本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，特別涉及一種可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及其安裝方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)機(jī)是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能再轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，主要安裝于陸地上多風(fēng)地帶和海上區(qū)域。由于不受建筑物遮蔽或地形起伏的影響，海上風(fēng)力資源相比陸地風(fēng)力資源具有更高的可利用率和穩(wěn)定性。因此，近年來海上風(fēng)電裝置成為各個風(fēng)電領(lǐng)域發(fā)展的熱門。起初，海上風(fēng)電裝置安裝在近海淺水區(qū)域，一般水深小于20米，離岸數(shù)百米到10公里，該風(fēng)電裝置的基礎(chǔ)一般采用固定式單樁，由于樁基能力和風(fēng)力資源穩(wěn)定性的限制，其上部風(fēng)輪可轉(zhuǎn)化的風(fēng)能有限，一般情況下只能安裝2-3兆瓦的發(fā)電機(jī)組。近年來，海上風(fēng)電裝置逐漸向深、遠(yuǎn)海域發(fā)展，隨著離海岸線距離的增加，風(fēng)力資源變得更加穩(wěn)定，可以安裝發(fā)電機(jī)組的功率大幅增加，可輕松達(dá)到5兆瓦以上，同時風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲和視覺污染對陸上居民的影響也大大減少。但與此同時，隨著水深的增加(一般大于40米)，使得固定式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的成本大幅增加，因此具有更好經(jīng)濟(jì)效益的浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)開始被采用。

目前，為了滿足海上浮式風(fēng)電場的需要，海洋石油行業(yè)常用的漂浮式石油平臺形式相繼被應(yīng)用于風(fēng)電領(lǐng)域，包括單立柱平臺(spar)、半潛式平臺(semi-submersible)、張力腿平臺(tlp)的浮動式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)以及其他復(fù)合形式的浮動式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)。

到目前為止，已有三個浮動式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)用，如圖1至圖3所示，分別是hywind、windfloat和blueh浮動式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)。

hywind是由挪威國家海油海德羅公司(statoilhydro)、法國德克尼普公司(technip)和德國西門子公司聯(lián)合開發(fā)成功，于2009年在挪威附近的北海建成。hywind采用的基礎(chǔ)概念為spar，漂浮結(jié)構(gòu)是一個約為117m長的細(xì)長鋼質(zhì)管，一端是底座，另一端為風(fēng)機(jī)法蘭。使用壓載水艙填滿的鋼管被運(yùn)送至安裝地點(diǎn)并立于海面，浮體的整個結(jié)構(gòu)與海底通過三點(diǎn)纜索系錨相連。該浮式基礎(chǔ)利用底部較大的壓載將重心降低到浮心之下，具有無條件自穩(wěn)性。但是，該浮式基礎(chǔ)通過重力和浮力產(chǎn)生的力矩提供傾斜恢復(fù)力矩，相比風(fēng)機(jī)頂部所受的巨大風(fēng)載傾覆力矩，恢復(fù)力矩的剛度較小，使作業(yè)時整個浮式基礎(chǔ)的傾斜和搖擺運(yùn)動很大，在極限工況下甚至?xí)_(dá)到40°以上，這是風(fēng)機(jī)設(shè)計所不允許的。為了改善這種狀況，只能將浮動基礎(chǔ)重心降得更低，排水量做的更大，這會大大增加工程造價。此外，該型浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)安裝十分復(fù)雜，需要使用海上大型起重船，高額的安裝費(fèi)用使得該風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性大大降低。

