【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及海洋工程裝備，具體涉及一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機及施工方法。
技術介紹
1、目前，海上風機的導管架基礎主要分為固定式基礎和浮式基礎兩種類型。由于浮式基礎技術尚不成熟且成本較高，目前在實際應用中仍較為有限。因此，固定式基礎依然是海上風機的主流形式。固定式基礎主要包括重力式、單樁式、三角架和導管架等幾種類型。傳統的導管架基礎采用整體焊接連接，剛度大、振動頻率高且殘余應力較大，使得支撐交叉處成為薄弱點。在動荷載作用下，焊縫開裂和支撐斷裂的風險顯著增加，這對海上風機的安全運營構成了巨大的威脅。
2、海上風機的機艙、轉子等上部結構質量大且分布不均，加之風機在服役期間受到風力推力的作用，塔筒長期處于偏心受力狀態。受力狀態下，塔筒越高其底部產生的彎矩越大，穩定性越差，嚴重時可能導致塔筒的斷裂和倒塌，這對安全運營造成了極大隱患。在目前技術背景下，傳統風機在延性和冗余度方面表現不足，修復代價高且缺乏有效的減震技術與設計方法。隨著風電機組的逐漸增大，其質量和剛度的分布愈加不均勻和不對稱，所面臨的沖擊荷載、風荷載以及地震荷載的不確定性也隨之增加。
3、申請號為201520772145.3的中國專利技術專利提出了一種海上風機裝配式斜樁基礎，雖然承載力強，可靠性高，但該專利技術屬于一次性安裝，無法進行替換，成本較高。申請號為201910655112.3的中國專利技術專利提出了一種樁筒復合桁架式海上風機基礎，雖然考慮到樁筒復合桁架式海上風機，有更高的穩定性和承載能力但該專利技術沒有應用可以進行替換的節點。申
4、現有的傳統風機延性不足和冗余度較低，導致其受損后可修復能力差，修復代價大且缺乏有效的減震技術與設計方法。目前，風電機組越來越大，質量與剛度分布不均勻、不對稱，所面臨的沖擊荷載、風荷載、地震荷載不確定性大，結構趨向于低頻率的柔性塔方向發展。傳統海上風機的導管架基礎采用整體焊接連接，剛度大、振動頻率高、殘余應力大，支撐交叉處成為導管架基礎的薄弱點，在動荷載作用下容易產生焊縫開裂引起支撐斷裂傳統風機機艙、轉子等上部結構質量大且分布不均勻，加上風機在服役期間受到風力的推力作用，海上風機的塔筒長期處于偏心受力狀態，塔筒越高其底部產生的彎矩越大，穩定性越差，嚴重時會造成塔筒斷裂倒塌的問題。因此，現有技術亟待進一步提高和改進。
技術實現思路
1、針對上述現有技術的不足，本專利技術的一個目的在于提出一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，解決現有海上風機的導管架采用整體焊接結構，振動頻率高、殘余應力大，支撐交叉處在動荷載作用下易產生焊縫開裂導致支撐斷裂，塔筒長期處于偏心受力狀態，塔筒越高其底部產生的彎矩越大，穩定性越差，易造成塔筒斷裂倒塌的問題。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術所采用的技術方案是：
3、一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，包括導管架、安裝座、塔筒、機艙及葉片，所述導管架為正四棱臺狀，包括平臺、下支腿和多個導管架單體，多個所述導管架單體由上到下依次層疊布置，且首尾依次固定相連成一體。
4、所述導管架單體包括四個導管支腿和四個x形連接體，四個導管支腿分別相對傾斜設在導管架的四條側棱上的，同一導管架單體的任意相鄰兩個導管支腿均通過一個x形連接體固定相連成平面桁架結構，四個x形連接體分別位于導管架的四個側壁。
5、位于同一條側棱上的任意相鄰兩個導管支腿的對應端螺栓固定相連，首位次導管架單體的四個導管支腿上端均與平臺的底部螺栓固定相連，安裝座焊接于平臺上表面的中心位置，塔筒下端與安裝座可拆卸固定相連，機艙設在塔筒上端，其內部安裝有發電機、變速箱、變壓器以及控制系統，所述葉片設有三個，且規則安裝在發電機的轉子軸上。
6、所述下支腿設有四個，四個下支腿分別布置在導管架的四條側棱上，每個下支腿與其所在側棱上的所有導管支腿均同軸布置，四個下支腿的上端分別與末位次導管架單體的四個導管支腿下端螺栓固定相連。
7、x形連接體包括一個螺栓球及兩組斜撐，兩組斜撐對稱布置在螺栓球的兩側，每組斜撐均包括呈v字形布置的兩個斜撐，位于螺栓球一側的兩個斜撐分別與位于螺栓球另一側的兩個斜撐同軸布置，每個斜撐的一端與同側的導管支腿螺栓固定相連，另一端通過高強螺栓組件與螺栓球可拆卸固定相連。
8、進一步地，所述導管支腿為圓形截面的空心鋼管，其上下兩端分別固定安裝有上法蘭座和下法蘭座，每個所述下支腿的上下兩端分別安裝有同樣的上法蘭座和下法蘭座。
9、每個下法蘭座與其下方相鄰的上法蘭座之間均設有環形橡膠墊片，每個導管支腿的下法蘭座均通過一組螺栓與其下側相鄰導管支腿的上法蘭座固定相連，首位次導管架單體的各導管支腿的上法蘭座與平臺底部之間均設有同樣的環形橡膠墊片，且通過同樣的一組螺栓固定相連。
10、進一步地，所述平臺包括方形鋼板及加強筋框架，加強筋框架位于方形鋼板的底部，且與方形鋼板固定焊接成一體。
11、方形鋼板靠近其四個角的位置分別開始有一組螺栓孔，每組所述螺栓孔均包括與最上方上法蘭座的法蘭孔數量相等且位置一一對應的螺栓孔，每個螺栓孔均配置一個螺栓組件。
12、進一步地，每個上法蘭座的下側和每個下法蘭座的上側分別設有一組加勁肋，每組加勁肋均包括呈環形均勻布置在導管支腿外圍的多個加勁肋。
13、所述加勁肋為1/4圓形鋼板，各加勁肋的一個直角邊與導管支腿的圓周外壁固定焊接，其另一個直角邊與上法蘭座的底部和每個下法蘭座的上表面固定焊接。
