海上风电导管架灌浆料产品开发与工程应用研究

导管架结构是海上风机重要基础结构形式之一。灌浆连接是导管架结构与桩基础连接的典型方法,由于灌浆连接受力复杂,对材料技术指标要求极高。本研究自主研发导管架灌浆料,并通过纳米超细矿物粉体改性、聚合物改性和双重膨胀组分改性等系统研究形成超高性能灌浆料,通过成果转化形成海上风电灌浆料专利产品,并实现产品系列化,在实际工程中大量应用。其中UHPG-120型产品打破国外技术垄断,填补国内空白,该产品具有大流动性、抗水分散性、高早强、超高强、无收缩、抗疲劳和高耐久性特点,适用于深水导管架水下灌浆。本研究形成的海上风电灌浆料产品及灌浆连接核心技术实现核心技术和产品国产化,促进我国海上风电施工技术进步,引领国内海上风电灌浆技术发展。     

海上风电导管架结构与桩基灌浆连接施工工艺

灌浆技术作为导管架安装的重要关键技术,越来越受到业界的关注。灌浆连接具有良好的结构性能,以及施工便利、造价低廉等优点,被广泛应用于海上风电场。导管架灌浆是整个风电基础结构施工的一项关键技术,灌浆的成功与否直接关系到风机基础结构抵抗环境载荷的能力和寿命。文章针对导管架结构灌浆工艺进行研究,并结合江苏滨海项目分析了导管架灌浆工艺及其施工过程中的难点,为我国海上风电基础建设提供参考。     

海上不利工况下的导管架灌浆连接段黏结力试验研究

为解决海上风机导管架支腿和钢管桩灌浆段在海上恶劣施工与工作环境下发生偏心连接和偏心受力等不利工况时灌浆连接段的力学特性问题,文章制作海上风机导管架灌浆连接段足尺模型,对其黏结承载力进行原型抗拔试验,同时进行应变测试,以研究偏心灌浆等不利工况对灌浆连接段黏结承载力的影响。研究结果表明:导管架灌浆连接的轴向和偏心黏结承载力均满足设计要求;在轴向拉拔时,由于灌浆料受拉拔时其厚度越大则剪切变形越大,灌浆连接段各测点的位移由大到小依次为灌浆较厚侧、平均位移、灌浆较薄侧,但其应力差异不大;在偏心拉拔时,总上拔力虽减小,但偏心受力会导致结构弯矩和内力增加,表明在设计时应充分考虑偏心荷载对灌浆料的不利作用。     

脚靴式海上升压站灌浆连接段强度分析研究

与国内已建成的海上升压站相比，脚靴式海上升压站导管架对桩和套筒间的灌浆连接强度要求更高，完全套用单桩风电结构的分析方法会使结构设计不准确。由于桩和套筒之间设置有剪力键，当特殊情况时还需增加灌浆连接增强钢筋，在地震及撞船作用下容易导致灌浆接触界面分离等破坏，当前尚未有针对此类情况系统的灌浆连接强度校核方法。以某脚靴式海上升压站为例，分析其在在位、撞船、地震、疲劳等多个主控工况下灌浆连接、剪力键及增强钢筋的强度及稳定性，结果表明该海上升压站灌浆连接段满足设计要求，并研究了各参数对灌浆连接段强度的敏感程度，为今后脚靴式海上升压站各主控工况下的灌浆连接段强度分析、优化设计提供参考与借鉴。     

海上工程吸力筒导管架基础沉贯理论与实证分析研究

为了验证美国石油学会(American Petroleum Institute, API)规范的理论计算分析结果同现场实证试验数据的一致性以及调平新技术的有效性,以大唐大连市庄河海上风电场址Ⅰ(100 MW)海上风电项目吸力式三筒导管架基础为研究对象,运用API规范的静力平衡法、屈曲分析、土塞理论,以及SACS与ANSYS有限元分析软件进行吸力筒导管架沉贯的土塞、沉贯可行性、贯入屈曲、竖向承载力及吊装适应能力的一系列力学分析,通过将吸力式三筒导管架沉贯过程实际监测的土塞高度、负压、承载力、屈曲变形数据同理论计算结果进行比对分析,验证了API规范的理论计算分析结果与现场实证试验数据之间具有良好的拟合度。而“水上星站差分定位+姿态监测及定向的测量+无线网桥通讯组合”和“吸力筒吸力贯入装备一体化系统智能控制系统”两种新技术的应用,成功达成了吸力筒导管架基础功能性的实现。本研究证明了API规范理论分析的准确性和新调平技术的有效性,同时本研究的创新吸力筒式基础可以大幅节约钢材,能显著降低海上风电项目投资成本,经济价值高,有望成为未来海上风电项目的主要基础型式之一。     

