海上风力发电机底座的制备方法与流程

本发明属于合金热处理领域和风力发电领域，具体涉及一种海上风力发电机底座的制备方法。

背景技术：

海上风力发电机由于海洋地皮成本相对较低而越来越受到重视，但是由于海上建造风力发电机，对于底座的建造成本较陆上大很多。底座不仅仅需要重量能够支撑海浪的冲击，还要能够达到尽量避免维修的效果，由于海下维修的成本比陆上要高很多，这就要求底座的耐腐蚀性和强度要非常得到，但是成本还不能增加太多，并且不同海域其海水成分都不尽相同，对于底座抗腐蚀的情况也需要分别对待。

技术实现要素：

本发明通过提出一种海上风力发电机底座的制备方法。

具体通过如下技术手段实现：

一种海上风力发电机底座的制备方法，所述风力发电机底座包括塔筒下端和海床基础。

所述塔筒下端为中空的圆台形，包括筒壁、内杆和横梁，所述筒壁设置在最外侧，所述内杆在筒壁圆心处竖直设置，所述横梁为多个，用于连接所述筒壁和所述内杆。

所述海床基础包括与所述塔筒下端的圆台相固接的支撑部和嵌入海床的锥形柱，所述锥形柱为多个，上端均与所述支撑部相固接，下端楔入海床，所述锥形柱为中空结构，上段为圆柱形，下段为圆锥形，在其顶端一侧均设置有填充物注入口。

所述锥形柱的材质为高强度不锈钢，所述高强度不锈钢按质量百分比计为：C：0.01~0.08%，Si：0.6~1.0%，Mn：1.2~2.0%，Cr：6~8%，Ni：2.2~2.8%，N：0.02~0.06%，Nb：0.02~0.06%，Ti：0.1~0.2%，Zr：0.02~0.05%，La：0.01~0.02%，P<0.02%，S<0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述锥形柱成型之后经过如下的热处理步骤：

1）将成型之后的锥形柱半成品置入电阻炉内，加热至820~880℃，保温10~20min后，高压喷水冷却至120~150℃后，空冷至室温。

2）将步骤1）处理之后的半成品置入回火炉中加热至120~150℃，保温20~50min。

3）将步骤2）处理之后的半成品在不降温的情况下直接置入到深冷箱中采用液氮降温至-120~-150℃，保持该温度20~30min后，出深冷箱恢复至室温。

4）将步骤3）处理之后的半成品置入到回火炉中加热至220~250℃，保温15~20min后降温至120~150℃，然后继续保温20~30min后随炉冷却至室温，出炉。

5）将步骤4）处理之后的半成品进行切边和/或磨角操作后得到锥形柱成品。

所述塔筒下端的所述筒壁的材质为高强度镁合金，所述筒壁在成型之后，进行如下热处理步骤：

a）将成型之后的高强度镁合金材质的筒壁置入电阻炉内，随炉加热至490~520℃，保温30~100min后出炉空冷。

b）将步骤a）处理之后的半成品置入到深冷箱中降温至-110~-130℃，保持该温度20~50min后，出深冷箱恢复至室温。

c）将步骤b）处理之后的半成品置入到回火炉中，加热至120~150℃，保温10~30min后随炉冷却至室温，得到高强度镁合金的筒壁。

作为优选，所述筒壁的材质为高强度镁合金，所述高强度镁合金按质量百分比计为：Bi：11~15%，Mn：0.5~1.2%，Ca：2.1~2.8%，La：0.1~0.3%，余量为Mg和不可避免的杂质。

作为优选，所述圆台的高度占整个塔筒高度的1/5~1/4。

作为优选，所述筒壁的厚度为3~8cm。

作为优选，所述锥形柱为8~10个。

作为优选，所述步骤1）中的加热为分阶段加热，第一阶段将将成型之后的锥形柱半成品置入电阻炉内，加热至300~500℃，保温5~8min后，继续加热至820~880℃，保温5~15min后，高压喷水冷却至120~150℃后，空冷至室温。

作为优选，所述步骤1）中的高压喷水，所喷的冷却水温度为20~30℃（更加优选25℃）。

作为优选，所述步骤b）中，冷却采用液氮冷却。

作为优选，所述填充物注入口填入的是混凝土料，所述混凝土料的组分按质量份数比计为：硅藻土：20~25份，地开石：20~25份，蒙脱石：10~15份，蛭石：15~20份，芒硝：10~12份，氯化铁：1~3份，甲基纤维素：1~3份，碳酸钠：0.5~1.5份。

本发明的效果在于：

1，通过合理设定海床基础高强度不锈钢材质的锥形柱成型之后的热处理方法，使得该锥形柱更加适应渤海海域的海水耐腐蚀情况，由于渤海海域其实属于半内海，其污染物不容易扩散出去，洋流对其影响相对较小，这个海域的硫和氮的含量相对较高，因此需要对这样特定的海水成分进行特定耐腐蚀的研究，通过本发明特定组分含量的高强度不锈钢设定，可以对该特定成分的海水进行较强的腐蚀防护，并且通过准淬火-低温回火-深冷-中温+低温回火的热处理步骤，使得该耐腐蚀的高强度不锈钢的强度得到大大提升。尤其是其中淬火采用高压喷水冷却的方式，使得表层的硬度得到提升。