windfloat是principlepower、vestas與edp合作研發(fā)的。該浮動基礎(chǔ)為半潛式概念，主體由三個浮筒組成，風(fēng)機(jī)立于其中一個浮筒上，動態(tài)壓載水可以自動抵消風(fēng)傾力矩，定位系統(tǒng)采用系泊定位，在每個浮筒底部的設(shè)置阻尼板增大垂蕩運(yùn)動的阻尼，能有效降低垂蕩運(yùn)動幅度。該半潛式浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)通過傾斜后三個立柱不同的浮力差產(chǎn)生傾斜恢復(fù)力矩，為克服巨大的風(fēng)載傾覆力矩作用，立柱直徑和立柱間距必須足夠大才能提供足夠的恢復(fù)力矩，因此該型基礎(chǔ)的排水量很大，造價也很高。同時，該類型浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的傾斜和搖擺運(yùn)動雖然比單立柱型較小，但也能達(dá)到5度以上，由于風(fēng)機(jī)機(jī)組位于基礎(chǔ)以上100多米的位置，該傾斜角度會造成頂部風(fēng)機(jī)較大的運(yùn)動幅值和加速度，對發(fā)電機(jī)組的設(shè)計造成較大的難度。

blueh是一家荷蘭公司在意大利沿海安裝了一臺風(fēng)力渦輪原型機(jī)，使用了張力腿平臺設(shè)計，平臺的浮力大于重力，多根張緊的張力腿，通過不同張力腿之間的張力差提供傾斜恢復(fù)力矩，以保持平臺的穩(wěn)定。這種定位方式的優(yōu)點(diǎn)在于較大的張力腿預(yù)張力使平臺平面外的運(yùn)動(橫搖、縱搖和垂蕩)較小，近似于剛性，對頂部風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組的設(shè)計十分有利。但是blueh浮式基礎(chǔ)概念在安裝階段沒有張力腿作用，不具備恢復(fù)力矩，該浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和上部機(jī)組不能整體建造后濕拖至作業(yè)海域，需要分別用駁船運(yùn)輸至目的海域，再進(jìn)行海上安裝。安裝過程需要使用大型起重船，這使得該浮式基礎(chǔ)的安裝成本大幅增加。

此外，如圖4所示，公開號為cn102235011a的中國發(fā)明專利，公開了一種海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組柔性浮式基礎(chǔ)，包括至少一個柔性浮式基礎(chǔ)，柔性浮式基礎(chǔ)包括塔筒和位于塔筒頂部的風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組由葉片和齒輪箱組成，葉片和齒輪箱連接，塔筒的底端設(shè)置有平衡箱，在塔筒的下部且位于塔筒的周邊均勻布置有多個浮筒，每個浮筒都通過幅桿與塔筒的側(cè)部連接，浮筒的底部通過錨鏈與固定在海床上的錨碇連接。該發(fā)明可動態(tài)調(diào)整基礎(chǔ)及整機(jī)的重心和振動頻率，適應(yīng)不同海域風(fēng)波載荷特征；通過多體橫向連接后可提高整體運(yùn)動穩(wěn)定性，限制基礎(chǔ)繞塔筒軸心自轉(zhuǎn)和水平移動。該發(fā)明和blueh存在同樣的缺點(diǎn)，即在安裝階段沒有張力腿或立柱提供恢復(fù)力矩，該浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和上部機(jī)組不能整體建造后濕拖至作業(yè)海域，必須分別用駁船運(yùn)輸至目的海域，再逐個使用大型起重船吊裝，安裝成本很高。

