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海上风机的主要组成部分_罗茨鼓风机

时间：21-04-21　　来源:锦工罗茨风机原创

海上风机的主要组成部分：【涨知识】海上风机基础简介

　　北极星风力发电网讯:根据风能资源普查成果，我国5～25米水深、50米高度海上风电开发潜力约2亿千瓦；5～50米水深、70米高度海上风电开发潜力约5亿千瓦。深海区域的风电开发潜力更是不可限量。而根据《风电发展“十三五”规划》显示：到2020年我国将建设海上风电1500万千瓦（包括建成500万千瓦，在建1000万千瓦）。根据海上风能可开发量和规划容量可见，海上风力发电潜力巨大。

　　下面小编就为大家介绍一下海上风力发电风机基础的形式，其分类如下图。

　　图一：海上风机基础分类

　　一、固定式海上风机基础

　　固定式海上风机基础主要适用于近海岸0-50m的水深。

　　1、单桩式基础结构

　　单桩式结构形式是比较简单常用的支撑结构形式。塔架直接由基础桩腿支撑或者通过过渡段把两者连接起来，塔架、桩腿以及过渡段都是圆柱形的钢铁管件。桩腿一直插到海底以下，插入的距离可根据实际的环境载荷以及海底的地质条件确定。除了结构简单外，单桩腿型的优点在于可用在上层泥土流动的海底以及受淘空影响的海况。当然它也有缺点，在水深较深时这种结构的柔性很大，支持结构上端过大的偏移量以及振动是其发展的限制条件。

　　单桩式基础结构适用条件：适合于0～25m的水深范围。

　　图二：单桩式基础结构

　　2、导管架基础结构

　　导管架结构形式通常有 3 或 4 个桩腿，桩腿之间用撑杆相互连接，形成一个有足够强度和稳定性的空间钢架结构。桩腿在海底处安装有轴套，地桩通过轴套插到海底一定深度从而使整个结构获得足够的稳定性。

　　导管架基础结构适用条件：适用水深为 20～40m。

　　图三：导管架基础结构

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海上风机的主要组成部分：海上风电场的基本构成及其建造方式是怎样的？

　　本题已收入知乎圆桌 ? 「能」见蔚蓝，欢迎关注讨论~

　　本回答的场景应用【】，先感受一下！！

　　世界上最早的海上风电场是丹麦于1991年在 Vindeby 建成并投入使用，该风电场由11个功率为450kW 的风电机组组成。目前，在传统资源形势日益严峻的情况下，海上巨大的风力资源业已引起各国的关注。欧洲多个国家已建立多个海上风力发电厂而且规模巨大，其数据可参考【Global Offshore Wind Farms Database → Global Offshore Wind Farms Database】

　　1. 海上风电场的构成

　　一个完整的海上风电场一般由一定规模数量的风电机组和输电系统构成。

　　1.1 风电机组

　　单个的风电机组包括叶片、风机、塔身和基础部分。

　　1.1.1 叶片和风机

　　风机的工作原理是空气动力学原理。风并非"推"动风轮叶片，而是吹过叶片形成叶片正反面的压差，这种压差会产生升力，令风机旋转并经过齿轮箱进而带动风力发电机转子。由此，叶片和风机将风的动能（即空气的动能）转化成发电机转子的动能，然后再将转子的动能又转化成电能输出。

　　[风机的工作原理]

　　1.1.2 塔身

　　风电机组塔身一般由空心管状钢材制成，设计主要考虑在各种风况下的刚性和稳定性，根据安装地点的风况、水况和风轮半径条件决定塔身的高度，使风叶片处于风力资源最丰富的高度。

　　1.1.3 基础

　　风电机组基础结构的主要作用是固定风电机组，有四种基本形式：陆地基础、单桩基础、基脚架基础和浮式基础，其使用范围和具体结构如下图所示。[风电机组基础结构的四种基本形式-适用范围]

　　[风电机组基础结构的四种基本形式-具体结构]

　　陆地基础-该基础结构是海上风电场采用的第一种基础结构，主要是靠体积庞大的混凝土块的重力来固定风机的位置。

　　单桩基础-该基础结构适用于<30m的中水域，利用打桩、钻孔或喷冲的方法将桩基安装在海底泥面以下一定的深度，通过调整片或护套来补偿打桩过程中的微小倾斜以保证基础的平正。