2，通过对塔筒下端的结构进行改进，使得其整体保证了轻质化，从而降低了对水下基础的横向切应力，从而降低了水下基础的损坏率，但是通过设置内部的内杆和横梁，又能保证其强度，保证了塔头上叶片的转动对塔筒的强度要求。

并且通过合理设定其高强度镁合金的热处理方法，使得合金强度得到改善。

3，通过设置海床基础中的中空锥形柱，使得在运输安装过程中，该水下基础比较轻质，通过运输船即可进行运输和安装，安装之后向其中灌入混凝土料，从而进行重量加固，达到水下基础的承重效果，方便了运输和安装。

附图说明

图1为本发明海上风力发电机底座的结构示意图。

图2为本发明海上风力发电机塔筒下端的结构示意图。

其中：11-塔筒下端，12-筒壁，13-内杆，14-横梁，21-支撑部，22-锥形柱，23-填充物注入口，3-海平面。

具体实施方式

实施例1

一种海上风力发电机底座的制备方法，所述风力发电机底座包括塔筒下端和海床基础。

所述塔筒下端为中空的圆台形，包括筒壁、内杆和横梁，所述筒壁设置在最外侧，所述内杆在筒壁圆心处竖直设置，所述横梁为多个，用于连接所述筒壁和所述内杆。

所述海床基础包括与所述塔筒下端的圆台相固接的支撑部和嵌入海床的锥形柱，所述锥形柱为8个，上端均与所述支撑部相固接，下端楔入海床，所述锥形柱为中空结构，上段为圆柱形，下段为圆锥形，在其顶端一侧均设置有填充物注入口。

所述锥形柱的材质为高强度不锈钢，所述高强度不锈钢按质量百分比计为：C：0.03%，Si：0.6~1.0%，Mn：1.5%，Cr：6.2%，Ni：2.3%，N：0.03，Nb：0.03%，Ti：0.12%，Zr：0.03%，La：0.013%，P：0.002%，S：0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述锥形柱成型之后经过如下的热处理步骤：

1）将成型之后的锥形柱半成品置入电阻炉内，加热至830℃，保温15min后，高压喷水冷却至130℃后，空冷至室温。

2）将步骤1）处理之后的半成品置入回火炉中加热至126℃，保温28min。

3）将步骤2）处理之后的半成品在不降温的情况下直接置入到深冷箱中采用液氮降温至-132℃，保持该温度22min后，出深冷箱恢复至室温。

4）将步骤3）处理之后的半成品置入到回火炉中加热至230℃，保温16min后降温至130℃，然后继续保温23min后随炉冷却至室温，出炉。

5）将步骤4）处理之后的半成品进行切边和/或磨角操作后得到锥形柱成品。

所述高强度不锈钢的抗拉强度为1126Mpa，延伸率为29%。

所述塔筒下端的所述筒壁的材质为高强度镁合金，所述筒壁在成型之后，进行如下热处理步骤：

a）将成型之后的高强度镁合金材质的筒壁置入电阻炉内，随炉加热至496℃，保温38min后出炉空冷。

b）将步骤a）处理之后的半成品置入到深冷箱中采用液氮降温至-116℃，保持该温度25min后，出深冷箱恢复至室温。

c）将步骤b）处理之后的半成品置入到回火炉中，加热至130℃，保温15min后随炉冷却至室温，得到高强度镁合金的筒壁。

所述筒壁的材质为高强度镁合金，所述高强度镁合金按质量百分比计为：Bi：12%，Mn：0.8%，Ca：2.3%，La：0.16%，余量为Mg和不可避免的杂质。

通过测量该实施例高强度镁合金的抗拉强度为461MPa，屈服强度为396MPa，延伸率为9.6%。

所述圆台的高度占整个塔筒高度的22%。

所述筒壁的厚度为6cm。

实施例2

一种海上风力发电机底座的制备方法，所述风力发电机底座包括塔筒下端和海床基础。

所述塔筒下端为中空的圆台形，包括筒壁、内杆和横梁，所述筒壁设置在最外侧，所述内杆在筒壁圆心处竖直设置，所述横梁为12个，用于连接所述筒壁和所述内杆。

所述海床基础包括与所述塔筒下端的圆台相固接的支撑部和嵌入海床的锥形柱，所述锥形柱为10个，上端均与所述支撑部相固接，下端楔入海床，所述锥形柱为中空结构，上段为圆柱形，下段为圆锥形，在其顶端一侧均设置有填充物注入口。

所述锥形柱的材质为高强度不锈钢，所述高强度不锈钢按质量百分比计为：C：0.05%，Si：0.8%，Mn：1.6%，Cr：6.8%，Ni：2.5%，N：0.05%，Nb：0.038%，Ti：0.15%，Zr：0.032%，La：0.015%，P：0.002%，S：0.001%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述锥形柱成型之后经过如下的热处理步骤：

