一种海上风电基础和塔筒一体化结构的制作方法

1.本发明属于海上风电领域，尤其涉及一种海上风电基础和塔筒一体化结构。


背景技术：

2.我国海上风电的主结构由基础、风机塔筒、风机轮毂、风机叶片等组成，其中基础结构包括桩基础和筒型基础，但无论是桩基础还是筒型基础，均与上部风机塔筒采用的是分体式设计，即基础与各节风机塔筒各自进行生产加工，然后由法兰进行连接。采用法兰连接的缺点主要包括以下两点：一是法兰结构造价较高，提高了建设总成本；二是法兰结构采用螺栓连接，螺栓需要定期维护，增加了风电场的运行维护费用。现有使用浮板来稳固风电结构，使其能够抵抗海浪等恶劣天气，但是现有的浮板无法灵活调整，不便于船只停靠在风电结构旁，对其进行维护和修整；因此，亟需一种一体式的，能够保证风电结构稳固，不影响船只停靠的海上风电基础和塔筒一体化结构。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种海上风电基础和塔筒一体化结构，以解决上述问题，达到保证风电结构稳定以及便于船只停靠的目的。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种海上风电基础和塔筒一体化结构，包括筒体，所述筒体的顶部竖向固定连接有一体式柱体，所述一体式柱体的顶端固定连接有风机，所述一体式柱体的底端竖向滑动连接有漂浮支撑机构；
5.所述漂浮支撑机构包括芯体与若干漂浮单元，所述芯体竖向滑动连接在所述一体式柱体的内侧底端，若干所述漂浮单元的固定端周向等间距固定连接在所述芯体侧壁上，所述漂浮单元的固定端穿过所述一体式柱体侧壁，若干所述漂浮单元的漂浮端分别位于所述筒体的顶端边部，所述漂浮端与所述固定端之间设置有翻转组件，所述漂浮端通过所述翻转组件向海水侧翻转。
6.优选的，所述漂浮单元包括扇形框架，所述扇形框架通过所述翻转组件驱动，所述扇形框架内侧设置有若干组漂浮组件，所述漂浮组件包括两组浮板，两组所述浮板对称固定连接在所述扇形框架的内侧顶部和底部，两组所述浮板与所述扇形框架之间形成密封空腔，所述密封空腔内分别连接有充气组件和注水组件，所述充气组件用于为所述漂浮单元提供浮力，所述注水组件用于辅助所述漂浮单元向海水侧翻转。
7.优选的，所述注水组件包括调节壳体，所述调节壳体固定连接在位于顶部的所述浮板下方，所述调节壳体与位于底部的所述浮板之间设置有间隙，所述调节壳体内竖向滑动连接有活塞柱，位于上方的所述浮板内连接有第一电磁阀，位于下方的所述浮板上开设有第二排水孔，所述活塞柱的底端适配于所述第二排水孔内，所述活塞柱与所述调节壳体之间设置有压力腔，所述活塞柱中端固定套设有固定环，所述固定环将所述压力腔分为第一空腔与第二空腔，所述第二空腔内设置有若干卡接组件，所述卡接组件连接在所述活塞柱与所述第二空腔侧壁之间，所述第一空腔与所述第二空腔内连通有输水组件。
8.优选的，所述卡接组件包括凹槽，所述凹槽开设在所述调节壳体的内侧壁上，所述凹槽内滑动连接有顶杆，所述顶杆的一端与所述凹槽内侧底壁之间固定连接有弹簧，所述顶杆的另一端垂直伸入所述活塞柱的侧壁，所述调节壳体的侧壁内开设有溢流通道，所述凹槽与所述密封空腔通过所述溢流通道连通。
9.优选的，相邻所述扇形框架之间设置有限位组件，所述限位组件包括相适配的卡接杆与卡接块，所述卡接杆的中端铰接在一组所述扇形框架内，所述卡接杆适配于所述卡接块内的一端为卡接端，所述卡接杆靠近所述调节壳体的一端为抵接端，所述活塞柱的一侧固定连接有连杆，所述连杆竖向滑动连接在所述调节壳体的侧壁内，所述连杆的底端与所述抵接端之间连接有抵接组件，所述卡接块固定连接在另一组所述扇形框架的外侧壁上。
