一种用于海上电气平台的整体安装式结构及其安装方法与流程

1.本发明涉及海上风电工程领域，具体涉及一种用于海上电气平台的整体安装式结构及其安装方法，适用于海上风电场输变电技术领域。


背景技术：

2.海上风电是发展绿色能源技术的制高点，我国海上风能储量丰富，根据风能资源普查成果，我国5～25m水深、50m高度海上风电开发潜力约2亿kw；5～50m水深、70m高度海上风电开发潜力约5亿kw；50m水深以上、100m高度海上风电海上风电开发潜力约8亿kw。
3.海上电气平台包括海上升压站和海上换流站等，是海上风电场电能汇集的中心，是海上风电场关键的设施。传统的海上电气平台结构分为上部组块和支撑结构，其中支撑结构包括：单桩结构、导管架结构、高桩承台结构等。而桩基础是一种深基础，直接连接支撑结构，将作用于上部组块和支撑结构的荷载传递到地基，保证海上电气平台结构整体安全性。传统的海上电气平台施工方法，以导管架桩基础为例，常用的施工流程为：钢结构加工与制作
→
电气设备安装
→
导管架基础沉放
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沉桩与打桩就位
→
导管架与桩焊接或灌浆连接
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上部组块安装等。
4.目前，传统导管架式海上电气平台的施工安装存在以下制约因素：1)上部组块和下部基础需要分两步施工安装，施工周期长，对接精度要求高；2)海上施工过程中海况条件要求严格，施工窗口期短；3)导管架或高桩承台基础多采用四根及以上桩基础，打桩施工成本高； 4)海上风电资源大规模开发，吊装施工资源紧缺等。为了提高海上电气平台施工效率、降低上下部结构施工风险及成本。
5.因此，需要提出一种经济合理、施工便利、安全可靠的海上电气平台安装结构及施工安装方法。


