CN208669528U - 一种海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，包括风力发电机支撑柱、风力发电机支撑柱基础、悬吊风力发电机的主缆、主缆锚桩、连接左右两侧风力发电机支撑柱的下弦杆、悬吊风力发电机的吊杆、相接处加强型钢混结合段、垂直轴风力发电机、避雷针、维持支撑结构横向稳定的系缆索和系缆索锚桩。本实用新型通过主缆、吊杆和下弦杆的共同协作，可实现多个垂直轴风机的一次性安装。悬索桥式支撑结构，实现了若干垂直轴风机基础的共同使用，提高了风机支撑结构整体受力性能，极大降低了支撑材料使用量，实现了单位面积内装机容量五倍以上的增长，极大降低了风电场风机建设成本。

Description

一种海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构

技术领域

本实用新型用于海上风电基础设施领域，特别是涉及海上风电场一种垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构。

背景技术

海上风电场风机基础具有重心高、承受水平力和弯矩较大等受力特点，且与海床的地质结构情况、海上风和浪的载荷以及海流、冰荷载等诸多因素有关，同时海上施工条件复杂，受安装、施工设备能力的影响很大，设备的使用和调遣费用也非常昂贵。据统计，海上风电基础设计及建造成本约占风电项目总建设费的15%-30%。因此，海上风电机组的基础被认为是造成海上风电成本较高的主要因素之一，大力发展比较经济的基础结构是海上风电场研究开发的重要课题。

相对于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机有其自身的优点。水平轴风力机机仓放置在高高的塔顶，安装维护不便，而且风力机

重心高，易翻倒。垂直轴风力发电机组的发电机，齿轮箱在底部，重心低，稳定，维护方便，并且降低了成本。垂直轴风机不需要迎风调节系统，可以接受360度方位中任何方向来风，主轴永远向设计方向转动。垂直轴风力发电机叶片的尖速比要比水平轴的小，气动噪声小，噪音低带来的好处是显而易见的。垂直轴风力发电机相比水平轴风力单位千瓦投资费用降低40%~50%左右，电能输出率更高，应用范围更广，是未来海上风力发电机的趋势之一。

实用新型内容

本实用新型提供一种可适用于近海海上风电场垂直轴风力发电机的悬索桥式支撑结构，旨在有效利用海床深层土体，增加风力发电机一次性装机容量，提高风机支撑结构整体受力性能，降低海上风电场风机基础建设成本，提高风电电能输出效益。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，包括风力发电机支撑柱、风力发电机支撑柱基础、悬吊风力发电机的主缆、主缆锚桩、连接左右两侧风力发电机支撑柱的下弦杆、悬吊风力发电机的吊杆、相接处加强型钢混结合段、垂直轴风力发电机、避雷针、维持支撑结构横向稳定的系缆索和系缆索锚桩。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，风力发电机支撑柱基础形式包括但不限于重力式基础、单桩基础、群桩承台基础、桩承式钢构架基础、桩承式导管架基础和负压桶式基础形式。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，悬吊风力发电机的主缆，采用抗拉强度不低于1860MPa的高强度钢丝/钢绞线，海上直接现场架设施工。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，主缆锚桩，采用高强预应力管桩基础或导管架基础，海上现场插打桩基施工。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，连接左右两侧风力发电机支撑柱的下弦杆用来抵抗主缆的两侧拉力，采用钢桁架梁或圆形钢管。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，悬吊风力发电机的吊杆采用抗拉强度不低于1670MPa的高强度钢丝/钢绞线，锚具采用带万向绞构造的冷铸墩头锚。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，相接处加强型钢混结合段，承担了主缆、下弦杆与风机支撑柱的刚性连接作用，在主缆与下弦杆，下弦杆与风机支撑柱之间要采用加劲钢板加强；另需确保管内高强混凝土与钢管之间的连接牢固。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，垂直轴风力发电机的装机数量由下弦杆长度、主缆和支撑结构受力条件确定，最少为装机十台。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，风力发电机支撑柱顶部的避雷针，防止海上因雷击造成垂直轴风力发电机损坏。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，为了提高支撑结构横向稳定性，系缆索采用高强度预应力钢绞线，其上端连接钢混结合段，下端与打入海床底部已固定的锚桩相连。

