CN207089600U - 可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础 - Google Patents

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CN207089600U CN201720325231.9U CN201720325231U CN207089600U CN 207089600 U CN207089600 U CN 207089600U CN 201720325231 U CN201720325231 U CN 201720325231U CN 207089600 U CN207089600 U CN 207089600U
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罗勇
许鑫
朱为全
王铭飞
李欣
王艳
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Shanghai Jiaotong University
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Abstract

本实用新型公开了一种可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础,该基础包括:三个位于同一水平面上且两两夹角呈120度的矩形浮箱、将三个矩形浮箱连接在一起的中心浮箱、与中心浮箱上端连接以用于支撑风机塔架的中心立柱、与矩形浮箱一一对应连接的且彼此间隔开的三个周边立柱、三个分别一一对应地设在三个周边立柱顶端并向外延伸悬臂梁、连接在三个矩形浮箱和中心浮箱下方的垂荡板、用于连接中心立柱和周边立柱的横撑和斜支撑、海底基础部和用于连接悬臂梁和海底基础部的张力腿。根据本实用新型的实施例的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础后期维护成本低、安装便捷低廉。

Description

可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术领域,具体而言,特别涉及一种可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础及其安装方法。
背景技术
风机是一种将风能转换成机械能再转换成电能的设备,主要安装于陆地上多风地带和海上区域。由于不受建筑物遮蔽或地形起伏的影响,海上风力资源相比陆地风力资源具有更高的可利用率和稳定性。因此,近年来海上风电装置成为各个风电领域发展的热门。起初,海上风电装置安装在近海浅水区域,一般水深小于20米,离岸数百米到10公里,该风电装置的基础一般采用固定式单桩,由于桩基能力和风力资源稳定性的限制,其上部风轮可转化的风能有限,一般情况下只能安装2-3兆瓦的发电机组。近年来,海上风电装置逐渐向深、远海域发展,随着离海岸线距离的增加,风力资源变得更加稳定,可以安装发电机组的功率大幅增加,可轻松达到5兆瓦以上,同时风机产生的噪声和视觉污染对陆上居民的影响也大大减少。但与此同时,随着水深的增加(一般大于 40米),使得固定式风机基础的成本大幅增加,因此具有更好经济效益的浮式风机基础开始被采用。
目前,为了满足海上浮式风电场的需要,海洋石油行业常用的漂浮式石油平台形式相继被应用于风电领域,包括单立柱平台(SPAR)、半潜式平台(Semi-submersible)、张力腿平台(TLP)的浮动式风机基础以及其他复合形式的浮动式风机基础。
到目前为止,已有三个浮动式风机基础应用,如图1至图3所示,分别是 Hywind、Windfloat和Blue H浮动式风机基础。
Hywind是由挪威国家海油海德罗公司(Statoil Hydro)、法国德克尼普公司(Technip)和德国西门子公司联合开发成功,于2009年在挪威附近的北海建成。Hywind采用的基础概念为SPAR,漂浮结构是一个约为117m长的细长钢质管,一端是底座,另一端为风机法兰。使用压载水舱填满的钢管被运送至安装地点并立于海面,浮体的整个结构与海底通过三点缆索系锚相连。该浮式基础利用底部较大的压载将重心降低到浮心之下,具有无条件自稳性。但是,该浮式基础通过重力和浮力产生的力矩提供倾斜恢复力矩,相比风机顶部所受的巨大风载倾覆力矩,恢复力矩的刚度较小,使作业时整个浮式基础的倾斜和摇摆运动很大,在极限工况下甚至会达到40°以上,这是风机设计所不允许的。为了改善这种状况,只能将浮动基础重心降得更低,排水量做的更大,这会大大增加工程造价。此外,该型浮式风机基础安装十分复杂,需要使用海上大型起重船,高额的安装费用使得该风机的经济性大大降低。
