一种海上风电机组用的浮式基础及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种海上风电机组用的浮式基础，属于海上风电机组装置技术领域。

背景技术

近年来，发达国家在漂浮式海上风电机组取得了显著的成就，深海风电开发技术得到大幅度提升。但随着国内海上风电的加速发展，目前海上风电机组设计和运行经验的不足,导致深海风电技术开发水平远远落后,需要加强深海漂浮式机组的开发技术研究，为未来深海风电开发提供技术支撑。

随着海上风电发展的需要，给深海风电发展带来新的契机，使得漂浮式海上风电技术的研发成为一个首要条件，这对漂浮式平台系统提出了更高的要求。无论从深海海上风电开发角度，还是经济效益、社会效率和环境效益出发，漂浮式海上风电机组的研究具有极其重要的意义。

目前，国外对漂浮式海上基础研究开发工作十分活跃，同时漂浮式海上基础技术大体可以分为四大类：一是Spar浮式平台技术；二是张力腿平台技术；三驳船型平台技术；四是半潜式平台技术。而半潜式平台技术是目前海洋钻井平台技术的延伸，它利用数个具有浮力的立柱将上壳体连接下壳体，由浮力支撑平台的机理，达到平台漂浮和稳定性的效果。这一技术的最大特点是具备良好的运动特性和抗风浪性能。钢结构半潜式平台成本偏高，难以满足海上风电平价上网的要求，本技术旨在提出一种用混凝土设计和制造漂浮式平台的方案，达到降低成本的目的。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种海上风电机组用的浮式基础，该结构能够有效的为浮体提供较好的稳定性，尤其是垂荡板的设计，相对于传统结构的设计具有非常重大的进步，尤其是应用于海面上。

本发明采用的技术方案如下：

一种海上风电机组用的浮式基础，包括浮筒，该浮筒包括多个圆周阵列分布的且为中空结构的第一浮筒；

在浮筒的布置位置的中部还设置有连接点，每个第一浮筒与中部的连接点通过连接件装配连接；或者，相邻的第一浮筒之间通过连接件装配连接；

所述浮筒底部还设置有垂荡板，所述浮筒的顶部和底部均为密封结构；

所述筒体浮筒放置设置于垂荡板上；

或者，所述浮筒固定装配于捶荡板上。

进一步的，所述浮筒还包括在第一浮筒的布置位置的中部设置的第二浮筒，所述第一浮筒通过连接件与第二浮筒连接装配。

进一步的，所述连接件采用中空的管体结构的金属管制成以便于过人和减轻重量，该连接件两端部分别连通第一浮筒和第二浮筒，该连接件设置于浮筒的上部和/或中部和/或下部。

进一步的，相邻所述第一浮筒之间还设置有连接加强件，通过连接加强件实现整体结构的稳定性。

进一步的，在连接件与第一浮筒和/或第二浮筒的连接处，在第一浮筒和/或第二浮筒内壁和外壁分别设置内连接板和外连接板，连接件对应的端部设置有法兰，并通过高强度螺栓穿过法兰、外连接板、浮筒、内连接板后通过螺母紧固；