本实用新型的有益效果：本发明将桥梁工程领域悬索桥结构和海上风电场风机支撑柱有效结合，通过主缆、吊杆和下弦杆的共同协作，可实现多个垂直轴风机的一次性安装。悬索桥式支撑结构，实现了若干垂直轴风机基础的共同使用，提高了风机支撑结构整体受力性能，极大降低了支撑材料使用量，实现了单位面积内装机容量五倍以上的增长，极大降低了风电场风机建设成本。适用于近海海上风电场垂直轴风力发电机的支撑结构。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型实施例整体结构主视图；

图2是本实用新型实施例整体结构侧视图a；

图3是本实用新型实施例整体结构侧视图b；

图4是本实用新型实施例整体结构俯视图。

具体实施方式

参照图1～图4，本实用新型提供了一种海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，包括风力发电机支撑柱1、风力发电机支撑柱基础2、主缆锚桩3、连接左右两侧风力发电机支撑柱1的下弦杆4、悬吊风力发电机的吊杆5、相接处加强型钢混结合段6、垂直轴风力发电机7、悬吊风力发电机的主缆8、避雷针9、维持支撑结构横向稳定的系缆索10和系缆索锚桩11。

风力发电机支撑柱基础2的形式包括但不限于重力式基础、单桩基础、群桩承台基础、桩承式钢构架基础、桩承式导管架基础和负压桶式基础形式。具体基础的选择要结合现场地质水文条件、施工便利性、运营维护和综合经济指标来确定。

悬吊风力发电机的主缆8，采用抗拉强度不低于1860MPa的高强度钢丝/钢绞线，海上直接现场架设施工。用于固定主缆8的主缆锚桩3，采用高强预应力管桩基础或导管架基础，海上现场插打桩基施工，主缆锚桩3的打入海床深度需根据支撑结构横向静动力特性来确定。

连接左右两侧风力发电机支撑柱1的下弦杆4用来抵抗主缆8的两侧拉力，采用钢桁架梁或圆形钢管。悬吊风力发电机的吊杆5采用抗拉强度不低于1670MPa的高强度钢丝/钢绞线，锚具采用带万向绞构造的冷铸墩头锚。

相接处加强型钢混结合段6，承担了主缆8、下弦杆4与风机支撑柱1的刚性连接作用，在主缆8与下弦杆4，下弦杆4与风机支撑柱1之间要采用加劲钢板加强；另需确保管内高强混凝土与钢管之间的连接牢固。垂直轴风力发电机的装机数量由下弦杆4长度、主缆8和支撑结构1受力条件确定，最少为装机十台。

风力发电机支撑柱顶部的避雷针9，防止海上因雷击造成垂直轴风力发电机7的损坏。

为了提高支撑结构横向稳定性，系缆索10采用高强度预应力钢绞线，系缆索10上端连接钢混结合段6，下端与打入海床底部已固定的系缆索锚桩11相连。系缆索锚桩11打入海床深度需根据支撑结构横向静动力特性来确定。

本实施例的具体施工方法如下：

海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑柱基础2不限于重力式基础、单桩基础、群桩承台基础、桩承式钢构架基础、桩承式导管架基础和负压桶式基础形式。基础的施工与传统海上风机施工方法基本一致。

风力发电机支撑柱1、连接左右两侧风力发电机支撑柱1的下弦杆4、拱脚相接处加强型钢混结合段6的选材、选型、加工和部分焊接与装配工作在岸上预先完成。

风力发电机支撑柱1和下弦杆4的钢管结构对制造精度的要求较大，钢管结构应由具有相关加工经验的专业钢结构加工厂制造。支撑柱1和下弦杆4钢管轴线折线成弧，在钢管结构加工制作前，制造商应根据施工图绘制钢构件放样图及焊接工艺流程图严格执行：号料→切割→边缘加工→卷管→焊缝（纵缝，超声波检测及X射线拍片）→矫圆→拼接（接长，焊接对接焊缝）→超声波检测及X射线拍片→组装（焊成大段，超声波检测及X射线拍片检查）→试拼（含横撑试拼装）→防腐涂装（含钢管、腹板等构件）→运输→安装到位。所有管节、钢构件均在工厂制作，按1:1放样控制坐标及尺寸，支撑柱1和下弦杆4钢管在工厂加工完成后，出厂交货前，应将支撑柱1和下弦杆4钢管平放试拼装，试拼拱轴线坐标实测值与理论值（包括预留拱度）竖向及水平方向的误差必须在允许范围内，并在运输过程中保证不扭曲、不变形，吊杆5锚箱必须在下弦杆4钢管试拼装后进行开孔安装。

