一种海上风力发电机三桩导管架基础结构

三桩基础海上风机结构的比较分析海上风机是指安装在海上的大型风能利用设备，是清洁能源领域中的一个重要组成部分。

现代海上风机的结构主要由塔座、机舱、叶片、轴和基础组成。

基础是保持整个海上风机稳定的重要组成部分，也是传递风机重量和风载荷的属性之一。

基础适当的设计和施工是保证海上风机可靠性和长久稳定运行的关键之一。

目前，海上风机的基础结构主要有三种类型，分别是单桩基础、桶形抗拔基础和吊扣式基础。

下面将对这三种基础结构进行比较分析。

1. 单桩基础单桩基础是一种简单、成熟、可靠的基础结构，可应用于水深不超过30米的浅海风机，该风机通常使用普通开挖船安装，成本较低。

在单桩基础的设计中，桩的直径、长度和钢板堆垛方式等参数需要精细化计算和调整，以确保桩基能够承受风载、水动力、震动和永久荷载的各种作用力，保证风机的稳定运行。

与其他基础结构相比，单桩基础的优点是施工相对简单，适用范围广，成本低廉。

但是，单桩基础的主要缺点是其对泥土层的依赖性较高，桩基施工流程中使用重型打桩机或现场钢板打桩常会引起水质污染和水下噪音干扰，因此，其适用范围受限，需要充分考虑海洋环境对基础的影响等制约因素。

2. 桶形抗拔基础桶形抗拔基础是另一种常用的海上风机基础结构，通常适用于25至50米深度的水域。

桶形基础的设计是在打预应力混凝土桶体的时候将桶内下部空泡，以提高抵抗弯矩的能力和抗拔性能。

相比于单桩基础，桶形基础在深海或海底地形复杂的地方表现更为出色，具有刚性强、耐风载性好和可减少海洋环境污染等优势。

值得注意的是，桶形基础的施工工艺比单桩基础要复杂一些，需要使用更多的施工设备和人工，所以桶形基础的施工成本比单桩基础更高。

另外，一个缺点是他的模拟需求和设计流程要比单桩基础更为复杂。

此外，由于桶形基础需满足上下游良好的模拟特性，它在提高海底安全系数的同时与其上面的形成很好的一体化，有效地减少了海上风机的摇晃，因而得到了广泛的应用。

3. 吊扣式基础吊扣式基础是一种具有高度灵活性和可重定位性的海上风机基础结构，主要用于深海和远海风机安装。

风电机三桩导管架基础施工工法风电机三桩导管架基础施工工法一、前言风电机三桩导管架基础是风电机组的重要组成部分，用于支撑风电机组，使其稳定运行。

本文将详细介绍风电机三桩导管架基础施工工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。

二、工法特点风电机三桩导管架基础施工工法具有以下特点：1. 稳定性强：通过合理的设计和施工工艺，使基础能够承受风电机组的重量和风力的冲击，保证其在各种复杂环境下的稳定性。

2. 施工周期短：工法采用先进的施工技术和机具设备，能够快速高效地完成施工任务，减少了施工周期。

3.施工成本低：工法的施工过程中采用了简化的工序和工艺流程，节约了施工成本，提高了工程经济效益。

4. 适应性强：工法可以适应各种地质条件和环境要求，可以根据实际情况进行合理的调整和改进。

三、适应范围风电机三桩导管架基础施工工法适用于各类风电机组项目，包括陆地和海洋风电项目。

无论是在山区、丘陵、平原还是海上，该工法都能够满足各种地质环境和施工要求。

四、工艺原理风电机三桩导管架基础施工工法采用了以下工艺原理：1. 地质勘查与分析：通过对施工地区的地质勘查与分析，确定地质特点和地下水位，为设计和施工提供准确的基础数据。

