一种海上风机的导管架基础结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及海上风电基础技术领域，特别是涉及一种海上风机的导管架基础结构及其施工方法。


背景技术：

2.在海上风机的建造和运行过程中，其基础结构是否牢固可靠至关重要。目前，海上风机的基础结构有单桩式、单筒式、复合筒式及导管架基础等类型，导管架基础具有重量轻、强度高、适合多种海床等特点。
3.如申请公布号为cn109736343a、申请公布日为2019.05.10的中国发明专利申请公开了一种海上风电基础、其安装方法及风力发电机组，并具体包括浮箱，浮箱的内部形成有空腔，浮箱的上表面上设置有与空腔连通的通孔；吸力筒，吸力筒设置在浮箱的下表面上，吸力筒的下端可敞开，土壤可从吸力筒的下端进入吸力筒内，从而固定吸力筒；导管架设置在浮箱的上表面上，导管架包括多根主腿、撑杆和过渡段，过渡段设置在主腿和撑杆顶部，用于连接风力发电机组的塔筒的过渡段。该海上风机基础的下部结构采用吸力筒基础，利用负压沉灌原理实现基础的沉放和灌入，利用浮箱可整个基础设计成可自浮的型式。
4.在运输现有技术中的海上风电基础时，浮箱保持空仓提供浮力，通过系缆桩和缆绳由拖轮拖至安装现场。但是，利用拖轮和缆绳拖移漂浮状态的海上风电基础时，因重心不稳容易摇晃倾倒，运输难度大和安全性差；另外，仅靠吸力筒将海上风电基础固定在海底上，无法可靠支撑上部的海上风机，整个基础安装后的稳定性低。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种海上风机的导管架基础结构及其施工方法，以解决现有海上风电基础在运输时，因重心不稳容易摇晃倾倒，运输难度大和安全性差，而且，仅靠吸力筒将海上风电基础固定在海底上，无法可靠支撑上部的海上风机，整个基础安装后的稳定性低的问题。
6.本发明的海上风机的导管架基础结构的技术方案为：
7.海上风机的导管架基础结构包括自上而下设置的上浮箱、导管架、下浮箱和多个吸力筒，所述导管架固定连接在所述下浮箱和所述上浮箱之间；
8.多个所述吸力筒分别安装在所述下浮箱的下部，所述下浮箱中安装有抽吸泵，所述抽吸泵与所述吸力筒连通，以对所述吸力筒抽吸至负压状态；
9.所述下浮箱与所述吸力筒之间设有下过渡结构，所述下过渡结构包括多个上窄下宽的加强肋板，多个所述加强肋板绕所述吸力筒的轴线呈周向间隔布置，多个所述加强肋板的外轮廓凸出至所述吸力筒的边缘外侧；
10.所述下浮箱的下侧还设有底部支撑结构，所述底部支撑结构与所述下过渡结构错开分布，所述底部支撑结构用于与海底支撑配合。
11.进一步的，所述导管架包括至少三个立杆、x型支撑杆和水平支撑杆，所述x型支撑
杆呈x型交叉固定连接于相邻两个所述立杆之间，所述水平支撑杆固定连接于相邻两个所述立杆之间，且与所述x型支撑杆的端部连接。
12.进一步的，所述下浮箱的竖向投影形状为多边形，多个所述吸力筒和所述下过渡结构对应设置在所述下浮箱的下侧角部；
13.所述底部支撑结构设置在所述下浮箱的下侧中部，所述底部支撑结构包括多个支撑肋板，多个所述支撑肋板关于所述下浮箱的中心呈周向间隔布置。
14.进一步的，多个所述加强肋板关于所述吸力筒的中轴线呈中心对称分布，所述加强肋板的形状为直角三角形，多个所述加强肋板的第一直角边沿所述吸力筒的轴线方向延伸且固定连接在一起，多个所述加强肋板的第二直角边固定连接在所述吸力筒的上侧面。
15.进一步的，所述吸力筒的形状为圆筒形，所述加强肋板的第二直角边的长度大于所述吸力筒的半径且小于所述吸力筒的直径。
16.进一步的，所述下浮箱的顶角还设有密封角舱，所述抽吸泵安装在所述密封角舱的内部。
17.进一步的，所述导管架的顶部还设有上过渡结构，所述上过渡结构固定连接在所述上浮箱的外侧，所述上过渡结构用于供风机塔筒固定安装。
18.本发明的海上风机的导管架基础结构的施工方法的技术方案为：
19.海上风机的导管架基础结构的施工方法，包括以下步骤：
