一种海上风电单桩基础结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种海上风电单桩基础结构，包括：固定于海床的单桩（1），以及一端与所述单桩（1）连接、另一端与风力发电机组的塔筒连接的过渡段（2），所述单桩（1）顶部设置有单桩顶部法兰（11），所述过渡段（2）底部设置有过渡段底部法兰（21），所述过渡段底部法兰（21）与所述单桩顶部法兰（11）通过固定装置连接，该单桩基础结构采用了双法兰过渡段的连接方式，相较于采用高强度灌浆料进行灌浆连接费用低廉，且安装无需专用设备、无需专用人员、安装周期短，操作简单，便于施工与维修。
【专利说明】一种海上风电单粧基础结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种海上风电单桩的基础结构，属于海上风力发电【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在石油资源日益紧缺的情况下，各国均将眼光投向了风力资源巨大的海域，海上风力发电厂是利用海上风力资源发电的新型发电厂，欧洲多个国家已建立了多个海上风力发电厂，而且规模巨大，目前，中国也逐渐开始建立自己的海上风力发电厂。
[0003]单桩基础是海上风力发电厂常见的一种基础形式，单桩基础直径一般为4?8米，由单桩和过渡段组成，单桩伸入到海床一定深度(一般为30?60米，具体深度由海床地质条件及基础载荷确定)后与过渡段连接，然后通过过渡段将塔筒与单桩连接。
[0004]现有技术中，通常采用法兰将过渡段上端与塔筒连接，过渡段下部与单桩通过高强水泥灌浆连接，采用水泥灌浆连接的过渡段最初应用于海洋石油平台，该过渡段主要承受轴向载荷的作用，从上个世纪90年代起开始应用于海上风电单桩基础的连接，该过渡段主要承受水平随机疲劳载荷。
[0005]中国专利文献CN103174159A公开了一种海上风力发电机组单桩基础装置，包括管桩、过渡段、周向剪力键和灌浆层；所述过渡段套设在所述管桩的上部，所述管桩的下部能够插设于海床中；所述灌浆层充填在所述管桩和所述过渡段之间；所述周向剪力键沿所述管桩轴线方向多层间隔固定在所述管桩外壁和/或所述过渡段内壁上且埋设在所述灌浆层内，该结构可以将过渡段传递过来的竖向力、水平弯矩和扭转力矩有效传递给管桩再传递给海床，然而，灌浆连接的过渡段形式维修起来极不方便，而若不及时维修将会引起风电机组的倾倒，造成极其恶劣的安全事故，此外，目前采用的高强灌浆料主要从国外进口，价格昂贵，且需要大量的专用设备、专业灌浆人员，施工周期长，灌浆施工费用高，因此，灌浆连接成本非常昂贵。
[0006]实用新型内容
[0007]为此，本实用新型所要解决的技术问题在于，克服现有技术中海上风电单桩基础的过渡段及单桩之间采用灌浆连接造成施工、维修不便以及成本昂贵的技术问题，从而提供一种安装方便、成本低廉、结构可靠的海上风电单桩基础结构。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种海上风电单桩基础结构，包括:固定于海床的单桩，以及一端与所述单桩连接、另一端与风力发电机组的塔筒连接的过渡段，所述单桩顶部设置有单桩顶部法兰，所述过渡段底部设置有过渡段底部法兰，所述过渡段底部法兰与所述单桩顶部法兰通过固定装置连接。
[0009]所述固定装置包括沿着所述过渡段底部法兰的第一连接环环面周向设置的若干个第一螺栓孔、沿着所述单桩顶部法兰的第二连接环环面周向设置的若干个与所述第一螺栓孔对应的第二螺栓孔，以及依次穿过所述第一螺栓孔、第二螺栓孔而将所述第一连接环与所述第二连接环固定连接的螺栓。
[0010]所述单桩顶部法兰还包括与所述第二连接环的环面沿着周向连接，并沿着基本垂直于所述第二连接环环面方向延伸的第二固定环。