水下插桩定位系统在导管架吊装中的应用

针对海上导管架吊装水下插桩到海底已有钢管桩内的作业难点,通过使用高精度定位设备、罗经、姿态仪和无线网桥,组建集测量导管架位置、高程、方位和姿态于一体的三维定位系统,接入定位软件中,实现实时显示导管架的位置、高程、方位、姿态和导管架桩腿插尖分别距每个海底钢管桩的平面距离和垂直距离,用于指导导管架吊装作业。在广东阳江某海上风电项目中,将该定位系统应用于风机导管架吊装作业中,实现了数字化和可视化作业指导,快捷地完成吊装作业,对后续类似项目具有参考意义。     

浅谈浅海桩基导管架式采油平台的施工安装

桩基导管架式采油平台是海上油气生产的主要设施,它在胜利油田海上石油开发中发挥了重要的作用。文中主要通过对导管架平台施工安装工艺过程和要求进行了探讨,并简单介绍了导管架式采油平台的结构,并根据以往胜利油田海上导管架平台施工的经验和特点,结合该区域的实际情况及有关规定要求,按照导管架的施工安装原则,对导管架陆上制作过程中的下料、组装和探伤等方面进行了概述,对导管架海上施工过程中的装船、运输、定位、吊装、打桩、灌浆等方面进行了详细的分析和探讨,并结合有关法规和标准的要求,提出了一套合理的导管架海上施工安装工艺。     

“埕岛二号”中心平台非灌浆腿导管架结构设计

结合“埕岛二号”生活平台介绍了非灌浆腿导管架的结构分析的细部构造设计计算,将其受力性能与常规导管架作了对比总结了该结构型式的导管架在结构设计时应注意的问题。     

非灌浆导管架平台异常振动的测试分析及故障诊断

通过对平台在风浪作用下的振动测试分析,发现了直立式非灌浆桩腿导管架平台在海底冲刷条件下发生异常振动的原因是导管架与桩之间存在较大的相对运动,以至于在风浪较大时发生碰撞。因而,结构的动力特性和动态响应都与设计结果不一致。在非极值海况条件下,平台的振动超出了设计预测值,并提出了治理和设计建议。     

文昌19-1N油田导管架安装技术

随着国内对海上油气进一步开发,迫切需要掌握深水导管架的安装技术。通过文昌19-1N油田导管架海上安装,介绍了该安装方法的特点、关键技术、主要施工过程及所需的设备设施;总结了导管架海上安装成功的经验教训;提出深水导管架、基盘对接安装的施工技术及环境限制条件,为今后类似工程提供借鉴。     

DNV规范（2014）海上风机基础灌浆连接段抗弯性能设计理论研究

挪威船级社(DNV)于2013年9月正式与德国劳氏船级社(GL)合并为DNV·GL,并于次年5月推出了最新版《海上风机结构设计规范(DNV-OS-J101)》。该规范结合了DNV和GL的最新研究成果,对原有规范关于海上风机基础灌浆连接段设计验算的相关内容进行了大量地更新和补充,其中最值得注意的补充内容是带剪力键的单桩和导管架基础灌浆连接段的抗弯承载力的计算方法。在多篇文献的基础上,对相关公式进行理论研究,给出设计公式的理论依据,为行业设计者更全面地理解该规范提供参考。     

单只桶基安全负压沉贯操作方法物模试验初探

提出了由物质试验方法初步选择的一种可操作的单只桶基安全负压沉贯操作程序,它可作为试验室内多桶基导管架物模试验以及海上（近）原型尺度桶基试验实施负压沉贯操作方法的试验依据,通过对这些试验及其操作程序的修正和完善,可为实际桶基实施海上沉贯作业出一种可靠,安全的操作程序或方法。     

潮流作用下海上风电群桩基础局部冲刷与防护试验研究

海上风电基础局部冲刷会影响风电结构的稳定,对海上风电的安全运行至关重要。以四腿群桩导管架基础为研究对象,对潮流条件下基础局部冲刷开展试验研究。试验结果表明：0°水流条件下,最大冲刷深度为1.05倍桩径;45°水流条件下,最大冲刷深度为0.97倍桩径。并探索了新型蜂巢结构在群桩基础防冲刷中的应用,设计了蜂巢格室防护方案,发现在蜂巢防护情况下,两个流向作用于四腿群桩基础时最大冲刷深度仅为无防护情况下的27.3%和25.9%,表明蜂巢格室在海上风电基础的冲刷防护方面具有良好效果,在实际工程中具有较大的应用潜力。     

