一种重力式海上风自响应风机基础及其施工方法与流程

本发明属于海上风力发电领域，涉及一种重力式海上风自响应风机基础及其施工方法。

背景技术：

随着全球不可再生能源如煤炭、石油的日益减少，利用可再生能源呈现方兴未艾之势，风电作为可再生、无污染、能量大、前景广的能源得到了广泛的发展。海上风电具有风能资源丰富、发电利用小时数高、不占用土地、不消耗水资源等特点，因此海上风电建设成为了发展重点。

海上风电场风机基础是将风机稳固在海上的重要建筑物，风机基础处在海洋环境，不仅要承受结构自重、风荷载，还要承受波浪、水流力等；同时，风机本身对基础刚度、基础倾角和振动频率等均有非常严格的要求，因此设计一种能够适应海上环境的风机基础具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种重力式海上风自响应风机基础及其施工方法，可以根据风力的大小，改变流经自身的电流，从而改变强度和阻尼，提高风机的稳定性。

本发明提供一种重力式海上风自响应风机基础，包括风机、塔筒和风机基础，所述风机基础包括：基础骨架、上连接板、下连接板和防冲击挡板；所述基础骨架包括中心立柱、多根外围立柱、多根曲梁和多根横梁，多根外围立柱均匀布置在以中心立柱为圆心的圆周上，相邻外围立柱之间通过曲梁连接，多根外围立柱分别通过对应的横梁与中心立柱连接；所述下连接板套设并固定在中心立柱和多根外围立柱上，将基础骨架的底部封闭；所述防冲击挡板呈筒状且套设在中心立柱和多根外围立柱的外侧，防冲击挡板的外壁为波浪形，防冲击挡板的顶端和底端都向外凸出形成环形外缘；所述上连接板套设在中心立柱上，将基础骨架的顶部封闭；所述防冲击挡板通过底端和顶端的环形外缘分别与下连接板和上连接板固定连接；在上连接板、下连接板和防冲击挡板围合成的空间内填充有磁流变弹性体，所述磁流变弹性体外绕设线圈，在线圈外包裹有绝缘橡胶保护套，线圈通过导线与风机的发电机连接。

在本发明的重力式海上风自响应风机基础中，所述磁流变弹性体按照重量比包括如下组分：橡胶基体100～150份、磁性颗粒600～700份、硫化剂16～25份、硫化促进剂4～5份、填充物料120～180份，其中填充物料包括增塑剂20～30份、分散剂30～50份、粘结剂50～60份、补强剂10～20份、耐寒剂10～20份；所述粘结剂为碳化硅、石墨烯、碳纳米管或二氧化硅中的一种；所述补强剂为气相法白炭黑。

在本发明的重力式海上风自响应风机基础中，所述磁性颗粒选用微米级羰基铁粉和硅钢粉，两者比例为25:1，选用此磁性颗粒在保证饱和磁化强度的前提下改善了导磁率，减小涡流损耗。

在本发明的重力式海上风自响应风机基础中，所述硫化剂为硒、碲、过氧化物或硫磺；硫化促进剂为碱金属氧化物；所述增塑剂为二甲基硅油；分散剂为甲基戊醇或聚氨酯；耐寒剂为己二酸酯。

在本发明的重力式海上风自响应风机基础中，所述中心立柱为下细上粗的圆台型结构。

在本发明的重力式海上风自响应风机基础中，所述中心立柱的底部和外围立柱的底部都设有底座，底座上均匀设置多根三角形肋条。

在本发明的重力式海上风自响应风机基础中，连接相邻外围立柱的多根曲梁围构成圆环形。

在本发明的重力式海上风自响应风机基础中，所述下连接板、上连接板和防冲击挡板均为低碳钢板制成。

在本发明的重力式海上风自响应风机基础中，所述基础骨架内浇筑有混凝土。

本发明还提供一种重力式海上风自响应风机基础的施工方法，包括如下步骤：

步骤1：按如下组分配比称重：橡胶基体100～150份、磁性颗粒600～700份、硫化剂16～25份、硫化促进剂4～5份、填充物料120～180份，其中填充物料包括增塑剂20～30份、分散剂30～50份、粘结剂50～60份、补强剂10～20份、耐寒剂10～20份；

