风电机组预应力基础结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及风电设备基础结构技术领域，具体为一种风电机组预应力基础结构及其施工方法。


背景技术：

2.目前我国海上风电场大部分建设在台风多发海域，所采用的风力发电机组功率越来越大，台风多发区大功率风力发电机组所受到的荷载量级巨大，对基础的刚度和强度要求更高，风机单机容量的增加以及深水域海床地质条件的多样性对海上风电机组的基础结构型式提出新的要求和挑战。
3.现有技术中，公开号为“cn108677992a”的一种海上风力发电机组预应力重力式基础及其安装方法。包括底板、混凝土预制壳体和加强圈梁；混凝土预制壳体内设置有预应力孔道，预应力筋穿入预应力孔道，下端锚固于底板内，上端锚固于加强圈梁内；混凝土预制壳体内部空腔填充压载填料，采用混凝土预制壳体结构，对壳体进行后张法预应力张拉，大幅提高了重力式基础的强度和刚度，显著降低了重力式基础的尺寸和重量，防海水腐蚀效果好，节省钢材，陆上预制方式建造，海上现场安装工作量小，节省施工时间和费用，结构整体受波浪和海流作用较小，重心较低，具有良好的稳定性，能够应用于深水海域、大容量风电机组和地质条件为浅覆盖层的海上风电场。
4.但现有技术仍存在较大缺陷，如：混凝土预制壳体需要具有较高的高度以伸出海平面，因此混凝土预制壳体具有较大的自重和体积，难以整体制造并运输至安装位置，且采用长度较长的预应力筋向混凝土预制壳体整体施加预应力，会使得混凝土预制壳体整体受到的预应力较为分散且偏小，难以使得混凝土预制壳体具有较强的抗压效果。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种风电机组预应力基础结构及其施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种风电机组预应力基础结构，包括上端固定连接安装法兰、下端固定连接混凝土板的中间筒，所述中间筒由不少于两个的子中间筒上下拼装组成，且子中间筒为由上至下分布的上连接环筒、预制混凝土筒和下连接环筒一体浇筑成型，内部用于存放压载填料的所述预制混凝土筒为上窄下宽的圆台筒结构，且上方子中间筒的下连接环筒与下方子中间筒的上连接环筒尺寸相同，所述上连接环筒外侧固定连接有上环板，且上环板开设若干上下贯通的插孔，所述下连接环筒外侧固定连接有下环板，且下环板固定连接有若干伸入下方子中间筒的插孔中的插块；
8.所述预制混凝土筒内壁环向固定连接有支撑环板，且支撑环板内壁处活动挤压有连接挡块，且连接挡块固定连接有穿过支撑环板并伸出预制混凝土筒的钢丝绳，所述插孔外侧连接有环形凹槽，且环形凹槽内固定设置有环绕在插孔外侧且内部存放粘连剂的储液
环箱，所述钢丝绳伸出预制混凝土筒后环绕储液环箱外壁若干圈并再次伸入预制混凝土筒中，且钢丝绳再次伸入预制混凝土筒的一端下方固定连接有挡板。
9.优选的，所述储液环箱内存放有若干带有尖锐部的穿刺块。
10.优选的，所述预制混凝土筒外壁固定连接有向上开孔的导向块，且钢丝绳穿过支撑环板、预制混凝土筒并向上伸出导向块后伸入环形凹槽中。
11.优选的，所述支撑环板内壁处沿其环向均匀设置有若干连接挡块，且任意一个连接挡块均固定连接有伸出预制混凝土筒、环绕储液环箱若干圈后再次伸入预制混凝土筒中的钢丝绳，且钢丝绳再次伸入预制混凝土筒内的一端固定连接在同一挡板上方。
12.优选的，所述预制混凝土筒内壁环向固定连接有不少于两个的、上下间隔分布的支撑环板，且任意一个支撑环板内均穿过有伸出预制混凝土筒、环绕储液环箱若干圈后再次伸入预制混凝土筒中的钢丝绳。
13.优选的，穿过上方支撑环板的钢丝绳在预制混凝土筒侧壁中向下延伸，并固定连接在穿过下方支撑环板、并伸入预制混凝土筒侧壁的钢丝绳绳身上。
14.优选的，所述插块外壁开凿有若干凹点。
15.优选的，最上端子中间筒的上连接环筒与安装法兰固定连接，且最下端子中间筒的下连接环筒与混凝土板固定连接。
16.一种施工方法，用于上述的风电机组预应力基础结构，包括如下步骤：
17.a，利用混凝土的浇筑成型，形成带有上连接环筒、预制混凝土筒、下连接环筒、上环板、下环板和插块的子中间筒雏形，并预留供钢丝绳穿过的通道；
18.b，根据插块位置开凿插孔，并在插孔外壁开凿出环形凹槽，再将储液环箱固定在环形凹槽内壁上；
