海上浮式风机基础

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种海上浮式风机基础。

背景技术

随着潮间带及近海区域风电资源的开发逐渐趋于饱和以及能源需求的逐步增加，海上风力发电正从潮间带近海区域走向深海区域。浅海风电场距海岸线较近，容易对渔业养殖、航道等产生影响，与浅海风电场相比，深海风电场具有风速高、风切变低、湍流程度小等优势，对海上航道的影响也较小。同时，我国深远海风电能源的资源储备量位居世界前列，浮式海上风电产业的发展前景广阔。

目前国内外对海上浮式风机的研究尚处于初期阶段，我国正加紧对样机的研制。海上浮式风机基础的基本形式主要有：单立柱式、半潜式、张力腿式和驳船式。针对我国海域的使用情况，半潜式是目前公认的适应我国海域的首选基础形式。因此，针对半潜式浮式风机基础，有不少学者都提出了三立柱或四立柱等众多形式。

然而，半潜式基础形式本质上是属于柱稳式结构，柱体之间需要通过撑杆连接，为了保证整体结构的刚性，还需要在撑杆之间使用众多支管进行连接。这使得空间桁架结构异常复杂，增加用钢量，同时由于节点众多，疲劳问题突出。另外在塔筒与浮体立柱连接位置同样由于极限载荷和疲劳载荷大，需要结构加强，传统的加强方式用钢量较大。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种海上浮式风机基础，增强基础结构的刚度和疲劳强度的同时减少用钢量，节约成本。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种海上浮式风机基础，包括立柱和垂荡板，所述垂荡板设置在立柱下方，所述立柱设置有三个，三个立柱呈正三角形布置，相邻立柱之间设置有桁架结构，所述桁架结构对称分布于正三角形的三边上，所述立柱包括第一内层钢板和第一外层钢板，所述第一内层钢板和第一外层钢板均为空心柱结构，所述第一内层钢板设置在第一外层钢板的空心柱内，所述第一外层钢板和第一内层钢板同轴线设置，所述第一外层钢板和第一内层钢板之间的空腔内浇筑有混凝土，其中一个立柱上设置有用于安装风电塔筒的安装部。

进一步，所述安装部包括第二内层钢板、开孔钢板、横向钢筋和栓钉，所述第二内层钢板为筒状，所述第二内层钢板的下端插入立柱的中心孔内，所述开孔钢板的长度方向沿第二内层钢板的轴向设置，所述开孔钢板设置有多个，多个开孔钢板均匀设置在第二内层钢板的外壁与第一内层钢板的内壁之间，所述横向钢筋为环形，所述横向钢筋套设在第二内层钢板的外圈上，所述横向钢筋贯穿过开孔钢板，所述栓钉沿第二内层钢板的径向设置在第二内层钢板的外壁与第一内层钢板的内壁之间，所述栓钉设置有多个，所述第二内层钢板的外壁与第一内层钢板的内壁之间的空腔内浇筑有混凝土。

进一步，所述开孔钢板沿长度方向均匀设置有多个通孔，所述横向钢筋穿过通孔，多个栓钉沿第二内层钢板轴向平行设置成一列，多列栓钉均匀排列设置在第二内层钢板外壁上。

进一步，所述立柱和所述安装部均设置为空心圆柱形，所述多列栓钉圆周阵列设置在第二内层钢板外壁上，多个所述开孔钢板圆周阵列设置在第二内层钢板的外壁上。

进一步，所述第二内存钢板底部还设置有隔板，所述隔板设置在立柱内部的平台上。

进一步，所述开孔钢板设置有两层，每层均为多块开孔钢板均匀环形排列形成，其中一层设置在第一内层钢板的内壁上，另一层设置在第二内层钢板的外壁上，两层的开孔钢板间隔设置，每层开孔钢板上均沿长度方向设置有多个环形的横向钢筋。

进一步，所述桁架结构包括横撑主管和支管，所述横撑主管水平设置在相邻的两个立柱之间，在竖直方向上相邻的两个横撑主管之间设置有支管，所述支管与横撑主管形成K型节点或Y型节点。

进一步，所述横撑主管内部填充混凝土，所述支管为空心钢管，所述支管与横撑主管通过环形焊缝连接。

进一步，所述垂荡板为中空夹层混凝土结构，所述垂荡板的中空部分填充混凝土或压载水。

由上述技术方案可知，本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明提供一种海上浮式风机基础，包括立柱和垂荡板，所述垂荡板设置在立柱下方，所述立柱设置有三个，三个立柱呈正三角形布置，相邻立柱之间设置有桁架结构，所述桁架结构对称分布于正三角形的三边上，所述立柱包括第一内层钢板和第一外层钢板，所述第一内层钢板和第一外层钢板均为空心柱结构，所述第一内层钢板设置在第一外层钢板的空心柱内，所述第一外层钢板和第一内层钢板同轴线设置，所述第一外层钢板和第一内层钢板之间的空腔内浇筑有混凝土，其中一个立柱上设置有用于安装风电塔筒的安装部。增强基础结构的刚度和疲劳强度的同时减少用钢量，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的一种海上浮式风机基础立体结构图；

