【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋工程装备，具体涉及一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机及施工方法。
技术介绍
1、目前，海上风机的导管架基础主要分为固定式基础和浮式基础两种类型。由于浮式基础技术尚不成熟且成本较高，目前在实际应用中仍较为有限。因此，固定式基础依然是海上风机的主流形式。固定式基础主要包括重力式、单桩式、三角架和导管架等几种类型。传统的导管架基础采用整体焊接连接，刚度大、振动频率高且残余应力较大，使得支撑交叉处成为薄弱点。在动荷载作用下，焊缝开裂和支撑断裂的风险显著增加，这对海上风机的安全运营构成了巨大的威胁。
2、海上风机的机舱、转子等上部结构质量大且分布不均，加之风机在服役期间受到风力推力的作用，塔筒长期处于偏心受力状态。受力状态下，塔筒越高其底部产生的弯矩越大，稳定性越差，严重时可能导致塔筒的断裂和倒塌，这对安全运营造成了极大隐患。在目前技术背景下，传统风机在延性和冗余度方面表现不足，修复代价高且缺乏有效的减震技术与设计方法。随着风电机组的逐渐增大，其质量和刚度的分布愈加不均匀和不对称，所面临的冲击荷载、风荷载以及地震荷载的不确定性也随之增加。
3、申请号为201520772145.3的中国专利技术专利提出了一种海上风机装配式斜桩基础，虽然承载力强，可靠性高，但该专利技术属于一次性安装，无法进行替换，成本较高。申请号为201910655112.3的中国专利技术专利提出了一种桩筒复合桁架式海上风机基础，虽然考虑到桩筒复合桁架式海上风机，有更高的稳定性和承载能力但该专利技术没有应用可以进行替换的节点。申
4、现有的传统风机延性不足和冗余度较低，导致其受损后可修复能力差，修复代价大且缺乏有效的减震技术与设计方法。目前，风电机组越来越大，质量与刚度分布不均匀、不对称，所面临的冲击荷载、风荷载、地震荷载不确定性大，结构趋向于低频率的柔性塔方向发展。传统海上风机的导管架基础采用整体焊接连接，刚度大、振动频率高、残余应力大，支撑交叉处成为导管架基础的薄弱点，在动荷载作用下容易产生焊缝开裂引起支撑断裂传统风机机舱、转子等上部结构质量大且分布不均匀，加上风机在服役期间受到风力的推力作用，海上风机的塔筒长期处于偏心受力状态，塔筒越高其底部产生的弯矩越大，稳定性越差，严重时会造成塔筒断裂倒塌的问题。因此，现有技术亟待进一步提高和改进。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术的一个目的在于提出一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，解决现有海上风机的导管架采用整体焊接结构，振动频率高、残余应力大，支撑交叉处在动荷载作用下易产生焊缝开裂导致支撑断裂，塔筒长期处于偏心受力状态，塔筒越高其底部产生的弯矩越大，稳定性越差，易造成塔筒断裂倒塌的问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，包括导管架、安装座、塔筒、机舱及叶片，所述导管架为正四棱台状，包括平台、下支腿和多个导管架单体，多个所述导管架单体由上到下依次层叠布置，且首尾依次固定相连成一体。
4、所述导管架单体包括四个导管支腿和四个x形连接体，四个导管支腿分别相对倾斜设在导管架的四条侧棱上的，同一导管架单体的任意相邻两个导管支腿均通过一个x形连接体固定相连成平面桁架结构，四个x形连接体分别位于导管架的四个侧壁。
5、位于同一条侧棱上的任意相邻两个导管支腿的对应端螺栓固定相连，首位次导管架单体的四个导管支腿上端均与平台的底部螺栓固定相连，安装座焊接于平台上表面的中心位置，塔筒下端与安装座可拆卸固定相连，机舱设在塔筒上端，其内部安装有发电机、变速箱、变压器以及控制系统，所述叶片设有三个，且规则安装在发电机的转子轴上。
6、所述下支腿设有四个，四个下支腿分别布置在导管架的四条侧棱上，每个下支腿与其所在侧棱上的所有导管支腿均同轴布置，四个下支腿的上端分别与末位次导管架单体的四个导管支腿下端螺栓固定相连。
7、x形连接体包括一个螺栓球及两组斜撑，两组斜撑对称布置在螺栓球的两侧，每组斜撑均包括呈v字形布置的两个斜撑，位于螺栓球一侧的两个斜撑分别与位于螺栓球另一侧的两个斜撑同轴布置，每个斜撑的一端与同侧的导管支腿螺栓固定相连，另一端通过高强螺栓组件与螺栓球可拆卸固定相连。
8、进一步地，所述导管支腿为圆形截面的空心钢管，其上下两端分别固定安装有上法兰座和下法兰座，每个所述下支腿的上下两端分别安装有同样的上法兰座和下法兰座。
9、每个下法兰座与其下方相邻的上法兰座之间均设有环形橡胶垫片，每个导管支腿的下法兰座均通过一组螺栓与其下侧相邻导管支腿的上法兰座固定相连，首位次导管架单体的各导管支腿的上法兰座与平台底部之间均设有同样的环形橡胶垫片，且通过同样的一组螺栓固定相连。
10、进一步地，所述平台包括方形钢板及加强筋框架，加强筋框架位于方形钢板的底部，且与方形钢板固定焊接成一体。
11、方形钢板靠近其四个角的位置分别开始有一组螺栓孔，每组所述螺栓孔均包括与最上方上法兰座的法兰孔数量相等且位置一一对应的螺栓孔，每个螺栓孔均配置一个螺栓组件。
12、进一步地，每个上法兰座的下侧和每个下法兰座的上侧分别设有一组加劲肋，每组加劲肋均包括呈环形均匀布置在导管支腿外围的多个加劲肋。
13、所述加劲肋为1/4圆形钢板，各加劲肋的一个直角边与导管支腿的圆周外壁固定焊接，其另一个直角边与上法兰座的底部和每个下法兰座的上表面固定焊接。