Windfloat是Principle Power、Vestas与EDP合作研发的。该浮动基础为半潜式概念,主体由三个浮筒组成,风机立于其中一个浮筒上,动态压载水可以自动抵消风倾力矩,定位系统采用系泊定位,在每个浮筒底部的设置阻尼板增大垂荡运动的阻尼,能有效降低垂荡运动幅度。该半潜式浮动风机基础通过倾斜后三个立柱不同的浮力差产生倾斜恢复力矩,为克服巨大的风载倾覆力矩作用,立柱直径和立柱间距必须足够大才能提供足够的恢复力矩,因此该型基础的排水量很大,造价也很高。同时,该类型浮式风机基础的倾斜和摇摆运动虽然比单立柱型较小,但也能达到5度以上,由于风机机组位于基础以上 100多米的位置,该倾斜角度会造成顶部风机较大的运动幅值和加速度,对发电机组的设计造成较大的难度。
Blue H是一家荷兰公司在意大利沿海安装了一台风力涡轮原型机,使用了张力腿平台设计,平台的浮力大于重力,多根张紧的张力腿,通过不同张力腿之间的张力差提供倾斜恢复力矩,以保持平台的稳定。这种定位方式的优点在于较大的张力腿预张力使平台平面外的运动(横摇、纵摇和垂荡)较小,近似于刚性,对顶部风机发电机组的设计十分有利。但是Blue H浮式基础概念在安装阶段没有张力腿作用,不具备恢复力矩,该浮式风机基础和上部机组不能整体建造后湿拖至作业海域,需要分别用驳船运输至目的海域,再进行海上安装。安装过程需要使用大型起重船,这使得该浮式基础的安装成本大幅增加。
此外,如图4所示,公开号为CN 102235011A的中国实用新型专利,公开了一种海上风力发电机组柔性浮式基础,包括至少一个柔性浮式基础,柔性浮式基础包括塔筒和位于塔筒顶部的风电机组,风电机组由叶片和齿轮箱组成,叶片和齿轮箱连接,塔筒的底端设置有平衡箱,在塔筒的下部且位于塔筒的周边均匀布置有多个浮筒,每个浮筒都通过幅杆与塔筒的侧部连接,浮筒的底部通过锚链与固定在海床上的锚碇连接。该实用新型可动态调整基础及整机的重心和振动频率,适应不同海域风波载荷特征;通过多体横向连接后可提高整体运动稳定性,限制基础绕塔筒轴心自转和水平移动。该实用新型和Blue H 存在同样的缺点,即在安装阶段没有张力腿或立柱提供恢复力矩,该浮式风机基础和上部机组不能整体建造后湿拖至作业海域,必须分别用驳船运输至目的海域,再逐个使用大型起重船吊装,安装成本很高。
如图5所示,公开号为CN103423093A的中国实用新型专利,公开了一种用于深海海面的带吸力式沉箱的平台浮式风电机,包括:风电机以及依次设置于其底部的塔筒、带有张力腿的平台机构以及吸力式沉箱;所述的平台机构包括:甲板平台、浮体以及系泊机构,其中:甲板平台的底部与浮体相连,浮体的底部与系泊机构相连,所述的平台机构所受的浮力大于自身重力,且两者之差通过系泊机构的张力实现平衡;所述的系泊机构包括:吸力式沉箱和连接吸力式沉箱与浮体的系腱;所述平台浮式风电机的安装方法,包括以下步骤:第一步、安装时吸力式沉箱和平台机构连成一体,先由一台起重机将它们吊于海水中,初始阶段依靠重力的作用吸力式沉箱的四周裙板会插入海床;第二步、利用临时的排水泵和排水管路将吸力式沉箱内部的海水排出,使得吸力式沉箱的顶板内外产生压力差并驱使吸力式沉箱的四周裙板继续插入海床;第三步、当排水泵将吸力式沉箱内部的海水排净时,吸力式沉箱顶部已被埋入海床内,此时开始进行固定操作,并最终形成海底基础以支撑上部的平台机构和风电机。该实用新型采用吸力式沉箱,避免海上打桩作业,吸力沉箱事先与浮式基础底部相连,但安装中需要使用大型起重船,将浮式基础和吸力沉箱一起吊起放入海中,仍然没有解决大型起重船使用带来的高额安装费用的问题,使得该浮式基础经济性仍然不足。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。有鉴于此,本实用新型需要提供一种抗风浪能力强、后期维护成本低、安装便捷低廉、拖航和工作状态均有较好的稳性、广泛适用于浅水、中深水和深水海域的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础及其安装方法。
