一种钢混组合双六边形环状漂浮式风机基础的制作方法

1.本发明涉及风能工程、海上风电基础领域，具体涉及一种钢混组合双六边形环状漂浮式风机基础。


背景技术：

2.风力发电是当今发展最快的绿色能源之一，其清洁低碳，是传统能源的重要替代方案，符合生态文明建设理念。与陆地风电不同，海上风电更少受占用土地、噪声污染等因素制约，同时，海上风能资源储量大，适合大规模开发，在能源需求和“双碳”目标的双重背景下，海上风电有望成为沿海地区未来主力电源之一，可以有效提高我国的能源供给安全系数，在改善能源结构的同时保障能源供应安全。随着技术不断成熟，海上风电造价成本将显著下降，风机大型化等，将驱动海上风电装机量持续提升，海上风电将迎来高成长，全球将进入海上风电发展快车道。
3.我国海上风电开发区域目前主要集中在近海海域，而近海风电与航道、养殖等其他用海项目交错布局，并面临争夺有限资源的问题，近海风电资源开发即将饱和。相比于近海，远海、深海风能资源更加丰富稳定，加大深远海海上风电开发力度是必然趋势。海上风电的基础结构是设计的关键部分，不仅承受上部风电机组和塔筒的结构重量，还要承受风、浪、流甚至海冰的作用，其造价在整个风机中占40％左右。常用的海上风电基础型式按其是否与海床刚性连接分为固定式基础和漂浮式基础，其中典型的固定式基础有单桩、多桩型基础、重力型基础和导管架型基础；典型的漂浮式基础有半潜型、张力腿型和spar式等。按照基础适用水深，深远海海域常使用漂浮式基础，漂浮式结构远离海岸线，对海洋哺乳动物、鸟类、鱼类影响和海岸线视觉污染较小，漂浮式风电机组由于体型巨大，且长期承受风、浪、流等各种复杂载荷的作用，因而对漂浮式风电机组基础的各方面性能提出了更高的要求。
4.半潜式平台基础结构相对简单、适用水深范围大、定位比较容易且成本较低，但由于其吃水较浅、整体重心较高，对风浪激励较为敏感，易发生偏转运动。由于浮箱尺度较大，水平方向所承受波浪力较大，平台纵荡、横荡运动较难控制，且结构重量大、结点复杂制造有一定难度。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种钢混组合双六边形环状漂浮式风机基础，具有稳定、适用性强和材料利用率高的优点。
6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
7.一种钢混组合双六边形环状漂浮式风机基础，由外六边形环、内六边形环、箱型梁、支撑杆、过渡段和系泊锚固系统组成，所述外六边形环的内角与内六边形环的顶角相对应的通过箱型梁相互连接；所述内六边形环和外六边形环均通过六段双钢板混凝土结构首尾相接组成，所述箱型梁也采用双钢板混凝土结构；
8.所述双钢板混凝土结构是由内钢板、外钢板和混凝土组成的空腔结构，所述内钢板套接于外钢板内部且内钢板与外钢板之间填充有所述混凝土；
9.所述过渡段设置于所述内六边形环中部并通过支撑杆相互连接，所述支撑杆倾斜设置且均匀分布于过渡段周围，支撑杆的底部与内六边形环固接，顶部与过渡段固接；所述过渡段顶部用于与风机塔筒相连以传递上部风机荷载，将荷载通过支撑杆传递给由箱型梁、外六边形环和内六边形环组成的结构；
10.所述系泊锚固系统由导揽孔、锚链和系泊锚组成，所述导揽孔等间距的布置在外六边形环上，所述系泊锚嵌入海底；所述锚链一端通过导揽孔与外六边形环相连，另一端与系泊锚连接。
11.进一步的，所述支撑杆为倾斜钢管，向基础六边形环中轴线倾斜。
12.进一步的，支撑杆和基础内六边形环通过焊接或螺栓方式相连。
13.进一步的，所述导揽孔设置有至少3个，锚链、系泊锚与导揽孔同时布置。
14.与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
15.本发明钢混组合双六边形环状漂浮式风机基础下部体积大，可提供很大的浮力、吃水浅、在风机受风浪荷载作用产生倾斜时提供较大的恢复力矩，增大结构稳定性；同时由于吃水浅，对建造码头和船坞的水深要求低；基础主体结构采用双钢板混凝土结构，相对全钢基础结构来说材料的费用可以较大幅度降低；双钢板结构相对纯钢板结构来说，其抗屈曲的能力显著增加，并提高了抵抗船舶冲击的能力；整个基础结构底部水体被分成了联通的七个内部水域和一个外部水域，结构运动时不同水域水位波动并不一致，会形成阻尼的效果，从而降低整个基础结构的运行响应。
附图说明
16.图1是本发明漂浮式风机基础结构示意图；
17.图2是本发明漂浮式风机基础结构俯视图；
18.图3是本发明漂浮式风机基础结构侧视图；
19.图4是箱型梁断面结构示意图。
20.附图标记：1-过渡段，2-支撑杆，3-内六边形环，4-箱型梁，5-外六边形环，6-锚链，7-系泊锚，8-导缆孔，9-机头，10-塔筒，11-内钢板，12-外钢板，13-混凝土
具体实施方式