14、进一步地，所述导管支腿的上部外侧设有两个上节点板，两个上节点板靠近上法兰座且分别位于正四棱台的相邻侧面上，上节点板的一侧与导管支腿的圆周外壁固定焊接。
15、导管支腿的下部外侧设有两个下节点板，两个下节点板靠近下法兰座且分别位于正四棱台的同样的相邻侧面上，上节点板的一侧与导管支腿的圆周外壁固定焊接，每个上节点板和下节点板上均开设有一组圆孔。
16、进一步地，两个上节点板之间和两个下节点板之间分别设有弧形肋板，弧形肋板为1/4圆环钢板，与导管支腿的轴线相对垂直布置，弧形肋板的内侧与导管支腿的圆周外壁固定焊接，其两端分别与两个上节点板或两个上节点板固定相连成一体。
17、进一步地，斜撑包括同轴布置的中空钢管和变径管，变径管的大径端与中空钢管的一端固定焊接成一体，其小径端焊接带有中心孔的端板。
18、所述中空钢管的另一端固定焊接有连接板，连接板背离中空钢管的一侧具有与上节点板或下节点板相配合的插槽，安装过程中，上节点板进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，包括导管架、安装座、塔筒、机舱及叶片，所述导管架为正四棱台状，包括平台、下支腿和多个导管架单体，多个所述导管架单体由上到下依次层叠布置，且首尾依次固定相连成一体；
2.根据权利要求1所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，所述导管支腿为圆形截面的空心钢管，其上下两端分别固定安装有上法兰座和下法兰座，每个所述下支腿的上下两端分别安装有同样的上法兰座和下法兰座；
3.根据权利要求2所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，所述平台包括方形钢板及加强筋框架，加强筋框架位于方形钢板的底部，且与方形钢板固定焊接成一体；
4.根据权利要求2所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，每个上法兰座的下侧和每个下法兰座的上侧分别设有一组加劲肋，每组加劲肋均包括呈环形均匀布置在导管支腿外围的多个加劲肋；
5.根据权利要求2所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，所述导管支腿的上部外侧设有两个上节点板，两个上节点板靠近上法兰座且分别
6.根据权利要求5所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，两个上节点板之间和两个下节点板之间分别设有弧形肋板，弧形肋板为1/4圆环钢板，与导管支腿的轴线相对垂直布置，弧形肋板的内侧与导管支腿的圆周外壁固定焊接，其两端分别与两个上节点板或两个上节点板固定相连成一体。
7.根据权利要求1所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，斜撑包括同轴布置的中空钢管和变径管，变径管的大径端与中空钢管的一端固定焊接成一体，其小径端焊接带有中心孔的端板；
8.根据权利要求1所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，螺栓球的外壁上开设有与斜撑数量相等且位置一一对应的螺栓孔，螺栓球位于四个螺栓孔外围的表面均为环形平面；
9.根据权利要求1所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，所述高强螺栓的螺杆部分是由光杆段和螺纹段相连构成的一体结构，光杆段位于螺栓头与螺纹段之间，其横截面是与六边形套筒的内侧壁相配的正六边形；
10.一种导管架海上风机的施工方法，其特征在于，用于权利要求1-9任意一项所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，该施工方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，包括导管架、安装座、塔筒、机舱及叶片，所述导管架为正四棱台状，包括平台、下支腿和多个导管架单体，多个所述导管架单体由上到下依次层叠布置，且首尾依次固定相连成一体；
2.根据权利要求1所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，所述导管支腿为圆形截面的空心钢管，其上下两端分别固定安装有上法兰座和下法兰座，每个所述下支腿的上下两端分别安装有同样的上法兰座和下法兰座；
3.根据权利要求2所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，所述平台包括方形钢板及加强筋框架，加强筋框架位于方形钢板的底部，且与方形钢板固定焊接成一体；
4.根据权利要求2所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，每个上法兰座的下侧和每个下法兰座的上侧分别设有一组加劲肋，每组加劲肋均包括呈环形均匀布置在导管支腿外围的多个加劲肋；
5.根据权利要求2所述的一种装配式螺栓球节点柔性导管架海上风机，其特征在于，所述导管支腿的上部外侧设有两个上节点板，两个上节点板靠近上法兰座且分别位于正四棱台的相邻侧面上，上节点板的一侧与导管支腿的圆周外壁固定焊接；
【专利技术属性】
技术研发人员：闫清峰，张纪刚，张海林，马哲昊，李伟，丁聪，许洪建，于风波，牛云，徐康乾，宋罕宇，张鹏飞，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：
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