步骤2：将橡胶基体、磁性颗粒以及所有填充物料放入炼胶机中，机械均匀搅拌20分钟，再置于80℃下真空桶中脱泡，再将其注入到模具内；

步骤3：把硫化剂和硫化促进剂倒入模具内在150℃下硫化20分钟左右，与此同时施加磁感应强度为0.4t磁场制备各向异性磁流变液弹性体，将预制好的磁流变弹性体备用；

步骤4：在宽敞的空地将中心立柱、外围立柱、直梁和曲梁进行拼接，在连接位置进行焊接固定，组成基础的骨架；

步骤5：将预制好的磁流变弹性体和基础骨架运至施工现场，将下连接板焊接在基础的骨架上，然后将制作好的磁流变弹性体放置在中心立柱的外围，并在磁流变弹性体外绕设线圈和布置导线，同时在线圈外用绝缘橡胶保护套进行隔离保护；

步骤6：再将防冲击钢板通过螺栓固定在下连接板上，然后从中心立柱的顶部和外围立柱的顶部开始浇筑混凝土，使混凝土填充基础骨架直至满溢；

步骤7：顶部用上连接板进行封闭处理，上连接板与防冲击钢板用螺栓连接，在上连接板与中心立柱连接处焊接处理，完成施工。

本发明的一种重力式海上风自响应风机基础及其施工方法至少具有以下有益效果：

1、本发明的风机基础采用磁流变弹性体，在通电的情况下，风机基础形成一个闭合回路，产生的磁通量通过磁流变弹性体时，可以改变其自身的刚度和阻尼，从而适应海上的环境变化；

2、本发明的风机基础，由于其自身通过风力产生电能，风力越大，电能越大，激发磁流变弹性体产生的电流越大，从而风机基础的刚度和阻尼越大，风机更加稳定，且自身产生电能，不需要外部供电，节约资源；

3、本发明的风机基础，其设置防冲击挡板，波浪形设计增加了海水的流动路径，且挡板的设计避免了中心立柱、外围立柱及磁流变弹性体受到海水的冲蚀；

4、本发明的风机基础采用磁流变弹性体可以吸声、降噪、保护周围环境，设计合理，实用性强。

附图说明

图1是本发明的一种重力式海上风自响应风机基础的立体图；

图2是本发明的一种重力式海上风自响应风机基础的剖面图；

图3是基础骨架的立体图；

图4是防冲击挡板的立体图。

具体实施方式

如图1至4所示，本发明的一种重力式海上风自响应风机基础，包括风机、塔筒和风机基础，风机安装在塔筒顶端，塔筒固定在风机基础的中心立柱1的顶部。

所述风机基础包括：基础骨架、上连接板5、下连接板6和防冲击挡板9。所述基础骨架包括中心立柱1、多根外围立柱2、多根曲梁4和多根横梁3。多根外围立柱2均匀布置在以中心立柱1为圆心的圆周上，相邻外围立柱2之间通过曲梁4连接，多根外围立柱4分别通过对应的横梁3与中心立柱1连接。连接相邻外围立柱2的多根曲梁4围构成圆环形。所述下连接板6套设并固定在中心立柱1和多根外围立柱2上，将基础骨架的底部封闭。所述防冲击挡板9呈筒状且套设在中心立柱1和多根外围立柱2的外侧，防冲击挡板9的外壁为波浪形，防冲击挡板9的顶端和底端都向外凸出形成环形外缘91。所述上连接板5套设在中心立柱1上，将基础骨架的顶部封闭。所述防冲击挡板9通过底端和顶端的环形外缘91分别与下连接板6和上连接板5固定连接。在上连接板5、下连接板6和防冲击挡板9围合成的空间内填充有磁流变弹性体7，所述磁流变弹性体7外绕设线圈12，在线圈12外包裹有绝缘橡胶保护套8，线圈12通过导线与风机的发电机连接。

