CN107200101A - 一种浮式气垫支撑平台 - Google Patents

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郭志群
郝洪彬
马庆位
张学栋
廖康平
郑兴
张宁波
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    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
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Abstract

本发明提供一种浮式气垫支撑平台，主要由平台主体、桁架和压载组成，平台主体包括浮力舱、气室、气室隔板、中央井和阻尼围裙，平台主体在平台上方，压载在平台下方，平台主体和压载中间用桁架链接，水线在平台主体内部。浮力舱提供系统所需的浮力，通过浮力舱增加了水线面面积；气室隔板把气室分割成多个独立的单元，通过气室隔板增加了气室的截面惯性矩；阻尼围裙增加了平台的粘性阻尼；压载布置在下方可以降低系统的重心，而且还可以充当垂荡板，减小了系统的垂荡响应。本平台依托驳船型支撑平台，结构形式简单、建造方便且成本较低，通过引入气垫的设计，解决了普通驳船型浮式结构在波浪作用下运动响应较大的问题。

Description

一种浮式气垫支撑平台
技术领域
本发明涉及一种浮式气垫支撑平台，属于海洋工程领域。
背景技术
风能发电技术历史悠久，最初人类通过将风机固定在陆地上来获取风能。近几十年以来，陆上风资源已成为增长最快的绿色能源之一。据2013风电统计数据称，在2009年至2013年间，全球风电增长了约200GW。风电能源发展之快，主要体现在风机数量增多，风机单机容量扩大以及大型风电场的建设等方面。然而，在陆上风电蓬勃发展之时，我们同样意识到，在大型风电场运行所带来的视觉污染和噪声污染，陆上风资源不稳定以及陆上空间有限等因素的影响下，风资源的进一步开发利用势必受到很大的限制。
风能作为一种清洁无污染、可持续利用的可再生能源，已得到广泛研究与利用，近年来，我国风力发电工业水平迅速发展，据统计，2016年1-7月，中国风力发电量占总发电量的3.65％，成为继火电、水电之后的第三大电力资源。
与陆上风能相比，海上风能储量丰富，风速高，年平均利用小时长，对人类生活影响小，且靠近沿海用电集中区。随着海上风电技术的日益成熟，风电产业向海上发展已成为必然趋势。目前海上风电开发主要集中在浅海，采用固定式支撑平台，而随着水深的增加，风速更大、风切变更小，因此未来海上风电的开发必然走向更深的海域。
随着海上风能的开发逐渐走向更深海域，风机的支撑平台将会由固定式转向浮式，浮式支撑平台很重要的特点之一是能在岸边或厂内把整体风机装配好，然后拖航到风场，从而可大大减少安装时间和费用。驳船型浮式支撑平台就是一个较好的形式，其吃水较浅，可在较浅水深拖航(由此更便于安装和维修)，而且其结构形式简单，建造方便，适于用水泥建造，耐腐蚀，成本更低。
然而，驳船型浮式支撑平台的耐波性较差，在风浪联合环境中会产生较大的六自由度运动，会对风机气动性能和结构的疲劳寿命产生不利影响。本发明依托驳船型浮式支撑平台，目的在于提出一种耐波性较好的浮式支撑平台，克服驳船型浮式支撑平台在风浪作用下运动较大的问题。
发明内容
本发明提供一种浮式气垫支撑平台，在支撑平台和自由液面之间设置封闭气室，形成一层空气弹簧垫，在支撑平台运动时起到缓冲作用，可以有效降低支撑平台在波浪作用下的运动响应，提高支撑平台的耐波性。通过使用隔板把气室分隔成多个独立的单元，增加了气室的截面惯性矩，提高系统的稳性；压载设计成扁平状，布置在底部，不但可以降低系统重心，提高稳性，而且还起到垂荡板的作用，既增加了系统垂荡运动的附连水质量，又降低了垂荡运动响应。本发明依托驳船型支撑平台，通过加入气垫的设计，有效解决了驳船型浮式支撑平台在风浪作用下运动较大的问题。
本发明的目的是这样实现的：
当支撑平台垂荡向上运动时，气室内气体受到拉伸作用，体积变大，压强减小，内外压力差致使支撑平台获得向下的恢复力，阻止其运动；同理，当支撑平台垂荡下下运动时，气室内气体受到压缩作用，支撑平台也会获得向上的恢复力，阻止其运动；另外，布置在底部的扁平压载也可以增加支撑平台的垂荡阻尼，减小垂荡运动。当支撑平台横摇或纵摇运动时，轴线一侧的气室受到压缩作用，产生向上的恢复力，另一侧的气室受到拉伸作用，产生向下的恢复力，两侧恢复力作用的力矩方向相同，都是阻止支撑平台横摇或纵摇的回复力矩。
一种浮式气垫支撑平台，由平台主体1、桁架3和压载4组成，所述的平台主体1在平台上方，压载4在平台下方，平台主体1和压载4之间用桁架链接，水线在平台主体1内部。
所述的一种浮式气垫支撑平台，平台主体1从外到内依次为浮力舱6、气室7和中央井5，气室7用隔板分隔成多个独立单元，平台主体1底部设置有阻尼围裙2。
所述的一种浮式气垫支撑平台，气室7与外部不连通，气室内自由液面8和平台外部自由液面是相互独立的。
所述的一种浮式气垫支撑平台，压载4设计成扁平状，布置在整体装置的底部。
所述的一种浮式气垫支撑平台，中央井5与外部连通，气室内自由液面8与外部自由液面高度一致，而且中央井5不是必须的，即可以把中央井5缩小，或者没有。
所述的一种浮式气垫支撑平台，浮力舱6不是必须部件，通过调节气室7)内的气体压强同样可以获得系统所需要的浮力。
与现有的浮式支撑平台相比，本发明汲取了驳船型浮式支撑平台结构简单、便于建造的优点，同时又克服了先有的浮式支撑平台在风浪作用下运动较大的问题，具有很好的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2是本发明的剖面图。
图3是本发明中的平台主体示意图。
图4是本发明中的平台主体仰视图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1-4，介绍装置各结构及作用，本发明主要由平台主体1、桁架3和压载4组成，平台主体1包括浮力舱6、气室7、气室隔板9、中央井5和阻尼围裙2，气室内自由液面8。浮力舱6有两方面作用，一方面提供系统所需的浮力，另一方面增加支撑平台的水线面面积，增加稳性；气室7用于储存空气形成气垫，与外界空气不连通，充当缓冲弹簧，减小系统的运动响应；气室隔板9把气室7分割成多个相互独立的单元，增加了气室7的截面惯性矩和破舱稳性；中央井5提高了气室7的有效利用率，增加了结构强度；阻尼围裙2用于增加平台的粘性阻尼和垂荡阻尼，减小运动响应；桁架3用于连接平台主体1和压载4，降低了流体的拖曳载荷，减小水流作用下的水平运动；压载4设计成扁平结构布置在装置底部，一是为了降低系统重心，增加稳性，二是可以充当垂荡板，增加垂荡阻尼，减小运动响应。
如图2所示，结构从上到下依次为平台主体1、桁架3和压载4，都竖直布置，平台主体1和压载4中间用桁架固定连接，水线在平台主体内部。平台主体1从外到内依次为浮力舱6、气室7和中央井5，阻尼围裙2在浮力舱6底部外侧，气室7用隔板分割成多个独立的单元，不与外界空气连通，内部液面高度与外部液面高度之间的高度，既可以一样高也可以不等高，中央井5与外部空气连通。
本发明的工作过程如下：
在波浪的作用下，支撑平台发生六自由度运动，垂荡运动时，气室7内气体受到拉伸或压缩作用，内外的压力差致使支撑平台获得的阻止其运动的恢复力；横摇或纵摇运动时，轴线两侧的气室7一侧受到压缩作用，另一侧受到拉伸作用，两侧产生的恢复力力矩方向相同，都是阻止支撑平台运动的回复力矩。当支撑平台垂荡、横摇和纵摇运动时，气室7内气体产生了阻止支撑平台运动的恢复力，从而减小支撑平台的运动响应。