20.步骤一、陆上预制上浮箱、导管架、下浮箱和多个吸力筒，按序组装成导管架基础结构；
21.步骤二、将导管架基础结构纵向卧放在半潜驳船上，上浮箱与半潜驳船安装在半潜驳船上，下浮箱漂浮于船尾的水中；
22.步骤三、利用半潜驳船拖运导管架基础结构至海上现场；
23.步骤四、对下浮箱灌注海水使导管架基础结构逐渐倾斜下水，直至导管架基础结构竖立在水中；
24.步骤五、导管架基础结构逐渐下沉，直至吸力筒接触海底，利用抽吸泵排出筒内海水并形成负压，使吸力筒吸附插入海底。
25.进一步的，步骤二中，利用半潜驳船的滑阻装置将导管架基础结构安装在半潜驳船上；
26.步骤四中，将吊机与导管架基础结构连接后，调节半潜驳船的滑阻装置使导管架基础结构入水。
27.进一步的，步骤四中，待导管架基础结构竖立在水中后，向上浮箱内灌注海水，并调节导管架基础结构保持平衡状态。
28.有益效果：该海上风机的导管架基础结构采用了自上而下设置的上浮箱、导管架、下浮箱和多个吸力筒的结构形式，通过抽吸泵可使吸力筒产生负压吸附力，以将导管架基础结构固定在海底上；利用上浮箱和下浮箱的双浮箱设计，提高了基础结构的整体浮力，可使用半潜驳船实施卧式漂浮拖运，运输的便捷性更好，降低了施工成本，提高了施工效率，整个导管架基础结构的安装调平难度低，便于后续的回收利用。
29.其中，下过渡结构包括多个绕吸力筒的轴向轴向间隔布置的加强肋板，通过下过渡结构提高了下浮箱和吸力筒之间的结构连接强度，保证能够承受足够的风机载荷；而且，
多个加强肋板的外轮廓凸出至吸力筒的边缘外侧，增大了底部结构的向外伸展量，在覆盖层较浅的海域时降低了基础结构的嵌岩风险。下浮箱的底部支撑结构与海底支撑配合，能够可靠地支撑上部的海上风机，整个基础安装后的稳定性更好。
附图说明
30.图1为本发明的海上风机的导管架基础结构的具体实施例中海上风机的导管架基础结构的立体示意图；
31.图2为图1中海上风机的导管架基础结构的主视示意图；
32.图3为图1中海上风机的导管架基础结构的俯视示意图；
33.图4为本发明的海上风机的导管架基础结构的具体实施例中下浮箱和底部支撑结构的立体示意图。
34.图中：1－上浮箱、10－上过渡结构；
35.2－导管架、20－立杆、21－x型支撑杆、22－水平支撑杆；
36.3－下浮箱、30－密封角舱、31－抽吸泵、4－吸力筒；
37.5－下过渡结构、50－加强肋板、6－底部支撑结构、60－支撑肋板。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
39.本发明的海上风机的导管架基础结构的具体实施例1，如图1至图4所示，海上风机的导管架基础结构包括自上而下设置的上浮箱1、导管架2、下浮箱3和多个吸力筒4，导管架2固定连接在下浮箱3和上浮箱2之间；多个吸力筒4分别安装在下浮箱3的下部，下浮箱3中安装有抽吸泵31，抽吸泵31与吸力筒4连通，以对吸力筒4抽吸至负压状态。
40.下浮箱3与吸力筒4之间设有下过渡结构5，下过渡结构5包括多个上窄下宽的加强肋板50，多个加强肋板50绕吸力筒4的轴线呈周向间隔布置，多个加强肋板50的外轮廓凸出至吸力筒4的边缘外侧；下浮箱3的下侧还设有底部支撑结构6，底部支撑结构6与下过渡结构5错开分布，底部支撑结构6用于与海底支撑配合。
41.该海上风机的导管架基础结构采用了自上而下设置的上浮箱1、导管架2、下浮箱3和多个吸力筒4的结构形式，通过抽吸泵31可使吸力筒4产生负压吸附力，以将导管架基础结构固定在海底上；利用上浮箱1和下浮箱3的双浮箱设计，提高了基础结构的整体浮力，可使用半潜驳船实施卧式漂浮拖运，运输的便捷性更好，降低了施工成本，提高了施工效率，整个导管架基础结构的安装调平难度低，便于后续的回收利用。
42.其中，下过渡结构5包括多个绕吸力筒4的轴向轴向间隔布置的加强肋板50，通过下过渡结构5提高了下浮箱3和吸力筒4之间的结构连接强度，保证能够承受足够的风机载荷；而且，多个加强肋板50的外轮廓凸出至吸力筒4的边缘外侧，增大了底部结构的向外伸展量，在覆盖层较浅的海域时降低了基础结构的嵌岩风险。下浮箱3的底部支撑结构6与海底支撑配合，能够可靠地支撑上部的海上风机，整个基础安装后的稳定性更好。
