CN102235011A - 海上风力发电机组柔性浮式基础 - Google Patents

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朱龙彪
徐海黎
严晓照
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Abstract

本发明涉及一种海上风力发电设备的相关装置，尤其涉及一种海上风力发电机组柔性浮式基础，包括至少一个柔性浮式基础，柔性浮式基础包括塔筒和位于塔筒顶部的风电机组，风电机组由叶片和齿轮箱组成，叶片和齿轮箱连接，塔筒的底端设置有平衡箱，在塔筒的下部且位于塔筒的周边均匀布置有多个浮筒，每个浮筒都通过幅杆与塔筒的侧部连接，浮筒的底部通过锚链与固定在海床上的锚碇连接。本发明可动态调整基础及整机的重心和振动频率，适应不同海域风波载荷特征；通过多体横向连接后可提高整体运动稳定性，限制基础绕塔筒轴心自转和水平移动。

Description

海上风力发电机组柔性浮式基础
技术领域
本发明涉及一种海上风力发电设备的相关装置，尤其涉及一种海上风力发电机组柔性浮式基础。 
背景技术
目前，风力机大都安装在陆地上，以刚性固定安装为主，海上风电基础一般安装在近海区域，在浅水区域可以方便建筑物固定于海床的基础上，在近海区域，由于受到近海风力的限制，发电功率集中在2-3MW，难以发展大功率的风力发电装备，而在深海区域安装由于受到水深和建造成本的限制，传统的固定式刚性基础难以实现，而柔性的浮式基础可以解决风电设备安装问题。 
现有浮式基础包括张力腿式、深水圆柱式以及三浮箱式等，浮式基础完全由浮力支撑风电机组的重量，在可接受的限度内抑制倾斜、摇晃和法向移动。作为高耸结构，风力机由强风引起的翻转运动是基础设计首要考虑的问题。现有的浮式基础大都仅仅通过锚链等方式实现和海床的垂直柔性连接，对浮式基础在海水中作旋转运动限制的很少，对风不准确，偏航系统往往频繁启动，传统的浮式基础由于不能适时调整结构及重心位置，也无法根据特定海域风波特征调节振型模态，从而较难避开系统、载荷及其耦合的共振频率。 
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种可动态调整风力机重心位置和谐振频率，可以减少波浪中基础整体运动的不平衡程度、限制绕风力机塔筒轴的旋转运动和基础的水平移动的海上风力发电机组柔性浮式基础。 
本发明所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，包括至少一个柔性浮式基础，所述柔性浮式基础包括塔筒和位于塔筒顶部的风电机组，所述风电机组由叶片和齿轮箱组成，叶片和齿轮箱连接，所述塔筒的底端设置有平衡箱，在所述塔筒的下部且位于塔筒的周边均匀布置有多个浮筒，每个浮筒都通过幅杆与塔筒的侧部连接，所述浮筒的底部通过锚链与固定在海床上的锚碇连接。 
本发明所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，所述每两个柔性浮式基础之间可通 过设置在浮筒上的弹性细缆实现横向水平连接。 
本发明所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，所述多个柔性浮式基础之间的距离为本海域波浪半波长的奇数倍。 
本发明所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，所述塔筒和浮筒之间对应设置有多根斜撑。 
本发明所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，所述斜撑位于所述幅杆的上部。 
本发明所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，所述幅杆为空心管状结构。 
本发明所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，所述平衡箱内装有高密度配重铁砂。 
本发明所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，所述塔筒下部的周边均匀布置的浮筒的数量为3个。 
本发明海上风力发电机组柔性浮式基础的有益效果为：本发明可动态调整基础及整机的重心和振动频率，适应不同海域风波载荷特征；通过多体横向连接后可提高整体运动稳定性，限制基础绕塔筒轴心自转和水平移动。 
浮筒中充满空气，提供风电机组所需支撑浮力，幅杆为空心管状结构，可提供横向刚性连接并传递支撑浮力，斜撑可克服垂直刚度不足，减少基础变形，辅助承受翻转力矩。 
平衡箱设计为位于塔筒下方，起配重作用，针对不同海域载荷特征，其中可灌入不同密度和重量的铁砂(密度为7000Kg/m3左右)，获得系统动态的谐振频率，同时，平衡箱降低基础和风电机组的重心，发生摇晃和倾斜后，由于平衡箱在水下的粘滞阻力和低重心，有效提高定倾中心，实现稳定平衡，是本发明防翻转的主要手段。 
附图说明
图1是本发明实施例1中海上风力发电机组柔性浮式基础的结构原理图； 
图2是沿图1中A-A侧的俯视图； 
图3是本发明实施例2中海上风力发电机组柔性浮式基础的结构原理图。 
图中： 
1、海床；2、锚碇；3、锚链；4、浮筒；5、水面；6、叶片；7、齿轮箱；8、塔筒；9、斜撑；10、辐杆；11、平衡箱；12、弹性系缆；13、风电机组。 
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明海上风力发电机组柔性浮式基础作进一步说明。 
实施例1 
参见图1和图2，本发明所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，包括一个柔性浮式基础，柔性浮式基础包括塔筒8和位于塔筒8顶部的风电机组13，风电机组13是浮式基础重力载荷的主要来源，风电机组13由叶片6和齿轮箱7组成，叶片6和齿轮箱7连接，塔筒8的底端设置有平衡箱11，在塔筒8的下部且位于塔筒8的周边均匀布置有3个浮筒4，浮筒4中充满空气，提供风电机组所需支撑浮力，每个浮筒4都通过3根幅杆10与塔筒8的侧部连接，幅杆10为空心管状结构，可提供横向刚性连接并传递支撑浮力，塔筒8和浮筒4之间设置有3根斜撑9，斜撑9位于所述幅杆10的上部，斜撑9可克服垂直刚度不足，减少基础变形，辅助承受翻转力矩，浮筒4的底部通过锚链3与固定在海床1上的锚碇2连接。 
浮筒4通过锚链3与海床1上的锚碇2连接固定，实现定位，安装时预紧锚链3并利用多余的浮力保持一定预应力，使系统具备一定的刚性，减少摇摆和法向移动，平衡箱11设计为位于塔筒8下方，并处于水面5之下，起配重作用，针对不同海域载荷特征，其中可灌入不同密度和重量的铁砂(密度为7000Kg/m3左右)，获得系统动态的谐振频率，同时，平衡箱11降低基础和风电机组的重心，发生摇晃和倾斜后，由于平衡箱11在水下的粘滞阻力和低重心，有效提高定倾中心，实现稳定平衡，是本发明防翻转的主要手段。 
实施例2 
参见图3，与实施例1不同之处在于，本发明所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，包括2个柔性浮式基础，2个柔性浮式基础之间通过设置在浮筒4上的弹性细缆12实现横向水平连接，连接部位设置在浮筒4的侧面，每个浮筒4可连接一个浮式基础，构成网状结构，基础间距离通过以下原则确定：1、风电场有效风功率密度要求；2、特定海域海波半波长的奇数倍。在考虑尾流效应的同时，把距离设置为和波浪波长相关，由图3可见，浮式基础间的距离为水面5波浪的半波长奇数倍，此时，波浪力为反相，相应浮式基础的运动也是反相，各柔性基础通过弹性系缆相连，互为阻尼，运动表现为减幅振荡形式，提高了系统整体刚度和运动的稳定性。 
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。 

