导管架基础的制作方法

本发实用新型涉及海上风力发电领域，尤其涉及一种海上风机导管架基础。

背景技术：

目前，海上风电场的主要基础形式为单桩基础，其次为导管架基础、多桩、高桩承台、低桩承台基础，其他如重力式、负压筒型、漂浮式基础应用相对较少。海上风机基础结构主要受风、浪、流等长期循环的环境荷载作用。目前，海上风场建设海域的水深通常在20m以下，风机基础结构主要采用大直径单桩基础，随着风电机组单机容量的增加以及海上风场水深的加深，传统大直径单桩基础的经济性和适用性受到了很大限制。导管架基础因其杆件尺寸小，受到波流载荷较小，且桩基直径较小，承载力较高的特点，在水深较深(大于40m)，风机机组功率较大的风场建设中，其经济性优势尤为突出。

目前常见的导管架基础，其主腿设计均采用由上到下统一直径的设计，其过渡段大多采用主桶和斜撑在基础外平台之上的结构型式或主桶在基础外平台之下，主桶和桩腿采用箱型梁连接的结构型式。

对于主桶和斜撑在基础外平台之上，使用斜撑连接主桶和导管架主腿的设计，由于基础外平台的空间受到斜撑的干涉，因此基础外平台在布置电气设备、生存仓及运维吊机等设备时受到很大的限制，给基础外平台的使用带来很大的局限和不便。并且，为达到最佳的传力效果，斜撑与水平面之间的夹角需在45°左右，因此圆柱型主桶需要较高的高度设计。

对于主桶在基础外平台之下，使用箱梁连接主桶和导管架主腿的过渡段设计，其箱型梁结构的材料利用率低，结构质量大，并且由于箱梁的竖直截面在受到波浪拍击时会全部吸收波浪的动能，从而增大导管架基础受到的波浪载荷。为了避免该问题，需将过渡段的高程提升以避开极端波浪的影响，但这样做会使导管架外平台的高程升高，从而需要增加靠船桩及外爬梯的长度，使运维人员爬升的距离增加，增大运维人员进行运维工作的难度和时间成本。

此外，主腿采用由上到下统一直径的设计，过大的直径会导致波浪力增大，增加不必要的波浪载荷。并且，主腿中段往往结构应力较小，过大的直径会导致结构强度余度过大，造成材料的浪费。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提出一种减少基础外平台的空间干涉、减小载荷、节省材料和/或降低成本的导管架基础。

根据本实用新型构思的导管架基础包括：基础外平台、三个或多于三个的导管架主腿、一个主桶和斜撑，其中，所述主桶和所述导管架主腿位于所述基础外平台下方，所述斜撑连接在所述主桶与所述导管架主腿之间以固定所述主桶。

根据示例性实施例，连接到所述主桶与每个所述导管架主腿之间的所述斜撑为一个或多于一个。

根据示例性实施例，连接到所述主桶与每个所述导管架主腿之间的所述斜撑的数量相等。

根据示例性实施例，所述斜撑为圆管、方管或圆锥形管。

根据示例性实施例，所述主桶由球形或椭球形壳体构成。

根据示例性实施例，所述导管架主腿为竖直可变直径主腿。

根据示例性实施例，所述基础外平台由花纹板、钢板或栅格板制成。

本实用新型采用主桶和斜撑都放在基础外平台之下的结构传力路径，使得基础外平台上无任何结构的空间干涉，可最大限度的满足电气设备、生存仓及运维吊机等设备的布置需求，为海上风机的运维提供方便。

此外，将圆柱形主桶改为球形或椭球型壳体，可以利用球形曲面使波浪发生折射，从而减小波浪拍击对导管架基础的载荷，从而可以在不增加结构强度的情况下，降低过渡段的高程，与传统的圆柱形主桶相比，在相同直径下，球形主桶的材料更省。

另外，使用圆管、方管或圆锥型截面的斜撑，相比于箱型梁结构，也可以提高材料利用率，降低结构重量，从而降低导管架基础的成本，提高经济性。

此外，采用竖直主腿设计，可以缩短运维船停靠时与基础外平台的距离，这样可以缩短运维吊机的吊臂长度，从而降低吊机成本。采用变直径的主腿设计，减小桩腿中间段波浪力，降低结构强度冗余，从而实现节省材料，降低成本的目的。

附图说明

通过下面结合附图对示例性实施例进行的描述，这些和/或其他方面将变得清楚和更容易理解：

图1是根据示例性实施例的导管架基础的示意图。

图2是根据另一示例性实施例的导管架基础的示意图。

图3是根据另一示例性实施例的导管架基础的示意图。

具体实施方式

将通过参照附图解释示例性实施例来详细描述实施例。同样的附图标记指示同样的元件。为便于说明，附图中组件的尺寸是任意示出的，下述实施例不限于此。

图1是根据示例性实施例的导管架基础的示意图。

如图1所示，导管架基础包括一个主桶1、三个或多于三个的导管架主腿(用附图标记2、6-10表示，后面将详细说明)、斜撑3和基础外平台4。

所述基础外平台4可采用栅格板制成，但本实用新型不限于此，基础外平台4还可采用其他材料制成，诸如，花纹板或钢板。从俯视图上看，基础外平台4可具有矩形形状(未示出)；然而，本实用新型不限于此，基础外平台4可具有任何合适的形状。