19.c，将支撑环板固定在预制混凝土筒内壁上，并将带有连接挡块的钢丝绳穿过伸出预制混凝土筒、环绕储液环箱若干圈后再次伸入预制混凝土筒中，再在钢丝绳再次伸入预制混凝土筒中的一端下方焊接挡板；
20.d，将安装法兰固定在最上端子中间筒的上连接环筒，并将最下端子中间筒的下连接环筒与混凝土板固定连接；
21.e，通过牵引船等输送装置将多个子中间筒输送至预定位置，并从大到小依次向下放入各个子中间筒，且使得上方子中间筒的插块伸入下方子中间筒的插孔中；
22.f，各个子中间筒拼装完毕后，从安装法兰处向下灌入压载填料。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.本发明的风电机组预应力基础结构及其施工方法，通过多个子中间筒拼装组成中间筒，便于制造和运输，以此降低生产、运输成本，并通过在每一预制混凝土筒内设置支撑环板、连接挡块、钢丝绳和挡板，利用压载填料压迫挡板，逐一向每个预制混凝土筒施加向外扩张的预应力，使得预制混凝土筒受到充分且集中的预应力，提高预制混凝土筒的抗压效果，且钢丝绳在拉伸时压迫储液环箱坍塌释放粘连剂，提高插块和下环板间的连接稳固性，进而提高相邻子中间筒间的拼接稳固性。
附图说明
25.图1为本发明整体结构三维示意图；
26.图2为本发明整体结构正视剖面示意图；
27.图3为本发明中单一子中间筒结构正视剖面示意图；
28.图4为本发明中钢丝绳环绕储液环形示意图；
29.图5为本发明中单一子中间筒结构俯视示意图；
30.图6为本发明中预制混凝土筒和支撑环板连接的俯视剖面示意图。
31.图中：1安装法兰、2混凝土板、3预制混凝土筒、4上连接环筒、5下连接环筒、6上环板、61插孔、62环形凹槽、7储液环箱、8下环板、9插块、10支撑环板、11连接挡块、12钢丝绳、13挡板、14穿刺块、15导向块。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：
34.实施例一：
35.一种风电机组预应力基础结构，包括上端固定连接安装法兰1、下端固定连接混凝土板2的中间筒，中间筒由三个子中间筒上下拼装组成，通过三个上下拼装配合的子中间筒组成中间筒，便于制造和运输，以此降低生产、运输成本，任意一个子中间筒均为由上至下分布的上连接环筒4、预制混凝土筒3和下连接环筒5一体浇筑成型，预制混凝土筒3和上连接环筒4、下连接环筒5连接处间通过圆弧过渡，圆弧过渡的设置降低预制混凝土筒3和上连接环筒4、下连接环筒5连接处的内应力，提高子中间筒的坚固性，内部用于存放压载填料的预制混凝土筒3为上窄下宽的圆台筒结构，且上方子中间筒的下连接环筒5与下方子中间筒的上连接环筒4尺寸相同，在对风电机组预应力基础结构进行拼装时，先将大尺寸子中间筒的下连接环筒5与混凝土板2固定连接，再将小尺寸子中间筒的上连接环筒4与安装法兰1固定连接，然后将大尺寸子中间筒、中尺寸子中间筒和小尺寸子中间筒依次大头朝下放入海中，并使得中尺寸子中间筒的下连接环筒5对齐压靠在大尺寸子中间筒的上连接环筒4上，小尺寸子中间筒的下连接环筒5对齐压靠在中尺寸子中间筒的上连接环筒4上；
36.上连接环筒4外侧固定连接有上环板6，且上环板6开设四个上下贯通的插孔61，且四个插孔61沿上环板6环向均匀分布，下连接环筒5外侧固定连接有下环板8，且下环板8固定连接有四个一一对齐伸入下方子中间筒的插孔61中的插块9，通过将插块9插入插孔61中，使得上下相邻的子中间筒间完成拼接，操作简单可靠，便于水下作业，且下环板8的设置提高子中间筒的排水体积，以此提高子中间筒的输送便利性，在本实施例中最上方子中间筒上不设置上环板6、最下方子中间筒上不设置下环板8，以此在不影响安装使用的前提下降低子中间筒的生产制造成本；
37.预制混凝土筒3内壁环向固定连接有支撑环板10，支撑环板10为环形钢板，支撑环板10的设置对预制混凝土筒3提供支撑，提高预制混凝土筒3的抗压能力，以此使得放置在海中的预制混凝土筒3能够承受更大的水压，延长预制混凝土筒3的使用寿命，且支撑环板10内壁处活动挤压有连接挡块11，且连接挡块11固定连接有穿过支撑环板10并伸出预制混
