CN102785759B - 一种前倾式浮式风机系泊系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前倾式浮式风机系泊系统，由风机系统和系泊系统组成。风机系统包括用于发电的顶端风机基础、支撑整个风机基础的浮体基础，以及连接与浮体基础上的纵摇板。系泊系统包括有至少四根张紧式系泊缆索，和一根张力筋腱。其中，所述的张紧式系泊缆索和张力筋腱通过吸力锚贯入海底，每根张紧式系泊缆索与吸力锚之间连接有粘滞阻尼器；张力筋腱顶端连于浮体基础纵向中心线的前方，使风机基础保持前倾的姿态。本发明结构简单，安装简便，有效地提高了风机的发电效率，增加了整个系统的稳定性。

Description

一种前倾式浮式风机系泊系统

技术领域

本发明涉及一种浮式风机基础系泊系统，属于海洋浮式风力发电机领域。

背景技术

随着石油、天然气等不可再生能源的日渐枯竭和“温室效应”的逐渐加剧，“绿色可再生能源”越来越受世界各国的重视。风能作为“绿色可再生能源”的典型代表，在这几年发展的尤为迅速。与陆地相比，海上的风力资源更为丰富，且海上区域广阔，不受土地资源的限制，因此海上风力发电技术是研究和应用的热点。

海上风机按照作业水深的不同，可分为固定式风机(水深50m以下)和浮式风机(水深50m-200m)。固定式风机安装在离岸边较近的近海潜水区，这些地方往往受到使用限制，如和渔业区和旅游区发生冲突，而且近海风力资源有限，不能满足大功率风机发展的趋势。海上风机已由近海区域向能提供优质风的深海区域发展，目前，针对深海作业的浮式风机主要有张力腿结构(系泊系统为张力腿系泊系统)、半潜式结构(系泊系统悬链线系泊系统)为和Spar(系泊系统悬链线系泊系统)结构。无论采用哪种浮式风机，都需要系泊系统将风机系泊在海面上，并吸收作用在风机上的环境载荷。处于深海中的浮式风机不仅要承受常规的浪载荷和流载荷外，由于其高耸的风机结构，还要承受强风引起的巨大风载荷和倾覆力矩，如何更好地吸收这些环境载荷，让风机处于一个较为平稳的工作状态并提高发电效率是研究的重中之重。然而，就现有的风机系统而言，都未能很好地解决上述问题。首先，浮式风机基础的湿表面积不大，能提供的阻尼有限；再次，安装在风机基础上的系泊系统提供的回复力和阻尼不足，使得顶端的风机基础出现大范围的运动，这些运动严重威胁到整个风机系统的安全，其中向背风面方向进行的纵摇运动大大降低了风机的发电效率。

发明内容

发明目的：为解决上述问题，本发明提供了一种浮式风机基础系泊系统，具有运动性能好，发电效率突出，使用寿命长。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种前倾式浮式风机系泊系统，由风机系统和系泊系统组成；所述风机系统包括具有倾角的浮体基础和安装在所述浮体基础上的风机基础；所述系泊系统包括系泊缆索和张力筋腱，且所述系泊缆索和张力筋腱的一端都与固定在海底的吸力锚相连；在所述浮体基础的外围安装纵摇板，且所述纵摇板设于水面以下；所述张力筋腱的另一端所述浮体基础纵向中心相连，所述系泊缆索至少包括四根，并对称安装与所述浮体基础的四周，在所述系泊缆索与吸力锚之间安装有粘滞阻尼器。

进一步的限定技术方案；前述的前倾式浮式风机系泊系统，所述浮体基础由至少一个柱形体或方形体构成，且所述浮体基础的前倾角在5°～30°之间。

前述的前倾式浮式风机系泊系统，所述粘滞阻尼器的安装在距离所述吸力锚5m～20m绳长处：所述粘滞阻尼器为调谐质量阻尼器、液压阻尼器或磁流变阻尼器。粘滞阻尼器的存在，补偿了系泊阻尼不足，由于阻尼器的参数可选择，由阻尼器产生的阻尼是非常可观的，与传统的系泊缆索相比，该系泊缆索能吸收更多的作用于风机上的环境载荷，减小顶端风机系统的大幅运动，延长了风机的使用寿命并提高了发电效率。

前述的前倾式浮式风机系泊系统，所述纵摇板安装于风机基础的被风面的浮体基础上，所述纵摇板为实心或开孔薄板，所述薄板形状为圆形、椭圆形或方形，由于纵摇板的存在，扩大了风机浮体基础的湿表面积，使浮体基础的阻尼增大，抑制了风机系统向纵摇角度的发生，提供高风机的发电效率。

