CN217781966U - 一种适用于海上变电站模块化设备的上部组块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种适用于海上变电站模块化设备的上部组块，设备本体或者设备预制舱的位置不再受组块整体的动力特性限制，可以仅在静力的控制下寻求更紧凑、更轻量的平面布置方案；设备本体或者设备预制舱通过插件插接的形式插入至管型基座内进行水平向缓冲（橡胶水平缓冲件或者弹簧水平缓冲件）约束固定，当动力作用时橡胶或者弹簧耗散大量振动能量，显著降低设备的震害；同时上部组块的框架式钢结构的梁系与设备本体或设备预制舱的底板接触，提供静力的竖向支撑，而不必考虑对底板与梁系接触的全部位置进行满焊。静、动力承载结构分工明确，适用于海上平台静力荷载主要为垂向的重力、动力荷载主要为水平向的振动这一特点。

Description

一种适用于海上变电站模块化设备的上部组块

技术领域

本实用新型属于海上风电场结构设计技术领域，尤其是涉及一种适用于海上变电站模块化设备的上部组块，适用于海上变电站领域。

背景技术

海上变电站作为海上风电场的核心枢纽，搭载着复杂、精贵的成套系统设备，承担着全场电力汇集、变压、转换、传输的功能，一旦失效将造成巨大经济损失甚至影响社会生活秩序，因此保障其服役状态的稳定、健康是风电场运转的关键，平台结构亦是全场安全等级最高的设施。随着设备工艺技术的进步与平价竞配政策的推进，业界已逐步达成共识，下一代海上变电站将向容量大型化、布置集约化与结构轻量化发展。以单体容量超过800兆瓦的海上换流站组块为例，截至2021年6月底，全球新开建或规划中的项目性能指标均要求由以往已建成的15～20吨/兆瓦水平下降至不超过12吨/兆瓦，系统的优化配置与裕度的极限压缩对工程的设计分析及安全评估水平提出了更高的要求。

我国目前已建成数十座110～220kV海上交流升压变电站，其绝大数设备均是位于整体的组块结构内，组块在陆地上完成钢结构建造与设备安装，然后作为一个整体运输并安装至海上。因此，除第一层甲板为镂空的电缆转换层外，上部甲板空间均为四周封闭的型式。极其特殊的情况下，如果水深极浅，大吨位的浮吊船无法进入安装水域，则还可以考虑“分列模块式海上升压站”(CN 2204126320U)，通过将上部组块分解为多个系统模块，采用吃水较浅的轻型浮吊分别进行吊装。分列模块型式的海上变电站是极浅水域内工程建设的无奈之举，同整体式海上变电站上部组块相比，模块需要在海上进行连接与调试，在可靠性与建设工期方面存在一定劣势。

近年来，欧洲出现了一种“基于模块化设备的海上变电站组块”(OTM，OffshoreModular Transformer)。国内也已出现类似技术，如“一种模块式海上升压站及其安装方法”(CN 113503070A)，其核心思路在于将设备预先制作成独立的个体或舱体，然后放置于“托盘式”的甲板上，再整体运输出海并安装，以期达到降低整体式组装的施工难度以及单个组件重量的效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种适用于海上变电站模块化设备的上部组块。

为此，本实用新型的上述目的通过如下技术方案实现：

一种适用于海上变电站模块化设备的上部组块，其特征在于：所述适用于海上变电站模块化设备的上部组块包括至少两层框架式钢结构以及分别与每层框架式钢结构相连接的设备本体或者设备预制舱；

所述框架式钢结构包括形成框架的梁和柱；

所述框架式钢结构的梁系交点具有管型基座，所述设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座之间形成插接。

在采用上述技术方案的同时，本实用新型还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本实用新型的优选技术方案：所述框架式钢结构上铺设铺板，所述铺板铺设在不设置设备本体或者设备预制舱的框架式钢结构的甲板平面上。

