，本实施例为应用于海上风力发电机组的三桩门架式基础结构，它包括3根竖直的钢管桩1，直径选为Ø2700 mm，相邻两根桩之间的距离为20m，钢管桩的下端打入至海床面以下50~70m的持力层。
钢管桩1上部为整体门架结构，所述整体门架结构包括3个与钢管桩1通过灌浆材料连接固定的钢套管2，该整体门架结构中部直径为4000~6000m的竖直段4以及将钢套管2和竖直段4连接在一起的斜撑梁3，所述钢套管2的外径与钢管桩1的内径相匹配。
本例中斜撑梁设置为矩形变截面形式，由下部的2.5×3.0m过渡至上部的3.0×4.0m，梁系与海平面约成10°的斜度。为加强门架刚度，减少应力集中情况，门架内部设置一系列加强板、加强筋。
钢管桩1及整体门架结构均在陆上的工厂里预制，3根钢管桩在海上打桩完成后，将上部整体门架结构吊装上去，为了整体门架结构放置的便利性和调平的需要，预先在钢套管2外侧设置了一环形倒牛腿5。
所述环形倒牛腿5为下部设置环形钢板，上部设置6~12块加强板的结构。
整体门架结构顶部与风力发电机组的塔筒7连接，并为了检修和维护，在门架顶部可设置操作检修平台6。
为尽可能减少海浪力的作用和影响，所述斜撑梁3的最下端均高于水位线，钢套管2与钢管桩1之间的环形空间内灌注高强灌浆材料连接，灌浆系统及连接的部分也位于水位线以上，以减少海浪、潮流的影响。
本实施例的施工过程为：钢管桩1及整体门架结构分别在工厂整体加工制作，完成后运到海上安装地点，钢管桩1由打桩船打桩，整体门架结构由起重设备整体吊装。先打桩，后将门架整体插入钢管桩1上部，环形倒牛腿5即覆盖于钢管桩1顶面，并通过千斤顶或其他措施进行调平。钢套管2与钢管桩1间的间隙内灌注高强度的灌浆材料，待材料固化后即将钢管桩和门架结构牢固的连接在一起。
实施例2：如图1、图3所示，本例为应用于海上风力发电机组的四桩门架式基础结构，它包括4根竖直的钢管桩1，直径选为Ø2400 mm，相邻两根桩之间的距离为16m，钢管桩1的下端打入至海床面以下50~70m的持力层。
钢管桩1上端为与钢管桩通过灌浆材料连接的整体门架结构，具体结构形式及施工方式和例1相似，本例不再重复描述。
本实用新型用于单机容量为3.0~6.0MW的海上风力发电机组的基础结构，上述两个实施例以3.6MW风力发电机组的荷载情况经初步计算后提出，其详细尺寸与工程实际的地质条件、海洋水文条件等密切相关，工程应用时根据外界条件的变化进行调整。
本实用新型的风力发电机组基础结构，可适应0~30m深度的海洋环境，基础的不均匀沉降和水平位移均都可以得到有效控制，且海上施工作业量小，安装、灌浆施工、调平等均在水上作业，施工受天气影响小，施工质量易保证，造价较低，施工工期较短。

Claims (9)

1.一种多桩门架式海上风力发电机组基础结构，包括3~5根竖直的钢管桩（1），钢管桩的下端伸入至海床以下持力层，其特征在于：所述钢管桩的上端连接一整体门架结构，该整体门架结构的上端与风力发电机组的塔筒（7）连接。
2.根据权利要求1的所述的多桩门架式海上风力发电机组基础结构，其特征在于：所述整体门架结构由钢套管（2）、斜撑梁（3）和竖直段（4）构成，所述竖直段（4）与塔筒（7）在同一轴线上并与塔筒连接，斜撑梁（3）的个数与钢管桩（1）的数量相同并均布在竖直段的外壁上，各斜撑梁的端部连有竖直的钢套管（2），钢套管的外径与钢管桩的内径相匹配。
3.根据权利要求2的所述的多桩门架式海上风力发电机组基础结构，其特征在于：所述钢套管（2）的外径上设有环形倒牛脚（5）。
4.根据权利要求3的所述的多桩门架式海上风力发电机组基础结构，其特征在于：所述环形倒牛脚（5）包括环形钢板，钢板与钢套管（2）外壁之间焊有6~12块加强板。
5.根据权利要求2所述的多桩门架式海上风力发电机组基础结构，其特征在于：所述竖直段（4）的顶部设置检修平台（6）。
6.根据权利要求2所述的多桩门架式海上风力发电机组基础结构，其特征在于：所述斜撑梁（3）布置成城门洞形结构，斜撑梁的断面为圆形或矩形。
7.根据权利要求2所述的多桩门架式海上风力发电机组基础结构，其特征在于：所述钢套管（2）与钢管桩（1）之间的环形空间内灌注高强灌浆材料连接。
8.根据权利要求2所述的多桩门架式海上风力发电机组基础结构，其特征在于：所述斜撑梁（3）的最下端高于水位线。
9.根据权利要求7所述的多桩门架式海上风力发电机组基础结构，其特征在于：钢套管（2）与钢管桩（1）之间的灌浆连接部分也位于水位线以上。
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