一种导管架-筒形结构复合式海上风机基础

摘要

一种导管架-筒形结构复合式海上风机基础，由筒形基础部分和导管架部分组成，筒形基础部分包括圆筒形钢壁、混凝土盖板、预应力梁和连系梁，混凝土盖板、预应力梁、连系梁浇筑连接为整体；导管架部分包括钢腿柱、钢支撑管、连接筒和法兰，钢腿柱与连接筒之间分别通过钢支撑管焊接固定；四根钢腿柱固定于混凝土盖板的连系梁4中部；连接筒通过法兰与风机塔筒连接。本发明的优点是：该海上风机基础的导管架-筒形复合结构采用顶板承载模式，可显著的提高整个基础的抵抗弯矩的能力，降低对地基承载力的要求；采用负压下沉安放，施工速度快；整个结构岸边整体预制和拼装，海上整体浮运，海上负压下沉安装，施工方便，效率高，成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及海上风机基础结构，特别是一种导管架-筒形结构复合式海上风机基础。

背景技术

风能作为绿色清洁可再生能源已受到各国能源开发者的青睐，海上风电更在风能工程中占据着很重要的位置。海上环境复杂多变，基础结构的安全性、经济性与适应性是制约海上风电开发的关键因素。在海上风电场的建设中，基础结构是重中之重。海上风电基础结构型式多种多样，包括多桩导管架、单桩、三脚架基础、重力式基础、筒形基础以及漂浮式基础等。

导管架风机基础是海上风机基础的一种重要的基础形式，该基础形式在深海采油平台的建设中已经成熟应用，该类型基础可适用于水深超过30m的近海风电场。复合筒型基础是一种适合软土地基的基础结构形式，其采用自重和负压相结合的方式可以快速完成海上安装工作，这对海上施工窗口期短的风电场具有非常大的吸引力。传统的导管架基础涉及到海上沉桩，施工周期较长。复合筒型基础过渡段为混凝土结构，内设大吨位的预应力筋，在海洋环境下如何确保其结构耐久性是一个难题。为了避免这两种基础的不足，提出一种复合式导管架基础，将两种基础的优势结合在一起，以期实现海上风电基础的高效、安全建造。

发明内容

本发明的目的旨在针对上述存在问题，提供一种导管架-筒形结构复合式海上风机基础，该海上风机基础将复合筒型基础与导管架基础结合起来，充分发挥两者各自的优点：采用负压快速沉放施工，实现海上风机基础快速安装；利用导管架钢结构作为基础的过渡段，提高在复杂海况下的耐久性；风电场设计寿命到达时，利用沉放的逆向工序，可实现基础结构的快速拔出并移除，实现海上工程的“零残余”。

本发明的技术方案：

一种导管架-筒形结构复合式海上风机基础，由筒形基础部分和导管架部分组成，筒形基础部分包括圆筒形钢壁、混凝土盖板、预应力梁和连系梁，混凝土盖板设置于圆筒型钢壁顶部，圆筒形钢壁嵌入混凝土盖板中，预应力梁设置于混凝土盖板上，预应力梁径向均匀布置3-8根，连系梁设置于两根预应力梁之间且环向均匀布置，混凝土盖板、预应力梁、连系梁浇筑连接为整体；导管架部分包括钢腿柱、钢支撑管、连接筒和法兰，四根钢腿柱垂直或斜向均匀设置，钢腿柱与垂直中心线的夹角为0-30°，两根钢腿柱之间、钢腿柱与连接筒之间分别通过钢支撑管焊接固定，四根钢腿柱顶部中心设有连接筒并通过钢支撑管焊接固定；四根钢腿柱固定于混凝土盖板的连系梁中部；连接筒通过法兰与风机塔筒连接。

本发明的有益效果是：

该海上风机基础采用导管架-筒形复合结构，风机基础的轴向荷载由复合筒型基础结构承担并传递给地基，风浪流等环境荷载产生的水平荷载和弯矩由导管架和复合筒结构共同承担，由于导管架-筒形复合结构采用顶板承载模式，可显著的提高整个基础的抵抗弯矩的能力，从而可降低对地基承载力的要求；复合筒采用负压下沉安放，施工速度快；海水中及浪溅区采用导管架结构，可确保结构的耐久性；整个结构岸边整体预制和拼装，海上整体浮运，海上负压下沉安装，施工方便，效率高，成本低；风电场设计寿命到达时，利用沉放的逆向工序，可实现基础结构的快速拔出并移除，实现海上工程的“零残余”。

附图说明

    图1该海上风机基础主视结构示意图。

图 2该海上风机基础俯视结构示意图。

图中：1.圆筒形钢壁   2.混凝土盖板   3.预应力梁   4.连系梁

5.钢腿柱   6.钢支撑管   7.连接筒   8.法兰   9.风机塔筒。

具体实施方式

  实施例：

一种导管架-筒形结构复合式海上风机基础，由筒形基础部分和导管架部分组成，筒形基础部分包括圆筒形钢壁1、混凝土盖板2、预应力梁3和连系梁4，混凝土盖板2设置于圆筒型钢壁1顶部，圆筒型钢壁1嵌入混凝土盖板2中，预应力梁3设置于混凝土盖板2上，预应力梁3径向均匀布置4根，连系梁4设置于两根预应力梁3之间且环向均匀布置，混凝土盖板2、预应力梁3、连系梁4浇筑连接为整体；导管架部分包括钢腿柱5、钢支撑管6、连接筒7和法兰8，四根钢腿柱5垂直或斜向均匀设置，钢腿柱5与垂直中心线的夹角为0-30°，两根钢腿柱5之间、钢腿柱5与连接筒7之间分别通过钢支撑管6焊接固定，四根钢腿柱5顶部中心设有连接筒7并通过钢支撑管6焊接固定；四根钢腿柱5固定于混凝土盖板2的连系梁4中部；连接筒7通过法兰8与风机塔筒9连接。

该实施例中，圆通型钢壁直径为30m、厚度为20mm；混凝土盖板直径30.5m、厚度0.3m；预应力梁宽0.6m、高1 m；连系梁宽1.2m、高1m；钢腿柱直径0.8m、厚25mm、长15m，钢腿柱与中轴线的夹角为7.125度；钢支撑管直径0.5m、厚15mm；连接筒直径4m、厚35mm、高2m。

具体施工步骤：1）预制筒型结构与导管架结构；2）通过专用施工船舶将基础整体浮运到安装地点；3）通过负压将基础沉放到位，沉放时要控制基础的水平度；4）吊装装风机塔筒和风机。