本实用新型的一方面提供了一种可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础,包括:三个位于同一水平面上且两两夹角呈120度的矩形浮箱、将三个所述矩形浮箱连接在一起的中心浮箱、与所述中心浮箱上端连接以用于支撑风机塔架的中心立柱、与所述矩形浮箱一一对应连接的且彼此间隔开的三个周边立柱、三个分别一一对应地设在三个所述周边立柱顶端并向外延伸悬臂梁、连接在三个所述矩形浮箱和所述中心浮箱下方的垂荡板、用于连接所述中心立柱和所述周边立柱的横撑和斜支撑、海底基础部和用于连接所述悬臂梁和所述海底基础部的张力腿。
根据本实用新型的实施例的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础,克服了现有的海上浮式风机基础安装费用高、安装周期长、排水量大、在位横倾纵倾角度大、适用最浅水深限制、所安装的单台风电机发电功率小等缺点,使整个浮式风电装置抗风浪能力强、后期维护成本低、安装便捷低廉、拖航和工作状态均有较好的稳性、广泛适用于浅水、中深水和深水海域。
另外,根据本实用新型上述实施例的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础还可以具有如下附加的技术特征:
根据本实用新型的一个实施例,每个所述周边立柱由多个径向尺寸由上至下逐渐增大的多段柱体连接成。
根据本实用新型的一个实施例,所述矩形浮箱、所述中心浮箱、所述中心立柱和所述周边立柱中均设有压载水箱和与水箱连接的水泵。
根据本实用新型的一个实施例,所述悬臂梁从所述周边立柱上端向外延伸,悬臂梁上设有张力腿连接锁定装置以及绞车以便于控制张力腿长度。
根据本实用新型的一个实施例,所述张力腿连接锁定装置包括液压升降系统,用于微调张力腿的长度和预张力。
根据本实用新型的一个实施例,所述海底基础部为重力式混凝土块,重力式混凝土块的重力远大于所有张力腿的张力之和,所述重力式混凝土块底部设有突出的筒状底座,所述的重力式混凝土块内设有重力压载水舱。
根据本实用新型的一个实施例,所述张力腿为锚链或钢缆。
根据本实用新型的一个实施例,所述海底基础部为与所述张力腿连接的海底桩基。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
图1-图5为现有背景技术中提出的海上浮动风机基础的结构示意图。
图6是根据本实用新型的实施例的安装有风机组件的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础的结构示意图。
图7是根据本实用新型的另一实施例的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础的海底基础部的示意图。
图8是根据本实用新型的实施例的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础的结构示意图。
图9是根据本实用新型的实施例的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础的海底基础部的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中,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实用新型和简化描述,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实用新型的限制。
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该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;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或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图6、图7、图8所示,根据本实用新型的实施例的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100,包括:三个位于同一水平面上且两两夹角呈120 度的矩形浮箱11、将三个矩形浮箱11连接在一起的中心浮箱12、与中心浮箱 12上端连接以用于支撑风机塔架13的中心立柱14、与矩形浮箱11一一对应连接的且彼此间隔开的三个周边立柱15、三个分别一一对应地设在三个周边立柱15顶端并向外延伸悬臂梁16、连接在三个矩形浮箱11和中心浮箱12下方的垂荡板17、用于连接中心立柱14和周边立柱15的横撑17和斜支撑18、海底基础部19和用于连接悬臂梁16和海底基础部19的张力腿20,其中,三个周边立柱15间距足够大可以满足可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础 100在安装期间所需稳性要求。