具体实施时，所述磁流变弹性体按照重量比包括如下组分：橡胶基体100～150份、磁性颗粒600～700份、硫化剂16～25份、硫化促进剂4～5份、填充物料120～180份，其中填充物料包括增塑剂20～30份、分散剂30～50份、粘结剂50～60份、补强剂10～20份、耐寒剂10～20份；所述粘结剂为碳化硅、石墨烯、碳纳米管或二氧化硅中的一种；所述补强剂为气相法白炭黑。

所述磁性颗粒选用微米级羰基铁粉和硅钢粉，两者比例为25:1，选用此磁性颗粒在保证饱和磁化强度的前提下改善了导磁率，减小涡流损耗。所述硫化剂为硒、碲、过氧化物或硫磺；硫化促进剂为碱金属氧化物；所述增塑剂为二甲基硅油；分散剂为甲基戊醇或聚氨酯；耐寒剂为己二酸酯。

具体实施时，防冲击挡板9为低碳钢板制成，其上端和下端的环形外缘91设有螺栓孔92，方便与上连接板5和下连接板6进行螺栓连接。下连接板6为留有与外围立柱2和中心立柱1对应位置直径相同圆孔的低碳钢板，并通过焊接固定在基础骨架上；上连接板5为留有与中心立柱1对应位置直径相同圆孔的低碳钢板。所述基础骨架内浇筑有混凝土。

具体实施时，所述中心立柱1为下细上粗的圆台型结构。所述中心立柱1的底部和外围立柱2的底部都设有底座10，底座10上均匀设置多根三角形肋条11。

风机基础的工作原理为：在电能作用下，风机基础内部磁流变弹性体和上连接板、下连接板及防冲击挡板可以形成闭合磁回路。海上风机产生电能，向线圈供电以对磁流变弹性体施加磁场，进而改变弹性体的刚度和阻尼。海上风力越大，产生的电流越大，从而磁流变弹性体产生的磁通量越多，弹性体的刚度和阻尼越大，风机的稳定性越高。

本发明还提供一种重力式海上风自响应风机基础的施工方法，包括如下步骤：

步骤1：按如下组分配比称重：橡胶基体100～150份、磁性颗粒600～700份、硫化剂16～25份、硫化促进剂4～5份、填充物料120～180份，其中填充物料包括增塑剂20～30份、分散剂30～50份、粘结剂50～60份、补强剂10～20份、耐寒剂10～20份；

步骤2：将橡胶基体、磁性颗粒以及所有填充物料放入炼胶机中，机械均匀搅拌20分钟，再置于80℃下真空桶中脱泡，再将其注入到模具内；

步骤3：把硫化剂和硫化促进剂倒入模具内在150℃下硫化20分钟左右，与此同时施加磁感应强度为0.4t磁场制备各向异性磁流变液弹性体，将预制好的磁流变弹性体备用；

步骤4：在宽敞的空地将中心立柱、外围立柱、直梁和曲梁进行拼接，在连接位置进行焊接固定，组成基础的骨架；

步骤5：将预制好的磁流变弹性体和基础骨架运至施工现场，将下连接板焊接在基础的骨架上，然后将制作好的磁流变弹性体放置在中心立柱的外围，并在磁流变弹性体外绕设线圈和布置导线，同时在线圈外用绝缘橡胶保护套进行隔离保护；

步骤6：再将防冲击钢板通过螺栓固定在下连接板上，然后从中心立柱的顶部和外围立柱的顶部开始浇筑混凝土，使混凝土填充基础骨架直至满溢；

步骤7：顶部用上连接板进行封闭处理，上连接板与防冲击钢板用螺栓连接，在上连接板与中心立柱连接处焊接处理，完成施工。

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