一種三筒自升門架式風電基礎結構及其施工方法與流程

2023-06-01 23:35:36

本發明涉及海上風電機組基礎結構及其施工方法，具體的說，是涉及多個筒形基礎與門架式結構相結合的基礎形式及其施工方法。

背景技術：

目前，海上風電機組採用的主要基礎形式包括：單樁基礎、高樁承臺基礎、三腳架基礎、導管架式基礎、重力式基礎、負壓筒形基礎和浮動平臺結構等幾種。以上提到的基礎中，單樁結構應用最為廣泛，但由於其剛度及風浪荷載下的結構動力響應較大，易產生疲勞破壞；相對而言，大直徑寬淺式筒形基礎更適合我國近海地質特點及風機受力特點。但隨著海上風電規模化的開發、機組單機容量的增大，單一的基礎形式在施工難度及經濟效益上難以達到最優化，不能滿足工程的需要。

技術實現要素：

基於海上風電機組基礎結構較高的設計要求，本發明提供了一種三筒自升門架式風電基礎結構及其施工方法，可利用門架式多筒基礎的特點實現自浮拖航和機械沉放，明顯降低基礎的施工成本，加快施工進度。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現：

一種三筒自升門架式風電基礎結構，包括三個相同的筒形基礎，三個相同的筒形基礎按照分別位於三角形的三個頂點布置，三個所述筒形基礎通過門式塔架連接為一體；所述門式塔架包括三個分別以底端連接於三個所述筒形基礎的頂蓋中心的豎向塔架，三個所述豎向塔架的上端分別連接三個所述橫向塔架的外端，三個所述橫向塔架的內端均連接於風機塔筒；

所述門式塔架的每組所述豎向塔架和所述橫向塔架均通過升降機構相連接，所述升降機構包括齒輪、齒條、鎖緊裝置以及升降控制系統；所述齒條安裝在每個所述豎向塔架的兩側，所述齒輪和所述鎖緊裝置構成的齒輪箱安裝在每個所述橫向塔架的外端，所述齒輪和所述鎖緊裝置均由升降控制系統控制，所述鎖緊裝置用於實現所述齒輪與所述齒條的鎖緊。

優選地，每個所述筒形基礎均設置有獨立的抽負壓及加載裝置。

優選地，所述門式塔架的三個橫向塔架均設置有調平裝置。

一種三筒自升門架式風電基礎結構的施工方法，按照如下步驟進行：

(1)陸上預製三個所述筒形基礎；陸上預製所述門式塔架，包括三個橫向塔架和三個豎向塔架；陸上預製所述升降機構，包括所述齒輪、所述齒條、所述鎖緊裝置以及所述升降控制系統；

(2)將所述齒條固定在所述豎向塔架兩側，將設有所述齒輪和所述鎖緊裝置的齒輪箱及所述升降控制系統安裝在所述橫向塔架末端，並通過所述齒輪和所述齒條的嚙合實現所述橫向塔架和所述豎向塔架的拼接，並檢查所述升降控制系統的運行情況；

(3)三個所述筒形基礎吊入陸地邊的水中檢查其氣密性；氣密性符合要求之後，將各所述筒形基礎安裝在所述門式塔架的所述豎向塔架底部，並安裝好抽負壓及加載裝置，上述三筒自升門架式風電基礎結構安裝完成並達到設計強度要求後，再組裝好塔筒和風機；

(4)將帶有風機的三筒自升門架式風電基礎結構移入水中，將運輸船固定在三筒自升門架式風電基礎結構正下方，通過調整所述升降控制系統使所述門式塔架的所述橫向塔架坐落在所述運輸船的甲板上並進行固定，之後通過所述抽負壓及加載裝置向三個所述筒形基礎注入高壓氣，使三筒自升門架式風電基礎結構與所述運輸船整體漂浮在水面上；

(5)利用所述運輸船將帶有風機的三筒自升門架式風電基礎結構運輸至指定的設計施工地點；

(6)通過所述升降控制系統使得三個筒形基礎同步下沉，到達泥面之後利用升降控制系統推動三個筒形基礎繼續下沉，同時輔以負壓下沉的技術手段加快下沉過程，當下沉到達預期的與運輸船分離的高程時作業停止；

(7)當三筒自升門架式風電基礎到達與運輸船分離的高程並初步穩定後，解除所述門式塔架的所述橫向塔架與所述運輸船的固定連接，使所述運輸船與三筒自升門架式風電基礎結構分離，關閉所述升降控制系統，利用所述鎖緊裝置鎖固齒輪和齒條；

(8)三筒自升門架式風電基礎結構繼續負壓下沉直至下沉就位，施工完畢。

本發明的有益效果是：

本發明的三筒自升門架式風電基礎結構及其施工方法，該基礎同時具有筒型基礎與自升門架的優點，其施工方法在拖航中有效的利用了筒形基礎的浮力，而在筒形基礎前期沉放過程中通過自升門架的調整實現了機械沉放，達到泥面後可利用運輸船的自重反作用力進行下沉，並可配以負壓下沉。整個施工過程簡單、快速，所需施工設備少，避免了使用昂貴的大型水上現場施工設備，施工速度快，綜合造價低。

