一種多邊形海上風電筒型基礎的制作方法
【專利摘要】本發明涉及海上風電基礎結構，公開了一種多邊形海上風電筒型基礎，由下部的多邊形筒型結構和上部的桁架結構組成；多邊形筒型結構是由筒壁和頂蓋構成的下部開口半密封結構，頂蓋的上表面設置有主梁和次梁；桁架結構包括設置于多邊形筒型結構中心上方的過渡段，以過渡段為中心環形均勻布置有支撐鋼管，支撐鋼管底端固定于多邊形筒型結構內側，支撐鋼管的上部與所述過渡段通過上、下兩根連接鋼管連接固定。本發明適用于海床表層具有較深厚度的軟弱層海洋地質條件，結構簡單、安全可靠，可陸上整體預制，具有自浮能力，通過負壓進行快速下沉安裝，有效地提高施工效率與質量，降低施工成本，推動我國海上風電事業的發展。
【專利說明】
一種多邊形海上風電筒型基礎
技術領域
[0001]本發明涉及海上風電基礎結構，具體的說，是涉及一種多邊形的海上風電筒型基礎。
【背景技術】
[0002]風能作為綠色清潔可再生能源已受到各國能源開發者的青睞。目前制約我國海上風電規模化開發的瓶頸之一就是缺乏適合我國海洋特點且經濟安全的海上風電基礎結構。海上風電基礎結構型式多種多樣，包括多粧導管架、單粧、三腳架基礎、重力式基礎、筒形基礎以及漂浮式基礎等。
[0003]筒型基礎是一種適合軟土地基的基礎結構形式，其采用自重和負壓相結合的方式可以快速完成海上安裝工作，這對海上施工窗口期短的風電場具有非常大的吸引力。目前海上風電筒型基礎多為圓筒形結構，加工難度較大；同時單筒型基礎的頂蓋與海床泥面接觸時，頂蓋中部只能提供少量的抵抗風機彎矩的能力，材料性能并未充分的利用。
【發明內容】
[0004]本發明基于提高材料的利用率及降低基礎結構加工難度的目的，提出一種多邊形海上風電筒型基礎，該基礎結構型式簡單、安裝方便、安全可靠，可有效地提高施工效率與質量，能夠實現海上風電的高效、經濟、安全建造。
[0005 ]為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現:
[0006]—種多邊形海上風電筒型基礎，其特征在于，由下部的多邊形筒型結構和上部的桁架結構組成；
[0007]所述多邊形筒型結構是由筒壁和頂蓋構成的下部開口的半密封結構，所述筒壁包括數量一致的多塊內壁、多塊外壁和多塊側壁，多塊所述內壁和多塊所述外壁分別圍成多邊形結構，多塊所述外壁對應地平行設置于多塊所述內壁外側，相鄰所述內壁的連接線與其所對應地相鄰所述外壁的連接線之間連接有側壁;具有多邊形內緣和外緣的所述頂蓋設置于所述筒壁之上，所述頂蓋的內緣和外緣分別與所述內壁頂端和所述外壁頂端相連接；所述頂蓋的上表面設置有主梁和次梁，所述主梁在所述頂蓋上部對應于所述筒壁的每塊所述內壁、所述外壁和所述側壁設置，所述頂蓋頂部由所述主梁劃分出的每塊分隔區塊內設置有環向和徑向均勻布置的多根次梁；
[0008]所述桁架結構包括沿所述多邊形筒型結構的豎直中心線設置于所述多邊形筒型結構上方的過渡段，以所述過渡段為中心環形均勻布置有多根從下到上由外向內傾斜的支撐鋼管，每根所述支撐鋼管的底端固定于所述多邊形筒型結構內側的相鄰所述主梁交接處，每根所述支撐鋼管的上部與所述過渡段通過上、下兩根連接鋼管連接固定。
[0009]其中，所述筒壁中所述內壁、所述外壁和所述側壁的數量一致，均為3-8塊。
[0010]其中，所述頂蓋內緣和外緣的邊數與所述筒壁中所述內壁、所述外壁或所述側壁的邊數一致，均為3-8塊。
