一种锚固于岩基海床的张紧式风机基础的制作方法

1.本实用新型属于海上风力发电技术领域，尤其是涉及一种锚固于岩基海床的张紧式风机基础。


背景技术：

2.风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术，由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，海洋已成为一个迅速发展的风电市场。海上风电的开发和利用在世界范围内引起了高度重视，开发技术取得了较大进步。
3.随着我国对海上风电的规划与开发，近海海域普遍采用桩基础作为支撑结构，而深海海域尚缺乏具有经济性的基础形式。目前针对岩基海床，海上风电结构主要采用重力式基础和固定式嵌岩桩基础。重力式基础体积大、重量大、需要大型吊机，且对岩基海床面平整度要求较高，往往重力式基础安装之前需要对海床进行整平预处理，施工工序复杂，并且效率较低、无法适用于深水环境。固定式嵌岩桩基础，施工过程需要使用大型吊机船、钻机和打桩等机械设备，往往采用多次“打-钻-打”施工工艺，在沉桩过程中反复测量桩体垂直度和承载力，并且在桩侧进行注浆加固，施工工艺繁多，难度大，海上施工耗时长，成本高昂，且深远海环境条件恶劣，固定式嵌岩桩基础适用性差，建造和施工成本大幅增长。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种锚固于岩基海床的张紧式风机基础。
5.为此，本实用新型的上述目的通过如下技术方案实现：
6.一种锚固于岩基海床的张紧式风机基础，其特征在于：所述锚固于岩基海床的张紧式风机基础包括岩基锚固系统、锚泊缆、半潜式模块、风机塔筒以及风电机组；
7.所述岩基锚固系统的上端连接锚泊缆，所述锚固系统的下端锚固于岩基海床上；
8.所述锚泊缆为张紧式结构，上端连接半潜式模块；
9.所述半潜式模块用于在安装过程中调节自身浮力以预张紧锚泊缆；
10.所述半潜式模块的顶部依次布置风机塔筒以及布置于风机塔筒顶部的风电机组；
11.所述锚固系统包括锚固面板和多根锚杆，多根锚杆组成微型桩阵列，所述锚固面板与多根锚杆所组成微型桩阵列的顶部固定，所述锚杆的下端插入至海床岩体内并灌浆连接。
12.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：
13.作为本实用新型的一个优选技术方案：所述锚杆下端与海床岩体之间经灌浆锚固。
14.作为本实用新型的一个优选技术方案：所述锚固面板的中央设有锚眼，所述锚眼用于连接锚泊缆。
15.作为本实用新型的一个优选技术方案：所述半潜式模块自下而上依次包括四个压载舱、中部垂直浮筒、上部过渡段和连接法兰；
16.所述压载舱的内端连接至中部垂直浮筒的底部，所述压载舱的外端具有导缆孔以连接锚泊缆，所述压载舱内布置压载泵，所述压载泵用于注水或者排水来调节浮力；
17.所述中部垂直浮筒内具有平台以布置风电机组相关设备，所述中部垂直浮筒的上端与上部过渡段的底部焊接；
18.所述上部过渡段的顶部布置连接法兰以与风机塔筒底部的法兰盘相连接。
19.作为本实用新型的一个优选技术方案：所述半潜式模块的侧方还设有靠泊设施。
20.作为本实用新型的一个优选技术方案：所述中部垂直浮筒内部布置加强板和肋板。
21.作为本实用新型的一个优选技术方案：所述上部过渡段为钢桁架以减小用钢量和环境荷载。
22.作为本实用新型的一个优选技术方案：所述风机塔筒由多节塔筒组成，上下相邻塔筒之间经法兰盘相连接，所述风机塔筒顶端经法兰盘与风电机组相连接。
23.作为本实用新型的一个优选技术方案：所述风电机组包括机舱、轮毂和叶片。
24.本实用新型提供一种锚固于岩基海床的张紧式风机基础，适用于岩基海床和基岩埋深较浅的海床地质条件下的海上风电开发，与现有技术相比，具有如下有益效果：
25.1）、本实用新型突破了传统风机基础无法应用于岩基海床的限制，可适应不同的海洋环境、地质条件和大型风电机组。
26.2）、本实用新型所提供的锚固系统结构简单，仅需利用传统的地质勘察钻机在岩基海床进行小直径钻孔，并由水下机器人携带导管进行灌浆连接，施工过程简便，大大降低锚固系统安装的风险和成本。
27.3）、本实用新型锚泊缆在工作状态下可以通过半潜式模块进行垂直预张紧，对浮式基础的位移限制能力较强，且锚泊缆长度短、占用海域面积小，具有较好的经济性。
28.4）、本实用新型基础结构为半顺应半刚性，浮力与自重、锚链预张力达到平衡，较大的预张力使基础结构横摇、纵摇和垂荡运动幅度较小，正常工况下风机塔筒几乎保持垂直状态，提高了发电效率，减少了动态电缆长度，并可在此基础上配置更大功率的风电机组，经济性优于一般浮式风机基础。
29.5）、本实用新型半潜式模块结构简单，易于建造，可在陆上预制和拼装，并与锚泊缆、风机塔筒和风机机组在陆上整体组装后拖航运输，无需调用大型起重船和昂贵的运输船。