附圖說明

圖1是本發明所提供的三筒自升門架式風電基礎結構的俯視圖；

圖2是本發明所提供的三筒自升門架式風電基礎結構的主視圖。

圖中：1、運輸船；2、筒形基礎；3、門式塔架；4、齒輪；5、齒條；6、鎖緊裝置；7、風機。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的發明內容、特點及效果，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下：

如圖1和圖2所示，本實施例公開了一種三筒自升門架式風電基礎結構，其中包括三個相同的筒形基礎2、一組門式塔架3、齒輪4、齒條5、鎖緊裝置6。

筒型基礎2是頂部封閉、底部敞口的一種圓筒狀鋼結構基礎，三個相同的筒形基礎2按照分別位於三角形的三個頂點處布置，每兩個筒形基礎2之間的距離可根據實際工程進行設置，每個筒形基礎2均設置有獨立的抽負壓及加載裝置。筒型基礎2內部可設置分艙板形成多個艙室結構。

門式塔架3將三個筒形基礎2連接為一體，相鄰兩個筒型基礎2與門式塔架3組成「門」字形。具體地，門式塔架3包括三個分別以底端連接於筒形基礎2頂蓋中心的豎向塔架，三個豎向塔架的上端分別連接三個橫向塔架的外端，三個橫向塔架的內端均連接於風機7塔筒。

門式塔架3的三組豎向塔架和橫向塔架均通過齒輪4、齒條5、鎖緊裝置6以及升降控制系統組成的升降機構相連接。三個豎向塔架的兩側均安裝有齒條5，三個橫向塔架的外端均安裝有齒輪箱和升降控制系統，齒輪箱內設置有齒輪4和鎖緊裝置6。齒條5的長度可以根據所安裝海域的水深來確定，齒輪4轉動和鎖緊裝置6由升降控制系統控制，齒輪4在齒條5上的位置由鎖緊裝置6進行固定。當筒型基礎2安裝就位後，利用升降控制系統的液壓驅動與鎖緊裝置6即實現齒輪4與齒條5的鎖緊。

門式塔架3的橫向塔架上還可以設置調平裝置，通過測量各橫向塔架及豎向塔架的位移可計算傾斜度，並反饋給升降控制系統進行局部調平。

運輸船1用於運輸三筒自升門架式風電基礎，風機7通過塔筒與下部的三筒自升門架式風電基礎相連接。

上述三筒自升門架式風電基礎結構的施工方法，按照如下步驟進行：

a.陸上預製所述三個鋼製圓形的筒型基礎2結構，再組裝鋼製分艙板；

b.陸上預製門式塔架3，包括橫向塔架和豎向塔架；

c.陸上預製升降機構，包括齒輪4、齒條5、鎖緊裝置6以及升降控制系統；將齒條4固定在豎向塔架兩側的適當位置，並檢查其牢固性；將設有齒輪4和鎖緊裝置6的齒輪箱及升降控制系統安裝在橫向塔架末端，並通過齒輪4和齒條5的嚙合實現橫向塔架和豎向塔架的拼接，並檢查升降控制系統的運行情況；

b.將各底部開口的筒型結構2整體吊入陸地邊的水中檢查其氣密性；

d.氣密性符合要求之後，將各筒形基礎2安裝在門式塔架3底部，並安裝好抽負壓及加載裝置，完成三筒自升門架式風電基礎結構的安裝工作；

e.三筒自升門架式風電基礎結構安裝完成並達到設計強度要求後，再組裝好塔筒和風機7；

f.利用吊機或滑道將帶有風機7的三筒自升門架式風電基礎結構移入水中，將運輸船1固定在三筒自升門架式風電基礎結構正下方，通過調整升降控制系統使門式塔架3的橫向塔架坐落在運輸船1的甲板上並進行固定，之後通過抽負壓及加載裝置向三個所述筒形基礎2注入高壓氣，使三筒自升門架式風電基礎結構與所在運輸船1整體漂浮在水面上；

g.利用運輸船1將帶有風機7的三筒自升門架式風電基礎結構運輸至指定的設計施工地點；

h.到達設計施工地點後，通過升降控制系統使得三個筒形基礎2同步下沉；到達泥面之後利用升降控制系統推動三個筒形基礎2繼續下沉，此時運輸船1與筒型基礎2可看成一個整體，通過運輸船1的自重作為推動下沉的反作用力施加在泥面上，同時輔以負壓下沉的技術手段加快下沉過程，當下沉到達預期的與運輸船1分離的高程時作業停止；

i.當三筒自升門架式風電基礎到達與運輸船1分離的高程並初步穩定後，解除門式塔架3的橫向塔架與運輸船1的固定連接，使運輸船1與三筒自升門架式風電基礎結構分離，關閉升降控制系統，利用門式塔架3的豎向塔架和橫向塔架連接處的鎖緊裝置6鎖固齒輪4和齒條5；

j.三筒自升門架式風電基礎結構繼續負壓下沉直至下沉就位，三筒自升門架式風電基礎結構下沉就位後，在豎向塔架和橫向塔架連接處可增設三角支架以增強結構強度，施工完畢。

儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬於本發明的保護範圍之內。