CN107675723A - 张力腿式海上风力发电机基础 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种张力腿式海上风力发电机基础，包括：压载舱部；浮舱部，设置于压载舱部的顶部；至少三个水平设置的延伸腿，均与浮舱部的顶部连接，且沿着浮舱部的外侧面的周向均匀设置；至少三个竖直设置的张力筋，张力筋与延伸腿一一对应，每个张力筋的顶端与相应的延伸腿的远离浮舱部的一端连接，每个张力筋的底端固定于海床上。本发明将所有的延伸腿与浮舱部的顶部连接，则所有的延伸腿处于张力腿式海上风力发电机基础的顶部，与现有张力腿式基础中延伸腿所设置的位置相比，本发明的延伸腿的设置位置能够使张力筋的长度得以增长，有助于优化结构运动的性能。

Description

张力腿式海上风力发电机基础

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，特别是涉及一种张力腿式海上风力发电机基础。

背景技术

随着海上风力发电的不断发展，各种传统的固定式海上风机已难以满足深海风能开发的要求，并且固定式海上风机的工程造价随着水深增加而大幅度增加；在深海环境条件下，采用漂浮式海上风机基础及其锚泊系统的安装成本相对低廉，更加具有市场前景。目前国际上主流的漂浮式风机基础有单筒式基础、张力腿式基础和半潜式基础。张力腿式基础是垂直系泊的顺应式浮式平台。现有的张力腿式基础布置的延伸腿一般位于整体结构的底部，该张力腿式基础应用于海上风力发电机时，张力筋受到水深限制，张力筋长度短，张力腿式基础的纵荡和横荡的周期较小，易与海浪能量集中波浪周期重合，张力腿式基础的运动性能受到很大影响，张力腿式基础的良好的运动性能将会受到抑制。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种张力腿式海上风力发电机基础，用于解决现有技术中存在的上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种张力腿式海上风力发电机基础，包括：压载舱部；浮舱部，设置于所述压载舱部的顶部；至少三个水平设置的延伸腿，均与所述浮舱部的顶部连接，且沿着所述浮舱部的外侧面的周向均匀设置；至少三个竖直设置的张力筋，所述张力筋与所述延伸腿一一对应，每个所述张力筋的顶端与相应的所述延伸腿的远离所述浮舱部的一端连接，每个所述张力筋的底端固定于海床上。

优选地，所述压载舱部包括由上到下依次设置的可调压载舱和固定压载舱，所述浮舱部设置于所述可调压载舱的顶部。

进一步地，所述可调压载舱的内部沿着水平方向被分割为两个相互独立的调整舱室，两个所述调整舱室上均安装有导流装置，每个所述导流装置控制水流进出相应的所述调整舱室。

更进一步地，所述的张力腿式海上风力发电机基础，还包括：与所述导流装置连接的控制器，每个所述延伸腿上安装有张力检测器，每个张力筋的侧壁上安装有应变片，所述应变片与所述张力检测器一一对应，所述应变片与相应的所述张力检测器连接，所有的所述张力检测器与所述控制器连接。

优选地，所述延伸腿为中空结构；在所述延伸腿的内部设置有多个肋板。

优选地，所述浮舱部包括由上到下依次设置的浮舱本体和支撑舱，所述支撑舱内部设有多个竖直设置的分割件；所有的所述分割件交错设置，使所述支撑舱的内部形成蜂窝状结构。

进一步地，所述浮舱本体包括由上到下依次连接的圆柱部和圆台部，所述圆柱部和所述圆台部通过向内凹陷的圆弧部连接。

进一步地，所述浮舱本体的横截面的尺寸与所述可调压载舱的横截面的尺寸相应。

优选地，所述的张力腿式海上风力发电机基础，还包括电力输送管，所述电力输送管依次穿过所述压载舱部和所述浮舱部，所述电力输送管与海上风力发电机连接。

优选地，所述浮舱部的顶部设有用于连接海上风力发电机的风机连接部。

如上所述，本发明的张力腿式海上风力发电机基础，具有以下有益效果：

1)本发明将所有的延伸腿与浮舱部的顶部连接，则所有的延伸腿处于张力腿式海上风力发电机基础的顶部，与现有张力腿式基础中延伸腿所设置的位置相比，本发明的延伸腿的设置位置能够使张力筋的长度得以增长，有助于优化结构运动的性能；