　　基角架基础-该基础结构适用于30m~60m的中水域，较单桩基础结构更为坚固和多用，但其成本较高。

　　浮式基础-该基础结构适用于>60m的深水域，由于其不稳定，意味着仅能应用于海浪较低的情况。1.2 海上风电场的输电系统

　　迄今为止已建成海上风电场大部分采用高压交流输电系统（HVAC），其由以下几部分组成：交流集电线路，海上升压站和无功补偿设备，海底电缆，陆上变电站和无功补偿设备。通过交流集电线路将各个风力发电机组产生的电收集起来，再通过海上升压站将电压升高，然后通过海底电缆将电输送到岸上变电站。此外，基于电网换相换流器（LCC）的直流输电系统被广泛应用于陆上长距离输电和海底电缆等领域，技术较为成熟，也可被运用到海上风电输电领域。

　　[海上风电场的输电系统]

　　2. 海上风电场的建造

　　2.1 海上风电机组的安装平台

　　海上风电机组的安装可通过千斤顶驳船或者浮吊船完成，其具体形式分别如下图所示。

　　[浮吊船]

　　[千斤顶驳船]

　　2.2 海上风电机组的安装方式

　　根据欧洲地区海上风电场施工工程公开的Opti-OWECS报告，海上风电机组的安装方式主要有三种：千斤顶安装(Jack- up Installation)，半沉式安装(Semi-Submersible Installation)和漂浮式安装(Float-Over Installation)。其中的选择取决于海水深度、起吊机的能力和驳船的载重量。

　　[千斤顶安装(Jack- up Installation)]

　　[半沉式安装(Semi-Submersible Installation)]

　　[漂浮式安装(Float-Over Installation)]

　　2.3 海上风电机组的安装过程

　　海上风电机组的安装过程一般分成两个部分，首先是地基建设，然后是风机在地基上的安装。

　　通常风机的部件先在陆上装配好，然后再运载到海上风电场，依次进行风机基础结构安装、塔身安装、机舱安装和叶片安装等，其具体过程可参照如下视频。

　　[风机在地基上的安装过程]

　　ps,文中图片均来自网络.

　　一般般啦。现在有些公司研发了好多施工技术，基础及风机安装。

　　讨论施工技术，最好是把风机、基础、风机安装放到一起系统地看。

　　非深海区的固定式基础分为桩基础和非桩基础。

　　所谓桩基础指需要依靠深入海床的基础与周围海床土体的摩擦力来支撑基础抗倾覆的基础，大多桩基入泥很深，例如单桩、桁架、tripod/tripile、低桩/高桩承台。

　　非桩基础则主要包括重力式基础、负压筒基础。

　　浮式基础：须有一定的水深。听说目前最牛的可以在30米水深就能用浮式的。不过没有工程实例。

　　非桩基础

　　例如strabag，巨牛的公司，做重力式基础，在岸边把风机就安装到基础上，然后一起运到海上安装，接驳海缆即可。当然重力式基础仅适用于硬质海床。安装前，海床的预处理也是比较麻烦的；也有其他公司用重力式基础的，例如比利时的thorntonbank项目。负压筒基础一定是软质海床才行，不然负压筒没法入泥，丹麦DONG也在试验负压筒基础，测风塔级别的负压筒基础早就做过了，OK的，但风机级别的负压筒基础也是刚做好不久，不好说。

　　国内大多海域多位软质海床，重力基础很难。桩基础也能用的。

　　不过负压筒基础应该会更有前途。原因嘛一海上安装作业容易（对在行的人呐），这点在海上施工很重要（某开发商单桩施工一周一个）；黄海地区一般一年有效工作日不过150天。在有限的时间内提高施工效率和作业面、改进设备降低对施工条件的要求是两个路子。第一点容易，负压筒基础较容易满足。第二点，难。二施工机具少。在基础下沉过程中，一个小浮吊扶下确保垂直入泥即可；三、无残余拆移。反向作业，充气即可。这点也是目前欧洲一些服役期满的海上风电场所暴露的问题，即拆移成本很高。四、万一恶劣工况，地震、台风或怎么样，基础歪了，负压筒基础还可以重新调平。五、负压筒基础可以考虑如重力式基础那样，把风机也在岸边先装，然后一起拖到现场安装。不过木有工程实例呀。但听说这种基础对施工技术要求高。