较深水导管架对接水下井口基盘的关键技术研究及工程应用

根据较深水油田开发方案的需要,油田采用井口基盘进行预钻井,然后安装导管架对接井口基盘,该方法可以有效缩短海上油田的开采投产期,加快投资回报速度,又降低了海上安装工程费用,节省油田总体开发成本。但深水导管架与水下井口基盘的对接安装精度要求高、难度大、风险高,如何安全、高效地开展导管架与水下井口基盘的对接技术,是深水区块所面临的重要课题之一。结合文昌19-1项目WHPC导管架的海上安装方案并通过理论分析,介绍了较深水导管架与水下井口基盘对接的关键技术。WHPC导管架海上对接安装的工程实践成功验证了导管架与水下井口基盘对接安装方案的可靠性,对后续类似深水项目具有一定的参考借鉴意义。     

海上风电智能运维关键技术与发展建议

风电运维是海上风电的控制性模块,其成本约占海上风电建设总成本的25%,但目前对风电运维尤其是智能运维的研究与应用呈现双重缺位。文章提出海上风电发展趋势及传统运维痛点,总结海上风电智能运维的重大意义;充分结合工程经验与中外文献,凝炼海上风电智能运维关键技术,阐释其内涵、应用、特点及研究现状,指出相关研究的成果与不足,进而提出数据融合、自主适应、实时监测、无余调配的“集管控”一体化海上智能运维平台方案,并以风场实测数据验证其经济价值;明确风电智能运维的发展趋势,从集成管理、装备赋能、智慧调度、融合开发四大方向,有针对性地给出跨越式提升我国海上风电智能运维水平的发展建议,助力我国风电产业发展水平跻身国际前列。     

砂土中吸力式导管架基础沉贯试验研究

吸力式导管架基础具备高承载力、高施工效率、高环境友好度、低造价等特点,使用其作为海上风电底部支撑结构有利于产业的规模化发展,实现上述愿景的前提在于使筒型基础顺利安装以满足设计要求。基于此,在不同初始施加泵压下,对吸力式导管架的沉贯效率特征值、基础内外围渗流变化、筒裙端部土压力特点进行探究。通过抱桩器使吸力式导管架在吸力安装过程中仅具备竖向自由度,从而进行纯沉贯试验。结果表明：初始泵压2 kPa时沉贯效率特征值最高;沉贯过程中基础外围渗流水压小于基础内围渗流水压;筒裙外侧所受土压要大于筒壁内侧所受土压力。     

导管架夹桩器受力分析及液压缸数选择

夹桩器是海上导管架调平和灌浆的辅助工具。分析夹桩器受力及影响静摩擦系数因素,得出增大液压缸钳口表面粗糙度是增大钳口与钢桩间静摩擦系数的合理方法;并采用ANSYS有限元分析方法对夹桩器上均布液压缸数进行了选择。     

气流喷射模拟海上浮式风电结构风机载荷实验技术初探

随着海上风电技术的快速发展,海上风电逐渐由浅海走向深海,海上风电基础结构型式将逐渐由固定式发展到漂浮式。在浮式风电结构的模型实验中,风机载荷的模拟是保证实验效果的重要因素。针对浮式风电结构模型实验中风机载荷的模拟问题,提出了一种新型的基于气流喷射、利用气流反作用力模拟风机载荷的实验方法并进行了初步验证。通过标定得到气流控制信号与反作用力的关系,将数值模拟得到的原型风机载荷时程转换为相应的控制信号,同时针对实验装置对气流变化的响应特性,对控制信号进行频域和时域修正,驱动气流喷射以模拟风机作用力和力矩。经过实验验证,载荷模拟装置产生的载荷在时域和频域上都能与模型实验所需风机载荷保持较好的一致性,证明该方法可行。     

海上风电基础结构研究现状及发展趋势

对国外海上风电机组基础结构的研究与工程应用现状进行了较为详尽地分析,重点对我国海上风电场开发建设有借鉴意义的重力式结构、单桩结构、三角架结构和导管架结构进行了分析论述.基于我国海洋工程技术水平和海上风电产业发展的动态,分析发展适合我国国情的海上风电机组基础结构的可行性及必要性,提出我国海上风电产业发展所面临的挑战.     

导管架模型下水过程的试验研究

导管架的下水过程是一个十分复杂的过程,它与导管架的大小,滑道的摩擦系数、驳船的纵倾角度以及作业海域的环境条件等因素有关。因此,如何确保导管架的安全下水是保证导管架最终能否投入使用的重要前提。目前,理论上对导管架的下水过程虽进行了大量的研究,但鉴于导管架下水过程的复杂性,因此通常还是要进行导管架下水过程的模型试验,以确定导管架下水的最佳轨迹。本文简要介绍在上海交通大学船舶流体力学实验室进行的导管架模型下水过程的试验情况,下水轨迹测试技术的基本原理,主要测试装置及测试方法。此外,还给出了下水特性曲线的测试实例,并和理论计算结果进行了比较。