如圖5所示，公開號為cn103423093a的中國發(fā)明專利，公開了一種用于深海海面的帶吸力式沉箱的平臺浮式風(fēng)電機(jī)，包括：風(fēng)電機(jī)以及依次設(shè)置于其底部的塔筒、帶有張力腿的平臺機(jī)構(gòu)以及吸力式沉箱；所述的平臺機(jī)構(gòu)包括:甲板平臺、浮體以及系泊機(jī)構(gòu)，其中：甲板平臺的底部與浮體相連，浮體的底部與系泊機(jī)構(gòu)相連，所述的平臺機(jī)構(gòu)所受的浮力大于自身重力，且兩者之差通過系泊機(jī)構(gòu)的張力實(shí)現(xiàn)平衡；所述的系泊機(jī)構(gòu)包括：吸力式沉箱和連接吸力式沉箱與浮體的系腱；所述平臺浮式風(fēng)電機(jī)的安裝方法，包括以下步驟：第一步、安裝時吸力式沉箱和平臺機(jī)構(gòu)連成一體，先由一臺起重機(jī)將它們吊于海水中，初始階段依靠重力的作用吸力式沉箱的四周裙板會插入海床；第二步、利用臨時的排水泵和排水管路將吸力式沉箱內(nèi)部的海水排出，使得吸力式沉箱的頂板內(nèi)外產(chǎn)生壓力差并驅(qū)使吸力式沉箱的四周裙板繼續(xù)插入海床；第三步、當(dāng)排水泵將吸力式沉箱內(nèi)部的海水排凈時，吸力式沉箱頂部已被埋入海床內(nèi)，此時開始進(jìn)行固定操作，并最終形成海底基礎(chǔ)以支撐上部的平臺機(jī)構(gòu)和風(fēng)電機(jī)。該發(fā)明采用吸力式沉箱，避免海上打樁作業(yè)，吸力沉箱事先與浮式基礎(chǔ)底部相連，但安裝中需要使用大型起重船，將浮式基礎(chǔ)和吸力沉箱一起吊起放入海中，仍然沒有解決大型起重船使用帶來的高額安裝費(fèi)用的問題，使得該浮式基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)性仍然不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題之一。有鑒于此，本發(fā)明需要提供一種抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、后期維護(hù)成本低、安裝便捷低廉、拖航和工作狀態(tài)均有較好的穩(wěn)性、廣泛適用于淺水、中深水和深水海域的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及其安裝方法。

本發(fā)明的一方面提供了一種可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，包括：三個位于同一水平面上且兩兩夾角呈120度的矩形浮箱、將三個所述矩形浮箱連接在一起的中心浮箱、與所述中心浮箱上端連接以用于支撐風(fēng)機(jī)塔架的中心立柱、與所述矩形浮箱一一對應(yīng)連接的且彼此間隔開的三個周邊立柱、三個分別一一對應(yīng)地設(shè)在三個所述周邊立柱頂端并向外延伸懸臂梁、連接在三個所述矩形浮箱和所述中心浮箱下方的垂蕩板、用于連接所述中心立柱和所述周邊立柱的橫撐和斜支撐、海底基礎(chǔ)部和用于連接所述懸臂梁和所述海底基礎(chǔ)部的張力腿。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，克服了現(xiàn)有的海上浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)安裝費(fèi)用高、安裝周期長、排水量大、在位橫傾縱傾角度大、適用最淺水深限制、所安裝的單臺風(fēng)電機(jī)發(fā)電功率小等缺點(diǎn)，使整個浮式風(fēng)電裝置抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、后期維護(hù)成本低、安裝便捷低廉、拖航和工作狀態(tài)均有較好的穩(wěn)性、廣泛適用于淺水、中深水和深水海域。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，每個所述周邊立柱由多個徑向尺寸由上至下逐漸增大的多段柱體連接成。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述矩形浮箱、所述中心浮箱、所述中心立柱和所述周邊立柱中均設(shè)有壓載水箱和與水箱連接的水泵。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述懸臂梁從所述周邊立柱上端向外延伸，懸臂梁上設(shè)有張力腿連接鎖定裝置以及絞車以便于控制張力腿長度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述鎖定裝置包括液壓升降系統(tǒng)，用于微調(diào)張力腿的長度和預(yù)張力。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述海底基礎(chǔ)部為重力式混凝土塊，重力式混凝土塊的重力遠(yuǎn)大于所有張力腿的張力之和，所述重力式混凝土塊底部設(shè)有突出的筒狀底座，所述的重力式混凝土塊內(nèi)設(shè)有重力壓載水艙。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述張力腿為錨鏈或鋼纜。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述海底基礎(chǔ)部為與所述張力腿連接的海底樁基。