Claims (8)

1.一种海上风力发电机组柔性浮式基础，包括至少一个柔性浮式基础，所述柔性浮式基础包括塔筒(8)和位于塔筒(8)顶部的风电机组(13)，所述风电机组(13)由叶片(6)和齿轮箱(7)组成，叶片(6)和齿轮箱(7)连接，其特征在于：所述塔筒(8)的底端设置有平衡箱(11)，在所述塔筒(8)的下部且位于塔筒(8)的周边均匀布置有多个浮筒(4)，每个浮筒(4)都通过幅杆(10)与塔筒(8)的侧部连接，所述浮筒(4)的底部通过锚链(3)与固定在海床(1)上的锚碇(2)连接。
2.根据权利要求1所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，其特征在于：所述多个柔性浮式基础之间可通过设置在浮筒(4)上的弹性细缆(12)实现横向水平连接。
3.根据权利要求1或2所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，其特征在于：所述每两个柔性浮式基础之间的距离为本海域波浪半波长的奇数倍。
4.根据权利要求1所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，其特征在于：所述塔筒(8)和浮筒(4)之间对应设置有多根斜撑(9)。
5.根据权利要求4所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，其特征在于：所述斜撑(9)位于所述幅杆(10)的上部。
6.根据权利要求5所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，其特征在于：所述幅杆(10)为空心管状结构。
7.根据权利要求1或6所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，其特征在于：所述平衡箱(11)内装有高密度配重铁砂。
8.根据权利要求7所述的海上风力发电机组柔性浮式基础，其特征在于：所述塔筒(8)下部的周边均匀布置的浮筒(4)的数量为3个。
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