10.优选的，所述抵接组件包括固定柱与凸块，所述固定柱固定连接在所述抵接端，所述凸块固定连接在所述连杆的底端，所述固定柱沿所述凸块侧壁滑动连接，所述卡接杆的铰接轴与所述调节壳体之间连接有扭簧。
11.优选的，所述漂浮单元的固定端包括连接臂，所述连接臂的一端固定连接在所述芯体的侧壁上，所述翻转组件设置在所述连接臂的另一端；
12.所述翻转组件包括固定连接在所述连接臂另一端的伺服电机，所述连接臂的另一端内转动连接有第一齿轮与第二齿轮，所述扇形框架的侧壁上固定连接有第三齿轮，所述第三齿轮靠近所述筒体设置，所述第二齿轮啮合在所述第一齿轮与所述第三齿轮之间，所述伺服电机的旋转轴穿过所述连接臂与所述第一齿轮同轴心固定连接，所述连接臂的另一端与所述扇形框架铰接。
13.优选的，所述输水组件包括两组水泵，海水通过一组所述水泵、水管与所述第一空腔，所述海水通过另一组所述水泵、水管与所述第二空腔连通，所述水管上分别连通有第二电磁阀。
14.优选的，所述充气组件包括充气孔和充气泵，所述充气孔开设在所述扇形框架上，所述充气泵通过所述充气孔与所述密封空腔连通。
15.本发明具有如下技术效果：漂浮支撑机构的主要作用一方面是漂浮在海水中，能够适应海水的起伏，另一方面是能够稳固一体式柱体与筒体，避免发生倾斜，导致重心偏移；筒体固定在海底，与漂浮支撑机构的共同作用下，有效提升整体结构的稳定性；翻转组件的主要作用是驱动漂浮单元向海水侧翻转，有助于船只停靠在一体式柱体旁边，便于对风电基础和塔筒一体化结构维护和修整；整体上，本技术能够有效提升风电基础和塔筒一体化结构在海水中的稳定性，并且不影响船只向一体式柱体停靠。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明一体化结构外观示意图；
18.图2为本发明漂浮支撑机构俯视方向示意图；
19.图3为图2中的a局部放大图；
20.图4为本发明注水组件剖视示意图；
21.图5为图4中的b局部放大图；
22.图6为本发明抵接组件结构示意图；
23.图7为本发明一体化结构生产工艺流程图；
24.其中，1、筒体；2、扇形框架；3、支撑柱；4、下柱体；5、靠船柱；6、第一平台线；7、第二平台线；8、合拢焊接接缝；9、第三平台线；10、电气模块；11、上柱体；12、浮板；13、活塞柱；14、卡接杆；15、卡接块；16、滑动伸缩杆；17、充气孔；18、第一排水孔；19、伺服电机；20、第一齿轮；21、第二齿轮；22、第三齿轮；23、调节壳体；24、第一空腔；25、固定环；26、第二空腔；27、第二排水孔；28、连杆；29、固定柱；30、凸块；31、顶杆；32、凹槽；33、弹簧；34、导向柱；35、芯体；36、溢流通道；37、连接臂。
具体实施方式
25.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。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.参照图1-7所示，本发明提供了一种海上风电基础和塔筒一体化结构，包括筒体1，筒体1的顶部竖向焊接有一体式柱体，一体式柱体的顶端固定连接有风机，一体式柱体的底端竖向滑动连接有漂浮支撑机构；
28.漂浮支撑机构包括芯体35与若干漂浮单元，芯体35竖向滑动连接在一体式柱体的内侧底端，若干漂浮单元的固定端周向等间距固定连接在芯体35侧壁上，漂浮单元的固定端穿过一体式柱体侧壁，若干漂浮单元的漂浮端分别位于筒体1的顶端边部，漂浮端与固定端之间设置有翻转组件，漂浮端通过翻转组件向海水侧翻转。