悬吊风力发电机的主缆8、连接左右两侧风力发电机支撑柱1的下弦杆4和相接处加强型钢混结合段6的海上运输应选择较好的天气条件下进行，确保拖运过程安全和钢构件不受损坏。

海上现场先将风力发电机支撑柱基础2和风力发电机支撑柱1施工完成，且安装避雷针9；其次，采用浮吊安装相接处加强型钢混结合段6；再次，进行连接左右两侧风力发电机支撑柱1的下弦杆4的吊装架设；待拱脚相接处加强型钢混结合段6其中的泵送混凝土强度达到设计强度的90%后，搭设悬吊风力发电机的主缆8，并采用主缆锚桩3固定于海床内；最后，由两侧至跨中依次对称安装悬吊风力发电机的吊杆5和垂直轴风力发电机7。

为了保证施工过程中支撑结构的横向稳定性，需采用高强度预应力钢绞线的系缆索10，上端连接钢混结合段6，下端与打入海床底部已固定的系缆索锚桩11相连。系缆索锚桩11则需打入足够保证支撑结构牢固的海床深度。

海上垂直轴风机7产生的电能将通过下弦杆4中的电缆传递至风机支撑柱1中的储能设备中，并通过海底电缆将电能运送至岸上风力发电厂。至此，海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构建设完成。

本发明将桥梁工程领域悬索桥结构和海上风电场风机支撑柱1有效结合，通过主缆3、吊杆5和下弦杆4的共同协作，可实现多个垂直轴风机7的一次性安装。悬索桥式支撑结构，实现了若干垂直轴风机7基础的共同使用，提高了风机支撑结构整体受力性能，极大降低了支撑材料使用量，实现了单位面积内装机容量五倍以上的增长，极大降低了风电场风机建设成本。适用于近海海上风电场垂直轴风力发电机的支撑结构。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，其特征在于：包括风力发电机支撑柱、风力发电机支撑柱基础、悬吊风力发电机的主缆、主缆锚桩、连接左右两侧风力发电机支撑柱的下弦杆、悬吊风力发电机的吊杆、相接处加强型钢混结合段、垂直轴风力发电机、避雷针、维持支撑结构横向稳定的系缆索和系缆索锚桩。

2.根据权利要求1所述的海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，其特征在于：风力发电机支撑柱基础形式包括但不限于重力式基础、单桩基础、群桩承台基础、桩承式钢构架基础、桩承式导管架基础和负压桶式基础形式。

3.根据权利要求1所述的海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，其特征在于：悬吊风力发电机的主缆，采用抗拉强度不低于1860MPa的高强度钢丝/钢绞线，海上直接现场架设施工。

4.根据权利要求1所述的海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，其特征在于：主缆锚桩，采用高强预应力管桩基础或导管架基础，海上现场插打桩基施工。

5.根据权利要求1所述的海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，其特征在于：连接左右两侧风力发电机支撑柱的下弦杆用来抵抗主缆的两侧拉力，采用钢桁架梁或圆形钢管。

6.根据权利要求1所述的海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，其特征在于：悬吊风力发电机的吊杆采用抗拉强度不低于1670MPa的高强度钢丝/钢绞线，锚具采用带万向绞构造的冷铸墩头锚。

7.根据权利要求1所述的海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，其特征在于：相接处加强型钢混结合段，承担了主缆、下弦杆与风机支撑柱的刚性连接作用，在主缆与下弦杆，下弦杆与风机支撑柱之间要采用加劲钢板加强；另需确保管内高强混凝土与钢管之间的连接牢固。

8.根据权利要求1所述的海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，其特征在于：垂直轴风力发电机的装机数量由下弦杆长度、主缆和支撑结构受力条件确定，最少为装机十台。

9.根据权利要求1所述的海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，其特征在于：风力发电机支撑柱顶部的避雷针，防止海上因雷击造成垂直轴风力发电机损坏。

10.根据权利要求1所述的海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构，其特征在于：为了提高支撑结构横向稳定性，系缆索采用高强度预应力钢绞线，其上端连接钢混结合段，下端与打入海床底部已固定的锚桩相连。