14、進一步地，所述導管支腿的上部外側設有兩個上節點板，兩個上節點板靠近上法蘭座且分別位于正四棱臺的相鄰側面上，上節點板的一側與導管支腿的圓周外壁固定焊接。
15、導管支腿的下部外側設有兩個下節點板，兩個下節點板靠近下法蘭座且分別位于正四棱臺的同樣的相鄰側面上，上節點板的一側與導管支腿的圓周外壁固定焊接，每個上節點板和下節點板上均開設有一組圓孔。
16、進一步地，兩個上節點板之間和兩個下節點板之間分別設有弧形肋板，弧形肋板為1/4圓環鋼板，與導管支腿的軸線相對垂直布置，弧形肋板的內側與導管支腿的圓周外壁固定焊接，其兩端分別與兩個上節點板或兩個上節點板固定相連成一體。
17、進一步地，斜撐包括同軸布置的中空鋼管和變徑管，變徑管的大徑端與中空鋼管的一端固定焊接成一體，其小徑端焊接帶有中心孔的端板。
18、所述中空鋼管的另一端固定焊接有連接板，連接板背離中空鋼管的一側具有與上節點板或下節點板相配合的插槽，安裝過程中，上節點板進本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，包括導管架、安裝座、塔筒、機艙及葉片，所述導管架為正四棱臺狀，包括平臺、下支腿和多個導管架單體，多個所述導管架單體由上到下依次層疊布置，且首尾依次固定相連成一體；
2.根據權利要求1所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，所述導管支腿為圓形截面的空心鋼管，其上下兩端分別固定安裝有上法蘭座和下法蘭座，每個所述下支腿的上下兩端分別安裝有同樣的上法蘭座和下法蘭座；
3.根據權利要求2所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，所述平臺包括方形鋼板及加強筋框架，加強筋框架位于方形鋼板的底部，且與方形鋼板固定焊接成一體；
4.根據權利要求2所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，每個上法蘭座的下側和每個下法蘭座的上側分別設有一組加勁肋，每組加勁肋均包括呈環形均勻布置在導管支腿外圍的多個加勁肋；
5.根據權利要求2所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，所述導管支腿的上部外側設有兩個上節點板，兩個上節點板靠近上法蘭座且分別
6.根據權利要求5所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，兩個上節點板之間和兩個下節點板之間分別設有弧形肋板，弧形肋板為1/4圓環鋼板，與導管支腿的軸線相對垂直布置，弧形肋板的內側與導管支腿的圓周外壁固定焊接，其兩端分別與兩個上節點板或兩個上節點板固定相連成一體。
7.根據權利要求1所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，斜撐包括同軸布置的中空鋼管和變徑管，變徑管的大徑端與中空鋼管的一端固定焊接成一體，其小徑端焊接帶有中心孔的端板；
8.根據權利要求1所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，螺栓球的外壁上開設有與斜撐數量相等且位置一一對應的螺栓孔，螺栓球位于四個螺栓孔外圍的表面均為環形平面；
9.根據權利要求1所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，所述高強螺栓的螺桿部分是由光桿段和螺紋段相連構成的一體結構，光桿段位于螺栓頭與螺紋段之間，其橫截面是與六邊形套筒的內側壁相配的正六邊形；
10.一種導管架海上風機的施工方法，其特征在于，用于權利要求1-9任意一項所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，該施工方法包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，包括導管架、安裝座、塔筒、機艙及葉片，所述導管架為正四棱臺狀，包括平臺、下支腿和多個導管架單體，多個所述導管架單體由上到下依次層疊布置，且首尾依次固定相連成一體；
2.根據權利要求1所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，所述導管支腿為圓形截面的空心鋼管，其上下兩端分別固定安裝有上法蘭座和下法蘭座，每個所述下支腿的上下兩端分別安裝有同樣的上法蘭座和下法蘭座；
3.根據權利要求2所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，所述平臺包括方形鋼板及加強筋框架，加強筋框架位于方形鋼板的底部，且與方形鋼板固定焊接成一體；
4.根據權利要求2所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，每個上法蘭座的下側和每個下法蘭座的上側分別設有一組加勁肋，每組加勁肋均包括呈環形均勻布置在導管支腿外圍的多個加勁肋；
5.根據權利要求2所述的一種裝配式螺栓球節點柔性導管架海上風機，其特征在于，所述導管支腿的上部外側設有兩個上節點板，兩個上節點板靠近上法蘭座且分別位于正四棱臺的相鄰側面上，上節點板的一側與導管支腿的圓周外壁固定焊接；
【專利技術屬性】
技術研發人員：閆清峰，張紀剛，張海林，馬哲昊，李偉，丁聰，許洪建，于風波，牛云，徐康乾，宋罕宇，張鵬飛，
申請(專利權)人：青島理工大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。