作为本实用新型的优选技术方案：所述梁和柱之间布置撑。

作为本实用新型的优选技术方案：所述设备预制舱由结构柱、钢围壁、基础梁、顶圈梁、顶板、底板以及插件组成；

所述结构柱、基础梁、顶圈梁形成设备预制舱的框架，所述钢围壁、顶板以及底板形成对设备预制舱的框架的包绕；

所述插件包括对接板、对接管和导向管，所述导向管、对接管用于与框架式钢结构的管型基座之间形成插接，所述对接板处于对接管和导向管的上方以形成抵住框架式钢结构的管型基座。

作为本实用新型的优选技术方案：所述管型基座为圆管，所述圆管的外侧壁与框架式钢结构的梁焊接，所述圆管的内侧壁上对称地布置若干个橡胶水平缓冲件，所述圆管的内侧壁上处于橡胶水平缓冲件的下方对称地设有若干个橡胶竖向缓冲件；

所述橡胶水平缓冲件用于形成设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座所形成插接处的水平缓冲；

所述橡胶竖向缓冲件用于形成设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座所形成插接处的竖向缓冲。

作为本实用新型的优选技术方案：所述圆管的底高程低于甲板梁的下翼缘，所述圆管的顶高程高于甲板梁的上翼缘。

作为本实用新型的优选技术方案：所述管型基座为一般结构柱，一般结构柱的外侧壁与框架式钢结构的梁焊接，一般结构柱的内侧壁上对称地布置若干个橡胶水平缓冲件，一般结构柱的内侧壁上处于橡胶水平缓冲件的下方对称地设有若干个橡胶竖向缓冲件；

所述橡胶水平缓冲件用于形成设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座所形成插接处的水平缓冲；

所述橡胶竖向缓冲件用于形成设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座所形成插接处的竖向缓冲。

作为本实用新型的优选技术方案：所述管型基座为大直径结构柱或者主柱，所述大直径结构柱或者主柱的外侧壁与框架式钢结构的梁焊接，所述大直径结构柱或者主柱的内侧壁上对称地设有若干个弹簧水平缓冲件，所述大直径结构柱或者主柱的内侧壁上处于弹簧水平缓冲件的下方对称地设有若干个弹簧竖向缓冲件；

所述弹簧水平缓冲件用于形成设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座所形成插接处的水平缓冲；

所述弹簧竖向缓冲件用于形成设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座所形成插接处的竖向缓冲。

作为本实用新型的优选技术方案：所述弹簧水平缓冲件和/或弹簧竖向缓冲件包括弹簧和挡板使得弹簧抵住挡板形成缓冲行程空间。

作为本实用新型的优选技术方案：所述框架式钢结构的梁系与设备本体或者设备预制舱的底板相接触以向上承托设备本体或者设备预制舱。

本实用新型提供一种适用于海上变电站模块化设备的上部组块，设备本体或者设备预制舱的位置不再受组块整体的动力特性限制，可以仅在静力的控制下寻求更紧凑、更轻量的平面布置方案；设备本体或者设备预制舱通过插件插接的形式插入至管型基座内进行水平向缓冲(橡胶水平缓冲件或者弹簧水平缓冲件)约束固定，当动力作用时橡胶或者弹簧耗散大量振动能量，显著降低设备的震害；同时上部组块的框架式钢结构的梁系与设备本体或设备预制舱的底板接触，提供静力的竖向支撑，而不必考虑对底板与梁系接触的全部位置进行满焊。静、动力承载结构分工明确，适用于海上平台静力荷载主要为垂向的重力、动力荷载主要为水平向的振动这一特点，材料使用率高，施工方便。本实用新型能有效解决海上变电站模块化设备或预制舱体振动易损性高的制约性问题，降低总体重量，具有更高的工程经济性。

附图说明

图1为本实用新型所提供的适用于海上变电站模块化设备的上部组块的图示。

图2为框架式钢结构的图示。

图3a为管型基座的图示。

图3b为管型基座为圆管型式时的连接关系图示。

图3c为管型基座为一般结构柱型式时的连接关系图示。

图3d管型基座为大直径结构柱或者主柱型式时的连接关系图示。

图4为设备预制舱的图示。

具体实施方式

从结构的观点分析，与传统的整体式组块相比，模块化设备的本体或其舱体失去了与其他设备间在侧向上的联系，各自成为了支撑在甲板托盘上的独立的悬臂结构。因此，其抗侧向力能力大幅下降，在地震、船舶碰撞等水平动力荷载作用下的振动易损性风险显著增大。因此，亟需研究和设计一种具有抗振动效果的适用于海上变电站模块化设备的上部组块，在保有模块化设备海上变电站施工便利性的同时，增强设备本体或其舱体的抗振能力，且不造成工程造价的显著提高。