本發(fā)明的另一方面提供了一種可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的安裝方法，其特征在于，包括以下步驟：s1：重力式混凝土塊與浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)同時在塢內(nèi)建造，并通過張力腿將浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)與重力式混凝土塊連接鎖緊；s2：將浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)連同重力式混凝土塊自浮出塢，在岸邊使用岸上吊機(jī)安裝風(fēng)機(jī)塔架、機(jī)艙和風(fēng)輪；s3：安裝后的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)自浮，在吃水第一預(yù)定深度時，通過拖輪將整個風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)拖至海上安裝區(qū)域；s4：到達(dá)安裝區(qū)域后，通過絞車放松張力腿，將重力式混凝土塊緩緩下放，這個過程中浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的吃水保持不變；s5：待重力式混凝土塊達(dá)到第二預(yù)定深度后，增加矩形浮箱、中心浮箱、中心立柱和周邊立柱中壓載水，使浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的吃水增加到工作吃水深度，同時使重力式混凝土塊到達(dá)海底；s6：增加重力混凝土塊中的壓載使其牢牢坐落于海床上，同時調(diào)節(jié)浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的所述矩形浮箱、所述中心浮箱、所述中心立柱和所述周邊立柱中中的壓載使張力腿張緊達(dá)到設(shè)計預(yù)張力。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的安裝方法，提出了一種新型張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)概念，克服了海上浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)現(xiàn)有技術(shù)的安裝費(fèi)用高、安裝周期長、排水量大、在位橫傾縱傾角度大、適用最淺水深限制、所安裝的單臺風(fēng)電機(jī)發(fā)電功率小等缺點(diǎn)，使整個浮式風(fēng)電裝置抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、后期維護(hù)成本低、安裝便捷低廉、拖航和工作狀態(tài)均有較好的穩(wěn)性、廣泛適用于淺水、中深水和深水海域。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述重力式海底基礎(chǔ)為鋼樁或吸力樁，所述可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的安裝步驟為：

s100：浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在塢內(nèi)建造完成后，直接在岸邊使用岸上吊機(jī)安裝風(fēng)機(jī)塔架、機(jī)艙和風(fēng)輪；

s200：裝配后的浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)自浮于岸邊，吃水第一預(yù)定深度；

s300：通過拖輪將浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)拖至海上安裝區(qū)域；

s400：增加浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的矩形浮箱、中心浮箱、中心立柱和周邊立柱中壓載水使浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)吃水逐漸增大，直至超出工作吃水1米左右；

s500：將實(shí)現(xiàn)已安裝在海底的張力腿與浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)懸臂梁上的連接裝置相連，并通過液壓裝置微調(diào)張力腿長度；

s600：排出矩形浮箱、中心浮箱、中心立柱和周邊立柱中部分壓載水，使浮式基礎(chǔ)吃水減小到工作吃水，并繼續(xù)排載使張力腿張緊達(dá)到設(shè)計預(yù)張力。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

圖1-圖5為現(xiàn)有背景技術(shù)中提出的海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的安裝有風(fēng)機(jī)組件的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的海底基礎(chǔ)部的示意圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的海底基礎(chǔ)部的示意圖。

圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的安裝方法示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如圖6、圖7、圖8所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100，包括：三個位于同一水平面上且兩兩夾角呈120度的矩形浮箱11、將三個矩形浮箱11連接在一起的中心浮箱12、與中心浮箱12上端連接以用于支撐風(fēng)機(jī)塔架13的中心立柱14、與矩形浮箱11一一對應(yīng)連接的且彼此間隔開的三個周邊立柱15、三個分別一一對應(yīng)地設(shè)在三個周邊立柱15頂端并向外延伸懸臂梁16、連接在三個矩形浮箱11和中心浮箱12下方的垂蕩板17、用于連接中心立柱14和周邊立柱15的橫撐17和斜支撐18、海底基礎(chǔ)部19和用于連接懸臂梁16和海底基礎(chǔ)部19的張力腿20，其中，三個周邊立柱15間距足夠大可以滿足可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100在安裝期間所需穩(wěn)性要求。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100，克服了現(xiàn)有的海上浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)安裝費(fèi)用高、安裝周期長、排水量大、在位橫傾縱傾角度大、適用最淺水深限制、所安裝的單臺風(fēng)電機(jī)發(fā)電功率小等缺點(diǎn)，使整個浮式風(fēng)電裝置抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、后期維護(hù)成本低、安裝便捷低廉、拖航和工作狀態(tài)均有較好的穩(wěn)性、廣泛適用于淺水、中深水和深水海域。