　　楼上已经回答的很全面了，我稍微补充一下英国的风电场的具体划分（英国目前应该是世界上Offshore Wind Farm 发展相对成熟的市场了）。如下图所示: 整个风电系统大致可以分为7个部分：1. Wind Turbine （发电机） 2. Wind Turbine Foundation （风电基础）, 3. Array Cables （矩阵电缆？） 4. Offshore Substations （海上配电站）, 5. Export Cables （海底电缆）, 6. Onshore Cables （电缆）, 7. Onshore Substations（配电站）. 之后并网。

　　项目建成后，1－3归项目开发商运营和维护，4-7归OFTOs (Offshore Transmission Owners)运营和维护。

海上风机的主要组成部分：海上风电场风机基础结构的制作方法

　　专利名称：海上风电场风机基础结构的制作方法

　　技术领域：

　　本实用新型涉及一种海上风电场的风机基础结构。

　　背景技术：

　　风电场按建设场地可分为陆上及海上。与陆上风电场相比，海上风电场具有风速大、有效发电时间长和不占用陆地等优点。我国海上风电场建设正处于起步阶段，即将迎来快速发展阶段。风电机组基础设计和施工是海上风电场建设的关键工作，也是影响海上风电场投资的关键因素。受海洋潮汐、波浪、水流影响，以及风电机组安装和运行期间的特殊要求，海上风电机组基础设计和施工难度高，运行期间通航区域附近风机基础容易遭受船舶撞击等影响。因此，海上风机基础的设计需要考虑海洋环境下基础结构施工便利、风机安装方便、基础防撞性能好、造价合理等因素。目前，已建海上风电场的风电机组基础结构型式主要有3种1、单桩基础在海床中直接打入一根大直径钢管桩作为风电机组的基础。目前已建成的海上风电场中绝大部分都采用单桩基础。单桩基础的主要优点是结构型式简单、施工方便。主要缺点是适应性不强随着风电机组制造技术的快速发展，单机容量不断增大，需要的单桩直径越来越大，桩基施工难度也随之增大；单桩基础水平刚度相对比较低，在海床地质条件比较差的地方难以满足风机对水平变形的要求。2、多桩导管架平台基础采用与海洋石油导管架平台类似的结构，先在海床中放置一个由钢构件组成的钢结构平台，然后通过平台上的桩腿套管打入钢管桩。多桩导管架基础是为了适应风电机组单机容量不断增大对基础刚度更高的要求而采用的一种基础结构型式，其优点是水平刚度大。主要缺点是由于采用钢结构导致造价昂贵，后期运行维护费用高；由于采用先放置导管架后打桩的方式，在打桩之前和打桩过程中，导管架受波浪水流作用难以精确调平定位，难以满足上部风机高耸结构吊装对基础提出的严格的平整度要求，需要采用附加的连接件进行二次调平，增加了施工难度和结构的复杂性。3.混凝土重力式基础在海床上直接放置一个大体积的混凝土结构作为风机基础，依靠基础自重在海床基础面产生的摩擦力来抵抗水平荷载，维持基础稳定。混凝土重力式基础的适应性比较差，其应用的水深有限，而且要求海床地基条件好，能够承受巨大的基底压力。另一方面，混凝土疲劳强度比较低，完全依靠混凝土承担上部风电机组长期循环荷载需要的结构截面比较大。综上所述，由于海上风电场建设的复杂性，目前已提出的几种海上风电机组基础结构型式都存在不同的缺陷，为适应我国大规模海上风电场建设要求，需要提出一种对风机单机容量和海床地基适应性强、安全可靠、施工难度低、容易满足风机安装特殊要求以及经济性合理的海上风电机组基础结构型式。