为此，一种适用于海上变电站模块化设备的上部组块，包括：

1)、采用模块化设备方案的海上变电站上部组块，由一个二层及以上的框架式钢结构和若干个外置式设备本体或设备预制舱体组成。

2)、框架式钢结构由钢制的梁、柱、撑构件与铺板组成，其中铺板并非覆盖全部的甲板平面梁系区域，在需要放置设备或设备预制舱的位置不设铺板而仅保留纵横梁系，梁系交点位置与设备或设备预制舱的结构柱位置相吻合，并设有管型基座。

3)、管型基座外观为一段长度为l的圆管型钢构件，其顶高程高于甲板顶高程。当基座位置与柱网节点重合，即其下方为框架式钢结构的主柱时，该基座为主柱穿过甲板的自然延伸；否则，该基座为穿过甲板的截断构件，其底高程低于甲板梁的下翼缘。甲板梁系的纵、横构件分别焊接在管型基座的外壁上，使得管构件成为弦杆。管型基座的内壁上中心对称地焊接有若干个由橡胶或钢丝绳制成地水平向弹簧缓冲件，弹簧处于未压缩状态时其内边缘圆形空间的直径为d。

4)、设备本体或设备预制舱为四面封闭的空间物体，在必要位置设有结构柱，其底板焊接在结构柱的外壁上。结构柱下方设有直径为(d+δ)的钢制插件，长度为l，l的取值根据管型基座内侧贴敷水平向弹簧的刚度确定。插件完全进入管型支座后，其底板的设计底高程与甲板梁系的设计顶高程相一致，即底板整体支撑于甲板梁系上。

具体地，参照附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地描述。

本实施例提供一个模块化设备方案海上变电站的上部组块，整体结构型式为二层框架钢结构，不同功能模块单独设置预制舱，预制舱根据受力特性设置结构柱，结构柱底部通过本实用新型所设计的管型基座与主框架连接，实现很好的抗振效果；

如图1所示，本实施例上部组块采用模块化设备方案，设备预制舱1、预制舱2、预制舱 3等各模块化舱体独立加工制作，钢结构框架采用分层分片加工，按照一层钢结构(梁4、柱 5、撑6)、一层预制舱、二层钢结构(梁7)及二层预制舱的顺序进行装配，装配方向如图所示。

如图1～2所示，上部组块采用框架式钢结构型式，设置二层甲板，由一层梁4、柱5、撑 6和二层梁7组成，预制舱安放区域不设铺板，其他区域设铺板8，与预制舱结构柱对应的梁系交点处设置管型基座。

如图3a-3d所示，上部组块预制舱与钢结构框架之间通过管型基座9连接，预制舱结构柱11下设插件，插件包括对接板12、对接管13和导向管14。

当基座位置无主结构柱时，设置圆管15与结构梁16相连，圆管15伸出梁16翼缘一定长度，梁焊接在圆管外壁，圆管15内壁中心对称均匀设置若干个橡胶水平缓冲件18，圆管15内壁下部设置橡胶竖向缓冲件17；

当基座位置下有一般结构柱时，柱19伸出梁16上翼缘一定长度，梁焊接在柱外壁，柱 19内壁中心对称均匀设置若干个橡胶水平缓冲件18，柱19内壁下部设置橡胶竖向缓冲件17；

当基座位置下有主柱或较大直径结构柱时，梁16焊接在主柱外壁，主柱20内壁中心对称均匀设置若干个弹簧21及挡板22构成水平缓冲件，主柱20内壁下部设置弹簧竖向缓冲件 23。