30.6）、本实用新型可以利用水下机器人及半潜式模块调整压载水实现一步式安装和锚泊缆的预张紧，无需调遣吊装船机设备，减少了海上安装工序，降低海上施工风险，缩短海上施工时间，节约工程成本。
31.7）、本实用新型的浮式基础可利用施工窗口期长，可用于岩基海床和其他类型海床，同时具有较好的水动力性能，适用水深范围广，在不同的风向和浪向下均能保证运动稳定性，提升发电效率，具有良好的经济效益，尤其适用于深远海风力发电场。
附图说明
32.图1为本实用新型所提供的锚固于岩基海床的张紧式风机基础的立体图。
33.图2为锚杆安装图示。
34.图3为半潜式模块的立体图。
35.图4为半潜式模块竖向剖面图。
具体实施方式
36.下面结合附图对本实用新型做进一步详细地描述。
37.如图1所示，锚固于岩基海床的张紧式风机基础，包括锚固系统1、锚泊缆2、半潜式模块3、风机塔筒4、风电机组5。
38.如图1和图2所示，基础包括四套锚固系统1，锚固系统1包括锚杆11和锚固面板12，锚杆11插入海底钻孔后灌浆，锚杆11组成微型桩列阵，穿过锚固面板12两侧预设锚栓孔，将锚固面板12套在锚杆11组成微型桩列阵上，并用锚栓螺母固定。锚固面板12中心处设有锚眼，用于连接锚泊缆2。相邻两套锚固系统轴线方向相互垂直。
39.如图1所示，锚泊缆2的下端连接在锚固系统锚眼处，上端连接在半潜式模块3的导缆孔处。基础组装之后，静止状态下，锚泊缆处于垂直状态，基础浮力与基础重力、锚泊缆预张力处于平衡状态。
40.如图1、图3和图4所示，半潜式模块3包括下部四个压载舱31、中部垂直浮筒32、上部过渡段33、连接法兰34、靠泊设施35。相邻两个压载舱31尺寸一致，相互垂直，每个压载舱31端部设有导缆孔36，用于连接锚泊缆2上端，压载舱31内部布置压载泵37，用于注水和排水。四个压载舱31与垂直浮筒32焊接连接，垂直浮筒32为等直径圆筒，内部设置内平台，布置风电机组相关设备。垂直浮筒32上端与过渡段33焊接连接，垂直浮筒内部布置加强板38和肋板39以提供足够的结构强度。过渡段33为桁架结构以减小结构用钢量，过渡段33上端焊接封板和连接法兰34与风机塔筒4底部法兰盘连接。
41.风机塔筒4由多节塔筒组成，相邻塔节通过法兰盘连接，风机塔筒4顶端通过法兰盘与风电机组5连接。风电机组5包括机舱51、轮毂52和叶片53。
42.上述锚固于岩基海床的张紧式风机基础通过如下布置方法实现：
43.第一步：于风机机位位置处，利用水下钻机或传统的地质钻机在岩基海床上钻出略大于锚杆11尺寸的小直径钻孔，钻孔深度至持力层以满足承载力要求，钻孔排列位置与锚固面板12预设锚栓孔一一对应。若锚固系统处的基岩高度跨度大，可采用钻孔前进行基岩平整作业或钻孔后灌浆作业时进行基岩平整作业。
44.第二步：钻孔深度与锚杆11长度一一对应，钻孔至指定深度后，将钻孔内的基岩碎屑及残渣清理干净，再利用水下机器人将锚杆11一一插入钻孔至底部，调整锚杆垂直度，并利用水下机器人引导灌浆导管插入已有钻孔底部，注入高强高密度灌浆料同时逐渐提升导管直至基岩表面，保证灌浆密实无缝隙。
45.第三步：灌浆固结后，利用水下机器人安装锚固面板12。使锚杆11组成的微型桩阵列穿过锚固面板12表面的预制锚栓孔并用锚栓螺母固定。此步骤完全在水底海床面操作，几乎不受风浪流等环境条件影响，可利用的施工窗口期长。
46.第四步：锚固面板12安装好之后，利用水下机器人牵引锚泊缆下端并固定在锚固
面板的锚眼位置，牵引锚泊缆上端连接位于海面的浮筒。浮筒为临时设施，用于牵引锚泊缆至海面，一方面是保护锚泊缆2免于触底损伤，另一方面在半潜式模块3就位后，方便寻找锚泊缆和进行锚泊缆2上端的固定工作。
47.第五步：在陆上建造基地在半潜式模块3的四个压载舱31底部贯入高密度混凝土作为固定压载，以降低结构整体重心，增加吃水深度，提高结构稳定性。将风机塔筒4和风电机组5在码头或船坞与半潜式模块3完成整体组装和舾装，往码头或船坞中注水，使基础结构自然浮起，并拖航至施工风机机位位置。无需调用大型起重船和昂贵的运输船，节约工程成本。
48.第六步：实现基础结构的一步式安装。基础结构运输至施工地点后，打开位于压载舱31内部的压载泵吸进压载水，增加基础吃水深度。在基础深吃水状态下，选择施工窗口期内低潮位时段，进行基础海上一步式安装：利用水下机器人将浮筒上的锚泊缆2穿过压载舱31端部导缆孔位置并进一步牵引至半潜式模块上部进行连接，完成所有锚泊缆连接后，随着水位自然上升，以及调节半潜式模块3内部布置的压载泵进行排放压载水减小基础吃水深度，实现锚泊缆自然张紧，使浮力与基础重力和锚泊张力处于平衡状态。整个过程安装步骤简便，无需调用大型起吊船和锚机绞拉施加预张力。
49.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。