2. 基础设计：根据实际风电机组的负荷特点和地质情况，进行基础设计，包括基础形式、尺寸和桩的布置等。

3. 施工工艺与技术措施：采用挖孔灌注桩工法，通过钻机挖孔、灌浆注入、排土等工序，形成夯实的基础。

4. 基础验收：通过对基础的质量检验和验收，确保基础的质量达到设计要求，为风电机组的安装和运行提供可靠的基础。

五、施工工艺1. 确定施工方案：根据基础设计和地质条件，确定具体的施工方案和时间计划。

2. 地面平整：清理施工现场，确保地面平整，为施工提供良好的工作环境。

3. 桩位布置：根据设计要求，在地面上标出桩位，并进行测量和调整。

4. 挖孔：使用钻机进行挖孔，控制好孔深和孔径，同时进行土层分析和取样。

三桩基础海上风机结构的比较分析海上风机是利用海上风能发电的一种重要装备，而其基础结构是海上风机的重要组成部分。

海上风机的基础结构种类繁多，其中以单桩基础、桁架式基础、和浮式基础为主要类型。

本文将对这三种基础结构进行比较分析，探讨它们在海上风机应用中的优缺点和适用场景。

一、单桩基础单桩基础是一种将海上风机固定在海底的结构基础。

其主要特点是通过一根直径较大的钢桩将风机固定在海底，而钢桩需要通过振动锤或旋挖机等设备打入海底，然后通过水泥灌注或者填充钢筋混凝土进行固定。

优点：1. 施工便利：单桩基础可以通过振动锤或者旋挖机进行施工，相对来说施工比较方便。

2. 成本相对较低：单桩基础的成本相对来说比较低，尤其适用于水深较浅的海域。

3. 维护成本低：单桩基础的维护成本相对较低，因为其结构比较简单，维护也比较容易。

1. 受水深限制：单桩基础受到水深限制，一般只适用于水深较浅的海域。

2. 抗风载能力弱：由于单桩基础固定方式的特殊性，抗风载能力相对较弱，钢桩易于发生折断。

3. 风机规模受限：由于单桩基础的限制，只能适用于小型海上风机，大型海上风机无法采用单桩基础。

二、桁架式基础桁架式基础是一种将海上风机固定在海底的结构基础。

其主要特点是通过将风机与海底连接的桁架结构来确保其稳固性，桁架结构一般采用钢结构。

1. 适用范围广：桁架式基础适用于水深较深的海域，且能适应较大范围的水深。

2. 抗风载能力强：由于桁架结构的特殊性，桁架式基础有较强的抗风能力，适用于大型海上风机。

3. 长期稳定性更强：桁架式基础的稳固性更强，长期使用更加稳定。

1. 施工难度较大：桁架式基础的施工相对来说比较困难，需要较高的技术和设备支持。

2. 成本较高：桁架式基础的成本较高，尤其是钢结构的制造和安装成本较大。

3. 维护难度大：桁架式基础的维护相对来说比较困难，特别是在海上维护更加困难。

- 15 -高 新 技 术０　引言对比陆上风力发电整体结构，海上风力发电整体结构有直径更大的叶片、高度更高的塔筒，相应风机整体结构也有更大的柔性。

海上风机的基础结构更复杂，对地基承载力要求高。

海上风力发电结构除了风荷载的作用外，还常受到复杂的外载激励，如海冰荷载、海流荷载和波浪荷载等海洋环境荷载的影响，导致风机结构振动的外载激励增多，所以对三桩基础的海上风力发电整体结构的抗震性能提出了更高的要求。

１　模态分析该文研究的海上风力发电结构的基础形式为三桩门架式，属于三脚架式基础。

采用大型通用有限元软件ANSYS，建立了三桩基础海上风机整体结构——“基础—塔筒—机舱—轮毂—叶片”的有限元模型，考虑土与结构相互作用的影响，然后根据m 法对其进行了模态分析，得到了三桩基础海上风力发电整体结构的前十阶自振频率和固有振型，结果如下。

第一阶自振频率：0.277 Hz，固有振型：塔筒、机舱、轮毂和叶片沿y 方向摆动。

第二阶自振频率：0.284 Hz，固有振型：塔筒、机舱、轮毂和叶片振动沿x 方向振动。

第三阶自振频率：0.395 Hz，固有振型：三叶片各自沿y 方向振动，左边的叶片振动最大。

第四阶自振频率：0.443 Hz，固有振型：塔三叶片各自沿y 方向振动，右下的叶片振动最大。

第五阶自振频率：0.536 Hz，固有振型：塔筒沿y 方向振动较小，三叶片同步地沿着y 方向振动。

第六阶自振频率：0.737 Hz，固有振型：塔筒沿x 方向振动较小，三叶片绕着轮毂旋转振动。

第七阶自振频率：1.004 Hz，固有振型：三叶片各自绕轮毂旋转振动，左边叶片振动最大。

第八阶自振频率：1.042 Hz，固有振型：塔筒振动很小，左边的叶片振动较小，右边两叶片三桩基础海上风机整体结构的共振分析李 益 凡 威（中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司，河南 郑州 450007）摘 要：该文对三桩基础的海上风力发电整体结构进行了共振分析。