图2为本发明的实施例一的安装部位置的局部剖视图；

图3为图2的剖视图；

图4为本发明的实施例二的安装部位置的剖视图；

附图标记：

1-立柱；2-垂荡板；3-安装部；4-横撑主管；5-支管；11-第一内层钢板；12-第一外层钢板；31-第二内层钢板；32-开孔钢板；33-横向钢筋；34-栓钉。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一，请参阅图1~3，本发明提供一种海上浮式风机基础，包括立柱1和垂荡板2，所述垂荡板2设置在立柱1下方，所述立柱1设置有三个，三个立柱1呈正三角形布置，相邻立柱1之间设置有桁架结构，所述桁架结构对称分布于正三角形的三边上，所述立柱1包括第一内层钢板11和第一外层钢板12，所述第一内层钢板11和第一外层钢板12均为空心柱结构，所述第一内层钢板11设置在第一外层钢板12的空心柱内，所述第一外层钢板12和第一内层钢板11同轴线设置，所述第一外层钢板12和第一内层钢板11之间的空腔内浇筑有混凝土，其中一个立柱1上设置有用于安装风电塔筒的安装部3。该新型风机基础不但能够显著的增强其基础结构的刚度和疲劳强度，而且能更加容易满足该浮式风机基础对结构的力学性能要求。相比纯钢基础结构，能减少用钢量。该新型风机基础水线面面积小，能够减少作用其上的水动力载荷，具有更好的运动性能。所述立柱1为中空夹层钢板混凝土结构，可由圆柱体或方形柱体或其他形式柱体组成，立柱1的内部含有若干舱室，安装部3设置在立柱1最上层的平台上。在塔筒与立柱1连接位置设置安装部3增加强度以及便于塔筒的安装。

作为上述实施方案的进一步改进，所述安装部3包括第二内层钢板31、开孔钢板32、横向钢筋33和栓钉34，所述第二内层钢板31为筒状，所述第二内层钢板31的下端插入立柱1的中心孔内，所述开孔钢板32的长度方向沿第二内层钢板31的轴向设置，所述开孔钢板32设置有多个，多个开孔钢板32均匀设置在第二内层钢板31的外壁与第一内层钢板11的内壁之间，所述横向钢筋33为环形，所述横向钢筋33套设在第二内层钢板31的外圈上，所述横向钢筋33贯穿过开孔钢板32，所述栓钉34沿第二内层钢板31的径向设置在第二内层钢板31的外壁与第一内层钢板11的内壁之间，所述栓钉34设置有多个，所述第二内层钢板31的外壁与第一内层钢板11的内壁之间的空腔内浇筑有混凝土。

作为上述实施方案的进一步改进，所述开孔钢板32沿长度方向均匀设置有多个通孔，所述横向钢筋33穿过通孔，多个栓钉34沿第二内层钢板31轴向平行设置成一列，多列栓钉34均匀排列设置在第二内层钢板31外壁上。

作为上述实施方案的进一步改进，所述立柱1和所述安装部3均设置为空心圆柱形，所述多列栓钉34圆周阵列设置在第二内层钢板31外壁上，多个所述开孔钢板32圆周阵列设置在第二内层钢板31的外壁上。将栓钉34设置在第二内层钢板31的外壁上，并使得栓钉34的长度，使得栓钉34端部与第一内层钢板11的内壁间的间隙不大于1厘米，同时设置多列栓钉34并圆周阵列设置在第二内层钢板31的外壁上，使得在浇筑混凝土后其能承受足够的载荷以及塔筒晃动时的剪应力。优选地，将横向钢筋33焊接在栓钉34上。

作为上述实施方案的进一步改进，所述第二内层钢板底部还设置有隔板，所述隔板设置在立柱1内部的平台上。在安装部3与立柱1的平台表面之间设置隔板，增大其与平台的接触面积，防止应力集中，增加其强度。

作为上述实施方案的进一步改进，所述桁架结构包括横撑主管4和支管5，所述横撑主管4水平设置在相邻的两个立柱1之间，在竖直方向上相邻的两个横撑主管4之间设置有支管5，所述支管5与横撑主管4形成K型节点或Y型节点。节点形式简单，制造容易。

作为上述实施方案的进一步改进，所述横撑主管4内部填充混凝土，所述支管5为空心钢管，所述支管5与横撑主管4通过环形焊缝连接。在横撑主管4中填充混凝土组成的钢管混凝土K型节点，相比空心横撑与空心支管5的K型节点形式，能够显著的增强其刚度和疲劳强度，更容易满足该浮式风机基础对结构的力学性能要求。相同的力学性能下，钢管混凝土的节点形式能减少用钢量，填充的混凝土还能兼具固定压载之用，用来降低浮式风机基础的重心，能够减少立柱1和垂荡板2空间中的压载重量，节约成本。所述垂荡板2为中空夹层混凝土结构，所述垂荡板2的中空部分填充混凝土或压载水。

如图4所示，实施例二，所述开孔钢板32设置有两层，每层均为多块开孔钢板32均匀环形排列形成，其中一层设置在第一内层钢板11的内壁上，另一层设置在第二内层钢板31的外壁上，两层的开孔钢板32间隔设置，每层开孔钢板32上均沿长度方向设置有多个环形的横向钢筋33。设置两层开孔钢板32且两层开孔钢板32分别靠近第一内层钢板11和第二内层钢板31设置，开孔钢板32的宽度设置在第一内层钢板11内壁直径与第二内层钢板31外层直径之差的2/3，且两层开孔钢板32上开设的通孔交替设置，使得两层开孔钢板32上分别设置的横向钢筋33交替设置。进一步的增强安装部3的结构强度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。