另外，在作業(yè)期間具有十分優(yōu)良的穩(wěn)性和運(yùn)動性能的兩個優(yōu)點(diǎn)，張力腿20連接在平臺的水上的懸臂梁16上，使張力腿16更方面安裝和維護(hù)，大大降低了安裝和維護(hù)費(fèi)用，最終使得可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100性能更優(yōu)異、經(jīng)濟(jì)性更突出。

如圖8所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，每個周邊立柱15由多個徑向尺寸由上至下逐漸增大的多段柱體連接成。換言之，周邊立柱15為變截面立柱，其下段粗，用于克服自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100重心過高導(dǎo)致穩(wěn)性不足的問題，上段細(xì)，有利于減小在位作業(yè)狀態(tài)時的波浪載荷和流載荷。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，矩形浮箱11、中心浮箱12、中心立柱14和周邊立柱15中均設(shè)有壓載水箱(未示出)和與水箱連接的水泵(未示出)。由此，可通過調(diào)節(jié)壓載水來調(diào)節(jié)平臺自重和浮態(tài)。

如圖6、圖7所示，根據(jù)本發(fā)明的一些示例，懸臂梁16從周邊立柱15上端向外延伸，懸臂梁16上設(shè)有張力腿20連接鎖定裝置(未示出)以及絞車(未示出)以便于控制張力腿20長度?？梢岳斫獾氖?，懸臂梁16位于水面以上，從周邊立柱15上端向外延伸，懸臂梁16上設(shè)有張力腿20連接鎖定裝置，以及絞車用來控制張力腿長度。鎖定裝置內(nèi)可以含液壓升降系統(tǒng)，用于微調(diào)張力腿20的長度和預(yù)張力。由此，在相同水深環(huán)境、相同的浮體排水量情況下，所述的懸臂梁有效增加了每根張力腿20的長度以及多根張力腿20之間的跨距，使得張力腿20更有效地抵御風(fēng)輪受到的傾覆力矩，同時可避免張力腿20最小載荷為零的情況。

如圖6、圖7、圖9所示，根據(jù)本發(fā)明的一個示例，海底基礎(chǔ)部19為重力式混凝土塊，重力式混凝土塊的重力遠(yuǎn)大于所有張力腿20的張力之和，重力式混凝土塊底部設(shè)有突出的筒狀底座21，的重力式混凝土塊內(nèi)設(shè)有重力壓載水艙。換言之，混凝土塊底部有突出的筒狀底座21可以插入土中，以保證可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100受風(fēng)浪流外力作用時混凝土塊與海床之間不會發(fā)生相對運(yùn)動?；炷翂K內(nèi)設(shè)有壓載水艙，可通過調(diào)節(jié)水艙內(nèi)壓載水重量調(diào)節(jié)混凝土塊整體的重量，使其可實(shí)現(xiàn)重力大于浮力或重力小于浮力?？蛇x地，如圖7所示，海底基礎(chǔ)部19可以為與張力腿20連接的海底樁基22。

如圖6、圖7所示，根據(jù)本發(fā)明的一些示例，張力腿20可以為錨鏈或鋼纜。張力腿20可以由三組豎直的張力腿20構(gòu)成，每組分別位于一個懸臂梁16上，懸臂梁16可以位于水面以上、周邊立柱15頂部，張力腿20的材料可根據(jù)實(shí)際設(shè)計要求選擇成錨鏈或鋼纜，每組張力腿20的根數(shù)可根據(jù)實(shí)際所需預(yù)張力的大小設(shè)定，每根張力腿20的下方與海底基礎(chǔ)部19連接，上方穿過位于懸臂梁16上的導(dǎo)纜孔并由鎖定裝置鎖緊。張力腿20連接鎖緊裝置位于水面以上，可更好的得到保護(hù)，并且節(jié)約了后期維護(hù)和檢修的費(fèi)用。可以理解的是，周邊立柱15的橫截面為圓形或多邊形。