　　实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种对风机单机容量和海床地基适应性强、安全可靠、施工难度低、造价经济合理的海上风电场风机基础结构。为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案一种海上风电场风机基础结构，包括多根桩基础，所述桩基础的上端连接一个钢筋混凝土承台，钢筋混凝土承台的上面固定安装一个过渡段，钢筋混凝土承台与过渡段之间设有缓冲垫。优选地，所述过渡段的下端埋设在钢筋混凝土承台内。优选地，所述桩基础的数量为八根。优选地，所述过渡段的下端通过钢连接件与桩基础的上端固定连接。优选地，所述钢筋混凝土承台的上面还设有工作平台。优选地，所述钢筋混凝土承台的底部外沿设有向下延伸的防撞挑板。优选地，所述钢筋混凝土承台的下面还设有封底混凝土。优选地，所述钢筋混凝土承台的侧面设有防撞护舷。优选地，所述钢筋混凝土承台的侧面设有靠泊设施。本实用新型的优点在于(1)钢筋混凝土承台的设计高程根据可能发生的船舶撞击位置确定，承台将多根桩基础联合形成整体，提高了船舶撞击时基础结构的防撞能力。(2)钢筋混凝土承台底部外沿设置向下延伸的防撞挑板结构，起到防止低水位时小型船舶由于干舷高度低而可能进入承台底部撞击桩基的作用。为降低在低水位时防撞挑板的施工难度，防撞挑板可采用预制混凝土结构或钢结构。(3)如果在桩基础上先浇筑封底混凝土平台，形成一个牢固的支撑结构面，为过渡段的固定和调平提供一个可靠的支撑结构，容易满足风机塔筒安装对过渡段顶面水平度的要求。(4)设置在过渡段与桩基础之间的钢连接件增强了承台的抗拉和抗疲劳能力，提高了海上风电机组基础的安全可靠性。(5)在钢筋混凝土承台与过渡段之间设有缓冲垫，当风机塔筒(包括过渡段)受力变形时，缓冲垫可以避免混凝土因受挤压而破坏，从而保证过渡段与钢筋混凝土承台的连接更加稳固。

　　以下结合附图及具体实施方式

　　对本实用新型作进一步描述。

　　图1是本实用新型海上风电场风机基础结构示意图。图中1、钢筋混凝土承台 2、过渡段 3、桩基础 4、封底混凝土 5、防撞挑板 6、靠泊设施 7、工作平台 8、风机塔筒 9、防撞护舷10、钢连接件 11、缓冲

　　具体实施方式

　　图1所示，本实用新型包括多根打入海床面以下的桩基础3，其上端露出海平面。在本实施例中，桩基础3的数量为八根，以便形成一个全方位的稳固支撑。施工时，可以在桩基础3的上端部先浇筑一个封底混凝土 4。封底混凝土 4浇筑完成后，就形成了一个牢固的支撑面，以便于在上面安装过渡段2，调整过渡段2的水平度，使过渡段2顶面水平度满足风机塔筒8的安装要求。过渡段2采用钢结构，过渡段2调平以后将其固定，其下端可以通过钢连接件10与桩基础3的上端固定连接。如不设封底混凝土 4，也可设置一临时支撑架，用于安装、调平过渡段2。过渡段2安装好后，绑扎钢筋混凝土承台1的钢筋，需要时预埋工作平台7的基础，然后在桩基础3的上端浇筑一个钢筋混凝土承台1，钢筋混凝土承台1位于海平面以上，过渡段2的下端和每根桩基础3的上端都被埋设在钢筋混凝土承台1内。在安装和使用过程中，风机塔筒8连同底部的过渡段2在外力作用下，难免会发生变形或晃动，从而会对根部周围的混凝土产生挤压，这样可能造成钢筋混凝土承台1的破坏，影响风机塔筒基础的稳固性。因此，本实用新型在钢筋混凝土承台1与过渡段2之间设有缓冲垫11，缓冲垫11 由弹性材料制成，套在过渡段2的外面，以保护周围的混凝土不致于被挤压破坏。钢筋混凝土承台1的侧面设置防撞护舷9，也可以设置靠泊设施6，以便于风电场运行维护服务船舶靠泊。为了防止船舶撞到桩基础3，钢筋混凝土承台1的底部外沿可以设置向下延伸的防撞挑板5，如果有封底混凝土 4的话，防撞挑板5可以从封底混凝土 4的底部外沿向下延伸。防撞挑板5可以采用钢结构、预制钢筋混凝土结构或现浇钢筋混凝土结构、预制型钢混凝土结构或现浇型钢混凝土结构。当采用现浇钢筋混凝土结构或现浇型钢混凝土结构时，防撞挑板5与钢筋混凝土承台1 (或封底混凝土 4) 一起浇筑；如果防撞挑板5采用预制钢筋混凝土结构或预制型钢混凝土结构，可以在安装就位后将其外露钢筋或钢构件浇入钢筋混凝土承台1(或封底混凝土 4)。如果防撞挑板5采用钢结构，可以在钢筋混凝土承台1内设置预埋件，待钢筋混凝土承台1浇筑完成后再安装防撞挑板5。防撞挑板5的底高程和平面尺寸应能满足在设计低水位时，船舶不能撞到桩基础3。钢筋混凝土承台1为风机吊装提供一个牢固的工作面，风机吊装时可以利用预埋在钢筋混凝土承台1上的支撑构件作为吊装时的支撑、导向和缓冲。需要时，风机吊装完成以后，在钢筋混凝土承台1的上面可以安装工作平台7。本实用新型是一种由高桩承台和风机下部支撑过渡段等构成的组合结构，这种风机基础结构采用钢筋混凝土承台增强了桩基础的整体刚度，提高风机基础防撞性能。本实用新型与已提出的其他海上风机基础结构相比，具有结构安全性能高、施工方便、施工风险小、风机基础结构调平容易实现等优点。