1）将成型之后的锥形柱半成品置入电阻炉内，分阶段加热，第一阶段将将成型之后的锥形柱半成品置入电阻炉内，加热至350℃，保温6min后，继续加热至85℃，保温10min后，高压喷水冷却至138℃后，空冷至室温。

所述高压喷水，所喷的冷却水温度为25℃。

2）将步骤1）处理之后的半成品置入回火炉中加热至122℃，保温35min。

3）将步骤2）处理之后的半成品在不降温的情况下直接置入到深冷箱中采用液氮降温至-136℃，保持该温度25min后，出深冷箱恢复至室温。

4）将步骤3）处理之后的半成品置入到回火炉中加热至238℃，保温18min后降温至139℃，然后继续保温25min后随炉冷却至室温，出炉。

5）将步骤4）处理之后的半成品进行切边和/或磨角操作后得到锥形柱成品。

经过测量，所述锥形柱成品的抗拉强度为1256MPa，延伸率为31%。

所述塔筒下端的所述筒壁的材质为高强度镁合金，所述筒壁在成型之后，进行如下热处理步骤：

a）将成型之后的高强度镁合金材质的筒壁置入电阻炉内，随炉加热至500℃，保温60min后出炉空冷。

b）将步骤a）处理之后的半成品置入到深冷箱中降温至-120℃，保持该温度30min后，出深冷箱恢复至室温。

c）将步骤b）处理之后的半成品置入到回火炉中，加热至138℃，保温10~30min后随炉冷却至室温，得到高强度镁合金的筒壁。

所述筒壁的材质为高强度镁合金，所述高强度镁合金按质量百分比计为：Bi：13%，Mn：0.9%，Ca：2.5%，La：0.2%，余量为Mg和不可避免的杂质。

经过测量所述高强度镁合金的抗拉强度为466MPa，屈服强度为391MPa，延伸率为9.8%。

所述圆台的高度占整个塔筒高度的23%。

所述筒壁的厚度为6.9cm。

所述填充物注入口填入的是混凝土料，所述混凝土料的组分按质量份数比计为：硅藻土：22份，地开石：23份，蒙脱石：11份，蛭石：18份，芒硝：11份，氯化铁：2份，甲基纤维素：2份，碳酸钠：0.9份。。

实施例3

一种海上风力发电机底座的制备方法，所述风力发电机底座包括塔筒下端和海床基础。

所述塔筒下端为中空的圆台形，包括筒壁、内杆和横梁，所述筒壁设置在最外侧，所述内杆在筒壁圆心处竖直设置，所述横梁为16个，用于连接所述筒壁和所述内杆。

所述海床基础包括与所述塔筒下端的圆台相固接的支撑部和嵌入海床的锥形柱，所述锥形柱为8个，上端均与所述支撑部相固接，下端楔入海床，所述锥形柱为中空结构，上段为圆柱形，下段为圆锥形，在其顶端一侧均设置有填充物注入口。

所述锥形柱的材质为高强度不锈钢，所述高强度不锈钢按质量百分比计为：C：0.06%，Si：0.9%，Mn：1.9%，Cr：6.9%，Ni：2.68%，N：0.058%，Nb：0.056%，Ti：0.18%，Zr：0.039%，La：0.019%，P：0.002%，S：0.001%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述锥形柱成型之后经过如下的热处理步骤：

1）将成型之后的锥形柱半成品置入电阻炉内，加热至869℃，保温18min后，高压喷水冷却至139℃后，空冷至室温。

所述的高压喷水，所喷的冷却水温度为22℃。

2）将步骤1）处理之后的半成品置入回火炉中加热至133℃，保温39min。

3）将步骤2）处理之后的半成品在不降温的情况下直接置入到深冷箱中采用液氮降温至-138℃，保持该温度29min后，出深冷箱恢复至室温。

4）将步骤3）处理之后的半成品置入到回火炉中加热至239℃，保温19min后降温至138℃，然后继续保温28min后随炉冷却至室温，出炉。

5）将步骤4）处理之后的半成品进行切边和/或磨角操作后得到锥形柱成品。

经过测量，所述锥形柱成品的抗拉强度为1268MPa，延伸率为30.2%。

所述塔筒下端的所述筒壁的材质为高强度镁合金，所述筒壁在成型之后，进行如下热处理步骤：

a）将成型之后的高强度镁合金材质的筒壁置入电阻炉内，随炉加热至510℃，保温80min后出炉空冷。

b）将步骤a）处理之后的半成品置入到深冷箱中采用液氮降温至-126℃，保持该温度39min后，出深冷箱恢复至室温。

c）将步骤b）处理之后的半成品置入到回火炉中，加热至138℃，保温26min后随炉冷却至室温，得到高强度镁合金的筒壁。

所述筒壁的材质为高强度镁合金，所述高强度镁合金按质量百分比计为：Bi：13.8%，Mn：1.1%，Ca：2.68%，La：0.28%，余量为Mg和不可避免的杂质。

经过测量所述高强度镁合金的抗拉强度为460MPa，屈服强度为398MPa，延伸率为10%。

所述筒壁的厚度为5cm。