29.漂浮支撑机构的主要作用一方面是漂浮在海水中，能够适应海水的起伏，另一方面是能够稳固一体式柱体与筒体1，避免发生倾斜，导致重心偏移；筒体1固定在海底，与漂浮支撑机构的共同作用下，有效提升整体结构的稳定性；翻转组件的主要作用是驱动漂浮单元向海水侧翻转，有助于船只停靠在一体式柱体旁边，便于对风电基础和塔筒一体化结构维护和修整，而采用一体化结构有助于提高生产效率，避免使用法兰连接，一定程度上降低建设成本；整体上，本技术能够有效提升风电基础和塔筒一体化结构在海水中的稳定性，并且不影响船只向一体式柱体停靠。
30.进一步优化方案，漂浮单元包括扇形框架2，扇形框架2通过翻转组件驱动，扇形框架2内侧设置有若干组漂浮组件，漂浮组件包括两组浮板12，两组浮板12对称固定连接在扇形框架2的内侧顶部和底部，两组浮板12与扇形框架2之间形成密封空腔，密封空腔内分别连接有充气组件和注水组件，充气组件用于为漂浮单元提供浮力，注水组件用于辅助漂浮单元向海水侧翻转。
31.初始状态下，密封空腔内充满空气，使漂浮单元在水面产生浮力；当船只需要停靠
在一体式柱体旁边时，为了避免漂浮组件阻碍船只靠近，首先开启靠近船只的注水组件，向密封空腔内注水，同时启动翻转组件，加快漂浮组件的翻转速度，当密封空腔内被注满海水时，即翻转至适合船只停靠的位置。当漂浮单元复位，启动充气组件，向密封空腔内充气，将密封空腔内的海水排出，同时在翻转组件的作用下，使漂浮单元复位至海面上。
32.进一步优化方案，注水组件包括调节壳体23，调节壳体23固定连接在位于顶部的浮板12下方，调节壳体23与位于底部的浮板12之间设置有间隙，调节壳体23内竖向滑动连接有活塞柱13，位于上方的浮板12开设有第一排水孔18，第一排水孔18内连接有第一电磁阀，位于下方的浮板12上开设有第二排水孔27，活塞柱13的底端适配于第二排水孔27内，活塞柱13与调节壳体23之间设置有压力腔，活塞柱13中端固定套设有固定环25，固定环25将压力腔分为第一空腔24与第二空腔26，第二空腔26内设置有若干卡接组件，卡接组件连接在活塞柱13与第二空腔26侧壁之间，第一空腔24与第二空腔26内连通有输水组件。
33.初始状态下，活塞柱13通过卡接组件限制在调节壳体23内，第二排水孔27被活塞柱13堵塞；具体的，当船只停靠时，开启输水组件和第一排水孔18(即开启第一电磁阀)，向第二空腔26内注水，第二空腔26的水压不断上升，首先顶开卡接组件，使活塞柱13脱离调节壳体23的限制，推动固定环25与活塞柱13向上移动，此时第二排水孔27打开，在翻转组件的驱动作用下，漂浮单元向下翻转的同时，大量的海水从第二排水孔27进入密封空腔内，密封空腔内的空气从第一排水孔18排出，此时第一排水孔18逐渐接近漂浮单元的顶端，更有利于空气从第二排水孔27中排出；直至密封空腔内灌入足够的水，漂浮单元翻转至适合船只停靠的位置。
34.进一步优化方案，卡接组件包括凹槽32，凹槽32开设在调节壳体23的内侧壁上，凹槽32内滑动连接有顶杆31，顶杆31的一端与凹槽32内侧底壁之间固定连接有弹簧33，顶杆31的另一端垂直伸入活塞柱13的侧壁，调节壳体23的侧壁内开设有溢流通道36，凹槽32与密封空腔通过溢流通道36连通。
35.当第二空腔26内注水并产生一定水压后，首先推动顶杆31，水压大于密封空腔内的压力，使顶杆31在凹槽32内滑动，直至顶杆31脱离活塞柱13，此时，弹簧33被压缩，水压不断上升，推动固定环25与活塞柱13上移，直至第二排水孔27被打开。
36.进一步优化方案，相邻扇形框架2之间设置有限位组件，限位组件包括相适配的卡接杆14与卡接块15，卡接杆14的中端铰接在一组扇形框架2内，卡接杆14适配于卡接块15内的一端为卡接端，卡接杆14靠近调节壳体23的一端为抵接端，活塞柱13的一侧固定连接有连杆28，连杆28竖向滑动连接在调节壳体23的侧壁内，连杆28的底端与抵接端之间连接有抵接组件，卡接块15固定连接在另一组扇形框架2的外侧壁上，卡接块15的一侧开设有卡接槽，卡接杆14的卡接端转动滑入卡接槽内。