风电机三桩导管架基础施工工法一、前言：风电机三桩导管架基础施工工法是一种在风电机组建设中常用的基础施工工法，可以确保风电机组在风能的作用下稳定运行。

本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例。

二、工法特点：风电机三桩导管架基础施工工法具有以下特点：1. 采用三桩导管架基础，可以提升风电机组的稳定性和承载能力。

2. 工法施工简单，节省时间和成本。

3. 适应性广，可以应用于多种地质环境和土质条件。

4. 基础结构牢固，能够承受风压、风载和地震等外部作用力。

三、适应范围：风电机三桩导管架基础施工工法适用于具有以下特点的风电机组项目：1. 地质条件较好，土质坚实。

2. 项目规模较大，风电机组高度较高。

3. 地面承载能力符合设计要求。

4. 地下水位较低，不会对基础施工造成困扰。

四、工艺原理：风电机三桩导管架基础施工工法的原理基于以下几个方面：1. 对施工工法与实际工程之间的联系：施工工法通过三桩导管架基础的设计和施工，将风电机组与地面牢固连接，使得风电机组能够抵抗风力作用。

2. 采取的技术措施：施工过程中需要使用钻机、导管架、钢筋和混凝土等设备和材料，通过预先确定桩孔位置、打桩、焊接导管架、浇筑混凝土等步骤，确保基础的稳定性和强度。

五、施工工艺：风电机三桩导管架基础施工工法的施工工艺主要包括以下几个阶段：1. 基础设计和准备：根据工程要求确定基础的设计方案，编制工程施工方案，准备好所需的设备和材料。

2. 桩孔施工：使用钻机在合适的位置打桩孔，确保孔壁垂直度和直径符合设计要求。

3. 导管架施工：将导管架焊接完成，并根据设计要求进行预埋件的安装。

4. 钢筋加工和安装：根据基础设计图纸进行钢筋的加工和安装，确保与导管架的连接牢固。

5. 混凝土浇筑：按照混凝土配合比进行浇筑，并采取震捣措施，确保混凝土的密实性和强度。

6. 养护和验收：对新浇筑的基础进行养护，并进行验收，确保施工质量符合设计要求。

专利名称：一种海上风电导管架基础结构专利类型：实用新型专利
发明人：田振亚,朱荣华,李凤
申请号：CN201420256234.8
申请日：20140519
公开号：CN203808097U
公开日：
20140903
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种海上风电导管架基础结构，包括横截面呈三角形排列的三支导管，导管的上部连接有三角形的支撑平台，支撑平台包括与主筒体及导管焊接的上封板、下封板以及上下两侧分别焊接在上封板、下封板上的侧梁、辅梁和主梁，主梁呈120度分布，两端分别与主筒体及导管焊接，侧梁沿支撑平台的边线排布，两端分别与导管上端焊接，辅梁垂直于侧梁，两端分别与主筒体及侧梁焊接，此海上风电导管架基础具有结构简单、应力分布合理、重量较轻、高动应力区少、成本低等优点。

申请人：广东明阳风电产业集团有限公司
地址：528400 广东省中山市火炬开发区火炬路22号
国籍：CN
代理机构：广东中亿律师事务所
代理人：魏永才
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专利名称：一种海上风电基础三腿导管架的吊装装置专利类型：实用新型专利
发明人：王衔,朱国虎,邱松
申请号：CN202122087193.7
申请日：20210831
公开号：CN216072714U
公开日：
20220318
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种海上风电基础三腿导管架的吊装装置，包括上、下层架、三根主立管和两根副立管构成的吊梁桁架；两根副立管各自连接在上、下层架的第一和第二弦杆之间且至第一顶端的距离为两根主立管的中心距的三分之一处；四个吊梁上吊耳各自安装在位于第二和第三顶端的主立管的顶部和两根副立管的顶部；三个吊梁下吊耳各自安装在三根主立管的底部；三根下部吊带各自挂在三个导管架吊耳和三个吊梁下吊耳之间；第一上部吊带的两头各自挂在第二和第三顶端的吊梁上吊耳上，中部挂在起重机主钩的一个钩爪上；第二上部吊带的两头挂在两根副立管顶部的吊梁上吊耳上，中部挂在起重机主钩的另一个钩爪上。

