一种用于漂浮式风电的张力腿连接器的制作方法

本发明涉及一种用于漂浮式风电的张力腿连接器。

背景技术：

目前，国内已建成的海上风电场采用的均为近海固定式海上风电机组，而随着近岸海上风电场的开发，风场离岸距离和水深不断增加，各种传统的固定式风电基础已难以满足深海风能开发的要求；随着海上风电场建设将逐渐向更深水域发展，在深远海域海上风电场中若采用固定式基础，其自重和工程造价势必会随着水深而大幅度增加，故固定式风电基础不适用于深远海环境。而漂浮式风电采用漂浮式基础及锚泊系统能够适应更大的水深环境，比如申请号为201310261555.7的中国发明专利说明书所公开的近海漂浮式风电，漂浮式风电在深远海环境条件下相对于固定式海上风电制造安装成本相对较低，在深远海域更加具有市场前景。此外，随着对国内环保意识的不断增强，海上风电场需远离海岸，以减少或避免由此带来的视觉污染和环境影响。因此，漂浮式海上风电将是海上风能资源开发向深水发展的必然趋势。

依托海上风电的先发优势，瞄准国际先进水平，在我国率先开展深远海域海上风电的探索示范，对漂浮式风电制造、设计、施工相关理论与技术展开研究，在更高水平、更高层次推动新能源产业的创新发展。其中，张力腿式(tlp)漂浮式风电基础是漂浮式风电的重要组成部分，而张力腿连接器的开发设计是张力腿式(tlp)漂浮式风电基础的重要环节，国内目前在这方面还处于空白阶段。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于漂浮式风电的张力腿连接器，能够实现张力腿与底部基础的快速、可靠连接。

为实现上述目的，本发明提供一种用于漂浮式风电的张力腿连接器，包括连接至底部基础的套筒、连接至张力腿的球头轴、以及连接座，所述球头轴与连接座由球面副连接，所述连接座通过至少一组连接组件可拆装地安装在套筒中；每组连接组件都包括固设在连接座外壁上的承载凸台和突出于承载凸台的导向凸台、固设在套筒内壁上的承载块和多块导向筋板、形成在承载块和导向筋板外侧的拆装通道、以及设在每块导向筋板上且面向拆装通道的导向面，所述承载块上具有第一承载面，所述承载凸台上具有第二承载面，所述导向凸台能够在拆装通道中移动，所述拆装通道中具有一段形成在相邻两块导向筋板之间且近邻于承载块的凸台保持段，所述承载块位于凸台保持段的端部处；当连接座安装在套筒中后，所述第一承载面与第二承载面抵接，所述导向凸台被保持在凸台保持段中、且导向凸台的外周面与导向筋板的外侧面相接触。

进一步地，所述多块导向筋板包括沿套筒周向排布的第一导向筋板和第二导向筋板、以及沿套筒周向排布的第三导向筋板和第四导向筋板，所述承载块、第一导向筋板和第三导向筋板沿逐渐远离于球头轴的方向依次排布；沿套筒的周向，所述承载块横跨第一导向筋板和第二导向筋板，所述承载块和第一导向筋板的同一侧设有第一通道，相邻的第三导向筋板和第四导向筋板之间设有第二通道，相邻的第一导向筋板和第二导向筋板之间设有第三通道，所述第四导向筋板背向第三导向筋板的一侧设有第四通道，所述承载块和第二导向筋板的同一侧设有第五通道，所述第一通道的一端和第五通道的一端都连通至套筒外部，所述第一导向筋板上设有封堵第二通道且延伸至第三通道的第一导向面，所述第二导向筋板上设有封堵第四通道且延伸至第五通道的第二导向面，所述第三导向筋板上设有封堵第一通道且延伸至第二通道的第三导向面，所述第四导向筋板上设有封堵第三通道且延伸至第四通道的第四导向面，所述第一通道、第二通道和第三通道依次连通并形成安装通道，所述第三通道、第四通道和第五通道依次连通并形成拆卸通道，所述安装通道和拆卸通道共同构成所述拆装通道，所述凸台保持段为第三通道中近邻于承载块的一段。