或者，在连接件与第一浮筒和/或第二浮筒的连接处，浮筒侧壁预埋第一基础环，连接件的端部设置有法兰与基础环对应匹配，两者之间通过螺栓连接装配；

或者，在连接件与第一浮筒和/或第二浮筒的连接处，浮筒侧壁预埋第二基础环，连接件的连接端面与基础环之间通过焊接连接。

进一步的，所述筒体包括多层，层与层之间还设置有隔板，所述筒体内部还设置有便于维护人员上下的爬梯。

进一步的，爬梯为由下至上且成一字型的结构，或者所述爬梯每层设置于不同侧，或者所述爬梯成等间距的螺旋结构由下至上分布；

所述爬梯通过隔板所对应的隔板位置设置有通孔。

进一步的，所述浮筒还设置有用于开启/闭合的门以便于操作人员的进出；

或者，在隔板的通孔位置处设置有用于开启/闭合的门；

或者，在浮筒的顶部对应爬梯位置还设置有用于开启/闭合的门。

进一步的，所述垂荡板采用钢板制成，所述垂荡板为中空结构或者实心结构；

当所述垂荡板为实心结构时，所述垂荡板上设置有装配孔，垂荡板底部可穿过装配孔，在浮筒上设置预埋件，并通过螺栓固定装配在垂荡板上。

进一步的，所述垂荡板采用混凝土制成，所述垂荡板为中空结构，所述浮筒与垂荡板之间通过预埋件和预应力钢绞线组合连接。

进一步的，所述垂荡板为分体式结构，并分别设置于浮筒的下部，或者所述垂荡板为一体制成的结构。

一种漂浮式基础的制造方法，包括以下步骤：

a、制作浮筒，将浮筒采用多段预制成型；

b、制作垂荡板，根据浮筒的制作将垂荡板分成多个组件预制；

c、根据浮筒的预制，且在浮筒上预留装配件，采用混凝土制作用于整个结构装配形成一体的连接件；

d、将浮筒、垂荡板和连接件的预制件拼装在一起，将采用混凝土支撑的预制件连通在浮筒的下部，通过钢绞线预紧以及现场浇筑的方式形成整体结构；

e、根据浮筒的预制，且在浮筒上预留装配件，采用钢材制作中空结构的连接件，且将利用钢材支撑的中空结构的连接件连通浮筒。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种海上风电机组用的浮式基础解决了传统海上浮台结构难以设置垂荡板或者是造价成本过高的问题，通过采用混凝土支制成的浮筒相对于钢结构的浮筒更加具备成本低廉的优势，同时也解决了混凝土的承载能力较差的问题，相对更好的填补了现在难以设置或者是未设置垂荡板的空缺；

2、解决了传统浮筒不具有连接结构的问题，通常传统的结构即使有支撑件的设置，其主要的目的是为了支撑单个浮筒的稳定性，而在本结构的设计中有效的将多个浮筒直接连接为一体，通过进而设计的结构有效的实现相互之间的连通，该结构也有效的能够避免在维护过程中操作人员需要不停的进出，从而有效的提高维护的效率，降低维护的成本，进一步保证了操作人的安全。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明连接件与浮筒连接处之一；

图3是本发明连接件与浮筒连接处之二；

图4是本发明连接件与浮筒连接处之三；

图5是本发明钢垂荡板和浮筒的装配结构示意图；

图6是本发明钢垂荡板的结构示意图；

图7是本发明浮筒的和垂荡板装配的截面图；

图8是本发明一字型爬梯的截面示意图；

图9是本发明爬梯交替设置的截面示意图；

图10是发明混凝土垂荡板的结构的示意图；

图11是图10中A处的放大结构示意图。

图中标记：1-第一浮筒，2-垂荡板，3-第二浮筒，4-连接件，5-外连接板，6-内连接板，7-法兰，8-第一基础环，9-第二基础环，10-隔板，11-爬梯，12-门，13-装配孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种海上风电机组用的浮式基础，如图1至图11所示，包括浮筒，该浮筒包括多个圆周阵列分布的且为中空结构的第一浮筒1；

在浮筒的布置位置的中部还设置有连接点，每个第一浮筒1与中部的连接点通过连接件4装配连接；或者，相邻的第一浮筒1之间通过连接件4装配连接；

所述浮筒底部还设置有垂荡板2，所述浮筒的顶部和底部均为密封结构；

所述筒体浮筒放置设置于垂荡板2上；

或者，所述浮筒固定装配于捶荡板上。

本实施例中，所述浮筒采用混凝土制成，钢结构浮筒成本偏高，难以满足海上风电平价上网的要求；而混凝土浮筒虽然可实现降本，但由于混凝土的承载能力较差，现有的混凝土浮筒都未设置垂荡板2(或者说，浮筒难以设置垂荡板2)，不带垂荡板2的混凝土浮筒组合而成的浮体运动性能较差，不利于漂浮式风力发电机组的开发。

基于上述描述的结构设计，作为更加的具体结构设计，所述浮筒还包括在第一浮筒1的布置位置的中部设置的第二浮筒3，所述第一浮筒1通过连接件4与第二浮筒3连接装配。作为具体的设计，在结构的设计上，所述连接件4为中空结构，且两端分别连通浮筒。在结构的设计上，作为具体的设计，尤其要说明，一个浮筒的高度高达几十米，其直径也是达到了好几米甚至十多米，而在实际的维护过程中，操作人员如果需要切换浮筒时则需要进出浮筒，由于海上作业，且是风电机组，其维护要么需要特别不错的环境，要么就需要延长维护的时间，且对于操作者而言也是非常危险的。利用该结构的设计，不仅仅提高了浮台的稳定性，而且还有效的为维护提供了更好的安全通道，在维护的时间上以及成本上来考虑，尤其是安全上来考虑，该结构是完全改变了传统结构的设计。更加具体的设计，所述第一浮筒1为3个。

实施例2

在实施例1的设计基础上，进一步的设计，作为更加具体的设计，所述连接件4采用中空的管体结构的金属管制成以便于过人和减轻重量。该结构有效的保证了整个结构的稳定性。

基于上述具体的结构设计基础上，作为更加具体的设计，所述连接件42的两端部分别连通第一浮筒1和第二浮筒3。该结构有效实现了整个结构的效果。更加具体的，所述连接件4的截面外缘呈圆形、矩形、椭圆或者腰形。