[0011]其中，所述主梁的數量為所述筒壁中所述內壁、所述外壁和所述側壁的數量之和。
[0012]其中，所述頂蓋頂部由所述主梁劃分出的每塊分隔區塊所設置環向和徑向均勻布置的所述次梁，其數量為2?6根。
[0013]其中，所述支撐鋼管與所述筒壁中所述內壁的數量一致，均為3-8根。
[0014]其中，單根所述支撐鋼管的中心線與所述過渡段的中心線位于同一平面，且單根所述支撐鋼管的中心線與所述過渡段的中心線夾角為5?25度。
[0015]其中，每根所述連接鋼管的仰角為O?25度。
[0016]本發明的有益效果是:
[0017]本發明的多邊形海上風電筒型基礎適用于海床表層具有較深厚度的軟弱層海洋地質條件，其結構由下部的多邊形筒型結構和上部的桁架結構組成，通過桁架結構與頂蓋上部主梁和次梁的有效傳力，使得風電機組傳遞下來的巨大彎矩轉換為較小的頂蓋壓力和筒壁側摩阻力，保證多邊形筒型結構的受力分布在整個頂蓋以及筒壁，避免了傳統筒型基礎只有頂蓋中部提供少量受力的問題，使材料性能得以充分的利用;且多邊形筒型結構的結構形式也顯著降低了加工難度。另外，整個結構可在陸上整體預制，具有自浮能力，安裝時通過負壓進行快速下沉安裝，因此能夠顯著降縮短海上施工作業時間，降低施工成本，推動我國海上風電事業的發展。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明所提供的多邊形海上風電筒型基礎的立視圖；
[0019]圖2為本發明所提供的多邊形海上風電筒型基礎的俯視圖。
[0020]上述圖中:1、主梁;2、次梁;3、頂蓋;4、筒壁;5、過渡段;6、支撐鋼管;7、連接鋼管。
【具體實施方式】
[0021]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及效果，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0022]實施例1
[0023]本實施例公開了一種多邊形海上風電筒型基礎，由下部的多邊形筒型結構和上部的桁架結構組成，整體為鋼結構。
[0024]多邊形筒型結構由主梁1、次梁2、頂蓋3和筒壁4組成。
[0025]頂蓋3和筒壁4構成下部開口的半密封結構，以使多邊形筒型結構能夠通過負壓下沉的方式進行安裝。筒壁4包括相同的多塊內壁、相同的多塊外壁和相同的多塊側壁，內壁、外壁和側壁的數量一致，一般為3-8塊。多塊內壁圍成多邊形結構，多塊外壁平行于多塊內壁設置且圍成多邊形結構，相鄰內壁的連接線與其所對應地相鄰外壁的連接線之間通過焊接的方式連接有側壁。具有多邊形內緣和多邊形外緣(與內壁、外壁和側壁的數量一致)的頂蓋3設置于筒壁4之上，頂蓋3的內緣和外緣分別與筒壁4的內壁頂端和外壁頂端通過焊接的方式相連接。由此，多邊形筒型結構包括多個艙室，每個艙室為由頂蓋3和四塊筒壁4( 一塊內壁、一塊外壁以及兩塊側壁)圍成的橫截面為梯形的、開口向下的半密封空間結構。多邊形筒型結構采用平面鋼板，與普通筒形基礎采用弧形鋼板相比，顯著降低加工難度;而由于風電機組的受力可能來源于多個方向，正多邊形的多邊形筒型結構更有利于結構受力。
[0026]頂蓋3的上表面焊接固定有主梁I和次梁2，主梁I和次梁2主要是將桁架結構傳遞的上部荷載有效傳遞給頂蓋3和筒壁4。主梁I在頂蓋3上部對應于筒壁4的每塊內壁、外壁和側壁上方設置;可見主梁I在頂蓋3上表面劃分多個分隔區塊，每個分隔區塊內設置有2?6根次梁2，2?6根次梁2在每個分隔區塊內沿環向和徑向均勻布置，次梁2與主梁I以焊接的方式連接。
