[实用新型]具有主动控制系统的海上风机复合裙式基础结构

说明书

本实用新型涉及一种具有主动控制系统的海上风机复合裙式基础结构，包括风机塔筒、过渡段塔筒、斜腿支撑和裙式吸力桶，在裙式吸力桶上环向布置有若干均匀分布且嵌入岩石层的锚杆，并通过安装在裙式吸力桶上的锚固张拉装置向锚杆施加预应力，以防止裙式吸力桶倾斜；所述风机塔筒上安装有加速度传感器和主控设备，其中加速度传感器用于记录风机塔筒的加速度，并将该信号传递给主控设备，主控设备接收信号后通过控制锚固张拉装置从而调整锚杆的预张力，确保基础结构的整体稳定性。本实用新型通过一套主动控制技术，调整风机基础的系统刚度和自振频率，实现强风条件下风机高效稳定的并网发电，并及时修正风机的垂直度与位移，提高风机发电效率。

技术领域

本实用新型涉及海上风机基础安装设备领域，具体涉及具有主动控制系统的海上风机复合裙式基础结构。

背景技术

近年来，面对日益严峻的环境问题和资源问题，可再生能源的开发日益受到重视。我国能源消耗中传统化石能源占比较大，能源利用效率低，浪费和污染大，因此发展新型可再生能源尤为迫切，其中海上风电对环境影响小、资源利用率高、技术相对成熟，近年来发展迅速。

目前，近海风机基础形式广泛采用桩式基础，在覆盖层深厚的海床中，通过大尺寸和长埋深来实现对上部荷载的平衡。然而，我国部分海上风电场地质条件复杂，基岩面埋深较浅且起伏很大，覆盖层土体多为淤泥质土和软粘土，无法满足海上风机大直径单桩的承载性能要求。若采用嵌岩桩设计，采用钻孔或爆破施工的工程难度较大，成本也会大幅增加。针对海上风机不同的海况条件，裙式吸力桶基础具有更好的适用性，其材料安装成本低于桩承式基础，且易于海上运输和安装。但相对于桩式基础，裙式吸力桶基础埋置深度较浅，且无法嵌入岩石层，因此水平承载力和抗侧向倾覆能力需要进一步提高。

传统的固定式海上风机结构在长期风浪流等环境荷载以及环境腐蚀、海生物附着的综合作用下，其塑性变形将逐渐累积，产生不可恢复的位移和转角，影响风机的正常运行。另外基础结构以及海床地基的长期演化引起整体风机结构自振频率的变化。与此同时，为了避免风机共振，风电基础的自振频率必须要避开1P频率(发电机转动频率)和3P频率(风机叶片转动频率)，1P频率和3P频率受风力变化范围较大。当风力较小时，基础自振频率位于1P频率和3P频率之间，结构相对安全；但当风力较大时，1P频率较大，或循环荷载作用下基础刚度变小，基础自振频率可能接近1P频率，导致共振。强台风过境时传统风机为保证结构安全，通过偏航系统和叶片变桨，减小自身的风阻与1P频率，因此风机无法全功率发电或者选择直接停机，导致风力发电机工作效率较低。随着海上风电机组单机功率的增加和基础结构的大型化，除了一阶共振以外，部分海上风机也出现了高阶频率共振的情况，进一步缩小传统风机基础设计中的允许频率范围。本实用新型通过一套主动控制技术，调整风机基础的系统刚度和自振频率，实现强风条件下风机高效稳定的并网发电，并及时修正风机的垂直度与位移，提高风机发电效率与使用寿命。

基于上述情况，本实用新型提出了一种具有主动控制系统的海上风机复合裙式基础结构，可有效解决以上问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种具有主动控制系统的海上风机复合裙式基础结构，通过一套主动控制技术，调整风机基础的系统刚度和自振频率，实现强风条件下风机高效稳定的并网发电，并及时修正风机的垂直度与位移，提高风机发电效率。针对软持力层、浅覆盖层的地质情况，通过裙式基础周围的锚杆和嵌岩锚固端提供倾斜向拉力，平衡风机上部传递的荷载，无需开展大直径嵌岩单桩作业。本实用新型中，裙式吸力桶承受的竖向力主要由软土层承担，水平荷载则通过周围土体、锚杆及其嵌岩锚固端来承担。

为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案实现：