[发明专利]水上风力发电塔架基础和结构及其安装施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及基础工程技术领域，特别涉及一种水上风力发电塔架基础和结构及其安装施工方法。

背景技术

水上风力发电塔的基础主要有单桩基础、重力基础和导管架群桩基础；上部结构主要采用单节塔筒、上下双节或多节塔筒形式。风机的水上拼装需要使塔筒底部与风机基础之间的准确对位、塔筒之间的准确对位、塔筒顶部与机舱之间的准确对位和第三片叶片与机舱轮毂之间的准确对位。传统的起重船仅依靠锚缆系统对船体定位固定，受海上的波浪、潮流等作用力的影响，当安装塔架上部结构时，船体轻微的晃动会引起50米以上高度处的数米位移，施工非常困难，安全也不能保证，所以需要大型特种作业船舶和大型起重机械进行水上分体拼装或整体安装。

现有水上风力发电塔架结构重量大，材料费用高。且由于塔架结构重量大，其制作、运输、安装以及风力发电设备安装需要大型运输船舶、大型特种作业船舶和大型起重机械，施工装备台班占用费用很高，不利于水上风力发电这种清洁低碳能源的推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水上风力发电塔架基础和结构及其安装施工方法，在保持塔架的功能，同时降低其成本，并结合现有的常规水上施工装备提供施工船只容易搁浅的浅水或静水区域安装施工水上风力发电塔架。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

水上风力发电塔架基础和结构，其包括，水上风力发电塔架的基础，包括一根中心桩和若干围绕中心桩并保持一定距离布置的卫星桩；中心桩桩顶略高出水面，桩底插入水下泥土中一定深度；卫星桩的桩顶略高出水面，桩底插入水下泥土中一定深度；中心桩的桩顶设置一个中心结构节点，各卫星桩的桩顶上分别设置一个卫星结构节点，中心结构节点和卫星结构节点之间，以及各卫星结构节点之间通过构件连接，构成水面上结构层；

中心桩顶端的正上方设置中心柱，中心桩和中心柱通过一个连接结构节点连接；中心柱为垂直柱，柱顶高度应满足在其上方安装风力发电设备的要求；

中心柱顶端下方不影响风力发电机叶片运行高度设置一个第一结构节点，该第一结构节点和卫星桩桩顶的卫星结构节点之间设置斜柱或斜缆连接，形成风力发电塔架的空间对称结构；中心柱顶端设置一个第二结构节点，在该第二结构节点上安装风力发电设备。

进一步，所述的中心桩的横截面形式为实心桩，或为带中心孔的管桩。

又，所述的卫星桩为垂直桩，或者，是围绕中心桩向心布置的斜桩。

另外，本发明所述的中心柱的横截面形式为带中心孔的管柱，横截面尺寸应满足在其内孔穿越电缆、缆绳以及小型升降设施的要求。

本发明的水上风力发电塔架基础和结构的安装施工方法，其包括如下步骤：

1)在高水位时采用打桩船机设施在水中预定位置打入中心桩和若干卫星桩；

2)利用小型施工船泊在中心桩的桩顶设置一个中心结构节点，各卫星桩的桩顶上分别设置一个卫星结构节点，中心结构节点和卫星结构节点之间通过构件连接，各卫星结构节点之间通过构件连接，构成水面上结构层；

3)在中心柱顶部预先安装一组定滑轮，并在中心柱顶端下方不影响风力发电机叶片运行高度预先安装一个第一结构节点，在中心柱顶端上方预先安装一个第二结构节点；

4)利用打桩船的起重装置起吊中心柱并安装在中心桩的顶部，中心桩和中心桩通过一个连接结构节点连接；

5)利用中心柱顶部的定滑轮和相应的缆绳起吊和调整第一结构节点；

6)利用中心柱顶部的定滑轮和相应的缆绳起吊和安装斜柱或斜缆，使其上端连接于第一结构节点，下端分别连接于各卫星结构节点，形成风力发电塔架的下部空间结构。

进一步，在打桩船或其他起重船将要停靠的区域铺设软体排或其他材料，防止打桩船或其他起重船搁浅时陷入泥土中；在高水位时打桩船或其他起重船驶入并停靠在中心桩附近。

又，可以利用低水位或采取重载压仓措施使打桩船或其他起重船在停靠位置搁浅，在波浪作用影响较小时利用打桩船或其他起重船上的起重装置将风力发电设备起吊安装于第二结构节点上。

再有，还可以利用高水位或采取卸载措施使打桩船或其他起重船摆脱搁浅状态，然后驶离。

本发明的有益效果

1)本发明所提供的水上风力发电塔架结构形式，能够减少构件材料用量，并保持塔架的功能。

2)本发明所提供的水上风力发电塔架结构形式，可以利用现有的水上打桩施工装备和驳船进行安装施工，不需要大型起吊船机和运输船只。

3)本发明所提供的水上风力发电塔架结构形式，可以节省材料费用，减少施工装备台班费用，从而达到降低成本的目的。