下面參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100。

如圖6、圖7所示，均為浮式風(fēng)電裝置，或稱浮式風(fēng)機(jī)平臺，其中上半部分是風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)，包括：風(fēng)機(jī)機(jī)艙31，機(jī)艙31內(nèi)含有風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組，風(fēng)機(jī)葉32通過輪轂33連接，葉片32和輪轂33組成風(fēng)輪，并通過轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，個支撐風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的塔架34與可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100相連。例如可以和風(fēng)機(jī)塔架13相連。

可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100，包括三個兩兩夾角呈120度的矩形浮箱11，連接三個矩形浮箱11的中心浮箱12，矩形浮箱11和中心浮箱12內(nèi)部設(shè)有壓載水艙，可通過水泵調(diào)節(jié)壓載。位于中心浮箱12上方支撐風(fēng)機(jī)塔架13的中心立柱14，中心立柱14可以與中心塔架13通過法蘭連接，建造時在岸邊合攏。

與矩形浮箱11連接的且彼此間隔開的三個變截面的周邊立柱15，周邊立柱15內(nèi)設(shè)有壓載水艙，可通過調(diào)節(jié)壓載水控制浮體平衡，周邊立柱15間距足夠大可滿足拖航和安裝期間自浮的穩(wěn)性要求。

設(shè)在三個周邊立柱15上端用于支撐張力腿20的懸臂梁16，懸臂梁16采用桁架結(jié)構(gòu)，減輕重量，該懸臂梁16可使張力腿20之間間距加大，使浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100獲得更好的運(yùn)動性能和更小的張力腿20最大張力，同時周邊立柱15間距加大從而節(jié)約了建造成本。位于三個矩形浮箱11下方的垂蕩板17，該垂蕩板17可以使浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100獲得更好的垂蕩性能。垂蕩板17上可以設(shè)有多個通孔23。定位平臺的張力腿20以及固定張力腿20的海底樁基22。

可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100的吃水可以位于立柱2/3處，中心立柱14、周邊立柱15矩形浮箱11和中心浮箱12提供浮力，張力腿20提供向下的拉力，可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100整體的重力小于浮力，因此張力腿20始終處于張緊狀態(tài)。張力腿20由鋼纜或錨鏈構(gòu)成，具有很高的剛度和強(qiáng)度，使得整個可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100在垂直方向具有很強(qiáng)的恢復(fù)力，使其垂蕩運(yùn)動周期小于2秒，有效的避開波浪周期，使其垂蕩運(yùn)動性能十分優(yōu)異。

當(dāng)可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100受到水平方向外力后，可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100將水平偏移，張力腿20與豎直方向?qū)⒊梢粋€角度，張力腿20張力在水平方向產(chǎn)生一個分力，該分力提供可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100水平方向的恢復(fù)力。

本實(shí)施案例的張力腿20和可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100重量構(gòu)成使該平臺在水平方向有大于30秒的運(yùn)動周期，同樣避開波浪周期，具有較好的運(yùn)動性能。此外，基于本發(fā)明的上述實(shí)案例，在懸臂梁16的幫助下，周邊立柱15間距不必很大就可使張力腿20跨距可以達(dá)到很大，從而可以輕松的抵御上部風(fēng)機(jī)受到風(fēng)傾力矩，同時也減小了浮箱結(jié)構(gòu)尺寸，節(jié)約了建造費(fèi)用。

可以理解的是，現(xiàn)有技術(shù)的張力腿式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的張力腿都位于水下，本發(fā)明中通過水上懸臂梁16將張力腿20上端懸掛點(diǎn)上移，使相同的水深環(huán)境下，每根張力腿20的長度大大增加了，從而使可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100整體水平剛度減小，水平運(yùn)動固有周期增加，更加遠(yuǎn)離波浪周期，最終使可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100的運(yùn)動性能更佳。

周邊立柱15可使該浮式風(fēng)機(jī)在拖航作業(yè)時擁有足夠的穩(wěn)性，由于浮式風(fēng)機(jī)重心較高，一般的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在拖航時穩(wěn)性不足需要專門的駁船來運(yùn)輸。上部周邊立柱15的上部采用直徑較小圓柱，可以使浮式基礎(chǔ)在工作狀態(tài)時受到波浪和海流的載荷較小，并且使平臺有更小的排水量，從而節(jié)約成本。可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100下方安置有垂蕩板，使該可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100擁有更好的垂蕩性能，垂蕩板上可通過開孔減小其重量。