进一步地，所述球头轴的端部具有球头部，所述连接座包括设有轴向贯通的内腔的底座、安装在内腔中且支撑球头部的球面支撑体、以及封堵内腔一端且固定于底座的底壳，所述底座和球面支撑体之间形成有与球头部相配合的球头安装腔，该球头安装腔为内腔的一部分，所述承载凸台设在底座的外周、并沿底座的径向向外突出于底座。

优选地，所述球面支撑体和底壳之间设有润滑油存储腔，所述球面支撑体中开设有润滑油通孔，所述润滑油存储腔通过润滑油通孔与球头安装腔相连通。

优选地，所述底座与球头部之间、底座与底壳之间都设有密封圈。

进一步地，还包括套在球头轴上的密封护套，所述密封护套的一端固定于底座背向底壳的端面，密封护套的另一端固定于球头轴。

进一步地，所述承载块背向导向筋板的端面上设有导向斜面，所述导向斜面远离导向筋板的一端向远离于拆装通道的方向倾斜设置。

优选地，所述第一承载面沿套筒的周向平直延伸，所述第二承载面的外端向远离于球头轴的方向倾斜设置。

优选地，所述连接组件有六组，沿套筒的周向均匀分布。

如上所述，本发明涉及的张力腿连接器，具有以下有益效果：

本申请中，通过张力腿连接器实现了tlp漂浮式风电中张力腿与底部基础的快速、可靠连接，并实现张力腿相对于底部基础能够任意方向摆动，从而为tlp漂浮式风电的研究与应用提供较好的基础条件。