技术实现要素：

6.为了解决上述工程技术问题，本发明提供了一种用于海上电气平台的整体安装式结构及其安装方法，其优点在于：结构型式合理、运输安装便捷，能有效克服海上施工窗口期短、施工效率低、施工成本高等难题。
7.为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
8.一方面，本发明提供一种用于海上电气平台的整体安装式结构，包括电气组块和设置于其底部的浮箱，所述电气组块内部设置有若干旋转升降装置，相应地每个所述旋转升降装置与贯穿于所述电气组块内部的桩腿螺纹连接，所述旋转升降装置可通过转动螺纹控制桩腿或整体结构的上升与下降；所述桩腿的底部固定连接有桶型基础；紧靠旋转升降装置的上方设置有用于锁定桩腿与电气组块的锁定装置，使得电气组块、桩腿和桶型基础形成一个整体结构。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述旋转升降装置包括螺纹和控制螺纹旋转的液压机构，该螺纹与设置于所述桩腿外壁的外螺纹相适配，二者螺纹咬合紧密，通过液压机
构控制螺纹旋转速度和幅度，从而控制桩腿的升降。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述桩腿穿过设置于所述电气组块内部的主柱内部，所述桩腿内部固定连接有多根电缆管，用于连接海底电缆与电气设备。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述桶型基础顶盖与桩腿之间设置加强肋，且顶盖上设置多个排气孔，用于桶型基础空腔内水气排出。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述桩腿上部外壁设置有若干供所述锁定装置的固定杆嵌入的开孔，用于锁定桩腿。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述桩腿数量为九根，分布于电气组块四边中部、四角和中心位置。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述电气组块共有六层平台结构，所述旋转升降装置和锁定装置分别布置于电气组块底部的一层和二层平台，且一层和二层平台的外部边墙做密封处理。
15.另一方面，本发明还提供了一种用于海上电气平台的整体安装式结构的安装方法，该结构在浮箱的浮力作用下使得所述电气组块整体处于海平面以上，便于对该结构的拖运；所述安装方法包括如下步骤：
16.s1、采用拖船或拖轮将在工厂预制好的整体安装式结构拖至指定海域位置，并通过抛锚固定漂浮就位；
17.s2、利用旋转升降装置将桩腿下放，直至桶型基础顶部与泥面接触，通过水气通道排出基础空腔内部水气，利用桶型基础旋转破土，继续下沉至指定深度；
18.s3、利用整体安装式结构自重和旋转升降装置进行桩腿预压，首先，利用旋转升降装置下降位于四角和中心处的桩腿，即先由四角和中心处的旋转升降装置抬升整体安装式结构，而其余的旋转升降装置锁紧，此时平台整体重量由四角和中心处桩腿承受；然后四边处的旋转升降装置抬升电气组块，原先的旋转升降装置锁紧；依次循环对桩腿预压，使桶型基础下部土体压缩密实，直至桩腿不再出现下沉为止；
19.s4、利用旋转升降装置抬升电气组块至设计高程，利用锁定装置锁紧桩腿，整体安装式结构安装完成。
20.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
21.(1)采用整体安装式结构，电气组块布置紧凑合理；
22.(2)利用整体安装施工周期大幅缩减；
23.(3)施工安装过程无需海上大型吊装和打桩等施工装备；
24.(4)施工噪声少、结构拆除方便，环境污染少；
25.(5)本发明结构型式合理，运输安装便捷，显著降低施工成本，十分适用于地质条件复杂或水深较浅的海域。
附图说明
26.图1是本发明的俯视图；
27.图2是本发明的正视图；
28.图3是本发明的正剖图；
29.图4是本发明的侧视图；
30.图5是本发明的侧剖图；
31.图6是本发明的旋转升降装置和锁定装置示意图；
32.图7是本发明的桩腿与电缆管示意图；
33.图8是本发明的桶型基础示意图；
34.图9是本发明的施工安装示意图。
具体实施方式
35.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
36.如图1、图2和图4所示，本实例中电气组块1为六层平台结构，设置九根桩腿，其中八根桩腿2直径为3m，分布于电气组块1四边中部和四角，一根直径为5m桩腿3位于电气组块1中心位置。
37.如图3、图5所示，桩腿2和3外侧均匀焊接螺纹，桩腿均可收缩于电气组块1主柱内部，可部分外露于主柱之上；桩腿2和3均穿过控制舱室5，下端与桶型基础4焊接在一起。
38.如图6所示，桩腿2穿过控制室6，桩腿2外侧焊接的螺纹21与控制室内的螺纹61相匹配，二者紧密咬合在一起，螺纹61可由液压机构(采用本领域的常规选择即可，其具体的结构以及与螺纹的驱动关系不需要在本发明中进行过分提及，属于常规设置)驱动旋转，带动桩腿2旋转，实现桩腿升降；与常规齿轮式或孔洞式自升式平台控制升降方式不同，该过程可连续变化，由旋转螺纹速度控制；同时，控制室6内还具有锁定装置62(采用本领域的常规选择即可，其具体的结构和电路控制关系不需要在本发明中进行过分提及，属于常规设置)；当电气组块1完成抬高后，锁定装置62会伸出锁定杆插入桩腿2上的开孔22，达到锁紧桩腿的目的。
39.如图7所示，桩腿2内部预先设置多根电缆管23，电缆管23从桶型基础4上部穿入桩腿2，从桩腿2顶部穿出，海底电缆由桩腿2穿入，沿桩腿2上升，然后与电气组块1中的电气设备相连。
40.如图8所示，桩腿2与桶型基础4焊接固定在一起，桶型基础4为底部开口圆桶状结构，直径为10m，桶高为5m，壁厚为5cm，其顶部与桩腿2焊接，桶顶盖41与桩腿2之间设置加强肋42增强连接强度，桶顶盖41上设置多个排气孔43，用于桶型基础4空腔内水气排出。
41.图1～图8中，电气组块1、桩腿2和3、桶型基础4(含顶盖41、加强肋42)、浮箱5、控制室6(含旋转升降装置61、锁定装置62)均可以在陆上预制完成。浮箱5固定于电气组块1底部，桩腿2和3穿过电气组块1的主柱和控制室6，桩腿2和3上的螺纹与旋转升降装置61的螺纹咬合紧密，桩腿2和3底部焊接桶型基础4，并通过加强肋42焊接固定，整体安装式结构制造完成；旋转升降装置61停止工作，锁住桩腿2和3，整体安装式结构由拖船或拖轮等牵引至指定海域位置。
42.本发明整体安装式结构的安装方法包括如下步骤：
43.s001、整体安装式结构利用浮箱5整体浮运到达指定海域位置后，并通过抛锚固定
漂浮就位；
44.s002、利用旋转升降装置61将桩腿2和3下放，桩腿2和3及桶型基础4旋转下沉，直至桶型基础4顶部与泥面接触，通过水气通道43排出基础空腔内部水气。
45.s003、利用整体安装式结构自重和升降装置61对桩腿2和3进行预压。首先，利用升降装置61下降位于四角和中心处的桩腿，即先由四角和中心处的旋转升降装置61抬升整体安装式结构，而其余的旋转升降装置61锁紧，此时平台整体重量由四角和中心处桩腿2和3承受；然后再将四边处的旋转升降装置61抬升电气组块1，原先的升降装置61锁紧；依次循环对桩腿2和3预压，使桶型基础4下部土体压缩密实，直至桩腿2和3不再出现下沉为止，在此过程中，通过水平仪试试监测电气组块1的水平度。
46.s004、如图9所示，整体安装式结构的施工安装过程包括定位、伸腿、循环预压和抬升就位，其中最后一步，利用升降装置61抬升电气组块1至设计高程，利用锁定装置62锁定电气组块1与桩腿2和3。
47.至此，一种用于海上电气平台的整体安装式结构安装完成，进行电气组块1内部电气设备调试，海缆连接等工作。
48.依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种用于海上电气平台的整体安装式结构，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
49.如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
50.除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
51.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。