根据本实用新型的实施例的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础 100,克服了现有的海上浮式风机基础安装费用高、安装周期长、排水量大、在位横倾纵倾角度大、适用最浅水深限制、所安装的单台风电机发电功率小等缺点,使整个浮式风电装置抗风浪能力强、后期维护成本低、安装便捷低廉、拖航和工作状态均有较好的稳性、广泛适用于浅水、中深水和深水海域。
另外,在作业期间具有十分优良的稳性和运动性能的两个优点,张力腿 20连接在平台的水上的悬臂梁16上,使张力腿16更方面安装和维护,大大降低了安装和维护费用,最终使得可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础 100性能更优异、经济性更突出。
如图8所示,根据本实用新型的一个实施例,每个周边立柱15由多个径向尺寸由上至下逐渐增大的多段柱体连接成。换言之,周边立柱15为变截面立柱,其下段粗,用于克服自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100重心过高导致稳性不足的问题,上段细,有利于减小在位作业状态时的波浪载荷和流载荷。
根据本实用新型的一些实施例,矩形浮箱11、中心浮箱12、中心立柱14 和周边立柱15中均设有压载水箱(未示出)和与水箱连接的水泵(未示出)。由此,可通过调节压载水来调节平台自重和浮态。
如图6、图7所示,根据本实用新型的一些示例,悬臂梁16从周边立柱 15上端向外延伸,悬臂梁16上设有张力腿连接锁定装置(未示出)以及绞车 (未示出)以便于控制张力腿20长度。可以理解的是,悬臂梁16位于水面以上,从周边立柱15上端向外延伸,悬臂梁16上设有张力腿连接锁定装置,以及绞车用来控制张力腿长度。张力腿连接锁定装置内可以含液压升降系统,用于微调张力腿20的长度和预张力。由此,在相同水深环境、相同的浮体排水量情况下,所述的悬臂梁有效增加了每根张力腿20的长度以及多根张力腿20 之间的跨距,使得张力腿20更有效地抵御风轮受到的倾覆力矩,同时可避免张力腿20最小载荷为零的情况。
如图6、图7、图9所示,根据本实用新型的一个示例,海底基础部19为重力式混凝土块,重力式混凝土块的重力远大于所有张力腿20的张力之和,重力式混凝土块底部设有突出的筒状底座21,的重力式混凝土块内设有重力压载水舱。换言之,混凝土块底部有突出的筒状底座21可以插入土中,以保证可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100受风浪流外力作用时混凝土块与海床之间不会发生相对运动。混凝土块内设有压载水舱,可通过调节水舱内压载水重量调节混凝土块整体的重量,使其可实现重力大于浮力或重力小于浮力。可选地,如图7所示,海底基础部19可以为与张力腿20连接的海底桩基22。
如图6、图7所示,根据本实用新型的一些示例,张力腿20可以为锚链或钢缆。张力腿20可以由三组竖直的张力腿20构成,每组分别位于一个悬臂梁16上,悬臂梁16可以位于水面以上、周边立柱15顶部,张力腿20的材料可根据实际设计要求选择成锚链或钢缆,每组张力腿20的根数可根据实际所需预张力的大小设定,每根张力腿20的下方与海底基础部19连接,上方穿过位于悬臂梁16上的导缆孔并由张力腿连接锁定装置锁紧。张力腿20连接锁紧装置位于水面以上,可更好的得到保护,并且节约了后期维护和检修的费用。可以理解的是,周边立柱15的横截面为圆形或多边形。
下面参考附图详细描述根据本实用新型的实施例的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100。