多个导管架主腿中的每个设置在基础外平台4下方以支撑基础外平台4(例如，支撑基础外平台4的边缘部)。相邻两个导管架主腿之间的跨距可以为18m，但本实用新型不限于此。相邻两个导管架主腿之间的跨距可根据塔底载荷以及当地地质、风浪流等环境条件适当调整。导管架主腿的数量可以为三个或多于三个，例如四个、五个、六个；然而，本实用新型不限于，导管架主腿可以设置为任何合适的数量，只要合适地支撑基础外平台4即可。

主桶1位于基础外平台4之下，例如，基础外平台4的中部的下方。连接到主桶1与每个导管架主腿之间的斜撑3为一个或多于一个(例如2个)，连接到主桶1与每个导管架主腿之间的斜撑3的数量相等。根据风力发电机组在海底的实际受力情况来选择需要几个斜撑3。塔筒5位于基础外平台4上并与主桶1通过例如法兰连接。在基础外平台4之上，除塔筒5外，无任何结构干涉，可使利用空间达到最大化。此外，相邻两个导管架主腿之间可设置彼此交叉的斜管以提高导管架主腿的稳定性。

主桶1包括球形或椭球型壳体，例如，由球形或椭球型壳体构成。这种构型与传统的圆柱形主桶结构相比，一方面可以利用球形曲面使波浪发生折射，从而减小波浪拍击对导管架基础的载荷，从而可以在不增加结构强度的情况下，降低过渡段的高程。与传统的圆柱形主桶相比，在相同直径的情况下，球形主桶的材料更省。并且，球形或椭球型主桶1的曲面曲率可依据结构受力、空间布置及受到波浪力的大小进行调整。

斜撑3可以是圆管、方管或圆锥型截面的斜撑。相比于箱型梁结构，也可以提高材料利用率，降低结构重量，从而降低导管架基础的成本，提高经济性。

每个导管架主腿设置在相应的桩基11上，并被桩基11支撑。每个导管架主腿整体采用竖直主腿设计，可以缩短运维船停靠时与基础外平台4的距离，这样可以缩短运维吊机的吊臂长度，从而降低吊机成本。

如图1所示，导管架主腿包括从上往下依次设置在基础外平台4与桩基11之间的上直段2、上加厚段6、上锥段7、中直段8、下锥段9和下加厚段10。各直段的上下端直径相等，两个锥段的上下端直径不等。上锥段7的上端与上加厚段6的下端相连，二者直径相同。上锥段7的下端与中直段8的上端相连，二者直径相同。下锥段9的上端与中直段8的下端相连，二者直径相同。下锥段9的下端与下加厚段10的上端相连，二者直径相同。由于上锥段7和下锥段9的存在，使得上直段2、上加厚段6、中直段8和下加厚段10的直径可以实现不同直径的变化，可依据波浪力和结构应力大小进行调整。

上直段2、上加厚段6、上锥段7、中直段8、下锥段9和下加厚段10中的每个可以具有管状。上直段2和上加厚段6可具有相同的外径，上加厚段6的内径可小于上直段2的内径，即，上加厚段6可具有比上直段2大的壁厚。下加厚段10可具有与上加厚段6类似的壁厚。也就是说，下加厚段10可具有比下锥段9大的壁厚。

虽然本实施例中的导管架主腿用竖直主腿设计以减小运维吊机的吊臂长度，但其他替代方案也可采用单斜或双斜设计，这样的设计可以减小桩长，增加导管架的承载能力。

图2是根据另一示例性实施例的导管架基础的示意图。

如图2所示，与参照图1描述的导管架基础相比，参照图2描述的导管架基础在主桶1和导管架主腿之间设置上下两组斜撑3-1和3-2，使得过渡段结构变为上斜撑3-1和下斜撑3-2共同承担主桶1传递过来的载荷，由此可以在塔底载荷较大的情况下增加一条传力路径，来减小斜撑的直径和壁厚，从而适应更大功率的风机机组。

图3是根据另一示例性实施例的导管架基础的示意图。

如图3所示，与参照图2描述的导管架基础相比，参照图3描述的导管架基础将主桶1由球形或椭球型结构变为圆柱形结构。采用圆柱型结构，可直接利用现有卷板机将钢板卷制成圆筒形结构，底封板可通过焊接与圆筒相连，加工制造工艺成熟，工艺较为简单，成本较低。

本实用新型采用主桶和斜撑在基础外平台以下的设计，使得基础外平台上无任何结构的空间干涉。

此外，将圆柱形主桶改为球形或椭球型壳体，可以减小波浪拍击对导管架基础的载荷，从而可以在不增加结构强度的情况下，降低过渡段的高程。此外，采用球形主桶及斜撑的设计可以提高材料利用率，降低结构重量。

此外，采用竖直主腿设计可缩短运维吊机的吊臂长度，从而降低吊机成本。此外，采用可变直径的导管架柱腿，减小桩腿中段的波浪力，降低结构强度冗余，达到节省材料，提高经济性的目的。

虽然已经具体示出和描述了本实用新型构思的示例实施例，但是本领域的普通技术人员将理解的是，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可做出形式和细节上的各种改变。