21.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.如图1至图4所示，一种钢混组合双六边形环状漂浮式风机基础，由过渡段1、支撑杆2、内六边形环3、箱型梁4、外六边形环5以及系泊锚固系统组成，内六边形环3、箱型梁4、外六边形环5由双钢板混凝土制成，其余由钢制材料建造。
23.外六边形环5和内六边形环3通过箱型梁4连接。外六边形环5、内六边形环3和箱型梁4都为空心结构并分段分舱。外六边形环5、内六边形环3和箱型梁4均采用双钢板混凝土结构。双钢板混凝土结构是由内钢板11、外钢板12和混凝土13组成的空腔结构，截取其中一段，如图4所示，内钢板11套接于外钢板12内部且内钢板11与外钢板12之间填充有混凝土
13。
24.箱型梁为漂浮式基础的一部分承担荷载，同时起连接作用，连接外六边形环和内六边形环，形成整体。外六边形环和内六边形环根据风机尺寸大小在装配时可进行加载调节吃水深度；基础将水体分成了7个连通水池，基础受力时可利用多池增加阻力，降低基础整体的运动响应。
25.支撑杆2用于连接过渡段1和内六边形环3。支撑杆2为倾斜钢管，向基础六边形环中轴线倾斜。支撑杆2的上方连接钢过渡段1，过渡段1与支撑杆2顶部连接成为一体。过渡段1与风机塔筒10相连，塔筒10顶部为机头9，过渡段1用于传递上部风机荷载，将荷载通过支撑杆传递给六边形环状基础。支撑杆2均匀分布，使六边形多舱式环状基础各方向均匀受力。支撑杆2和内六边形环3通过焊接或螺栓相连。
26.系泊锚固系统由导揽孔8、锚链6和系泊锚7三部分组成。导揽孔8设在外六边形环5上，绕外六边形环5等间距布置。系泊锚7嵌入海底。锚链6一端通过导揽孔8与外六边形环5相连，另一端通过系泊锚7与海底连接。导揽孔8根据六边形基础承受荷载大小均匀布置，不少于3个，锚链和系泊锚与导揽孔同时布置。如图3所示，系泊锚固系统可为平台提供恢复力和力矩以平衡环境载荷，维持其在海上的位置，减少基础纵荡、横荡和艏摇。
27.本实施例中，过渡段1、支撑杆2、内六边形环3、箱型梁4、外六边形环5可以在陆上进行预制，通过船坞内拼接转运，基础吃水深度小，本发明可适用绝大多数船坞。
28.具体的，支撑杆2可设置为3根或6根，传递过渡段传递的荷载，支撑杆2作为双六边形环状漂浮式风机基础的荷载传递部件根据需要均匀布置，充分发挥结构整体性，提高材料利用率。
29.本发明相较于传统的漂浮式风机具有更强的结构稳定性、适用性和材料利用率；多池设置为基础受力时增加阻力减少运动响应提供了帮助。
30.本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种钢混组合双六边形环状漂浮式风机基础，其特征在于，由外六边形环、内六边形环、箱型梁、支撑杆、过渡段和系泊锚固系统组成，所述外六边形环的内角与内六边形环的顶角相对应的通过箱型梁相互连接；所述内六边形环和外六边形环均通过六段双钢板混凝土结构首尾相接组成，所述箱型梁也采用双钢板混凝土结构；所述双钢板混凝土结构是由内钢板、外钢板和混凝土组成的空腔结构，所述内钢板套接于外钢板内部且内钢板与外钢板之间填充有所述混凝土；所述过渡段设置于所述内六边形环中部并通过支撑杆相互连接，所述支撑杆倾斜设置且均匀分布于过渡段周围，支撑杆的底部与内六边形环固接，顶部与过渡段固接；所述过渡段顶部用于与风机塔筒相连以传递上部风机荷载，将荷载通过支撑杆传递给由箱型梁、外六边形环和内六边形环组成的结构；所述系泊锚固系统由导揽孔、锚链和系泊锚组成，所述导揽孔等间距的布置在外六边形环上，所述系泊锚嵌入海底；所述锚链一端通过导揽孔与外六边形环相连，另一端与系泊锚连接。2.根据权利要求1所述一种钢混组合双六边形环状漂浮式风机基础，其特征在于，所述支撑杆为倾斜钢管，向基础六边形环中轴线倾斜。3.根据权利要求1所述一种钢混组合双六边形环状漂浮式风机基础，其特征在于，支撑杆和基础内六边形环通过焊接或螺栓方式相连。4.根据权利要求1所述一种钢混组合双六边形环状漂浮式风机基础，其特征在于，所述导揽孔设置有至少3个，锚链、系泊锚与导揽孔同时布置。

技术总结
本发明公开一种钢混组合双六边形环状漂浮式风机基础，由外六边形环、内六边形环、箱型梁、支撑杆、过渡段和系泊锚固系统组成，外六边形环的内角与内六边形环顶角相对应的通过箱型梁相互连接；内六边形环和外六边形环均通过六段双钢板混凝土结构首尾相接组成；双钢板混凝土结构是由内钢板、外钢板和混凝土组成的空腔结构，内钢板与外钢板之间填充有混凝土；过渡段设置于内六边形环中部并通过支撑杆相互连接，支撑杆的底部与内六边形换固接，顶部与过渡段固接；系泊锚固系统由导揽孔、锚链和系泊锚组成，导揽孔等间距的布置在外六边形环上，系泊锚嵌入海底；锚链一端通过导揽孔与外六边形环相连，另一端与系泊锚连接。另一端与系泊锚连接。另一端与系泊锚连接。


技术研发人员：方龙 翟恩地 练继建 李荣富 王海军
受保护的技术使用者：北京金风科创风电设备有限公司
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/5/16