下面參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100的安裝過程。

首先，海底基礎(chǔ)部19在塢內(nèi)預(yù)制，可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100同時在塢內(nèi)建造，完成后在塢內(nèi)完成組裝，并通過張力腿20(錨鏈或鋼纜)將浮式基礎(chǔ)與混凝土塊連接預(yù)緊；將可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100連同混凝土塊自浮出塢，在岸邊使用岸上吊機(jī)安裝風(fēng)機(jī)塔架、機(jī)艙和風(fēng)輪等；整個浮式風(fēng)電裝置(包括浮式基礎(chǔ)、混凝土塊、風(fēng)機(jī)機(jī)艙、風(fēng)輪和塔架等)自浮于岸邊，吃水6-8米，此時立柱水線面位于下部較粗的位置，從而有足夠的恢復(fù)力矩提供穩(wěn)性；通過拖輪將整個風(fēng)機(jī)平臺拖至海上安裝區(qū)域；到達(dá)安裝區(qū)域后，通過絞車放松張力腿(錨鏈或鋼纜)，將混凝土塊緩緩下放，這個過程中浮式風(fēng)電裝置的吃水保持不變；待混凝土塊達(dá)到一定深度后，增加立柱和浮箱中壓載水，使浮式風(fēng)電裝置的吃水增加到工作吃水，同時使混凝土塊到達(dá)海底；增加混凝土塊中的壓載使其牢牢坐落于海床上；最后調(diào)節(jié)浮式基礎(chǔ)浮箱和立柱中的壓載水使張力腿張緊達(dá)到設(shè)計預(yù)張力。整個安裝過程中，不但不需要使用大型起重船，而且不需要進(jìn)行海上打樁作業(yè)，安裝成本大大降低。

拆除時，首先，從水泵抽出混凝土塊中的壓載水，同時調(diào)節(jié)浮式基礎(chǔ)浮箱和立柱中的壓載水，將混凝土塊提起離開海床；然后，減少立柱和浮箱中壓載水，使浮式基礎(chǔ)的吃水減小到拖航吃水，水線位于周邊立柱較粗的位置處，有足夠的穩(wěn)性；通過絞車收緊張力腿，將混凝土塊緩緩上升，直至貼緊浮式基礎(chǔ)底面；通過拖輪將浮式風(fēng)機(jī)裝置拖離作業(yè)海域；

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，可以將海底基礎(chǔ)部19(重力式混凝土基礎(chǔ))替換成海底鋼樁基礎(chǔ)。其在位性能和與上述實(shí)施例無任何區(qū)別，主要的區(qū)別在于安裝階段，需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)行海上打樁，并預(yù)安裝張力腿。

采用鋼樁基礎(chǔ)可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)100的安裝過程如下：

首先，風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)在塢內(nèi)建造完成后，直接在岸邊使用岸上吊機(jī)安裝風(fēng)機(jī)塔架、機(jī)艙和風(fēng)輪等；然后，整個浮式風(fēng)電裝置(包括浮式基礎(chǔ)、風(fēng)機(jī)機(jī)艙、風(fēng)輪和塔架等)自浮于岸邊，吃水6-8米，此時立柱水線面位于下部較粗的位置，從而有足夠的恢復(fù)力矩提供穩(wěn)性；通過拖輪將整個風(fēng)機(jī)平臺拖至海上安裝區(qū)域；浮式基礎(chǔ)的浮箱和立柱中有壓載水艙，通過水泵增加壓載水將其吃水逐漸增大，直至超出工作吃水1米左右；將實(shí)現(xiàn)已安裝在海底的張力腿與浮式基礎(chǔ)懸臂梁上的連接裝置相連，并通過液壓裝置微調(diào)張力腿長度；最后用水泵排出壓載水，使浮式基礎(chǔ)吃水減小到工作吃水，并繼續(xù)排載使張力腿張緊達(dá)到設(shè)計預(yù)張力。整個安裝過程中，不需要使用大型起重船，只需要幾艘普通的拖輪即可，這使整個安裝成本大大降低。

