用于与海上风电机组的塔筒连接的塔基结构

本技术涉及海上风电机组的塔基结构，具体提供一种用于与海上风电机组的塔筒连接的塔基结构。

背景技术：

1、通常，海上风电机组通过支撑结构安装在海面上空。支撑结构包括连接在风电机组下方的塔筒以及与塔筒的下端连接的塔基结构，塔基结构的下端伸入海面并且固定在海底。其中，导管架基础是一种较为常见的塔基结构。现有海上风电机组的导管架基础以海上石油平台为参考，多被设计为四腿导管架基础。由于四腿导管架基础具有四根纵梁，使得导管架基础整体上在制造时耗材较多，整体质量较大，成本较高。为了降低导管架基础的重量和制造成本，越来越多的导管架基础被设计成三腿导管架基础。

2、图1是现有oc4 nrel 5mw海上风电机组的三腿导管架基础的结构示意图。oc4nrel 5mw海上水平轴上风向、三叶片、变桨变速型风电机组。风电机组的风轮直径和叶片长度分别为118m和57m，轮毂中心距离海平面105.272m，机舱大小为15×5×5m，机舱质量为250t。如图1所示，三腿导管架基础包括绕其中轴线均布的三组杆件、三根横梁2、三组交叉杆、与三腿导管架基础的中轴线同轴的连接筒4以及三根横杆5。每组杆件包括从下到上依次连接并且轴线与三腿导管架基础的中轴线共面的桩腿11、纵梁12和斜梁13，每根纵梁12的上端侧部通过一根横梁2连接连接筒4的外壁并且与三腿导管架基础的中轴线共面，斜梁13的上端与连接筒4的外壁连接，相邻两根纵梁12之间通过一组交叉杆连接。每组交叉杆包括从下到上依次分布的第一交叉杆31、第二交叉杆32、第三交叉杆33和第四交叉杆34。相邻两根纵梁12之间在第一交叉杆31下方的位置通过一根横杆5连接。桩腿11、纵梁12、斜梁13、横梁2和第一交叉杆31、第二交叉杆32、第三交叉杆33、第四交叉杆34以及横杆5均为管件。风电机组通过塔筒(图中未示出)连接至三腿导管架基础的连接筒4。

3、桩腿11的高度尺寸为4500mm，桩腿11的外径为2082mm，桩腿11从底部到顶部的壁厚从60mm逐渐增大至491mm。纵梁12的高度尺寸为65650mm，纵梁12的外径为1200mm，纵梁12从下到上具有三段不同壁厚的管段，三段管段的壁厚分别为50mm、35mm和40mm，三段的长度分别为20386mm、40764mm、4000mm。三根纵梁12的底端的外接圆的半径为8450mm，三根纵梁12的顶端的外接圆的半径为6859mm。纵梁12的轴线与竖直线的夹角为1.39°。斜梁13的高度尺寸为5000mm，斜梁13的外径为1200mm，斜梁13的壁厚为35mm。横梁2的外径为1200mm，横梁2的壁厚为20mm。第一交叉杆31的位于交叉点下方的两个杆段与其对称线的夹角为36.7°，第一交叉杆31的位于交叉点上方的两个杆段与其对称线的夹角为34°；第二交叉杆32的位于交叉点下方的两个杆段与其对称线的夹角为39.7°，第二交叉杆32的位于交叉点上方的两个杆段与其对称线的夹角为41.3°；第三交叉杆33的位于交叉点下方的两个杆段与其对称线的夹角为42.6°，第三交叉杆33的位于交叉点上方的两个杆段与其对称线的夹角为44.2°；第四交叉杆34的位于交叉点下方的两个杆段与其对称线的夹角为46.3°，第四交叉杆34的位于交叉点上方的两个杆段与其对称线的夹角为47.6°。第一交叉杆31、第二交叉杆32、第三交叉杆33、第四交叉杆34的外径均为800mm，第一交叉杆31、第二交叉杆32、第三交叉杆33、第四交叉杆34的壁厚均为20mm。连接筒4的高度尺寸为15300mm，连接筒4的外径为6000mm，连接筒4的壁厚为80mm。塔基结构的高度尺寸为85.272mm。组成三腿导管架基础的钢材的弹性模量、泊松比和密度分别为210gpa、0.3和7850kg/m3。三腿导管架基础和塔筒的总质量为1267.485吨。需要说明的是，高度尺寸指的是相应构件的底端和顶端在竖直方向上的尺寸。