凝土筒3的钢丝绳12，插孔61外侧连接有环形凹槽62，且环形凹槽62在下环板6下端面开口，便于后续安装储液环箱7，环形凹槽62内壁固定连接有环绕在插孔61外侧且内部存放粘连剂的储液环箱7，钢丝绳12伸出预制混凝土筒3后环绕储液环箱7外壁若干圈并再次伸入预制混凝土筒3中，且钢丝绳12再次伸入预制混凝土筒3的一端下方固定连接有挡板13，在三个子中间筒拼装完成后，从安装法兰1处向下注入压载填料，压载填料下落至子中间筒内腔中，通过注入压载填料提高风电机组预应力基础结构的安装稳定性；
38.在向子中间筒内腔中注入压载填料的过程中，压载填料向下压迫挡板13，使得挡板13向下滑动，挡板13向下滑动并拉动钢丝绳12，钢丝绳12受力拉伸并压迫储液环箱7，储液环箱7在钢丝绳12的压迫下破裂损坏，储液环箱7中的粘连剂流出并填充在插块9和插孔61、环形凹槽62的间隙中，其中粘连剂为防水胶粘剂，以此将插块9固定粘连在下环板6内，提高相邻子中间筒间的连接强度，且钢丝绳12在挡板13的拉动下沿靠近预制混凝土筒3方向拉动连接挡块11，连接挡块11压迫支撑环板10向外扩张，支撑环板10向外压迫预制混凝土筒3向外扩张，使得支撑环板10和预制混凝土筒3具有向外扩张的预应力，以此抵消后续水压对预制混凝土筒3向内的压迫力，延长预制混凝土筒3的使用寿命。
39.实施例二：
40.实施例二在实施例一的基础上对预制混凝土筒3受到的预应力进行优化，即：支撑环板10内壁处沿其环向均匀设置有四个连接挡块11，且任意一个连接挡块11均固定连接有伸出预制混凝土筒3、环绕储液环箱7若干圈后再次伸入预制混凝土筒3中的钢丝绳12，且四个钢丝绳12再次伸入预制混凝土筒3内的一端固定连接在同一挡板13上方，挡板13在四个钢丝绳12的牵引下稳定地水平设置在预制混凝土筒3中，便于后续压载填料向下压迫挡板13，且挡板13在压载填料压迫下向下滑动使得四个连接挡块11均压迫支撑环板10向外扩张，提高支撑环板10向外扩张的稳定性；
41.进一步的，任意一个预制混凝土筒3内壁均环向固定连接有两个上下间隔分布的支撑环板10，且穿过上方支撑环板10的钢丝绳12在预制混凝土筒3侧壁中向下延伸，并固定连接在穿过下方支撑环板10、并伸入预制混凝土筒3侧壁的钢丝绳12绳身上，在挡板13向下滑动时，钢丝绳12通过连接挡块11压迫两个支撑环板10向外扩张，支撑环板10向外扩张并压迫预制混凝土筒3向外扩张，通过设置两个支撑环板10提高预制混凝土筒3向外扩张的稳定性；
42.进一步的，预制混凝土筒3外壁固定连接有向上开孔的导向块15，且钢丝绳12穿过支撑环板10、预制混凝土筒3并向上伸出导向块15后伸入环形凹槽62中，导向块15的设置对钢丝绳12的行进路径进行导向，且导向块15对钢丝绳12和预制混凝土筒3外壁起到保护效果，避免钢丝绳12在受力拉伸时与预制混凝土筒3外壁间发生挤压磨损的问题。
43.实施例三：
44.实施例三在实施例一的基础上对插块9和下环板6间的粘连强度进行优化，即：储液环箱7内存放有若干带有尖锐部的穿刺块14，钢丝绳12在外力拉伸作用下压迫储液环箱7向内形变坍塌，储液环箱7内壁在向内形变坍塌过程中与穿刺块14间发生挤压接触，穿刺块14刺破储液环箱7，加大储液环箱7的破裂程度，便于粘连剂的流出，插块9外壁开凿有若干凹点，凹点的设置增大粘连剂和插块9外壁间的接触面积，进而提高插块9和下环板6间的粘连强度。
45.一种施工方法，用于上述的风电机组预应力基础结构，包括如下步骤：
46.a，利用混凝土的浇筑成型，形成带有上连接环筒4、预制混凝土筒3、下连接环筒5、上环板6、下环板8和插块9的子中间筒雏形，并预留供钢丝绳12穿过的通道；
47.b，根据插块9位置开凿插孔61，并在插孔61外壁开凿出环形凹槽62，再将储液环箱7固定在环形凹槽62内壁上；
48.c，将支撑环板10固定在预制混凝土筒3内壁上，并将带有连接挡块11的钢丝绳12穿过伸出预制混凝土筒3、环绕储液环箱7若干圈后再次伸入预制混凝土筒3中，再在钢丝绳12再次伸入预制混凝土筒3中的一端下方焊接挡板13；
49.d，将安装法兰1固定在最上端子中间筒的上连接环筒4，并将最下端子中间筒的下连接环筒5与混凝土板2固定连接；
50.e，通过牵引船等输送装置将多个子中间筒输送至预定位置，并从大到小依次向下放入各个子中间筒，且使得上方子中间筒的插块9伸入下方子中间筒的插孔61中；
51.f，各个子中间筒拼装完毕后，从安装法兰1处向下灌入压载填料。
52.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。