[0011]所述过渡段底部法兰还包括与所述第一连接环的环面沿着周向连接，并沿着基本垂直于所述环面方向延伸的第一固定环，以及与所述第一连接环的环面沿着周向连接，并沿着反向于所述第一固定环方向垂直延伸的裙板。
[0012]所述裙板套设于所述单桩的外周，并与所述单桩形成间隙空间，所述间隙空间内安装有密封圈。
[0013]所述第一连接环设置于所述第一固定环内侧，所述第二连接环设置于所述第二固定环内侧。
[0014]所述第一连接环设置于所述第一固定环外侧，所述第二连接环设置于所述第二固定环外侧。
[0015]所述过渡段顶部设置有过渡段顶部法兰，所述过渡段顶部法兰与所述塔筒的塔筒底部法兰连接。
[0016]所述过渡段底部法兰与所述单桩顶部法兰之间设置有调平结构，和/或所述过渡段顶部法兰与所述塔筒底部法兰之间设置有调平结构。
[0017]所述调平结构(3)为楔形环状垫圈，所述楔形环状垫圈内径及外径与所述第一连接环(21a)及所述第二连接环(Ila)内径及外径分别相同。
[0018]所述楔形环状垫圈沿其周向设置有若干个第三螺栓孔，所述第三螺栓孔与所述第一螺栓孔及所述第二螺栓孔位置相对应。
[0019]所述第一固定环与所述过渡段底部焊接连接，所述第二固定环与所述单桩顶部焊接连接。
[0020]本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0021](I)本实用新型的海上风电单桩基础结构，包括:固定于海床的单桩，以及一端与所述单桩连接、另一端与风力发电机组的塔筒连接的过渡段，所述单桩顶部设置有单桩顶部法兰，所述过渡段底部设置有过渡段底部法兰，所述过渡段底部法兰与所述单桩顶部法兰通过固定装置连接。本实用新型的海上风电单桩基础结构的过渡段底部与单桩顶部分别设置法兰，通过固定装置将两法兰连接，即可实现过渡段与单桩的固定，相较于现有技术中采用灌浆方式连接过渡段与单桩来说，本实用新型的海上风电单桩基础结构，在安装过程中无需专用设备，无需专用人员，安装周期短，操作简单，施工成本低；并且，无需采用高强度高费用的灌浆料，施工成本进一步降低；同时，采用法兰连接方式安全可靠，且维修时将固定装置拆卸下即可分别对单桩和过渡段进行维修，维修非常方便。
[0022](2)本实用新型的海上风电单桩基础结构，所述固定装置包括沿着所述过渡段底部法兰的第一连接环环面周向设置的若干个第一螺栓孔、沿着所述单桩顶部法兰的第二连接环环面周向设置的若干个与所述第一螺栓孔对应的第二螺栓孔，以及依次穿过所述第一螺栓孔、第二螺栓孔而将所述第一连接环与所述第二连接环固定连接的螺栓。在第一连接环和第二连接环的环面上分别设置第一螺栓孔和第二螺栓孔，连接时，将螺栓穿过第一螺栓孔和第二螺栓孔并拧紧即可实现过渡段与单桩的连接，使得本实用新型的过渡段安装更加方便，不需要如同灌浆连接方式那样需要配备专业人员、专业设备等，只需要在法兰之间安装螺栓、螺母即可实现固定，拆卸时只需将螺栓、螺母拆下即可，拆卸方便，节约成本。
[0023](3)本实用新型的海上风电单桩基础结构，所述单桩顶部法兰还包括与所述第二连接环的环面沿着周向连接，并沿着基本垂直于所述第二连接环环面方向延伸的第二固定环；所述过渡段底部法兰还包括与所述第一连接环的环面沿着周向连接，并沿着基本垂直于所述环面方向延伸的第一固定环，以及与所述第一连接环的环面沿着周向连接，并沿着反向于所述第一固定环方向垂直延伸的裙板，通过将所述第一固定环与所述过渡段底部焊接连接，所述第二固定环与所述单桩顶部焊接连接，以及所述第一连接环、所述第二连接环将单桩顶部法兰及过渡段底部法兰固定连接，从而将单桩与过渡段连接在一起，结构简单可靠，操作方便。
[0024](4)本实用新型的海上风电单桩基础结构，所述裙板套设于所述单桩的外周，并与所述单桩形成间隙空间，所述裙板的设置便于爬梯等附件设备的固定安装，且所述间隙空间内安装有密封圈，从而避免了海水进入单桩顶部法兰及过渡段底部法兰连接处腐蚀螺栓，进一步保证了机构的可靠性。