37.初始状态下，扇形框架2漂浮在海面上，相邻扇形框架2通过限位组件限位，使所有的扇形框架2形成一个整体，有效提升漂浮单元的漂浮稳定性；当活塞柱13被水压推动上移使，带动连杆28上移，然后触发抵接组件，通过抵接组件使卡接杆14脱离卡接块15，从而使相邻的扇形框架2不再相互限位，此时便可以启动翻转组件。
38.进一步优化方案，抵接组件包括固定柱29与凸块30，固定柱29固定连接在抵接端，凸块30固定连接在连杆28的底端，固定柱29沿凸块30侧壁滑动连接，卡接杆14的铰接轴与调节壳体23之间连接有扭簧。扭簧采用适合在海水中长期工作的奥氏体不锈钢弹簧或沉淀
硬化不锈钢弹簧中的一种。
39.在扭簧的作用下，使固定柱29始终与凸块30之间抵接，便于活塞柱13下移时，能够在扭簧的作用下，使卡接杆14滑入卡接槽内内。
40.进一步优化方案，漂浮单元的固定端包括连接臂37，连接臂37的一端固定连接在芯体35的侧壁上，翻转组件设置在连接臂37的另一端；
41.翻转组件包括固定连接在连接臂37另一端的伺服电机19，连接臂37的另一端内转动连接有第一齿轮20与第二齿轮21，扇形框架2的侧壁上固定连接有第三齿轮22，第三齿轮22靠近筒体1设置，第二齿轮21啮合在第一齿轮20与第三齿轮22之间，伺服电机19的旋转轴穿过连接臂37与第一齿轮20同轴心固定连接，扇形框架2与芯体35之间球铰有两组滑动伸缩杆16，两组滑动伸缩杆16位于连接臂37的两侧，连接臂37的另一端与扇形框架2靠近筒体1的一侧铰接，连接臂37、扇形框架2的铰接轴轴心与第三齿轮22的中心重合。
42.进一步优化方案，输水组件包括两组水泵，海水通过一组水泵、水管与第一空腔24，海水通过另一组水泵、水管与第二空腔26连通，水管上分别连通有第二电磁阀。
43.进一步优化方案，充气组件包括充气孔17和充气泵，充气孔17开设在扇形框架2上，充气泵通过充气孔17与密封空腔连通。
44.当需要使扇形框架2复位至海面上时，启动充气泵，并关闭第一电磁阀(即关闭第一排水孔18)，空气将海水从第二排水孔27排出；在排水的同时，通过翻转组件，将扇形框架2向上翻转，更有利于海水从第二排水孔27内排出。
45.进一步优化方案，一体式柱体包括下柱体4与上柱体11，下柱体4焊接在筒体1顶部，下柱体4与上柱体11之间焊接，风机固定连接在上柱体11的顶端，上柱体11上设置有第三平台线9，第三平台线9用于安装休息平台，下柱体4的焊缝处设置有第二平台线7，第二平台线7为合拢线，向下1.5m处安装合拢平台，下柱体4上设置有第一平台线6，第一平台线6用于安装电气平台，下柱体4上安装有电气模块，电气模块与电气平台对应设置，下柱体4的侧壁上固定连接有若干靠船柱5。
46.一体式柱体与筒体1焊接，形成一体化结构，能够承担由上部风浪荷载引起的较大弯矩；三个平台便于对整体的维修；下柱体4侧面与筒体1底面之间固定连接有若干支撑柱3，支撑柱3可采用圆柱结构或大型h型钢，支撑两端在荷载作用下，受力相对较大，可根据计算进行局部加强。
47.进一步优化方案，筒体1内为分仓结构，可以分5～7个隔仓，方便后期安装时负压调平，高度可取8～15m。筒体是主要的承载结构，主要承担由上部风浪荷载引起的较大弯矩。
48.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
49.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。