4、随着技术的进步，经过技术升级后oc4 nrel 5mw海上风电机组的使用寿命得到提高，而三腿导管架基础由于其抗弯性能的限制，导致其刚度有一定的限制，三腿导管架基础的刚度与升级后的oc4 nrel5mw海上风电机组的刚度不匹配。

5、因此，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

1、本实用新型旨在解决上述技术问题，即为了解决oc4 nrel 5mw海上风电机组的三腿导管架基础与升级后的海上风电机组的刚度不匹配的问题。

2、本实用新型提供了一种用于与海上风电机组的塔筒连接的塔基结构，所述塔基结构包括绕其中轴线均布的三组杆件、三根横梁、三组交叉杆以及与所述中轴线同轴的连接筒，每组杆件包括从下到上依次连接并且轴线与所述中轴线共面的桩腿、纵梁和斜梁，每根所述纵梁的上端侧部通过一根所述横梁连接所述连接筒的外壁并且与所述中轴线共面，所述斜梁的上端与所述连接筒的外壁连接，相邻两根所述纵梁之间通过一组所述交叉杆连接，所述桩腿、所述纵梁、所述斜梁、所述横梁和所述交叉杆均为管件，每组所述交叉杆包括从下到上依次分布的多个交叉杆，每个所述交叉杆的位于交叉点下方的两个杆段与其对称线的夹角为35°～46°，每个所述交叉杆的交叉点上方的两个杆段与其对称线的夹角为52.5°～67.5°。

3、在上述塔基结构的优选技术方案中，所述塔基结构的高度为84m～86m，所述桩腿的高度为4.4m～4.6m，所述纵梁的高度为65.5m～65.7m，每组所述交叉杆包括从下到上依次分布的第一交叉杆、第二交叉杆、第三交叉杆、第四交叉杆、第五交叉杆。

4、在上述塔基结构的优选技术方案中，所述第一交叉杆的位于交叉点下方的两个杆段与其对称线的夹角为42.65°，所述第一交叉杆的位于交叉点上方的两个杆段与其对称线的夹角为52.82°；所述第二交叉杆的位于交叉点下方的两个杆段与其对称线的夹角为43.43°，所述第二交叉杆的位于交叉点上方的两个杆段与其对称线的夹角为67.46°；所述第三交叉杆的位于交叉点下方的两个杆段与其对称线的夹角为45.76°，所述第三交叉杆的位于交叉点上方的两个杆段与其对称线的夹角为58.62°；所述第四交叉杆的位于交叉点下方的两个杆段与其对称线的夹角为44.59°，所述第四交叉杆的位于交叉点上方的两个杆段与其对称线的夹角为53.02°；所述第五交叉杆的位于交叉点下方的两个杆段与其对称线的夹角为35.16°，所述第五交叉杆的位于交叉点上方的两个杆段与其对称线的夹角为56.23°。

5、在上述塔基结构的优选技术方案中，所述纵梁的轴线与竖直线的夹角为1.5°～1.6°。

6、在上述塔基结构的优选技术方案中，所述斜梁和所述横梁的外径尺寸与所述纵梁的外径尺寸相同，所述斜梁和所述横梁的壁厚相同并且等于所述纵梁的壁厚。

7、在采用上述技术方案的情况下，用于与海上风电机组的塔筒连接的塔基结构包括绕其中轴线均布的三组杆件、三根横梁、三组交叉杆以及与中轴线同轴的连接筒，每组杆件包括从下到上依次连接并且轴线与中轴线共面的桩腿、纵梁和斜梁，每根纵梁的上端侧部通过一根横梁连接连接筒的外壁并且与中轴线共面，斜梁的上端与连接筒的外壁连接，相邻两根纵梁之间通过一组交叉杆连接，桩腿、纵梁、斜梁、横梁和交叉杆均为管件，每组交叉杆包括从下到上依次分布的多个交叉杆，每个交叉杆的位于交叉点下方的两个杆段与其对称线的夹角为35°～46°，每个交叉杆的交叉点上方的两个杆段与其对称线的夹角为52.5°～67.5°。

8、对三腿导管架基础的结构进行优化之后，相邻两根纵梁之间的交叉杆的角度得到调整，与优化之前的三腿导管架基础相比，优化后的三腿导管架基础的抗弯性能得到进一步提升，在各种极限工况下最大位移减小，结构形变减小，结构抗倾覆力矩的能力有所提高。