在上述具体结构的设计基础上，更加进一步的设计，如图2所示，在连接件4与第一浮筒1和/或第二浮筒3的连接处，在第一浮筒1和/或第二浮筒3内壁和外壁分别设置内连接板6和外连接板5，连接件4对应的端部设置有法兰7，并通过高强度螺栓穿过法兰7、外连接板5、浮筒、内连接板6后通过螺母紧固。

而在此结构的设计中，为了统一的设计，在连接件4与第一浮筒1和第二浮筒3的连接处，在第一浮筒1和第二浮筒3内壁和外壁分别设置内连接板64和外连接板5，连接件4对应的端部设置有法兰7，并通过高强度螺栓穿过法兰7、外连接板5、浮筒、内连接板6后通过螺母紧固。

在上述结构的设计中，具体的，所述法兰7呈L型或者T型。而当所述法兰7成L型时，所述法兰7为内翻边或者外翻边。优选的，所述法兰7外翻边。

当然，作为具体的结构，不仅仅是上述结构唯一的，更加具体的，如图3所示，在连接件4与第一浮筒1和/或第二浮筒3的连接处，浮筒侧壁预埋第一基础环8，连接件4的端部设置有法兰7与基础环对应匹配，两者之间通过螺栓连接装配。

作为另一选择的实施方式，如图4所示在连接件4与第一浮筒1和/或第二浮筒3的连接处，浮筒侧壁预埋第二基础环9，连接件4的连接端面与基础环之间通过焊接连接。

在上述具体实施方式的三种方式中，任一连接处或者菊科采用不同的连接方式。但是作为更加具体的设计，通常，其结构采用一种连接方式。

在上述具体结构的设计基础上，所述连接件4设置于(连接于)浮筒的上部和/或中部和/或下部。为了保证整体的结构效果，所述连接件4设置于(连接于)浮筒的上部和下部。该方式的设计最主要的是操作人员在检查维护时可循环通过，不需要爬上爬下，有效的节省了维护时间，并且形成一个内循环的结构。另一方面还提高了这个结构的稳定性。

在上述具体结构的设计基础上，所述连接件4采用混凝土制成，装配完成后再通过浇筑混凝土固定成型。具体的，该混凝土制成的连接件4同样为空心结构，且两端连通浮筒。

在本结构的设计中，所述连接件4分别连通于在浮筒的上部和下部，位于下部的连接件4采用混凝土制成，位于上部的连接件4采用中空结构的钢材料制成。

作为更加具体的设计，相邻所述第一浮筒11之间还设置有连接加强件，通过连接加强件实现整体结构的稳定性。

基于上述具体结构的设计，所述垂荡板2为分体式结构，并分别设置于浮筒的下部，或者所述垂荡板2为一体制成的结构。

实施例3

在实施例1和实施例2的基础上，针对浮筒和垂荡板2进一步的设计，如图5至图11所示，基于上述具体结构的设计基础上，作为更加具体的结构设计，所述浮筒包括多层，层与层之间还设置有隔板10，所述浮筒内部还设置有便于维护人员上下的爬梯11。在结构的设计上，浮筒的体积一般都是比较大的，为了更好的制作浮筒，从而采用多层的结构，同时，在该结构的设计上，更加利于操作人员对浮筒内部结构进行维护。

在上述具体结构的设计基础上，在另一具体实施方式中，如图8所示，所述爬梯11为由下至上且成一字型的结构，或者如图9所示，所述爬梯11每层设置于不同侧，或者所述爬梯11成等间距的螺旋结构由下至上分布。为了更好的便于操作以及维护，该结构内需要设计爬梯11的结构。作为更加具体的结构设计，所述爬梯115通过隔板10所对应的隔板10位置设置有通孔。通过该通孔的结构设计有效的保证了维护人员的上下正常。

基于上述具体结构的设计基础上，在具体的设计中，所述浮筒上还设置有用于开启/闭合的门12以便于操作人员的进出。而在门12的具体结构设计上，在隔板10的通孔位置处设置有用于开启/闭合的门12。这样可以使得每一层都作为独立的单元。而在另一具体的设计当中，在浮筒的顶部对应爬梯11位置还设置有用于开启/闭合的门12。作为更加具体的设计，在浮筒的底部设置用于开启/闭合的门12，以此实现人员的进出。在本实施方中，作为具体的设计，在隔板10的通孔位置处设置有用于开启/闭合的门12，且在浮筒的顶部对应爬梯11位置还设置有用于开启/闭合的门12。

在上述具体结构设计的基础上，作为更加具体的设计，所述浮筒的内部设置有泡沫(图中未示出，但是不影响其理解)以减少破舱时浮筒的进水量。该结构的设计即能够保证整个结构的浮体效果，同时也有效的减少破舱时浮筒的进水量，也同时能够有效的延长事故反应时长。