如圖10所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的安裝方法，包括以下步驟。

s1：重力式混凝土塊與浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)同時在塢內(nèi)建造，并通過張力腿將浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)與重力式混凝土塊連接鎖緊。

s2：將浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)連同重力式混凝土塊自浮出塢，在岸邊使用岸上吊機(jī)安裝風(fēng)機(jī)塔架、機(jī)艙和風(fēng)輪。

s3：安裝后的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)自浮，在吃水第一預(yù)定深度時，通過拖輪將整個風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)拖至海上安裝區(qū)域。

s4：到達(dá)安裝區(qū)域后，通過絞車放松張力腿，將重力式混凝土塊緩緩下放，這個過程中浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的吃水保持不變。

s5：待重力式混凝土塊達(dá)到第二預(yù)定深度后，增加矩形浮箱、中心浮箱、中心立柱和周邊立柱中壓載水，使浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的吃水增加到工作吃水深度，同時使重力式混凝土塊到達(dá)海底。

s6：增加重力混凝土塊中的壓載使其牢牢坐落于海床上，同時調(diào)節(jié)浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的所述矩形浮箱、所述中心浮箱、所述中心立柱和所述周邊立柱中中的壓載使張力腿張緊達(dá)到設(shè)計預(yù)張力。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，重力式海底基礎(chǔ)為鋼樁或吸力樁，所述可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的安裝步驟為：

s100：浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在塢內(nèi)建造完成后，直接在岸邊使用岸上吊機(jī)安裝風(fēng)機(jī)塔架、機(jī)艙和風(fēng)輪。

s200：裝配后的浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)自浮于岸邊，吃水第一預(yù)定深度。

s300：通過拖輪將浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)拖至海上安裝區(qū)域。

s400：增加浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的矩形浮箱、中心浮箱、中心立柱和周邊立柱中壓載水使浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)吃水逐漸增大，直至超出工作吃水1米左右。

s500：將實(shí)現(xiàn)已安裝在海底的張力腿與浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)懸臂梁上的連接裝置相連，并通過液壓裝置微調(diào)張力腿長度。

s600：排出矩形浮箱、中心浮箱、中心立柱和周邊立柱中部分壓載水，使浮式基礎(chǔ)吃水減小到工作吃水，并繼續(xù)排載使張力腿張緊達(dá)到設(shè)計預(yù)張力。

進(jìn)一步的，基于所述可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的浮式風(fēng)機(jī)裝置，通過采用和安裝方法相反的步驟，即可輕松實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電裝置拆除回收，極大程度的節(jié)省拆除費(fèi)用，并且有利于環(huán)境保護(hù)。拆除回收的步驟如下：

(1)從水泵抽出混凝土塊中的壓載水，同時調(diào)節(jié)浮式基礎(chǔ)浮箱和立柱中的壓載水，將混凝土塊提起離開海床；(2)減少立柱和浮箱中壓載水，使浮式基礎(chǔ)的吃水減小到拖航吃水，水線位于周邊立柱較粗的位置處，有足夠的穩(wěn)性；(3)通過絞車收緊張力腿，將混凝土塊緩緩上升，直至貼緊浮式基礎(chǔ)底面；(4)通過拖輪將浮式風(fēng)機(jī)裝置拖離作業(yè)海域。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可自浮安裝的張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的安裝方法，提出了一種新型張力腿式海上浮動風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)概念，克服了海上浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)現(xiàn)有技術(shù)的安裝費(fèi)用高、安裝周期長、排水量大、在位橫傾縱傾角度大、適用最淺水深限制、所安裝的單臺風(fēng)電機(jī)發(fā)電功率小等缺點(diǎn)，使整個浮式風(fēng)電裝置抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、后期維護(hù)成本低、安裝便捷低廉、拖航和工作狀態(tài)均有較好的穩(wěn)性、廣泛適用于淺水、中深水和深水海域。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例進(jìn)行接合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。