CN105438411B - 一种可拖航的海上风电spar浮式基础 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上风电浮式基础形式，是一种可拖航的海上风电spar浮式基础，包括连接柱，其特征在于，连接柱上端通过法兰环与风机相连，连接柱中部设有若干扁平柱状密闭气浮箱，密闭气浮箱与连接柱不相通，连接柱底部与加载仓相通；连接柱的柱身设有可拆卸的拖航所需的齿轮；浮式基础的重心处设置有系泊缆。与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：施工方便，可以滚动拖航，减小了浪流的阻力，避免了传统spar基础湿拖过程中产生的应力集中和疲劳破坏，极大降低了施工难度和施工成本，并可回收利用。扁平状浮箱有效地提高了垂荡运动的附加质量和粘性阻尼，水面处扁平状浮箱有效加大了浮体的水面线面积，提供了较大的复原力矩，结构的稳定性较好。重心低于浮心，抗倾覆能力好。

Description

一种可拖航的海上风电spar浮式基础

技术领域

本发明涉及海上风电浮式基础形式，是一种可拖航的海上风电spar浮式基础，施工方便，可回收利用，更具有经济性和稳定性的一种海上风电浮式基础形式。

背景技术

我国拥有丰富的海上风电能源。水深大于50m的海域，风速稳定、风切变小，具有风力发电的独特优势, 海上风电场向深海区域延伸是业界的共识。根据海上石油等的海洋资源开发的经验，浮式基础是深水大型海上风电场的风机基础的理想解决方案。

目前的浮式风电基础中Spar结构基础具有十分突出的优势。

spar结构浮式基础吃水大，垂向波浪力小；且spar结构浮式基础重心低于浮心，抗倾覆能力强，但由于基础尺寸大，施工运输难度很大，施工成本很高，且存在很大安全隐患，极大的限制了该技术的推广应用。同时，基础也存在水线面小，其横摇和纵摇较大的问题。

Spar基础的施工建造场地距离作业安装海域较远，需要通过半潜驳船进行运输，施工包括以下几个过程：拖拉装船，将 Spar 基础由码头经滑道拖拉至半潜驳船甲板，完成基础装载；干拖，将 Spar 基础主体运输到距离作业安装地较近的码头或浅水遮蔽海域；浮卸，半潜驳船压载下潜至 Spar 基础完全自浮，将其拖离半潜基础；湿拖，由拖轮拖曳 Spar基础至安装作业海域；扶正，向Spar基础软舱加压载，使基础竖立起来；最后进行系泊系统及上部模块的安装。

Spar 基础的干拖过程跨越距离长，遭遇海况复杂恶劣，驳船和基础联合体运动响应及载荷较大，对施工进度和费用都有很大不利影响。在湿拖过程中，Spar 基础结构受力会远大于作业过程，应力集中明显，容易产生疲劳现象。浮卸作业时，两浮体的垂荡、纵摇以及横摇运动造成双浮体之间可能发生接触，某些特殊情况下，双浮体之间的碰撞力增大可能导致 Spar 基础结构破坏的情况。

由此可见，现有的施工运输缺陷造成的成本高，工期不确定等不利因素，极大制约着spar基础的应用推广。

发明内容

本发明的宗旨，是针对目前海上风电SPAR浮式基础安装和运输过程较为复杂，安装费用高，基础水面线小，横摇和纵摇值大的问题，提出一种可拖航的海上风电spar浮式基础，该结构能拖航运输，施工方便，且增大浮体水面线面积，有效提高安全性和经济性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为： 一种可拖航的海上风电spar浮式基础，包括连接柱，其特征在于，连接柱上端通过法兰环与风机相连，连接柱中部设有若干扁平柱状密闭气浮箱，密闭气浮箱与连接柱不相通，连接柱底部与加载仓相通；加载仓与密闭气浮箱直径相同；连接柱的柱身设有可拆卸的拖航所需的齿轮；浮式基础的重心处设置有系泊缆；拖航过程中加载仓空置。

前述的一种可拖航的海上风电spar浮式基础，连接柱的顶部设有连接柱顶阀门；所述的连接柱顶阀门在拖航时关闭，拖航结束后，将浮式基础扶正后连接柱顶阀门打开并从连接柱顶向加载仓灌砂石至满，压低重心，使基础稳定达到作业标准。

前述的一种可拖航的海上风电spar浮式基础，所述的连接柱为空心结构，且连接柱的直径小于密闭气浮箱的直径。

前述的一种可拖航的海上风电spar浮式基础，所述的加载仓底部设有仓底阀门，仓底阀门打开后用于回收利用时卸载加载仓和连接柱内的砂石。

前述的一种可拖航的海上风电spar浮式基础，系泊缆的上端与密闭气浮箱底部连接，且为4-8根，呈辐射状对称分布；系泊缆的下端锚固在海底基座上。

前述的一种可拖航的海上风电spar浮式基础，所述的齿轮在拖航时通过链条与拖轮的齿轮相连；拖航结束后齿轮拆卸。

施工时，先在船坞内将基础预制完成；将连接柱上端阀门关闭，船坞内部注水，将基础放倒自浮；当船坞与外海水位平齐，待基础漂浮稳定后，打开船坞，将拖轮的拖航齿轮与基础齿轮用齿轮链相连，开始拖航；由拖轮拖曳基础，使基础滚动前行；至安装作业海域，将基础扶正，打开连接柱端阀门，从连接柱向底端加载仓灌入砂石，使基础重心下移，直立稳定；最后进行系泊系统及上部风机的安装。