[0027]桁架結構由過渡段5、3_8根支撐鋼管6、連接鋼管7組成，能夠為上部的風電機組和下部的多邊形筒型結構之間有效傳力。
[0028]過渡段5沿多邊形筒型結構的豎直對稱中心線設置于多邊形筒型結構上方。3-8根支撐鋼管6以過渡段5為中心環形均勻分布，3-8根支撐鋼管6從下到上由外向內傾斜設置，單根支撐鋼管6的中心線與過渡段5的中心線位于同一平面，且單根支撐鋼管6的中心線與過渡段5的中心線夾角為5?25度。每根支撐鋼管6的底端焊接固定于多邊形筒型結構內側的相鄰主梁I交接處，多邊形筒型結構內側的主梁I即為在頂蓋3上設置于筒壁4內壁上方位置處的主梁I。每根支撐鋼管6的上部與過渡段5通過上、下兩根連接鋼管7焊接固定，上、下兩根連接鋼管7均為水平設置;一般地，每根連接鋼管7的仰角在O?25度范圍內。
[0029]下部的多邊形筒型結構和上部的桁架結構通過主梁I和支撐鋼管6的連接形成一個穩定的整體結構，這樣，風電機組傳遞下來的巨大彎矩通過桁架結構和主梁I及次梁2的設置轉換為較小的頂蓋3壓力和較小的筒壁4側摩阻力，從而使材料性能得以充分利用。
[0030]上述多邊形海上風電筒型基礎的安裝方法，按照如下步驟進行:
[0031](I)首先在工廠中制造多邊形海上風電筒型基礎；
[0032](2)通過自浮將多邊形海上風電筒型基礎整體拖航到指定安裝地點；
[0033](3)通過抽負壓下沉，將多邊形筒型結構沉入海床，使其頂蓋與海床面緊密接觸；
[0034](4)多邊形海上風電筒型基礎安裝完成，后續可進行風電機組的安裝。
[0035]實施例2
[0036]如圖1和圖2所示，本實施例公開了一種多邊形海上風電筒型基礎，由下部的多邊形筒型結構和上部的桁架結構組成，整體為鋼結構。
[0037]本實施例的多邊形筒型結構由主梁1、次梁2、頂蓋3和筒壁4組成正六邊形筒型結構，其外邊長18500mm，內邊長為11000mm。筒壁4包括相同的六塊內壁、相同的六塊外壁和相同的六塊側壁。六塊內壁和六塊外壁分別圍成六邊形結構，六塊外壁對應于六塊內壁平行設置于其外側，相鄰內壁的連接線與其所對應地相鄰外壁的連接線之間焊接有一塊側壁。具有正六邊形內緣和正六邊形外緣的頂蓋3設置于筒壁4之上，頂蓋3的內緣和外緣分別與筒壁4的內壁頂端和外壁頂端焊接。由此，多邊形筒型結構包括六個艙室，每個艙室為由頂蓋3和四塊筒壁4(一塊內壁、一塊外壁以及兩塊側壁)圍成的橫截面為梯形的、開口向下的半密封空間結構，筒壁厚度25mm，高度6000m，頂蓋3厚度25mm。頂蓋3的上表面設置有主梁I和次梁2，主梁I為組合梁，梁高800mm、翼緣板寬度2000mm，厚度45mm，腹板厚度30mm，次梁采用I40a的工字鋼。主梁I在頂蓋3上部對應于筒壁4的每塊內壁、外壁和側壁上方設置，可見主梁I在頂蓋3上表面劃分多個分隔區塊，每個分隔區塊內設置有五根次梁2，其中三根次梁2在每個分隔區塊內沿徑向均勻布置，兩根次梁2在每個分隔區塊內沿環向均勻布置。主梁
1、次梁2和頂蓋3之間通過焊接連接。