在上述具体结构的设计基础上，作为更加具体的设计，所述垂荡板2采用钢板制成，所述垂荡板2为中空结构或者实心结构。尤其是在中空结构的设计上，其设置可以将浮筒放置于垂荡板22上，该结构的设计能够有效的实现其自身的功能效果。

而在当所述垂荡板2为实心结构时，即：当所述垂荡板2为实心结构时，所述垂荡板2上设置有装配孔13，垂荡板2底部可穿过装配孔13，在浮筒上设置预埋件，并通过螺栓固定装配在垂荡板2上。

而当垂荡板2为实心板时，其为较薄的钢板，该作为该结构的设计中，可以通过螺栓直接把合在浮筒的顶部，以实现装配为一体。

为了更加进一步的优化设计，作为更加具体的设计，在装配孔13的外侧还设置有多个小孔以提升垂荡板2阻尼性能，所述小孔圆周阵列分布。作为更加具体的设计，该小孔具有多组，每组均为圆周阵列分布，且其所在圆直径逐步增大。

在另一具体的设计当中，将垂荡板2的结构进行另一方式的设计，所述垂荡板2采用混凝土制成，所述垂荡板2为中空结构，所述浮筒1与垂荡板22之间通过预埋件和预应力钢绞线组合连接。

在具体的设计中，所述预埋件预埋于垂荡板2内，所述钢绞线一端与浮筒连接，另一端与垂荡板2连接，以使浮筒和垂荡板2形成一个整体；

或者，所述浮筒和垂荡板2采用整体浇筑一体制成；

或者，所述浮筒和垂荡板2分体制成再拼接浇筑。在此当中，浮筒本身就是分层制成，同时，浮筒和垂荡板2为独立的结构的，再组合浇筑成型。

结合钢结构或者是混泥土制成的垂荡板2，在结构的设计上，如图10和图11所示，为了更好的实现其装配，可采用分体式结构。例如：钢板分体式结构在组合后可采用焊接的方式固定；作为混凝土的结构，则可采用分体式结构组合后再浇筑成型。

在上述具体的结构设计上，尤其是对垂荡板2，当每个浮筒下部单独设置有垂荡板2时，该垂荡板2可为分体式结构或者是一体制成；或者是整个垂荡板2采用一体制成。

作为更加具体的设计，在浮筒的结构设计上，以其横截面积作为参考，中部作为更加具体的结构设计上，作为其中空结构为圆柱体结构，且其横截面积所占总横截面60％-85％。

作为具体的描述，第一浮筒1横截面积所占总横截面60％-80％，第二浮筒3横截面积所占总横截面65％-85％。更加具体的，第二浮筒3的直径大于或等于第一浮筒1的直径，且第二浮筒3的中空结构的直径大于或等于第一浮筒1的的中空结构直径。

实施例4

一种漂浮式基础的制造方法，包括以下步骤：

a、制作浮筒，将浮筒采用多段预制成型；

b、制作垂荡板，根据浮筒的制作将垂荡板分成多个组件预制；

c、根据浮筒的预制，且在浮筒上预留装配件，采用混凝土制作用于整个结构装配形成一体的连接件；

d、将浮筒、垂荡板和连接件的预制件拼装在一起，将采用混凝土支撑的预制件连通在浮筒的下部，通过钢绞线预紧以及现场浇筑的方式形成整体结构；

e、根据浮筒的预制，且在浮筒上预留装配件，采用钢材制作中空结构的连接件，且将利用钢材支撑的中空结构的连接件连通浮筒。

作为更加具体的设计，混凝土为钢筋混凝土，其配筋率不超过3％。相比钢制漂浮式基础而言，其成本降低；相比于现有的混凝土制漂浮式基础而言，其浮体运动性能(运动幅度更小)和承载能力都有提升。

综上所述：

1、本发明的一种海上风电机组用的浮式基础解决了传统海上浮台结构难以设置垂荡板或者是造价成本过高的问题，通过采用混凝土支制成的浮筒相对于钢结构的浮筒更加具备成本低廉的优势，同时也解决了混凝土的承载能力较差的问题，相对更好的填补了现在难以设置或者是未设置垂荡板的空缺；

2、解决了传统浮筒不具有连接结构的问题，通常传统的结构即使有支撑件的设置，其主要的目的是为了支撑单个浮筒的稳定性，而在本结构的设计中有效的将多个浮筒直接连接为一体，通过进而设计的结构有效的实现相互之间的连通，该结构也有效的能够避免在维护过程中操作人员需要不停的进出，从而有效的提高维护的效率，降低维护的成本，进一步保证了操作人的安全。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。