附图说明

图1为本申请中张力腿连接器的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图2的a-a向剖视图。

图4为图2的b-b向剖视图。

图5为图1中套筒的结构示意图。

图6为图5的主视图。

图7为图6的c-c向剖视图。

图8为本申请中连接体的结构示意图。

图9为图8的侧视图。

图10为图9的d-d向剖视图。

图11为图9的e-e向剖视图。

图12为本申请中球头轴的结构示意图。

图13为本申请中底座的结构示意图。

图14为图13的侧视图。

图15为图14的f-f向剖视图。

图16为本申请中球面支撑体的结构示意图。

图17为图16的侧视图。

图18为图17的g-g向剖视图。

图19为本申请中底壳的结构示意图。

图20为图19的侧视图。

图21为图20的h-h向剖视图。

元件标号说明

1套筒

11承载块

111第一承载面

112导向斜面

12导向筋板

13第一导向筋板

131第一导向面

14第二导向筋板

141第二导向面

15第三导向筋板

151第三导向面

16第四导向筋板

161第四导向面

17喇叭口部

2球头轴

21球头部

3连接座

31润滑油存储腔

4底座

41导向凸台

42内腔

421球头安装腔

422球面支撑安装腔

43承载凸台

431第二承载面

5球面支撑体

51润滑油通孔

52第一腔室

53第二腔室

6底壳

61第三腔室

62安装孔

7拆装通道

71第一通道

72第二通道

73第三通道

731凸台保持段

74第四通道

75第五通道

76安装通道

77拆卸通道

78安装入口

79拆卸出口

8密封圈

9密封护套

91伸缩缝

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

为便于叙述，以下实施例中，将张力腿连接器的轴向定义为上下方向，并且张力腿连接器与张力腿相连接的一端为上端，张力腿连接器与底部基础相连接的一端为下端。

如图1至图4所示，本申请提供一种用于漂浮式风电的张力腿连接器，包括下端连接至底部基础的套筒1、上端连接至张力腿的球头轴2、以及连接座3，所述球头轴2的下端与连接座3由球面副连接，故球头轴2相对于连接座3能够任意方向摆动，进而实现漂浮式风电中张力腿相对于底部基础能够任意方向摆动；特别地，所述连接座3通过至少一组连接组件可拆装地安装在套筒1中，且实现连接座3与套筒1的快速拆装，进而实现张力腿与底部基础的快速拆装。具体说，每组连接组件都包括固设在连接座3外壁上的承载凸台43和从承载凸台43外表面上向外突出于承载凸台43的导向凸台41、固设在套筒1内壁上的承载块11和多块导向筋板12、形成在承载块11和导向筋板12外侧的拆装通道7、以及设在每块导向筋板12上且面向拆装通道7的导向面，所述承载块11上具有第一承载面111，所述承载凸台43上具有第二承载面431，所述导向凸台41能够在拆装通道7中沿着拆装通道7的延伸方向移动，所述拆装通道7中具有一段形成在相邻两块导向筋板12之间且近邻于承载块11的凸台保持段731，所述承载块11位于凸台保持段731的上端、并封堵凸台保持段731的上端。当连接座3安装在套筒1中后，所述第一承载面111与第二承载面431抵接，起到受力和限制连接座3沿上下方向移动的作用；所述导向凸台41被保持在凸台保持段731中、且导向凸台41的外周面与导向筋板12的外侧面相接触，进而限制导向凸台41沿垂直于凸台保持段731的方向移动，也即限制连接座3相对于套筒1转动。

优选地，所述拆装通道7的两端分别为安装入口78和拆卸出口79，安装入口78和拆卸出口79都与套筒1外部连通。需要连接张力腿与底部基础时，先将球头轴2的上端与张力腿连接、以及将张力腿的下端与连接座3连接，之后将连接座3整体插入套筒1内，则导向凸台41从拆装通道7的安装入口78处进入，在导向筋板12上导向面的作用下，导向凸台41沿着拆装通道7的延伸方向在拆装通道7中移动，直至移动至拆装通道7的凸台保持段731中；张力腿连接器在工作状态下，张力腿始终向上拉着球头轴2，故在张力腿的作用下，球头轴2始终承受着向上的拉力，该拉力构成连接座3和套筒1之间的预紧力，在该预紧力的作用下使得当导向凸台41移动至凸台保持段731中时、第二承载面431抵接在第一承载面111上，将导向凸台41保持在凸台保持段731中，进而将连接座3安装在套筒1中，以实现张力腿与底部基础的快速连接。需要拆卸张力腿与底部基础时，对连接座3施加作用力，使连接座3从凸台保持段731中向下滑出，在导向筋板12上导向面的作用下，导向凸台41沿着拆装通道7的延伸方向在拆装通道7中移动，直至移动至拆装通道7的拆卸出口79处，进而脱离于套筒1，解除连接座3与套筒1的连接，以实现张力腿与底部基础的快速拆卸。因此，通过套筒1内的多块导向筋板12可实现连接座3在套筒1中的快速安装到位、以及快速拆离，最终实现tlp漂浮式风电中张力腿与底部基础的快速拆装、张力腿与底部基础的可靠连接、以及张力腿相对于底部基础能够任意方向摆动，从而为tlp漂浮式风电的研究与应用提供较好的基础条件。另外，本申请中的张力腿连接器承载能力强，操作简单，成本低。

