一种海上漂浮式风机基础的制作方法

本技术涉及海上风电技术，特别是一种海上漂浮式风机基础。

背景技术：

1、随着全球近海资源逐渐开发，以及近海区域行业用海需求较高，近海风电总体开发潜力受限，海上风电项目逐渐向深远海发展，海上风机基础结构也伴随水深变化，从固定式支撑结构到漂浮式支撑结构逐步演变。

2、漂浮式的海上风机基础结构是将风电机组支撑在海面上的结构。中国现有漂浮式风机基础结构只适应于水深100米以内安装，且搭载风机功率不超过10mw，例如位于广东阳江海域的“三峡引领号”漂浮式海上风电平台结构采用三立柱半潜式浮式基础、底部三角形、顶部y型组合结构，风机位于其中一个立柱之上，通过压载调平整个系统，搭载5.5mw风机，离岸28公里，安装于水深30米之处；位于湛江海域的“扶摇号”漂浮式海上风电平台结构采用三立柱半潜式浮式基础、顶部与底部都是三角形组合结构，风机位于其中一个立柱之上，通过压载调平整个系统，搭载6.2mw风机，装于离岸平均水深65米左右处。

3、平均水深100米以上深远海海域的深远海浮式风机平台设计难度更大：一方面漂浮式风机基础的主尺度设计直接决定了浮体用钢量的大小，是影响整个风机项目经济性的主要因素，也直接导致浮体在深海波浪流、风机载荷、系泊力等联合作用下的响应分析会更困难，结构强度分析难度提高；另一方面对漂浮式风机独有的技术要求，高等级抗台风要求、搭载16mw及以上大容量风机导致风机载荷越来越大，工作技术要求越来越高，对浮体的抗倾覆能力、定位系泊能力、以及稳定性等要求更高。因此亟需设计一型适应于平均水深100米及以上深远海海域使用的漂浮式风机基础。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题是，针对平均水深100米及以上深远海海域，开发一型经济型半潜式海上浮式风机基础，具备水动力性能良好、抗台风等级高、搭载16mw及以上大容量风机、抗倾覆能力强、稳定性良好、结构强度满足风机气动—水动—系泊等一体化设计要求、单位兆瓦钢结构重量低、发电效率高、经济性好等性能。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：一种海上漂浮式风机基础，包括多根外围立柱、一根中心立柱、支撑构件及系泊链，所述中心立柱的外围经所述支撑构件安装所述外围立柱，其中：

3、所述外围立柱向外倾斜安装，且所述外围立柱沿其高度方向分为上段、中段和下段，所述中段的横截面积大于所述下段的横截面积，所述上段高于水线面设置，所述中段置于水线面中，所述下段低于水线面设置；

4、各所述外围立柱的底部连接内部设有压载舱的浮体，所述浮体水平放置，且所述浮体的中心与所述中心立柱垂直交叉连接。

5、优选地，所述外围立柱的倾斜角度为15-30°。

6、优选地，所述外围立柱为三根，所述浮体为具有三个分支的y型结构，各个分支的结构形式相同，相邻分支的夹角120°，各分支的末端分别安装一根所述外围立柱。

7、优选地，所述分支包括平直段浮筒和圆柱段浮筒，所述外围立柱安装在所述圆柱段浮筒上。

8、优选地，所述支撑构件包括上部支撑构件和下部斜撑构件。

9、优选地，所述中段与所述上段或所述下段之间经过渡段连接，所述过渡段的横截面积呈渐变结构。

10、优选地，所述系泊链挂在所述外围立柱的中段的水线面以下位置。

11、优选地，所述中段的下部处于水线面以下3－5米范围内，所述中段的上部位于水线面上面3米范围内。

12、优选地，所述中段的直径是所述上段的直径或所述下段的直径的1.2-1.8倍。

13、优选地，所述中心立柱包括从上至下依次设置的第一段、第二段、第三段及第四段，所述第一段为含有外壳和内壳的双壳结构，所述外壳连接所述支撑构件，所述内壳的上端连接风机塔筒,所述内壳的下端连接所述第二段的上端，所述第二段的下端与所述第三段的上端伸缩式连接，所述第三段的下端连接所述第四段，所述第四段的外形尺寸增大形成浮筒。

