CN102285429A - 海上风力机浮式支撑结构 - Google Patents

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唐友刚
李溢涵
张若瑜
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Abstract

一种海上风力机浮式支撑结构，浮箱固定设置在桁架结构的顶端，桁架结构的底端固定设置在压载舱的上面，浮箱的下周边设置有多根用于与海底连接的系泊缆。浮箱为圆柱体结构，并对称的设置在桁架结构的顶端，浮箱内设置舱室，用以填充海水、岩石或者混凝土。压载舱内填充有岩石或者混凝土。桁架结构有垂直支撑在浮箱和压载舱之间的多根立柱，平行且等间隔的设置在浮箱和压载舱之间的多个垂荡板，垂荡板上开有多个与多根立柱相对应的通孔，多根立柱是分别对应的贯穿各垂荡板上的通孔后垂直支撑在浮箱和压载舱之间，垂荡板通过通孔与立柱固定连接。本发明能够适应海上50米水深的海域状况，该支撑结构能显著降低海上风力机支撑平台的成本。

Description

海上风力机浮式支撑结构
技术领域
本发明涉及一种。特别是涉及一种由沉箱、桁架结构、压载舱、系泊缆等组成的海上风力机浮式支撑结构。
背景技术
在降低碳排放、转变经济发展方式的大背景下，风电行业面临着较大的市场前景。我国陆上实际可开发风能资源储量为5.06亿千瓦，近海风场的可开发风能资源是陆上3倍，且海上风电具有风速高、风资源持续稳定、发电量大等特点。海洋风力发电的主要风能资源分布在距离海岸线5～50km的海域。该海域水深一般超过20m。在水深超过30m时，受经济成本和安全要求的限制，传统的固定式基础(如单桩基础、多桩基础、混凝土重力基础、导管架基础等)不再适宜用作海上风机的基础，海上风电浮式基础的概念应运而生，现阶段国内外研究的海上风电浮式基础主要借鉴海上石油钻采平台，主要有Spar结构基础、半潜式结构基础和TLP结构基础三种形式。从经济效益和安全的角度出发，深水风电场宜采用浮式基础。由于海上风力机叶轮的气动特性和塔柱的高耸特点，基础的载荷与石油钻采平台的载荷有很大的不同，海上风力机除受到风浪流的作用外，还受到叶轮和塔柱产生的气动载荷，对基础会产生较大的推力和倾覆弯矩，需要支撑平台提供较大的稳性和回复力。借鉴现有的石油钻采平台，将之运用于风能资源丰富的水深50米及以上的近海区域，为海上风力机的大型化提供新的浮式支撑平台基础，成为海洋工程领域新的研究课题。
为水深50米左右的海上大型风力机提供一种支撑平台结构，能使海上风力机在额定风况下正常工作，并能在极端条件下自存。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种在水深50米左右的海上能使海上风力机在额定风况下正常工作，并能在极端条件下自存的海上风力机浮式支撑结构。
本发明所采用的技术方案是：一种海上风力机浮式支撑结构，包括有：浮箱、桁架结构和压载舱，其中，所述的浮箱固定设置在桁架结构的顶端，所述的桁架结构的底端固定设置在压载舱的上面，所述的浮箱的下周边设置有多根用于与海底连接的系泊缆。
在浮箱的下周边对称的设置有4根系泊缆。
所述的浮箱为圆柱体结构，并对称的设置在桁架结构的顶端，浮箱内设置舱室，用以填充海水、岩石或者混凝土。
所述的压载舱内填充有用于降低该海上风力机浮式支撑结构重心，提高稳定性的岩石或者混凝土。
所述的桁架结构包括有垂直支撑在浮箱和压载舱之间的多根立柱，平行且等间隔的设置在浮箱和压载舱之间的多个垂荡板，所述的垂荡板上开有多个与多根立柱相对应的通孔，所述的多根立柱是分别对应的贯穿各垂荡板上的通孔后垂直支撑在浮箱和压载舱之间，并且，所述的垂荡板通过通孔与立柱固定连接。
相邻2根立柱与垂荡板、浮箱以及压载舱之间所围成的垂直平面上分别设置有斜支撑。
浮箱和压载舱之间设置有4根立柱，相应的各垂荡板上也开有4个与4根立柱相对应的通孔。
本发明的海上风力机浮式支撑结构，具有如下特点：
1.综合了Spar、半潜式和TLP三种浮式基础的特点，由沉箱、桁架结构、压载舱、系泊缆等组成，能够适应海50米水深的海域状况，该支撑结构能显著降低海上风力机支撑平台的成本。
2.浮箱为圆柱体，除为风力机的塔柱提供支撑外，为整个支撑结构提供大部分浮力。桁架结构连接浮箱和压载舱舱，由立柱、斜撑、垂荡板组成，该桁架结构能增加基础垂荡附加质量和阻尼。压载舱中填充岩石或者混凝土，能降低整个支撑结构基础的重心，提高支撑平台基础的稳性，同时增加整体结构基础横摇和纵摇阻尼。系泊缆选择悬链线形式，依靠自身的重力能够提供支撑平台基础在圆柱体横荡和纵荡方向的回复力，同时能限制支撑平台的横荡和纵荡运动，浮箱的四周设有四根系泊缆与海底连接。
附图说明
图1是本发明的正面结构示意图；
图2是图1的侧面示意图；
图3是是图1的俯视图。
其中：