如图6、图7所示,均为浮式风电装置,或称浮式风机平台,其中上半部分是风机结构,包括:风机机舱31,机舱31内含有风机发电机组,风机叶32 通过轮毂33连接,叶片32和轮毂33组成风轮,并通过转动轴驱动风力发电机进行发电,个支撑风机基础的塔架34与可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100相连。例如可以和风机塔架13相连。
可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100,包括三个两两夹角呈120 度的矩形浮箱11,连接三个矩形浮箱11的中心浮箱12,矩形浮箱11和中心浮箱12内部设有压载水舱,可通过水泵调节压载。位于中心浮箱12上方支撑风机塔架13的中心立柱14,中心立柱14可以与中心塔架13通过法兰连接,建造时在岸边合拢。
与矩形浮箱11连接的且彼此间隔开的三个变截面的周边立柱15,周边立柱15内设有压载水舱,可通过调节压载水控制浮体平衡,周边立柱15间距足够大可满足拖航和安装期间自浮的稳性要求。
设在三个周边立柱15上端用于支撑张力腿20的悬臂梁16,悬臂梁16采用桁架结构,减轻重量,该悬臂梁16可使张力腿20之间间距加大,使浮动风机基础100获得更好的运动性能和更小的张力腿20最大张力,同时周边立柱 15间距加大从而节约了建造成本。位于三个矩形浮箱11下方的垂荡板17,该垂荡板17可以使浮动风机基础100获得更好的垂荡性能。垂荡板17上可以设有多个通孔23。定位平台的张力腿20以及固定张力腿20的海底桩基22。
可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100的吃水可以位于立柱2/3 处,中心立柱14、周边立柱15矩形浮箱11和中心浮箱12提供浮力,张力腿 20提供向下的拉力,可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100整体的重力小于浮力,因此张力腿20始终处于张紧状态。张力腿20由钢缆或锚链构成,具有很高的刚度和强度,使得整个可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础 100在垂直方向具有很强的恢复力,使其垂荡运动周期小于2秒,有效的避开波浪周期,使其垂荡运动性能十分优异。
当可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100受到水平方向外力后,可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100将水平偏移,张力腿20与竖直方向将成一个角度,张力腿20张力在水平方向产生一个分力,该分力提供可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100水平方向的恢复力。
本实施案例的张力腿20和可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100 重量构成使该平台在水平方向有大于30秒的运动周期,同样避开波浪周期,具有较好的运动性能。此外,基于本实用新型的上述实案例,在悬臂梁16的帮助下,周边立柱15间距不必很大就可使张力腿20跨距可以达到很大,从而可以轻松的抵御上部风机受到风倾力矩,同时也减小了浮箱结构尺寸,节约了建造费用。
可以理解的是,现有技术的张力腿式风机基础的张力腿都位于水下,本实用新型中通过水上悬臂梁16将张力腿20上端悬挂点上移,使相同的水深环境下,每根张力腿20的长度大大增加了,从而使可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100整体水平刚度减小,水平运动固有周期增加,更加远离波浪周期,最终使可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100的运动性能更佳。
周边立柱15可使该浮式风机在拖航作业时拥有足够的稳性,由于浮式风机重心较高,一般的风机基础在拖航时稳性不足需要专门的驳船来运输。上部周边立柱15的上部采用直径较小圆柱,可以使浮式基础在工作状态时受到波浪和海流的载荷较小,并且使平台有更小的排水量,从而节约成本。可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100下方安置有垂荡板,使该可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100拥有更好的垂荡性能,垂荡板上可通过开孔减小其重量。