Claims (6)

1.一种浮式气垫支撑平台，由平台主体(1)、桁架(3)和压载(4)组成，其特征在于：所述的平台主体(1)在平台上方，压载(4)在平台下方，平台主体(1)和压载(4)之间用桁架链接，水线在平台主体(1)内部。
2.根据权利要求1所述的一种浮式气垫支撑平台，其特征在于：平台主体(1)从外到内依次为浮力舱(6)、气室(7)和中央井(5)，气室(7)用隔板分隔成多个独立单元，平台主体(1)底部设置有阻尼围裙(2)。
3.根据权利要求1所述的一种浮式气垫支撑平台，其特征在于：气室(7)与外部不连通，气室内自由液面(8)和平台外部自由液面是相互独立的。
4.根据权利要求1所述的一种浮式气垫支撑平台，其特征在于：压载(4)设计成扁平状，布置在整体装置的底部。
5.根据权利要求1所述的一种浮式气垫支撑平台，其特征在于：中央井(5)与外部连通，气室内自由液面(8)与外部自由液面高度一致，而且中央井(5)不是必须的，即可以把中央井(5)缩小，或者没有。
6.根据权利要求1所述的一种浮式气垫支撑平台，其特征在于：浮力舱(6)不是必须部件，通过调节气室(7)内的气体压强同样可以获得系统所需要的浮力。
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