CN208328972U - 一种新型格构式海上风机浮式基础组合结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型格构式海上风机浮式基础组合结构，涉及海上风力发电技术领域。该体系包含风机、塔筒、联系桁架、格构式中央立柱、环形浮筒、上部箱体、下部箱体、悬链线、桩基础。所述的格构式中央立柱各肢分别贯入上部箱体和下部箱体一定长度，并采用栓钉和环向钢筋进行锚固；所述的格构式中央立柱通过悬链线与桩基础连接；所述结构在格构式中央立柱上布置一台风机。该基础结构中采用了格构式中央立柱，可显著降低作用在浮式基础上的海流荷载，桁架杆件主要承受轴力，从而能充分利用材料的强度，同时，构造简单、竖向和整体稳定性好，是一种全新的海上风机基础结构形式，非常适用于深海区域风力发电设施的基础建设。

Description

一种新型格构式海上风机浮式基础组合结构

技术领域

本实用新型涉及海上风力发电技术领域，尤其涉及一种适用于深海区域的海上风机新型浮式基础。

背景技术

风电能源是一种无污染、可再生的清洁能源。与陆上风电能源相比，海上风电能源具有风机发电量高、单机装机容量更大、风机运行更稳定、风电场的建设无需占用土地等优势，近年来开始受到国家能源主管部门和行业的广泛关注。实践经验表明，距离海岸线越远，风速越大，发电量增加越明显，离岸距离10km的海上风速通常比沿岸高约25％。随着潮间带及近海区域风电资源的开发度逐渐饱和以及能源需求的逐步增加，海上风力发电从潮间带和近海区域走向深海区域是必然趋势。浅海风电场距海岸线较近，建造风电场易与该海域其它功能产生矛盾，与浅海风电场相比，深海风电场具有风速高、风切变低、湍流程度小等优势，对海上航道的影响也较小，同时，我国深海风电能源的资源储备量位居世界前列，海上风电产业的发展前景广阔。因此，深海风力发电是风电能源发展的必然趋势。

随着水深的增加，传统固定式海上风机的自重和工程造价大幅度增加，固定式海上风机基础结构在深海区域的造价远高于深海区域的浮式基础结构，且浮式基础结构具有机动性好、易拆卸，服役期满可回收再利用等优点。因此，为了进一步开发深海海域的风能资源，必须大力发展浮式基础结构。目前国内外对海上风机浮式基础结构的研究尚处于初步阶段，其基本形式主要包括单立柱式基础结构、半潜式基础结构和张力腿式基础结构。

单立柱式基础结构适合于重心较高的海上风力发电系统，其结构构造简单、垂向波浪激励力小、稳定性较好，但立柱长度过大，建造和安装较为困难；半潜式基础结构可以在岸上建造，再拖航至指定地点与预先安装好的系泊系统连接，其海上安装成本低但制作成本高，半潜式基础结构的抗风浪能力强、适用水深范围广，但稳定性较差；张力腿式基础结构稳定性较好、结构自重轻、发电机组可在岸上建造和组装，但张力系泊系统安装工艺复杂、安装费用高、预张力受风浪影响大。

目前各国研究机构和能源公司对海上风机浮式基础结构的研究均处于理论分析或模型试验等阶段，而我国尚未开始建设深海浮式风电设施。因此，为了充分开发我国广阔的海洋风能资源，建造可以在深海区域运行的风电设施，需要结合各种浮式基础结构的优点，研发出性能最佳的海上风机新型浮式基础结构体系。

发明内容

本实用新型综合提出一种新型格构式海上风机浮式基础组合结构：结构整体重心较低，浮心较高，环形浮筒距结构重心的水平距离较远，结构倾斜后，浮力对重心的恢复力矩大，使其整体稳定性大大提高。本实用新型提出的一种新型格构式海上风机浮式基础组合结构采用格构式中央立柱，可显著降低作用在浮式基础上的海流荷载，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，构造简单、竖向和整体稳定性好，是一种全新的海上风机基础结构形式，非常适用于深海区域风力发电设施的基础建设，可保证深海区域风电设施的高效运行。结构体系全部采用装配化建造方式，可显著提高施工效率、保证施工质量、降低施工措施费用。

本实用新型的技术方案如下：

一种新型格构式海上风机浮式基础组合结构，该结构包含风机、塔筒、上部箱体、格构式中央立柱、环形浮筒(可为空钢管或中空夹层钢管混凝土)、联系桁架、下部箱体、悬链线、桩基础。所述的格构式中央立柱各肢分别贯入上部箱体和下部箱体一定长度，并采用栓钉和环向钢筋进行锚固；所述的格构式中央立柱通过悬链线与桩基础连接；所述结构在格构式中央立柱上布置一台风机。

所述的上部箱体和环形浮筒通过联系桁架相连；所述的联系桁架为变截面桁架，其弦杆贯入上部箱体和环形浮筒一定长度，并采用栓钉和环向钢筋进行锚固。

所述的格构式中央立柱，其各肢件可为钢管混凝土或中空夹层钢管混凝土，其各缀杆为空钢管；所述的环形浮筒可为空钢管或中空夹层钢管混凝土。

本实用新型相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)上部箱体采用空钢管或中空夹层钢管混凝土，可以增大浮力并提高整体结构的浮心，下部箱体采用实心钢管混凝土，可以降低整体结构的重心，从而提高整体结构的稳定性。