[0038]桁架結構由過渡段5、六根支撐鋼管6、十二根連接鋼管7組成。過渡段5為直徑5000mm，壁厚80mm，高度6000mm的鋼管，過渡段5沿多邊形筒型結構的豎直對稱中心線設置于多邊形筒型結構上方。六根支撐鋼管6以過渡段5為中心環形均勻分布，并且從下到上由外向內傾斜設置。支撐鋼管6直徑為2000mm，壁厚45mm，長度8000mm。單根支撐鋼管6的中心線與過渡段5的中心線位于同一平面，而單根支撐鋼管6的中心線與過渡段5的中心線夾角為10度。每根支撐鋼管6的底端焊接固定于多邊形筒型結構內側的相鄰主梁I交接處，多邊形筒型結構內側的主梁I即為在頂蓋3上設置于筒壁4內壁上方位置處的主梁I。每根支撐鋼管6的上部與過渡段5通過上、下兩根水平設置的連接鋼管7焊接固定，連接鋼管7直徑為1500mm，壁厚45mm，長度根據焊接位置需求設定。
[0039]盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種多邊形海上風電筒型基礎，其特征在于，由下部的多邊形筒型結構和上部的桁架結構組成； 所述多邊形筒型結構是由筒壁和頂蓋構成的下部開口的半密封結構，所述筒壁包括數量一致的多塊內壁、多塊外壁和多塊側壁，多塊所述內壁和多塊所述外壁分別圍成多邊形結構，多塊所述外壁對應地平行設置于多塊所述內壁外側，相鄰所述內壁的連接線與其所對應地相鄰所述外壁的連接線之間連接有側壁;具有多邊形內緣和外緣的所述頂蓋設置于所述筒壁之上，所述頂蓋的內緣和外緣分別與所述內壁頂端和所述外壁頂端相連接;所述頂蓋的上表面設置有主梁和次梁，所述主梁在所述頂蓋上部對應于所述筒壁的每塊所述內壁、所述外壁和所述側壁設置，所述頂蓋頂部由所述主梁劃分出的每塊分隔區塊內設置有環向和徑向均勻布置的多根次梁； 所述桁架結構包括沿所述多邊形筒型結構的豎直中心線設置于所述多邊形筒型結構上方的過渡段，以所述過渡段為中心環形均勻布置有多根從下到上由外向內傾斜的支撐鋼管，每根所述支撐鋼管的底端固定于所述多邊形筒型結構內側的相鄰所述主梁交接處，每根所述支撐鋼管的上部與所述過渡段通過上、下兩根連接鋼管連接固定。2.根據權利要求1所述的一種多邊形海上風電筒型基礎，其特征在于，所述筒壁中所述內壁、所述外壁和所述側壁的數量一致，均為3-8塊。3.根據權利要求1所述的一種多邊形海上風電筒型基礎，其特征在于，所述頂蓋內緣和外緣的邊數與所述筒壁中所述內壁、所述外壁或所述側壁的邊數一致，均為3-8塊。4.根據權利要求1所述的一種多邊形海上風電筒型基礎，其特征在于，所述主梁的數量為所述筒壁中所述內壁、所述外壁和所述側壁的數量之和。5.根據權利要求1所述的一種多邊形海上風電筒型基礎，其特征在于，所述頂蓋頂部由所述主梁劃分出的每塊分隔區塊所設置環向和徑向均勻布置的所述次梁，其數量分別為2?6根。6.根據權利要求1所述的一種多邊形海上風電筒型基礎，其特征在于，所述支撐鋼管與所述筒壁中所述內壁的數量一致，均為3-8根。7.根據權利要求1所述的一種多邊形海上風電筒型基礎，其特征在于，單根所述支撐鋼管的中心線與所述過渡段的中心線位于同一平面，且單根所述支撐鋼管的中心線與所述過渡段的中心線夾角為5?25度。8.根據權利要求1所述的一種多邊形海上風電筒型基礎，其特征在于，每根所述連接鋼管的仰角為O?25度。
【文檔編號】E02D27/42GK106049525SQ201610619542
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月27日
【發明人】王海軍, 周小日, 練繼建
【申請人】天津大學