[0025](5)本实用新型的海上风电单桩基础结构，所述过渡段顶部设置有过渡段顶部法兰，所述过渡段顶部法兰与所述塔筒的塔筒底部法兰连接，从而通过采用双法兰过渡段的方式将过渡段分别与塔筒和单桩固定，施工更加便捷。
[0026](6)本实用新型的海上风电单桩基础结构，所述过渡段底部法兰与所述单桩顶部法兰之间设置有调平结构，和/或所述过渡段顶部法兰与所述塔筒底部法兰之间设置有调平结构，通过在法兰间设置调平结构可以有效的调节打桩时造成桩体倾斜、垂直度不够的技术问题；所述楔形环状垫圈沿其周向设置有若干个第三螺栓孔，所述第三螺栓孔与所述第一螺栓孔及所述第二螺栓孔位置相对应，安装时，螺栓可以同时穿过三个螺栓孔，因此，只需将所述楔形环状垫圈安装在所述第一连接环及所述第二连接环之间即可实现调平，方式非常简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
[0028]图1是本实用新型实施例1的海上风电单桩基础结构的结构示意图；
[0029]图2是图1中A部分的放大示意图；
[0030]图3是本实用新型实施例2的海上风电单桩基础结构的结构示意图；
[0031]图4是本实用新型实施例2的单桩结构示意图；
[0032]图5是图3中A部分的放大示意图；
[0033]图6是图1及图3中B部分的放大示意图；
[0034]图7是本实用新型实施例2中调平结构的结构示意图；
[0035]附图标记说明:1-单桩，11-单桩顶部法兰，Ila-第二连接环，Ilb-第二固定环，Ild-第二螺栓孔，2-过渡段，21-过渡段底部法兰，21a-第一连接环，21b-第一固定环，21c-裙板，21d-第一螺栓孔，22-过渡段顶部法兰，3-调平结构，31-第三螺栓孔，4-密封圈，5-间隙空间。
【具体实施方式】
[0036]下面结合具体实施例对本实用新型的海上风电单桩基础结构进行具体描述:
[0037]实施例1
[0038]如图1所示，本实施例提供一种海上风电单桩基础结构，包括:固定于海床的单桩1，以及一端与所述单桩I连接、另一端与风力发电机组的塔筒连接的过渡段2，所述单桩I顶部设置有单桩顶部法兰11，所述过渡段2底部设置有过渡段底部法兰21，所述过渡段底部法兰21与所述单桩顶部法兰11通过固定装置连接。
[0039]本实施例的海上风电单桩基础结构的过渡段2底部与单桩I顶部分别设置法兰，通过固定装置将两法兰连接，即可实现过渡段2与单桩I的固定，相较于现有技术中采用灌浆方式连接过渡段2与单桩I来说，本实用新型的海上风电单桩基础结构，在安装过程中无需专用设备，无需专用人员，安装周期短，操作简单，施工成本低；并且，无需采用高强度高费用的灌浆料，施工成本进一步降低；同时，采用法兰连接方式安全可靠，且维修时将固定装置拆卸下即可分别对单桩I和过渡段2进行维修，维修非常方便。
[0040]如图2所示，所述固定装置包括沿着所述过渡段底部法兰21的第一连接环21a环面周向设置的若干个第一螺栓孔21d、沿着所述单桩顶部法兰11的第二连接环Ila环面周向设置的若干个与所述第一螺栓孔21d对应的第二螺栓孔lld，以及依次穿过所述第一螺栓孔21d、第二螺栓孔Ild而将所述第一连接环21a与所述第二连接环Ila固定连接的螺栓。
[0041]在第一连接环21a和第二连接环Ila的环面上分别设置第一螺栓孔21d和第二螺栓孔lld，连接时，将螺栓穿过第一螺栓孔21d和第二螺栓孔Ild并拧紧即可实现过渡段2与单桩I的连接，使得本实用新型的过渡段2安装更加方便，不需要如同灌浆连接方式那样需要配备专业人员、专业设备等，只需要在法兰之间安装螺栓即可实现固定，拆卸时只需将螺栓拆下即可，拆卸方便，节约成本。
[0042]作为本实施例的一种变形，可以采用螺钉等替代本实施例固定装置中的螺栓。并且，所述第一螺栓孔、第二螺栓孔的设置数量不受限制，例如，设置为I个、2个、3个、4个、5个以及6个等等。
[0043]作为本实施例的另一种变形，可以采用铆接等方式替代本实施例固定装置中的螺栓，同样可以达到安装简便、降低成本的技术效果。