(2)环形浮筒距结构重心的水平距离较远，结构倾斜后，浮力对重心的恢复力矩大，使其整体稳定性大大提高；

(3)采用格构式中央立柱，受海流荷载面积小，可显著降低作用在浮式基础上的海流荷载，同时桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度；

(4)塔筒、上部箱体、环形浮筒、肢件可采用空钢管或中空夹层钢管混凝土，当采用中空夹层钢管混凝土时，可有效降低钢管厚度、减少焊接工作量、降低用钢量。

附图说明

图1为本实用新型的整体示意图；

图2为本实用新型格构式中央立柱的示意图和截面图；

图3为本实用新型中联系桁架的示意图；

图4为本实用新型中下部箱体的示意图和横截面图；

图5为本实用新型中中空夹层钢管混凝土截面图；

图6为本实用新型中联系桁架弦杆与上部箱体和环形浮筒连接示意图；

图7为本实用新型中格构式中央立柱与下部箱体连接示意图和横截面图。

图中：1-风机、2-塔筒、3-联系桁架、4-格构式中央立柱、5-环形浮筒(可为空钢管或中空夹层钢管混凝土)、6-上部箱体、7-下部箱体、8-悬链线、9-桩基础、10-肢件、11-缀杆、12-弦杆、13-腹杆、14-栓钉、15-环向钢筋。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，本实用新型是一种新型格构式海上风机浮式基础组合结构，涉及海上风力发电技术领域。该体系包含风机(1)、塔筒(2)、联系桁架(3)、格构式中央立柱(4)、环形浮筒(5)(可为空钢管或中空夹层钢管混凝土)、上部箱体(6)、下部箱体(7)、悬链线(8)、桩基础(9)。所述的上部箱体(6)和环形浮筒(5)通过联系桁架相连(3)；所述的格构式中央立柱(4)通过悬链线(8)与桩基础(9)连接；所述结构在格构式中央立柱(4)上布置一台风机。

如图3所示，所述的联系桁架(3)为变截面桁架；

如图6所示，所述的联系桁架(3)的弦杆(12)贯入上部箱体(6)和环向浮筒(5)一定长度，并采用栓钉(14)和环向钢筋(15)进行锚固。

如图7所示，在所述下部箱体(7)中预留锚固区域，并在格构式中央立柱各肢件(10)锚固段焊接适量栓钉，将其伸入下部箱体(7)预留的区域并布置适量环向钢筋，最后浇筑混凝土进行锚固。

本实用新型提供了一种新型格构式海上风机浮式基础组合结构，采用格构式中央立柱，可显著降低作用在浮式基础上的海流荷载，构造简单、竖向和整体稳定性好，是一种全新的海上风机基础结构形式，非常适用于深海区域风力发电设施的基础建设，可保证深海区域风电设施的高效运行。

以上所述仅仅是本实用新型的优选实施方案，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似方式替代，这些也应视作本实用新型的保护范围。

尽管本文较多地使用了：1-风机、2-塔筒、3-联系桁架、4-格构式中央立柱、5-环形浮筒、6-上部箱体、7-下部箱体、8-悬链线、9-桩基础等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型的精神相违背的。

Claims (5)

1.一种新型格构式海上风机浮式基础组合结构，该体系包含风机(1)、塔筒(2)、联系桁架(3)、格构式中央立柱(4)、环形浮筒(5)、上部箱体(6)、下部箱体(7)、悬链线(8)、桩基础(9)，其特征在于：所述的格构式中央立柱(4)的各肢件(10)分别贯入上部箱体(6)和下部箱体(7)一定长度，并采用栓钉(14)和环向钢筋(15)进行锚固；所述结构在格构式中央立柱(4)上布置一台风机。

2.根据权利要求1所述的新型格构式海上风机浮式基础组合结构，其特征在于：所述的塔筒(2)可为空钢管或中空夹层钢管混凝土；所述的格构式中央立柱(4)为格构式柱，其各肢件(10)可为钢管混凝土或空钢管，其各缀杆(11)可为空钢管；所述的环形浮筒(5)可为空钢管或中空夹层钢管混凝土。

3.根据权利要求1所述的新型格构式海上风机浮式基础组合结构，其特征在于：所述的上部箱体(6)和环形浮筒(5)通过联系桁架(3)相连；所述的联系桁架(3)为变截面桁架，其弦杆(12)为实心钢管混凝土或空钢管，腹杆(13)为空钢管；所述的联系桁架(3)弦杆(12)贯入上部箱体(6)和环形浮筒(5)一定长度，并采用栓钉(14)和环向钢筋(15)进行锚固。

4.根据权利要求1所述的新型格构式海上风机浮式基础组合结构，其特征在于：所述的上部箱体(6)可为空钢管或中空夹层钢管混凝土，下部箱体(7)为实心钢管混凝土。

5.根据权利要求1所述的新型格构式海上风机浮式基础组合结构，其特征在于：所述的格构式中央立柱(4)通过悬链线(8)与桩基础(9)连接。