如图4所示，上部组块各模块化设备为预制舱结构形式，预制舱结构由结构柱11、插件、钢围壁24、基础梁25、顶圈梁26、顶板27以及底板组成。插件包括对接板12、对接管13和导向管14。

以上实施例仅为本实用新型的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于海上变电站模块化设备的上部组块，其特征在于：所述适用于海上变电站模块化设备的上部组块包括至少两层框架式钢结构以及分别与每层框架式钢结构相连接的设备本体或者设备预制舱；

所述框架式钢结构包括形成框架的梁和柱；

所述框架式钢结构的梁系交点具有管型基座，所述设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座之间形成插接。

2.根据权利要求1所述的适用于海上变电站模块化设备的上部组块，其特征在于：所述框架式钢结构上铺设铺板，所述铺板铺设在不设置设备本体或者设备预制舱的框架式钢结构的甲板平面上。

3.根据权利要求1所述的适用于海上变电站模块化设备的上部组块，其特征在于：所述梁和柱之间布置撑。

4.根据权利要求1所述的适用于海上变电站模块化设备的上部组块，其特征在于：所述设备预制舱由结构柱、钢围壁、基础梁、顶圈梁、顶板、底板以及插件组成；

所述结构柱、基础梁、顶圈梁形成设备预制舱的框架，所述钢围壁、顶板以及底板形成对设备预制舱的框架的包绕；

所述插件包括对接板、对接管和导向管，所述导向管、对接管用于与框架式钢结构的管型基座之间形成插接，所述对接板处于对接管和导向管的上方以形成抵住框架式钢结构的管型基座。

5.根据权利要求1所述的适用于海上变电站模块化设备的上部组块，其特征在于：所述管型基座为圆管，所述圆管的外侧壁与框架式钢结构的梁焊接，所述圆管的内侧壁上对称地布置若干个橡胶水平缓冲件，所述圆管的内侧壁上处于橡胶水平缓冲件的下方对称地设有若干个橡胶竖向缓冲件；

所述橡胶水平缓冲件用于形成设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座所形成插接处的水平缓冲；

所述橡胶竖向缓冲件用于形成设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座所形成插接处的竖向缓冲。

6.根据权利要求5所述的适用于海上变电站模块化设备的上部组块，其特征在于：所述圆管的底高程低于甲板梁的下翼缘，所述圆管的顶高程高于甲板梁的上翼缘。

7.根据权利要求1所述的适用于海上变电站模块化设备的上部组块，其特征在于：所述管型基座为一般结构柱，一般结构柱的外侧壁与框架式钢结构的梁焊接，一般结构柱的内侧壁上对称地布置若干个橡胶水平缓冲件，一般结构柱的内侧壁上处于橡胶水平缓冲件的下方对称地设有若干个橡胶竖向缓冲件；

所述橡胶水平缓冲件用于形成设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座所形成插接处的水平缓冲；

所述橡胶竖向缓冲件用于形成设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座所形成插接处的竖向缓冲。

8.根据权利要求1所述的适用于海上变电站模块化设备的上部组块，其特征在于：所述管型基座为大直径结构柱或者主柱，所述大直径结构柱或者主柱的外侧壁与框架式钢结构的梁焊接，所述大直径结构柱或者主柱的内侧壁上对称地设有若干个弹簧水平缓冲件，所述大直径结构柱或者主柱的内侧壁上处于弹簧水平缓冲件的下方对称地设有若干个弹簧竖向缓冲件；

所述弹簧水平缓冲件用于形成设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座所形成插接处的水平缓冲；

所述弹簧竖向缓冲件用于形成设备本体或者设备预制舱与框架式钢结构的管型基座所形成插接处的竖向缓冲。

9.根据权利要求8所述的适用于海上变电站模块化设备的上部组块，其特征在于：所述弹簧水平缓冲件和/或弹簧竖向缓冲件包括弹簧和挡板使得弹簧抵住挡板形成缓冲行程空间。

10.根据权利要求1所述的适用于海上变电站模块化设备的上部组块，其特征在于：所述框架式钢结构的梁系与设备本体或者设备预制舱的底板相接触以向上承托设备本体或者设备预制舱。

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