[0044]同时，所述单桩顶部法兰11还包括与所述第二连接环Ila的环面沿着周向连接，并沿着基本垂直于所述第二连接环Ila环面方向延伸的第二固定环Ilb ;所述过渡段底部法兰2还包括与所述第一连接环21a的环面沿着周向连接，并沿着基本垂直于所述环面方向延伸的第一固定环21b，以及与所述第一连接环21a的环面沿着周向连接，并沿着反向于所述第一固定环21b方向垂直延伸的裙板21c,具体的,如图6所不,所述裙板21c套设于所述单桩I的外周，并与所述单桩I之间形成间隙空间5，所述间隙空间5内安装有密封圈4 ;所述裙板21c的设置便于爬梯等附件设备的安装，所述密封圈4用于密封所述单桩I外壁与所述过渡段2内壁，防止海水进入法兰连接处而造成插入所述第一螺栓孔21d及第二螺栓孔Ild的高强螺栓腐蚀，进一步保证了装置的可靠性。
[0045]在本实施例中，所述第一连接环21a设置于所述第一固定环21b内侧，所述第二连接环Ila设置于所述第二固定环Ilb内侧。
[0046]同时，需要说明的是，所述单桩及所述过渡段的法兰结构形式不局限于此，其可以采用内法兰、外法兰、T型法兰等多种形式，且可以根据实际需求调节所述裙板的高度以及密封圈的安装位置。
[0047]在本实施例中，所述过渡段2顶部设置有过渡段顶部法兰22，所述过渡段顶部法兰22与所述塔筒的塔筒底部法兰连接，因此，本实施例的过渡段设置为双法兰过渡段的形式，采用双法兰的连接方式分别与塔筒及单桩连接，结构简单，便于安装与维修，成本较低；在安装时，所述单桩I与所述单桩顶部法兰11之间采用焊接连接方式，所述第二固定环Ilb与所述单桩I顶部焊接连接，此在工厂预制；所述过渡段2底部与所述过渡段法兰21焊接连接，所述第一固定环21b与所述过渡段2底部焊接连接，也在工厂预制；所述单桩顶部法兰11与所述过渡段底部法兰21之间采用高强螺栓连接，在现场施工(单桩贯入到指定深度后进行)。
[0048]因此，本实施例的海上风电单桩基础结构，风电机组载荷通过所述塔筒底部法兰传递到所述过渡段2，所述过渡段2通过焊接连接将载荷传递到所述过渡段底部法兰21，所述过渡段底部法兰21与所述单桩顶部法兰11之间通过高强螺栓及法兰接触面进行载荷的传递，所述单桩顶部法兰11通过焊接连接将载荷传递到所述单桩I，最后所述单桩I将载荷传递到海床，该单桩基础结构承载力高，稳定性好，成本低廉，便于施工与维修。
[0049]实施例2
[0050]本实施例提供一种海上风电单桩基础结构，其是在实施例1基础之上的变形，如图3-5所示，在本实施例中，所述过渡段底部法兰21与所述单桩顶部法兰11之间设置有调平结构3，所述过渡段顶部法兰22与所述塔筒底部法兰之间也设置有调平结构3，如图7所示，所述调平结构3为楔形环状垫圈，所述楔形环状垫圈内径及外径与所述第一连接环21a及所述第二连接环Ila内径及外径分别相同，且所述楔形环状垫圈沿其周向设置有若干个第三螺栓孔31，所述第三螺栓孔31与所述第一螺栓孔21d及所述第二螺栓孔Ild位置相对应，并通过将所述高强螺栓依次穿过所述第一螺栓孔21d、第三螺栓孔31以及第二螺栓孔Ild从而将法兰与调平结构3固定；通过在法兰间设置所述楔形环状垫圈可以有效的调节打桩时造成桩体倾斜、垂直度不够的技术问题，结构简单，且可以根据具体情况选择在单桩顶部法兰及过渡段底部法兰之间或者在塔筒底部法兰及所述过渡段顶部法兰之间安装所述楔形环状垫圈，并根据单桩的垂直度和法兰尺寸对应调整所述楔形环状垫圈的角度及直径尺寸等，使用方便，安装简单。
[0051]作为本实施例的一种变形，所述调平结构3也可以只设置在所述过渡段底部法兰21与所述单桩顶部法兰11之间，或只设置在所述过渡段顶部法兰22与所述塔筒底部法兰之间。
[0052]实施例3
[0053]本实施例提供一种海上风电单桩基础结构，其是在实施例1或2基础之上的变形，在本实施例中，所述第一连接环21a设置于所述第一固定环21b外侧，所述第二连接环Ila设置于所述第二固定环Ilb外侧。