下面参考附图描述本实用新型的实施例的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100的安装过程。
首先,海底基础部19在坞内预制,可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100同时在坞内建造,完成后在坞内完成组装,并通过张力腿20(锚链或钢缆)将浮式基础与混凝土块连接预紧;将可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100连同混凝土块自浮出坞,在岸边使用岸上吊机安装风机塔架、机舱和风轮等;整个浮式风电装置(包括浮式基础、混凝土块、风机机舱、风轮和塔架等)自浮于岸边,吃水6-8米,此时立柱水线面位于下部较粗的位置,从而有足够的恢复力矩提供稳性;通过拖轮将整个风机平台拖至海上安装区域;到达安装区域后,通过绞车放松张力腿(锚链或钢缆),将混凝土块缓缓下放,这个过程中浮式风电装置的吃水保持不变;待混凝土块达到一定深度后,增加立柱和浮箱中压载水,使浮式风电装置的吃水增加到工作吃水,同时使混凝土块到达海底;增加混凝土块中的压载使其牢牢坐落于海床上;最后调节浮式基础浮箱和立柱中的压载水使张力腿张紧达到设计预张力。整个安装过程中,不但不需要使用大型起重船,而且不需要进行海上打桩作业,安装成本大大降低。
拆除时,首先,从水泵抽出混凝土块中的压载水,同时调节浮式基础浮箱和立柱中的压载水,将混凝土块提起离开海床;然后,减少立柱和浮箱中压载水,使浮式基础的吃水减小到拖航吃水,水线位于周边立柱较粗的位置处,有足够的稳性;通过绞车收紧张力腿,将混凝土块缓缓上升,直至贴紧浮式基础底面;通过拖轮将浮式风机装置拖离作业海域;
根据本实用新型的一个实施例,可以将海底基础部19(重力式混凝土基础)替换成海底钢桩基础。其在位性能和与上述实施例无任何区别,主要的区别在于安装阶段,需要实现进行海上打桩,并预安装张力腿。
采用钢桩基础可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础100的安装过程如下:
首先,风机浮式基础在坞内建造完成后,直接在岸边使用岸上吊机安装风机塔架、机舱和风轮等;然后,整个浮式风电装置(包括浮式基础、风机机舱、风轮和塔架等)自浮于岸边,吃水6-8米,此时立柱水线面位于下部较粗的位置,从而有足够的恢复力矩提供稳性;通过拖轮将整个风机平台拖至海上安装区域;浮式基础的浮箱和立柱中有压载水舱,通过水泵增加压载水将其吃水逐渐增大,直至超出工作吃水1米左右;将实现已安装在海底的张力腿与浮式基础悬臂梁上的连接装置相连,并通过液压装置微调张力腿长度;最后用水泵排出压载水,使浮式基础吃水减小到工作吃水,并继续排载使张力腿张紧达到设计预张力。整个安装过程中,不需要使用大型起重船,只需要几艘普通的拖轮即可,这使整个安装成本大大降低。
根据本实用新型的实施例的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础的安装方法,包括以下步骤。
S1:重力式混凝土块与浮动风机基础同时在坞内建造,并通过张力腿将浮动风机基础与重力式混凝土块连接锁紧。
S2:将浮动风机基础连同重力式混凝土块自浮出坞,在岸边使用岸上吊机安装风机塔架、机舱和风轮。
S3:安装后的风机基础自浮,在吃水第一预定深度时,通过拖轮将整个风机基础拖至海上安装区域。
S4:到达安装区域后,通过绞车放松张力腿,将重力式混凝土块缓缓下放,这个过程中浮动风机基础的吃水保持不变。
S5:待重力式混凝土块达到第二预定深度后,增加矩形浮箱、中心浮箱、中心立柱和周边立柱中压载水,使浮动风机基础的吃水增加到工作吃水深度,同时使重力式混凝土块到达海底。
S6:增加重力混凝土块中的压载使其牢牢坐落于海床上,同时调节浮动风机基础的所述矩形浮箱、所述中心浮箱、所述中心立柱和所述周边立柱中中的压载使张力腿张紧达到设计预张力。
根据本实用新型的一个实施例,重力式海底基础为钢桩或吸力桩,所述可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础的安装步骤为:
S100:浮动风机基础在坞内建造完成后,直接在岸边使用岸上吊机安装风机塔架、机舱和风轮。
S200:装配后的浮动风机基础自浮于岸边,吃水第一预定深度。
S300:通过拖轮将浮动风机基础拖至海上安装区域。
S400:增加浮动风机基础的矩形浮箱、中心浮箱、中心立柱和周边立柱中压载水使浮动风机基础吃水逐渐增大,直至超出工作吃水1米左右。
S500:将实现已安装在海底的张力腿与浮动风机基础悬臂梁上的连接装置相连,并通过液压装置微调张力腿长度。
S600:排出矩形浮箱、中心浮箱、中心立柱和周边立柱中部分压载水,使浮式基础吃水减小到工作吃水,并继续排载使张力腿张紧达到设计预张力。
进一步的,基于所述可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础的浮式风机装置,通过采用和安装方法相反的步骤,即可轻松实现海上风电装置拆除回收,极大程度的节省拆除费用,并且有利于环境保护。拆除回收的步骤如下:
(1)从水泵抽出混凝土块中的压载水,同时调节浮式基础浮箱和立柱中的压载水,将混凝土块提起离开海床;(2)减少立柱和浮箱中压载水,使浮式基础的吃水减小到拖航吃水,水线位于周边立柱较粗的位置处,有足够的稳性; (3)通过绞车收紧张力腿,将混凝土块缓缓上升,直至贴紧浮式基础底面; (4)通过拖轮将浮式风机装置拖离作业海域。
根据本实用新型的实施例的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础的安装方法,提出了一种新型张力腿式海上浮动风机基础概念,克服了海上浮式风机基础现有技术的安装费用高、安装周期长、排水量大、在位横倾纵倾角度大、适用最浅水深限制、所安装的单台风电机发电功率小等缺点,使整个浮式风电装置抗风浪能力强、后期维护成本低、安装便捷低廉、拖航和工作状态均有较好的稳性、广泛适用于浅水、中深水和深水海域。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础,其特征在于,包括:三个位于同一水平面上且两两夹角呈120度的矩形浮箱、将三个所述矩形浮箱连接在一起的中心浮箱、与所述中心浮箱上端连接以用于支撑风机塔架的中心立柱、与所述矩形浮箱一一对应连接的且彼此间隔开的三个周边立柱、三个分别一一对应地设在三个所述周边立柱顶端并向外延伸悬臂梁、连接在三个所述矩形浮箱和所述中心浮箱下方的垂荡板、用于连接所述中心立柱和所述周边立柱的横撑和斜支撑、海底基础部和用于连接所述悬臂梁和所述海底基础部的张力腿。
2.根据权利要求1所述的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础,其特征在于,每个所述周边立柱由多个径向尺寸由上至下逐渐增大的多段柱体连接成。
3.根据权利要求1所述的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础,其特征在于,所述矩形浮箱、所述中心浮箱、所述中心立柱和所述周边立柱中均设有压载水箱和与水箱连接的水泵。
4.根据权利要求1所述的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础,其特征在于,所述悬臂梁从所述周边立柱上端向外延伸,悬臂梁上设有张力腿连接锁定装置以及绞车以便于控制张力腿长度。
5.根据权利要求4所述的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础,其特征在于,所述张力腿连接锁定装置包括液压升降系统,用于微调张力腿的长度和预张力。
6.根据权利要求1所述的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础,其特征在于,所述海底基础部为重力式混凝土块,重力式混凝土块的重力远大于所有张力腿的张力之和,所述重力式混凝土块底部设有突出的筒状底座,所述的重力式混凝土块内设有重力压载水舱。
7.根据权利要求1所述的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础,其特征在于,所述张力腿为锚链或钢缆。
8.根据权利要求1所述的可自浮安装的张力腿式海上浮动风机基础,其特征在于,所述海底基础部为与所述张力腿连接的海底桩基。
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