进一步的，前述的前倾式浮式风机系泊系统，所述张力筋腱的长度小于水深。张力筋腱布置在浮体基础纵向中心线的前方，在张力筋腱的预张力的作用下，风机系统保持前倾的姿态，这在很大程度上避免了背风面纵摇运动的发生，提高了风机的发电效率。同时，张力筋腱提供静力较大的垂向刚度，很好地限制了风机基础在垂向面内的运动(垂荡、横摇和纵摇)，使风机基础更加平稳。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、通过在张紧式系泊缆索上增加粘滞阻尼器，增加了系泊缆索的阻尼，有效地吸收了作用于风机上的环境载荷，降低了浮式风机的运动响应和振动幅值，保证风机作业的安全性，并延长了风机系统的使用寿命；2、连接在浮体基础下的张力筋腱增加了系泊系统的垂向刚度，进一步减小了风机在垂向面内的运动，使得风机运行更为平稳；3、在张力筋腱和纵摇板的联合作用下，风机基础在背风面的纵摇运动被抑制，增加了风机的发电效率；4、系泊系统选用了加有阻尼器的张紧式系泊缆索和张力筋腱，增加了系泊阻尼，能吸收更多的作用于风机上的环境载荷，减小顶端风机系统的大幅运动，延长了风机的使用寿命；5、系泊半径小，能更有效地利用海上安装区域。

附图说明

图1 是本发明的结构示意图。

图2 是本发明的正视图。

图3 是本发明的实施例的结构示意图。

图中：1.风机基础，2.纵摇板，3.浮体基础，4.张紧式系泊缆索，5.吸力锚，6.张力筋腱，7.磁流变阻尼器，8.海底，9.水面，10.电线。

具体实施方式

本实施例提供的一种前倾式浮式风机系泊系统，结构如图1至图3所示，整个系统由风机系统和系泊系统组成。风机系统包括有风机基础1、浮体基础3以及在浮体基础3的外围加设的纵摇板2；系泊系统包括有张紧式系泊缆索4和张力筋腱6，两者都通过吸力锚5与海底8相连。每根张紧式系泊缆索4与吸力锚5之间连接有磁流变阻尼器7，张力筋腱6顶端连于浮体基础3纵向中心线的前方。磁流变阻尼器7的顶端都有电线10相连，电线10沿着张紧式系泊缆索4向上延伸，穿过浮体基础与位于风机基础立柱中的控制系统相连接。

其中电线10用防水胶布或其他防水材料与张紧式系泊缆索4包裹在一起，浮式基础3上开有四个小孔用于接收电线10，电线10穿过浮式基础3一直延伸到风机基础1的立柱内，电线4的末端设置有控制系统(图中未绘出），控制系统根据风机运动的情况计算出最优阻尼力并通过改变输往磁流变阻尼器7的电流使控制磁流变阻尼器7输出阻尼力，磁流变阻尼器7输出的阻尼力反馈到张紧式系泊缆索4上，吸收作用在风机系统1上的环境载荷。在张力筋腱6预张力的作用下，风机系统保持前倾的姿态，与此同时由于纵摇板2的存在，扩大了风机浮体基础3的湿表面积，这两者都抑制了风机背风面纵摇运动的发生，提高了风机的发电效率。张力筋腱6提供的垂向刚度则进一步限制了风机在垂直面内的运动。而采用的张紧式系泊缆索4系泊半径小，且与悬链线系泊缆索相比，造价更低。

综上所述，本发明具有浮式风机运动响应小、使用寿命长、发电效率高、占用海域面积小，经济性突出等优点。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种前倾式浮式风机系泊系统，由风机系统和系泊系统组成；所述风机系统包括具有倾角的浮体基础(3)和安装在所述浮体基础（3）上的风机基础(1)；所述系泊系统包括系泊缆索(4)和张力筋腱(6)，且所述系泊缆索(4)和张力筋腱(6)的一端都与固定在海底的吸力锚(5)相连；其特征在于：在所述浮体基础（3）的外围安装纵摇板(2)，且所述纵摇板(2)设于水面以下；所述张力筋腱(6)的另一端与所述浮体基础(3)纵向中心相连，所述系泊缆索(4) 至少包括四根，并对称安装于所述浮体基础（3）的四周，在所述系泊缆索(4)与吸力锚(5)之间安装有粘滞阻尼器(7)；所述纵摇板(2)安装于风机基础(3)的背风面的浮体基础（3）上。

2.如权利要求1所述的前倾式浮式风机系泊系统，其特征在于：所述浮体基础(3)由至少一个柱形体或方形体构成，且所述浮体基础(3)的前倾角在5°～30°之间。

3.如权利要求1所述的前倾式浮式风机系泊系统，其特征在于：所述粘滞阻尼器(7)安装在距离所述吸力锚(5)5m～20m绳长处：所述粘滞阻尼器(7)为调谐质量阻尼器、液压阻尼器或磁流变阻尼器。

4.如权利要求1所述的前倾式浮式风机系泊系统，其特征在于：所述纵摇板(2)为实心或开孔薄板，所述薄板形状为圆形、椭圆形或方形。

5.如权利要求1所述的前倾式浮式风机系泊系统，其特征在于：所述张力筋腱(6)的长度小于水深。