[0054]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种海上风电单桩基础结构，包括:固定于海床的单桩(1)，以及一端与所述单桩(I)连接、另一端与风力发电机组的塔筒连接的过渡段(2)，其特征在于，所述单桩(I)顶部设置有单桩顶部法兰(11)，所述过渡段(2)底部设置有过渡段底部法兰(21 )，所述过渡段底部法兰(21)与所述单桩顶部法兰(11)通过固定装置连接。
2.根据权利要求1所述的海上风电单桩基础结构，其特征在于，所述固定装置包括沿着所述过渡段底部法兰(21)的第一连接环(21a)环面周向设置的若干个第一螺栓孔(21d)、沿着所述单桩顶部法兰(11)的第二连接环(Ila)环面周向设置的若干个与所述第一螺栓孔(21d)对应的第二螺栓孔(lld)，以及依次穿过所述第一螺栓孔(21d)、第二螺栓孔(Ild)而将所述第一连接环(21a)与所述第二连接环(Ila)固定连接的螺栓。
3.根据权利要求2所述的海上风电单桩基础结构，其特征在于，所述单桩顶部法兰(II)还包括与所述第二连接环(Ila)的环面沿着周向连接，并沿着基本垂直于所述第二连接环(Ila)环面方向延伸的第二固定环(lib)。
4.根据权利要求3所述的海上风电单桩基础结构，其特征在于，所述过渡段底部法兰(21)还包括与所述第一连接环(21a)的环面沿着周向连接，并沿着基本垂直于所述环面方向延伸的第一固定环(21b)，以及与所述第一连接环(21a)的环面沿着周向连接，并沿着反向于所述第一固定环(21b)方向垂直延伸的裙板(21c)。
5.根据权利要求4所述的海上风电单桩基础结构，其特征在于，所述裙板(21c)套设于所述单桩(I)的外周，并与所述单桩(I)形成间隙空间(5)，所述间隙空间内安装有密封圈(4)。
6.根据权利要求5所述的海上风电单桩基础结构，其特征在于，所述第一连接环(21a)设置于所述第一固定环(21b)内侧，所述第二连接环(Ila)设置于所述第二固定环(Ilb)内侧。
7.根据权利要求5所述的海上风电单桩基础结构，其特征在于，所述第一连接环(21a)设置于所述第一固定环(21b)外侧，所述第二连接环(Ila)设置于所述第二固定环(Ilb)外侧。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的海上风电单桩基础结构，其特征在于，所述过渡段(2 )顶部设置有过渡段顶部法兰(22 )，所述过渡段顶部法兰(22 )与所述塔筒的塔筒底部法兰连接。
9.根据权利要求8所述的海上风电单桩基础结构，其特征在于，所述过渡段底部法兰(21)与所述单桩顶部法兰(11)之间设置有调平结构(3)，和/或所述过渡段顶部法兰(22)与所述塔筒底部法兰之间设置有调平结构(3)。
10.根据权利要求9所述的海上风电单桩基础结构，其特征在于，所述调平结构(3)为楔形环状垫圈，所述楔形环状垫圈内径及外径与所述第一连接环(21a)及所述第二连接环(Ila)内径及外径分别相同。
11.根据权利要求10所述的海上风电单桩基础结构，其特征在于，所述楔形环状垫圈沿其周向设置有若干个第三螺栓孔(31)，所述第三螺栓孔(31)与所述第一螺栓孔(21d)及所述第二螺栓孔(Ild)位置相对应。
12.根据权利要求4-7中任一项所述的海上风电单桩基础结构，其特征在于，所述第一固定环(21b)与所述过渡段(2)底部焊接连接，所述第二固定环(Ilb)与所述单桩(I)顶部焊接连接。
【文档编号】E02D27/12GK204151809SQ201420494072
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】郭树旺, 张星波, 刘励学, 赵迎九, 王小合, 朱宏兵, 郝利忠, 柯逸思 申请人:华电重工股份有限公司