14、本实用新型主要由多根外围立柱、一根中心立柱、连接外围立柱和中心立柱的支撑构件及底部浮体组成，其中，外围立柱倾斜向外安装在底部浮体上，且外围立柱沿高度方向分为上、中、下三段，外围立柱的中段处于水线面附近，且外围立柱的中段横截面面积大于下段横截面的面积，中段通过过渡段的倒圆结构与上、下段连接；中心立柱竖直向上安装，其顶部设计为双壳结构，并在其顶部安装大容量兆瓦级浮式风机(16mw及以上)，在中心立柱的下部第三段设置为伸缩结构，同时将其第四段的横截面积增大设置为主要压载舱；底部浮体与中心立柱采用具有三个分支的y型基础底座连接，各分支夹角120°，并将浮体的3个趾端设计成圆型浮筒作为垂荡舱，底座以上的外围立柱与中心立柱之间采用斜撑连接支撑以保持浮体整体结构的稳定性与结构强度。

15、系泊系统采用系泊缆布置方案，顶部系泊链安装连接在向外逐渐倾斜的三个外围立柱上并处于水线面以下，底部系泊链采用共享锚方案连接到海底锚桩，浮式风机基础群可以根据布置设置相应的锚桩，相邻浮体可以共享锚桩基础。

16、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

17、(1)本实用新型所提供的浮式风机基础总体综合性能高、结构布局简单紧凑、结构利用率更高，能够有效降低漂浮式风机基础单位兆瓦的用钢量，建造简单、造价低，经济性好；

18、(2)本实用新型外围立柱与中心立柱之间的支撑结构、配合底座浮体的y型结构能保证浮体结构总强度满足规范要求，整个浮体基础能够抵御最高等级的台风和100米及以上水深波浪载荷和系泊等一体化载荷要求；

19、(3)本实用新型中心立柱上部大直径的双壳结构，外壳便于外围立柱与中心立柱之间支撑结构的连接与焊接建造，中心立柱内壳与风机塔筒底座连续对接，便于保证风机塔筒底座位置的结构强度；

20、(4)本实用新型外围立柱逐渐倾斜，使水线面的面积矩随吃水的增加而增大，在浮式基础有一定倾角时回复力矩相对于竖直设置的外围立柱的回复力矩更大，能补偿一定倾角后的排水体积的缺失，提高浮体的稳性性能，方便设计时根据作业需求调整吃水；

21、(5)本实用新型外围立柱吃水面上下区域局部直径的增加，能够逐步增大排水体积、从而增大浮力、保证风机正常工作、并能在浮式基础有一定倾角后补充额外浮力以保证倾斜发电的稳定性进而提高发电效率；

22、(6)本实用新型风机安装在中心立柱上，中心立柱底部的压载舱结构能够大幅度降低浮体的重心，大大提高整个浮式风机基础的稳定性；

23、(7)本实用新型采用系泊缆布置方案，可根据实际需要布置3x1,3x2,3x3等系泊方案，系泊链安装连接在向外逐渐倾斜的三个外围立柱上，连接点处于水线面以下，可以减少系泊链因长期暴露空气中的腐蚀，避免与底部结构碰撞，便于安装船靠泊安装，结合共享锚方案，提高风机发电效率和平台的经济性；

24、(8)本实用新型浮体以下的中心立柱结构插入浮体以上的中心立柱内部便于浮式风机基础的批量干拖与安装。

25、(9)本实用新型的浮式风机基础能够广泛地应用于中国南海、东海等深远海海域，为我国漂浮式海上风电技术水平的发展，促进漂浮式海上风电设计创新，尤其是对漂浮式海上风机基础设计以及大容量海上风电机组的研发，起到积极的推动作用。