如图5至图7所示，套筒1成圆筒状，套筒1的上端具有开口较大的喇叭口部17，便于连接座3的整体插入。连接组件有六组，沿套筒1的周向均匀分布；每组连接组件中的四块导向筋板12和一块承载块11优选采用以下布局：四块导向筋板12包括沿套筒1周向排布的第一导向筋板13和第二导向筋板14、以及沿套筒1周向排布的第三导向筋板15和第四导向筋板16。沿逐渐远离于球头轴2的方向，承载块11位于最上侧，承载块11的下方侧为并排设置的第一导向筋板13和第二导向筋板14，第一导向筋板13和第二导向筋板14的下方侧为并排设置的第三导向筋板15和第四导向筋板16。沿套筒1的周向，承载块11横跨第一导向筋板13和第二导向筋板14，承载块11和第一导向筋板13的同一侧(即第一导向筋板13背向第二导向筋板14的一侧)设有第一通道71，相邻的第三导向筋板15和第四导向筋板16之间设有第二通道72，相邻的第一导向筋板13和第二导向筋板14之间设有第三通道73，第四导向筋板16背向第三导向筋板15的一侧设有第四通道74，承载块11和第二导向筋板14的同一侧(即第二导向筋板14背向第一导向筋板13的一侧)设有第五通道75，第一通道71的上端和第五通道75的上端都连通至套筒1外部。第一导向筋板13的下端侧设有封堵第二通道72上端、且延伸至第三通道73的第一导向面131，第二导向筋板14的下端侧设有封堵第四通道74上端、且延伸至第五通道75的第二导向面141，第三导向筋板15的上端侧设有封堵第一通道71下端、且延伸至第二通道72的第三导向面151，第四导向筋板16的上端侧设有封堵第三通道73下端、且延伸至第四通道74的第四导向面161，故第一导向面131、第二导向面141、第三导向面151和第四导向面161都倾斜设置且共同构成所述导向面。第一通道71、第二通道72和第三通道73依次连通并形成安装通道76，第一通道71的上端构成安装通道76的起始端、也即为拆装通道7的安装入口78，第三通道73、第四通道74和第五通道75依次连通并形成拆卸通道77，第五通道75的上端构成拆卸通道77的末端、也即为拆装通道7的拆卸出口79，安装通道76和拆卸通道77共同构成拆装通道7，凸台保持段731为第三通道73中近邻于承载块11的上段，故凸台保持段731为安装通道76的末端、同时也为拆卸通道77的起始端。第一承载面11设在承载块11的下端、并沿套筒1的周向平直延伸。第二承载面431设在连接座3的上端，且第二承载面431的外端向远离于球头轴2的方向斜向下倾斜设置。

如图1和图7所示，将连接座3装入套筒1中时，连接座3外周面上的导向凸台41从第一通道71的上端的安装入口78向下滑入第一通道71中、并沿第一通道71向下移动，直至导向凸台41与第三导向面151相接触，则导向凸台41顺着第三导向面151滑移至第二通道72中、并沿第二通道72向上移动，直至导向凸台41与第一导向面131相接触，则导向凸台41顺着第一导向面131滑移至第三通道73中、并沿第三通道73向上移动，直至导向凸台41移动至凸台保持段731中，通过张力腿对球头轴2和连接座3施加的向上的拉力、以及第一承载面111与第二承载面431相互抵接的作用使得导向凸台41被保持在凸台保持段731中，完成连接座3的快速安装。将连接座3从套筒1中拆离时，施力使连接座3外周面上的导向凸台41从第三通道73上端的凸台保持段731中向下滑入第三通道73中、并沿第三通道73向下移动，直至导向凸台41与第四导向面161相接触，则导向凸台41顺着第四导向面161滑移至第四通道74中、并沿第四通道74向上移动，直至导向凸台41与第二导向面141相接触，则导向凸台41顺着第二导向面141滑移至第五通道75中、并沿第五通道75向上移动，直至导向凸台41从第五通道75上端的拆卸出口79移出、脱离套筒1，完成连接座3的快速拆离。在连接座3的安装或拆离过程中，由于连接座3外周的导向凸台41需要沿第一导向面131、第二导向面141、第三导向面151和第四导向面161的倾斜方向移动，故连接座3与套筒1之间会产生相对转动。另外，为了便于导向凸台41顺利地从安装入口78处滑入、以及顺利地从拆卸出口79中滑出，所述承载块11背向导向筋板12的上端面上设有两个对称设置的导向斜面112，每个导向斜面112远离导向筋板12的上端向远离于拆装通道7的方向斜向上倾斜设置，并且每块承载块11上的两个导向斜面112的上端汇聚在一起，从而可增加安装入口78的上端以及拆卸出口79的上端的宽度，便于导向凸台41的滑入和滑出。