滚动拖航省略了干拖过程，减小了浪流的阻力，避免了传统湿拖过程中产生的应力集中和疲劳破坏。

如需对基础进行回收利用，可将风机拆卸，打开仓底阀门，待加载仓内砂石排出，再次安装柱顶阀门，将两个阀门关闭，再次放倒，即可再次拖航，回收利用。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：施工方便，省略了干拖过程，滚动拖航减小了浪流的阻力，避免了传统湿拖过程中产生的应力集中和疲劳破坏，极大降低了施工成本。扁平状浮箱有效地提高了垂荡运动的附加质量和粘性阻尼，水面处扁平状浮箱有效加大了浮体的水面线面积，提供了较大的复原力矩，结构的稳定性较好。

附图说明

图1是本发明的一种可拖航的海上风电spar浮式基础的整体示意图；

图2是基础拖航时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1、图2所示，可拖航的海上风电spar浮式基础由密闭气浮箱4、连接柱1、加载仓5、系泊缆6以及施工拖航时所需的连接柱顶阀门7、仓底阀门9和齿轮8组成。整体结构为钢结构。

连接柱1的上端通过法兰环2设置有风机3；连接柱尺寸为直径6m，高为90m，壁厚100mm。

连接柱周围布置有密闭气浮箱4，浮箱与连接柱不相通，根据机组荷载，数目2~3个不等。密闭气浮箱为空心扁平柱状结构，布置在连接柱上端接近法兰环和水面处，也为钢结构，尺寸为直径40m，高为5m，壁厚100mm。

连接柱底部与加载仓5相通。加载仓和浮箱直径相同，为空心柱状结构。尺寸为直径40m，高为5m，壁厚100mm。拖航过程中加载仓与浮箱一致，为空心结构；拖航结束，基础直立运行时加载仓内部灌满砂石。

系泊缆6呈辐射状对称分布，4到8根不等，布置在第二个浮箱底部，且布置在浮式基础的重心处，因为重心处的运动幅值较小。系泊缆采用钢缆结构，分段张紧，下端锚固在海底基座上。

连接柱顶部设有连接柱顶阀门7，拖航过程中关闭，拖航结束后拆卸。

连接柱的柱身设有齿轮8，拖航时连接柱上的齿轮通过链条与拖轮上的齿轮相连，拖轮前进，带动齿轮转动，使基础滚动前行。拖航结束后可拆卸。

如需对基础进行回收利用，可将风机3拆卸，打开仓底阀门9，待加载仓内砂石排出，再次安装连接柱顶阀门7，将两个阀门关闭，再次放倒，即可再次拖航，回收利用。

施工时，先在船坞内将基础预制完成；将连接柱顶端阀门关闭，船坞内部注水，将基础放倒自浮；当船坞与外海水位平齐，待基础漂浮稳定后，打开船坞，将拖轮的拖航齿轮与基础的齿轮用齿轮链相连，开始拖航；由拖轮拖曳基础，使基础滚动前行；至安装作业海域，将基础扶正，打开连接柱端阀门，从连接柱向底端加载仓灌入砂石，使基础重心下移，直立稳定；最后进行系泊系统及上部风机的安装。

本发明可极大的简化施工过程，降低施工成本和难度，增大基础水面线，增强基础的运动性能，提高基础的稳定性和经济性。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种可滚动拖航的海上风电spar浮式基础，包括连接柱，其特征在于，连接柱上端通过法兰环与风机相连，连接柱中部设有若干扁平柱状密闭气浮箱，密闭气浮箱与连接柱不相通，连接柱底部与加载仓相通；加载仓与密闭气浮箱直径相同；连接柱的柱身设有可拆卸的拖航所需的齿轮；浮式基础的重心处设置有系泊缆；拖航过程中加载仓空置；连接柱的顶部设有连接柱顶阀门；所述的连接柱顶阀门在拖航时关闭，拖航结束后，将浮式基础扶正后连接柱顶阀门打开并使加载仓灌满砂石，使基础重心低于浮心；所述的连接柱为空心结构，且连接柱的直径小于密闭气浮箱的直径；所述的加载仓底部设有仓底阀门，仓底阀门打开后用于回收利用时卸载加载仓内的砂石；所述的齿轮在拖航时通过链条与拖轮的齿轮相连；拖航结束后齿轮拆卸。

2.根据权利要求1所述的一种可滚动拖航的海上风电spar浮式基础，其特征在于，系泊缆的上端与密闭气浮箱底部连接，且为4-8根，呈辐射状对称分布；系泊缆的下端锚固在海底基座上。