43.该导管架2包括至少三个立杆20、x型支撑杆21和水平支撑杆22，x型支撑杆21呈x型交叉固定连接于相邻两个立杆20之间，水平支撑杆22固定连接于相邻两个立杆20之间，
且与x型支撑杆21的端部连接。下浮箱3的竖向投影形状为多边形，多个吸力筒4和下过渡结构5对应设置在下浮箱3的下侧角部；底部支撑结构6设置在下浮箱3的下侧中部，底部支撑结构6包括多个支撑肋板60，多个支撑肋板60关于下浮箱3的中心呈周向间隔布置。
44.在本实施例中，导管架2采用三立杆的结构形式，通过x型支撑杆21和水平支撑杆22提高了导管架的结构强度，相对应的，下浮箱3的竖向投影形状为三角形，导管架2的三个立杆2分别连接于下浮箱3的三个角部；而且，吸力筒4和下过渡结构5分别设有三个，三个吸力筒4分别布置在下浮箱3的三个角部。
45.为了满足不同的使用需求，在其他实施例中，可将导管架设计成四立杆、五立杆或者六立杆等结构，与之对应的是，下浮箱的竖向投影形状为四边形、五边形或者六边形，导管架的各个立杆分别连接于下浮箱的对应角部；而且，吸力筒和下过渡结构分别设有四个、五个或者六个，吸力筒和下过渡结构布置在下浮箱的对应角部。
46.其中，下过渡结构5的多个加强肋板50关于吸力筒4的中轴线呈中心对称分布，加强肋板50的形状为直角三角形，多个加强肋板50的第一直角边沿吸力筒4的轴线方向延伸且固定连接在一起，多个加强肋板50的第二直角边固定连接在吸力筒4的上侧面。下过渡结构5的多个加强肋板50的斜边形成了伞状，通过下过渡结构5与吸力筒4之间的接触面积更大，二者的结构强度更高。
47.具体的，吸力筒4的形状为圆筒形，加强肋板50的第二直角边的长度大于吸力筒4的半径且小于吸力筒4的直径，加强肋板50的第二直角边凸出至吸力筒4的外侧，从而产生了更大的外伸展量。
48.下浮箱3的顶角还设有密封角舱30，抽吸泵31安装在密封角舱30的内部，密封角舱30为干燥密闭舱室，可保证抽吸泵31的安全可靠工作。并且，导管架2的顶部还设有上过渡结构10，上过渡结构10固定连接在上浮箱1的外侧，上过渡结构10用于供风机塔筒固定安装。另外，上、下浮箱可采用刚性浮箱，也可选用浮式气囊类结构替代。
49.该海上风机的导管架基础结构的施工方法，包括以下步骤：
50.步骤一、陆上预制上浮箱、导管架、下浮箱和多个吸力筒，按序组装成导管架基础结构；具体采用焊接方式进行组装，并在下浮箱的角部建造密封角舱，并将抽吸泵安装在密封角舱内，确保密封角舱的密封完好。
51.步骤二、将导管架基础结构纵向卧放在半潜驳船上，上浮箱与半潜驳船安装在半潜驳船上，下浮箱漂浮于船尾的水中，即导管架基础结构的上浮箱搭接在半潜驳船上，下浮箱漂浮于船尾的水中，依靠前后浮力使整个导管架基础结构漂浮水中；具体的，利用半潜驳船的滑阻装置将导管架基础结构安装在半潜驳船上，向上浮箱和下浮箱中注入空气，可使其产生更大浮力，减轻半潜驳船的承载量。
52.步骤三、利用半潜驳船拖运导管架基础结构至海上现场。
53.步骤四、对下浮箱灌注海水使导管架基础结构逐渐倾斜下水，直至导管架基础结构竖立在水中；具体的，将吊机与导管架基础结构连接后，调节半潜驳船的滑阻装置使导管架基础结构入水，待导管架基础结构竖立在水中后，向上浮箱内灌注海水，并调节导管架基础结构保持平衡状态。
54.步骤五、使导管架基础结构逐渐下沉，直至吸力筒接触海底，利用抽吸泵排出筒内海水并形成负压，使吸力筒吸附插入海底。
55.本发明的海上风机的导管架基础结构的施工方法的具体实施例，与本发明的海上风机的导管架基础结构的具体实施方式中导管架基础结构的施工方法的具体实施例相同，在此不再赘述。
56.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。