1：浮箱          2：桁架结构
3：压载舱        2-1：立柱
2-2：斜支撑      2-3：垂荡板
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的海上风力机浮式支撑结构做出详细说明。
如图1、图2、图3所示，本发明的海上风力机浮式支撑结构，包括有：浮箱1、桁架结构2和压载舱3，其中，所述的浮箱1固定设置在桁架结构2的顶端，所述的桁架结构2的底端固定设置在压载舱3的上面，所述的浮箱1的下周边设置有多根用于与海底连接的系泊缆。在浮箱1的下周边对称的设置有4根系泊缆。系泊缆为悬链线形式，依靠自身的重力限制支撑平台的横荡和纵荡运动，同时能够提供支撑平台结构在圆柱体横荡和纵荡方向的回复力，浮箱的四周设有四根系泊缆与海底连接。
所述的浮箱1为圆柱体结构，并对称的设置在桁架结构2的顶端。浮箱1内设置舱室，用以填充海水、岩石或者混凝土等。将浮箱为圆柱体形状，使结构保持对称，在受风浪流作用力时保持均衡，浮箱作用主要由两方面，一为风力机的塔柱提供支撑，保持塔柱和风力机舱的稳定，二为整个海上风力机浮式支撑结构提供绝大部分的浮力，保持整个海上风力机浮式支撑结构的稳定。
所述的压载舱3内填充有用于降低该海上风力机浮式支撑结构重心，提高稳定性的岩石或者混凝土。压载舱中填充岩石或者混凝土，占据整个支撑结构的大部分重量，该压载舱能显著降低整个海上风力机浮式支撑结构基础的重心，提高支撑平台基础的稳性，同时增加整体结构基础横摇阻尼和纵摇阻尼。在发生横摇和纵摇运动时，压载舱能显著减小支撑结构的运动响应，在发生运动位移后在压载舱的重力作用下快速回复到原位。
所述的桁架结构2包括有垂直支撑在浮箱1和压载舱3之间的多根立柱2-1，平行且等间隔的设置在浮箱1和压载舱3之间的多个垂荡板2-3，所述的垂荡板2-3上开有多个与多根立柱2-1相对应的通孔，所述的多根立柱2-1是分别对应的贯穿各垂荡板2-3上的通孔后垂直支撑在浮箱1和压载舱3之间，并且，所述的垂荡板2-3通过通孔与立柱2-1固定连接。该桁架结构能减轻整个海上风力机浮式支撑结构的重量，同时减小波流穿过时的载荷，增加海上风力机浮式支撑结构垂荡方向的附加质量和阻尼，减小垂荡响应。
相邻2根立柱2-1与垂荡板2-3、浮箱1以及压载舱3之间所围成的垂直平面上分别设置有斜支撑2-2。
浮箱1和压载舱3之间设置有4根立柱2-1，相应的各垂荡板2-3上也开有4个与4根立柱2-1相对应的通孔。
本发明的海上风力机浮式支撑结构，为海上大型风力机提供支撑，能为风力机在正常工作状况下提供足够的稳性，在风浪流作用下发生较小的运动响应，在风暴自存状态条件下，能保证风力机的安全。在具体实施过程中，首先需要把支撑结构(主要包括浮箱、桁架、压载舱三部分)拖航至预定地点，再用系泊系统进行定位，然后进行风力机的安装。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海上风力机浮式支撑结构，其特征在于，包括有：浮箱(1)、桁架结构(2)和压载舱(3)，其中，所述的浮箱(1)固定设置在桁架结构(2)的顶端，所述的桁架结构(2)的底端固定设置在压载舱(3)的上面，所述的浮箱(1)的下周边设置有多根用于与海底连接的系泊缆。
2.根据权利要求1所述的海上风力机浮式支撑结构，其特征在于，在浮箱(1)的下周边对称的设置有4根系泊缆。
3.根据权利要求1所述的海上风力机浮式支撑结构，其特征在于，所述的浮箱(1)为圆柱体结构，并对称的设置在桁架结构(2)的顶端，浮箱(1)内设置舱室，用以填充海水、岩石或者混凝土。
4.根据权利要求1所述的海上风力机浮式支撑结构，其特征在于，所述的压载舱(3)内填充有用于降低该海上风力机浮式支撑结构重心，提高稳定性的岩石或者混凝土。
5.根据权利要求1所述的海上风力机浮式支撑结构，其特征在于，所述的桁架结构(2)包括有垂直支撑在浮箱(1)和压载舱(3)之间的多根立柱(2-1)，平行且等间隔的设置在浮箱(1)和压载舱(3)之间的多个垂荡板(2-3)，所述的垂荡板(2-3)上开有多个与多根立柱(2-1)相对应的通孔，所述的多根立柱(2-1)是分别对应的贯穿各垂荡板(2-3)上的通孔后垂直支撑在浮箱(1)和压载舱(3)之间，并且，所述的垂荡板(2-3)通过通孔与立柱(2-1)固定连接。
6.根据权利要求5所述的海上风力机浮式支撑结构，其特征在于，相邻2根立柱(2-1)与垂荡板(2-3)、浮箱(1)以及压载舱(3)之间所围成的垂直平面上分别设置有斜支撑(2-2)。
7.根据权利要求5所述的海上风力机浮式支撑结构，其特征在于，浮箱(1)和压载舱(3)之间设置有4根立柱(2-1)，相应的各垂荡板(2-3)上也开有4个与4根立柱(2-1)相对应的通孔。
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