　　权利要求一种海上风电场风机基础结构，包括多根桩基础(3)，其特征是所述桩基础(3)的上端连接一个钢筋混凝土承台(1)，钢筋混凝土承台(1)的上面固定安装一个过渡段(2)，钢筋混凝土承台(1)与过渡段(2)之间设有缓冲垫(11)。

　　2.根据权利要求1所述的海上风电场风机基础结构，其特征是所述过渡段(2)的下端埋设在钢筋混凝土承台(1)内。

　　3.根据权利要求1所述的海上风电场风机基础结构，其特征是所述桩基础(3)的数量为八根。

　　4.根据权利要求1所述的海上风电场风机基础结构，其特征是所述过渡段(2)的下端通过钢连接件(10)与桩基础(3)的上端固定连接。

　　5.根据权利要求1所述的海上风电场风机基础结构，其特征是所述钢筋混凝土承台 (1)的上面设有工作平台(7)。

　　6.根据权利要求1所述的海上风电场风机基础结构，其特征是所述钢筋混凝土承台 (1)的底部外沿设有向下延伸的防撞挑板(5)。

　　7.根据权利要求1所述的海上风电场风机基础结构，其特征是所述钢筋混凝土承台 (1)的下面设有封底混凝土(4)。

　　8.根据权利要求1所述的海上风电场风机基础结构，其特征是所述钢筋混凝土承台 (1)的侧面设有防撞护舷(9)。

　　9.根据权利要求1所述的海上风电场风机基础结构，其特征是所述钢筋混凝土承台 (1)的侧面设有靠泊设施(6)。

　　专利摘要本实用新型公开了一种海上风电场风机基础结构，包括多根桩基础，所述桩基础的上端连接一个钢筋混凝土承台，钢筋混凝土承台的上面固定安装一个过渡段，钢筋混凝土承台与过渡段之间设有缓冲垫。钢筋混凝土承台的侧面可以设置防撞挑板、防撞护舷和靠泊设施等。本实用新型是一种由高桩承台和风机下部支撑过渡段等构成的组合结构，这种风机基础结构采用钢筋混凝土承台增强了桩基础的整体刚度，提高风机基础防撞性能。本实用新型与已提出的其他海上风机基础结构相比，具有结构安全性能高、施工方便、施工风险小、风机基础结构调平容易实现等优点。

　　文档编号E02D27/12GKSQ

　　公开日2011年1月19日申请日期2010年5月20日优先权日2010年5月20日

　　发明者张开华, 李彬, 林毅峰, 陆忠民申请人:上海勘测设计研究院;上海东海风力发电有限公司