进一步地，如图8至图12所示，球头轴2和连接座3连接后构成张力腿连接器的连接体；所述球头轴2的下端具有球头部21，所述连接座3包括底座4、球面支撑体5和底壳6；如图13至图15所示，底座4中开设有上下轴向贯通的内腔42，内腔42的上段部分为球头安装腔421，内腔42的下段部分为球面支撑安装腔422，球面支撑体5安装在内腔42下段的球面支撑安装腔422中；当球头部21装入球头安装腔421中后，球面支撑体5支撑球头轴2的球头部21，故球头安装腔421由底座4和球面支撑体5共同形成，底座4、球面支撑体5和球头部21共同构成球面副，球头轴2可在任意方向进行偏转和转动，并通过球面支撑体5有效提高结构的承载力，进而实现张力腿相对于底部基础在任意方向进行偏转和转动。本实施例中，球头轴2的各方向的摆角可达10°左右。所述底壳6通过多个螺钉等紧固件固定在底座4的下端、并封堵内腔42的下端。如图16至图18所示，球面支撑体5为圆柱体结构，球面支撑体5的上端具有向下凹入、用于形成部分球头安装腔421的第一腔室52，球面支撑体5的下端具有向上凹入的第二腔室53，球面支撑体5的中心处开设有上下贯通的润滑油通孔51，第一腔室52、润滑油通孔51和第二腔室53依次连通。如图19至图21所示，底壳6大致上呈飞碟状或碗形状，底壳6的上端具有向下凹入的第三腔室61，底壳6的外边缘处开设有多个周向分布、容螺钉等紧固件穿入的安装孔62。当底座4、球面支撑体5和底壳6组装成连接座3后，如图10和图11所示，球面支撑体5下端的第二腔室53和底壳6上端的第三腔室61相连通、并构成形成在球面支撑体5和底壳6之间的润滑油存储腔31，润滑油存储腔31通过润滑油通孔51与球头安装腔421相连通，润滑油存储腔31用于预填润滑油，保证底座4、球面支撑体5和球头轴2之间的润滑。

进一步地，张力腿连接器用于tlp漂浮式风电，故张力腿连接器的使用环境是在深远海水下，需要进行防水，具体结构为：如图10和图11所示，张力腿连接器还包括套在球头轴2上的密封护套9，密封护套9呈圆锥形，其外径由下至上逐渐减小，密封护套9的下端通过螺钉等紧固件固定于底座4背向底壳6的上端面，密封护套9的上端通过抱箍固定于球头轴2；密封护套9由高性能、耐腐蚀的橡胶制成，故密封护套9也即为橡胶套，使球头轴2和底座4的连接处与海水隔开，形成干式环境，此为连接体上的一道防水措施。连接体上的另一道防水措施为：底座4与球头部21之间、底座4与底壳6之间都设有密封圈8，当第一道高性能的密封护套9防水失效后，则由多道密封圈8进行防水。此外，密封护套9上设有多道沿上下方向排布的伸缩缝91，使得密封护套9能够伸缩，以适应球头轴2任意方向的偏转和转动。

如图8和图9所示，所述承载凸块43设在底座4的外周、并沿底座4的径向向外突出于底座4，第二承载面431为承载凸块43的上端面，故受力由承载凸块43承受而套筒1内壁上的多块导向筋板12只起导向和限位的作用。

综上所述，本申请涉及的张力腿连接器适用于深远海tlp漂浮式风电中张力腿与底部基础高效、快捷、可靠的连接，通过连接体与套筒1间的快速插接可实现张力腿与底部基础之间的快速连接，其不但解决了tlp漂浮式风电中张力腿与底部基础连接的技术难题，同时还体现了结构安全牢靠、承载能力强、拆装方便、操作简单及价格便宜的特点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。