本实用新型能解决导管架重心易晃动的问题。

申请人：中交第三航务工程局有限公司
地址：200032 上海市徐汇区平江路139号
国籍：CN
代理机构：上海湾谷知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：肖进
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三桩基础海上风电机组结构波浪载荷实验研究翻开文本图片集随着环境恶化问题和能源短缺问题日趋严重，世界各国都在积极寻求构建一种清洁、平安、可靠的可再生能源系统。

在众多新能源中，风电技术较为成熟，具有大规模开发前景。

特别是海上风电开发，以节约珍贵土地资源、风力更稳定、风电机组单机容量更大、年有效利用小时数更高、受噪音标准限制更小、运输条件更为便利等优势，已成为全球风电产业开展的重要方向。

目前世界范围内的海上风电场主要集中在近海浅水区域，主要采用固定式根底支撑结构，如单桩、三桩、重力式、导管架式等。

其中，三桩根底在我国东部近海风电场建设中有着广泛的应用。

不同于陆上风电结构，除了上部风电机组叶片及塔架风载荷，近海风电结构还要考虑波浪载荷对其动力响应的重要影响。

各国学者通过理论分析和数值仿真对海上风电机组结构波浪载荷进行了研究，主要是采用Morion及其修正公式、势流理论和计算流体动力学〔CFD〕等方法求解海上风电机组结构的波浪荷载、动力响应特征以及桩土耦合效应等：局部学者也通过物理模型实验验证了浮式风电机组结构水动力荷载特征数值计算结果的有效性，但鲜见针对三桩根底的海上风电机组结构系统波浪荷载的物理模型实验研究。

本文主要基于物理模型实验方法，重点研究三桩根底近海风电机组结构的波浪载荷特征。

结合某实际工程4MW三桩根底海上风电机组模型，构建三桩根底风电机组结构的缩尺物理模型实验测试系统，重点研究典型规那么波浪、不同波浪入射方向和随机波浪海况下该结构系统的水动力响应特征。

实验模型该模型实验在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室进行。

波浪水池的主要尺寸为40m某8m某1m，最大工作水深为0.6m：自制推板式低、高频〔长、短周期〕复合波造波机，最大波高为0.25m;实验采用微机控制及同步数据采集系统。

基于弗洛德数相似准那么，三桩根底海上风电机组1：50缩尺物理实验模型如图1所示。

此外，在三桩根底底部对称布置4个高精度防水型测力天平〔协调受力〕，测试海上风电机组根底结构3个平动方向的力和3个转动方向的弯矩，传感器采样频率为100Hz，并在实验前进行了校核标定。

三桩基础海上风机结构的比较分析1. 引言1.1 背景介绍三桩基础海上风机结构由三根桩组成，分布呈三角形状，可以增加基础的稳定性和承载能力。

相比于传统的单桩基础结构，三桩基础结构具有更好的抗风性能和更高的安装效率，逐渐成为海上风电行业的新趋势。

本文将对三桩基础海上风机结构进行详细比较分析，探讨其设计特点、优缺点、应用案例以及未来发展趋势，旨在为海上风力发电领域的研究和实践提供参考。

通过研究对比不同类型的海上风机基础结构，可以更好地指导工程项目的设计和建设，推动海上风力发电行业的健康发展。

1.2 研究目的研究目的是为了探讨三桩基础海上风机结构在海上风电领域中的应用和发展情况，分析其设计特点、优缺点以及应用案例，进一步比较其与其他类型海上风机结构的优劣之处。

通过对三桩基础海上风机结构的研究分析，旨在总结其优势和局限性，为未来海上风电工程建设提供参考和指导。

本研究也旨在展望三桩基础海上风机结构未来的发展趋势，并提出未来研究方向，以促进海上风电技术的进步和创新。

通过对三桩基础海上风机结构的深入研究，可以为海上风电领域的发展和应用提供重要的理论和实践支持，推动我国清洁能源产业的发展和可持续发展。

1.3 研究意义三桩基础海上风机结构是目前发展较为成熟的一种海上风机基础结构形式，其在风能利用领域具有较大的应用前景和市场价值。

研究三桩基础海上风机结构的意义在于深入了解其设计、特点、优缺点以及未来发展趋势，为提高海上风机的稳定性、安全性和经济性提供重要参考和指导。

通过对三桩基础海上风机结构的比较分析，可以帮助工程师和设计师更好地选择和设计适合特定环境和需求的风机基础结构，从而提高风机的风电利用率和工作效率，同时也降低建设和运维成本。

