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海上风电超大单桩基础制造过程!

Sif海上风电超大单桩和导管架基础等应用在超过60个海上风电场,包括Borssele 1、2、3、4、5项目,为Triton Knoll项目提供90个单桩和过渡件。Sif作为荷兰公司,也为荷兰曾经全球最大的海上风电场Gemini项目提供单桩。2020年底,全球最大海上风电场Dogger Bank A和B两阶段共2.4GW项目也确定由Sif和比利时Smulders一起提供单桩。Sif年产能30万吨,每周可生产4-5个XL单桩,是全球海上风电基础制造的领先企业。以下视频为Sif提供的XL单桩制造过程视频,供参考。

Sif可生产最大11米直径、最长120米、重量达2250吨的超大单桩

目前,Sif生产的系列单桩直径可达11米

据Sif表示,随着未来3年单机容量越来越大的风电机组(10-12MW)将安装到水深更深的海中,Sif在决定扩大其产能的同时也决定增加单桩的直径。Sif生产的第一批单桩于2016年底开始组装,2017年1月通过深海码头进行了首次装卸。通过精益生产和批量生产技术,Sif单桩能做到11米直径、最长120米、重量达2250吨的超大单桩。参考:2600吨起重机吊起1700吨海上风电巨型单桩,附未来单桩基础成本竞争力解决方案。

参考:如何加工制造超大型单桩?

单桩桩体制作:将扁平钢板冷压成型圆柱罐体

单桩的制造过程,首先应将扁平钢板冷压成型为圆柱罐体的单桩段。单桩段必须由合适的支撑点支撑,而不会被损坏。下图1的左侧显示了由于桩体自重引起的典型应力分布(细长比为160,通过FEM分析)。

如果细长度超过Ø/ t = 100,则局部弯曲和环向应力会随着细长度而增加。滚轴支架距罐体或型材边缘的距离,以及滚轴支架的宽度在避免塑性变形方面起着重要作用。另一方面,在使用钢质支撑滚轴时,必须考虑罐体与支撑滚轴之间接触区域的赫兹接触应力。

图1:由于局部应力,支撑滚轴上被允许的罐体重量随壁厚的变化曲线(单位:吨,毫米)

在支撑滚轴上由于自重就可以产生变形。图2显示了支撑滚轴上的罐体或单桩段的最大挠度(或变形度,单位:mm),具体数据会随着单桩的直径(从7米到12米)和细长比(由罐体壁厚度从30mm至120mm)而变化。单柱段越细长,这种影响就越会在以后的单桩组装过程中引发问题。因此,需要使用其他的支撑结构来保持罐体的圆形保持不变。

图2:随着单桩直径和细长比的增加,罐体或型材的最大变形度

问题2:运输和储存带来的问题

单柱段在制造过程中通常由起重机和C型梁运输。类似于支撑滚轴的情况,单柱段的自重会在与C型梁的接触区域引起较高的局部弯曲应力,特别是对于细长的部件,会发生塑性变形。(如红色区域所示)

图3显示了此载荷工况的评估结果,该评估是针对直径在10至12米之间的单柱段进行的。处于中间位置的细长比就已经存在塑性变形的风险。因此,提升和吊车装置也必须以适当的方式进行改进。

图3:用C型梁起重的单柱段极限细长比推导过程

进一步加工制造单柱段的过程中,也要考虑好支撑结构的问题。通常认为,600至1200吨以上的中段和单桩段,要有两个或两个以上的位置做好支撑。

对于大型和重型单桩的支撑件而言,设置好最佳支撑位置,可产生较均匀的支撑力,如图4所示。特别是对于单柱底部圆锥形过渡附近的圆锥形支撑点,会在这些支撑点处产生额外的高应力。

图4:重型单桩所设计支撑点的最佳位置

单柱底部圆锥形过渡附近的圆锥形支撑点示意图

正如上面的图示,超大型细长单桩在制造、运输和存储各个环节,都需要进行非常全面的计划,因此在生产前就该做好详细预案和规划,以避免未来产生损坏。

GE 12MW巨大风机的第一台测试样机,就安装在Sif荷兰工厂的码头上,我们不妨去再看看这台机器的吊装过程。

首台Haliade-X 12 MW 样机,就矗立在鹿特丹港Sif工厂边上

Sif主要生产XL超大规模单桩

也生产导管架海上风电基础以及重力基础和吸力桶基础。

Sif海上单桩项目分布地图

2020年11月17日,全球最大的海上风电场Dogger Bank A和B两阶段共2.4GW的项目,将由Sif和比利时Smulders Projects NV组成的财团一起提供190个海上风电基础。Dogger Bank项目的水深从18到63米不等,每个基础包括一个单桩和一个过渡件。这批海上风电基础将由OHT的新建的Alfa Lift安装船于2022年至2024年安装。(全球最大海上风电场前两阶段融资关闭,六成电力卖给Ørsted和壳牌)

另外,Sif开始在荷兰1.4GW 的Hollandse Kust Zuid风电场上应用无过渡件的海上单桩技术Skybox。HKZ风电项目由Vattenfall开发,决定使用全新的无过渡件的设计方案。共需要140个单桩基础。以下为测试现场。

Skybox测试现场

这项创新技术,将于2022年正式应用到HKZ项目

以下为Sif提供的Skybox结构示意图和一次吊装滑入安装示意视频。

Sif 技术动画演示了Skybox的三个主要组成部分以及如何一次吊装,滑入到单桩锚紧成功的过程。

视频来源:sif 海上基础集团

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