研究三桩基础海上风机结构还有助于推动我国海上风电产业的发展，促进可再生能源的利用和保护环境的可持续发展。

研究三桩基础海上风机结构的意义不仅在于技术上的探索和突破，更在于为我国能源结构转型和可持续发展做出贡献。

三桩基础海上风机结构的比较分析作者：李益凡威来源：《中国新技术新产品》2019年第21期摘; 要：该文研究三桩基础海上风机的各部分结构分别对整体发电结构自振特性的影响。

用有限元软件ANSYS分别建立了三桩基础海上风机的5种有限元模型，分别从自下而上和自上而下2个方向分析了海上风机的基础、塔筒、叶片分别对整体发电结构自振特性的影响。

结果表明叶片对整体发电结构自振特性的影响最大，塔筒的影响比较大，基础的影响最小。

关键词：三桩基础;塔筒;叶片;有限元模型;自振特性中图分类号：TK83; ; ; 文献标志码：A0 引言三桩基础的海上风力发电整体结构是一个比较复杂的系统，主要由2个部分组成，分别是下部的支撑结构系统和上部的发电机组系统。

支撑结构包括塔筒和三桩基础，发电机组系统由机舱、轮毂和叶片等组成。

该文将三桩基础的海上风力发电整体结构简化为基础、塔筒和叶片3个结构，然后分别研究基础、塔筒、叶片对海上风机整体发电结构自振特性的影响。

1 有限元模型该文从自下而上和自上而下2个方向建立了有限元模型，分别为自下而上——基础模型、基础+塔筒模型和基础+塔筒+叶片整体模型。

自上而下——叶片模型、叶片+塔筒模型和基础+塔筒+叶片整体模型。

1.1 基础模型该文研究的海上风力发电结构的基础形式为三桩门架式，主要由3个部分组成。

三桩基础、支撑平台和导管架。

三桩基础结构大部分埋入海床的土体之中，三桩基础海床面以上与海水相接触的部分采用管单元Pipe 59来模拟。

海床面以下与土相互作用的部分采用管单元Pipe16来模拟。

考虑三桩基础与土体的相互作用，在三桩基础底部进行固定约束。

支撑平台由3根变矩形截面梁组成，采用梁单元Beam l88来模拟。

导管架用管单元Pipe16来模拟。

海上风机的其他结构如塔筒、机舱、轮毂和叶片由质量单元Mass 21来模拟，简化为一个质量点，附加到支撑平台的上部。

1.2 基础+塔筒模型塔筒形状为变截面圆锥筒型，由3节塔段组成，塔筒厚度呈非线性变化。

三桩基础海上风机结构的比较分析
我们来看看单桩式海上风机基础结构。

该种结构是将桩打入海底，再通过上部连接风
机机舱，利用桩的承载力和刚度来支撑整个风机设备。

单桩式基础结构具有安装简便、造
价低廉、维护方便的优点，适用于浅海和中浅水区。

不过，由于单桩式基础无法承受大规
模风能装置的扭矩，所以它不适用于深水区域。

最后是桁架式海上风机基础结构。

该种结构是通过将多根管柱支撑在海底，再通过上
部连接各种构件来支撑风机机舱。

桁架式基础结构具有较高的抗风、抗浪能力，适用于深海、超大型风机项目，且采用的材料多为钢结构，因此在极端环境下具有较高的稳定性和
可靠性。

不过，桁架式基础结构的制造、装配和维护难度较大，并且需要较大的投资。

综合比较以上三种海上风机基础结构，我们可以看出，单桩式基础结构适用于浅水和
中浅水区域，具有造价低廉、安装方便、维护成本低的特点，但在承载能力和抗风能力方
面较为欠缺；单桅式基础结构适用于中深水和深水区域，具有较高的承载能力和抗风能力，但制造、安装和维护成本较高；桁架式基础结构适用于深海和超大型风机项目，具有较高
的稳定性和可靠性，但制造、装配和维护难度较大，并且需要较大的投资。

不同的海上风机基础结构适用于不同的海域和项目需求，选择合适的基础结构需要综
合考虑多方面因素，比如水深、海底地质条件、风能资源、投资成本、维护难度等。

未来，随着技术的进步和经验的积累，相信会有更多新型的海上风机基础结构出现，为海上风机
行业的发展带来更多可能。