2)本发明的张力检测器用于检测张力筋的张力，控制器根据所接收到的张力筋的张力，控制导流装置对调整舱室中的水量，以优化结构运动的性能。

附图说明

图1显示为本发明的张力腿式海上风力发电机基础的结构示意图。

图2显示为A-A向的剖面结构示意图。

图3显示为本发明的张力腿式海上风力发电机基础的延伸腿内部的结构示意图。

图4显示为本发明的张力腿式海上风力发电机基础的可调压载舱的结构示意图。

图5显示为本发明的张力腿式海上风力发电机基础在控制器控制下的原理图。

附图标号说明

100 压载舱部

110 可调压载舱

111 调整舱室

112 导流装置

120 固定压载舱

200 浮舱部

210 浮舱本体

211 圆柱部

212 圆台部

213 圆弧部

220 支撑舱

221 分割件

300 延伸腿

310 肋板

400 张力筋

500 控制器

600 张力检测器

700 电力输送管

800 风机连接部

900 锚固基础

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图5所示，本实施例的张力腿式海上风力发电机基础，包括：

压载舱部100；

浮舱部200，设置于压载舱部100的顶部；

至少三个水平设置的延伸腿300，均与浮舱部200的顶部连接，且沿着浮舱部200的外侧面的周向均匀设置；

至少三个竖直设置的张力筋400，张力筋400与延伸腿300一一对应，每个张力筋400的顶端与相应的延伸腿300的远离浮舱部200的一端连接，每个张力筋400的底端固定于海床上。每个张力筋400的底端通过锚固基础900固定于海床上。

延伸腿300的设置能够降低由于纵摇力矩产生的极限张力，减小张力腿式海上风力发电机基础尺寸。每个延伸腿300的中轴线与所连接的张力筋400的中轴线垂直。

由于张力腿式海上风力发电机基础工作时，张力腿式海上风力发电机基础的纵荡周期和横荡周期与张力筋400长度开方成正比。所以，对于深水区水深下限较浅海域，现有的张力腿式基础受到水深限制，其张力筋400无法设置得很长，一般张力筋400都较短，这就使得张力腿式海上风力发电机基础的纵荡和横荡较小，易与海浪能量集中波浪周期重合，基础运动性能受到很大影响。

本发明的延伸腿300与浮舱部200的顶部连接，与现有的张力腿式基础相比，本发明的结构是将延伸腿300上移了；张力腿式海上风力发电机基础通常应用于深水区水深下限较浅海域，本发明的结构与现有结构相比，能够大幅增加张力筋400的长度，有助于增加基础纵荡、横荡自由度上的运动周期，并减小张力筋400的切应力。

压载舱部100包括由上到下依次设置的可调压载舱110和固定压载舱120，浮舱部200设置于可调压载舱110的顶部。固定压载舱120的重量是固定的，可调压载舱110的重量能够根据实际需要进行调整。可调压载舱110和固定压载舱120均采用钢材制成。可调压载舱110中采用混凝土浇筑填充。

可调压载舱110的内部沿着水平方向被分割为两个相互独立的调整舱室111，两个调整舱室111上均安装有导流装置112，每个导流装置112控制水流进出相应的调整舱室111。每个导流装置112用于控制水流进出相应的调整舱室111，使得调整舱室111与外界海水的流通，用以小幅调整张力腿式海上风力发电机基础压载重量及重心。将可调压载舱110分割是采用钢格板。每个调整舱室111上设有供水流通过的开口，开口与导流装置112连接。开口的数量为多个，且均布于调整舱室111上，以便于快速均匀地进水或者排水。

的张力腿式海上风力发电机基础，还包括：与导流装置112连接的控制器500，每个延伸腿300上安装有张力检测器600，每个张力筋400的侧壁上安装有应变片，应变片与张力检测器600一一对应，应变片与相应的张力检测器600连接，所有的张力检测器600与控制器500连接。

应变片感应张力筋400的受力变化，张力筋400监测器通过贴附于张力筋400的侧壁壁上的应变片，实现对张力筋400受力情况的监控，控制器500根据张力筋400监测器发出的张力筋400的张力，控制导流装置112对调整舱室111中的水量，实现了通过对张力筋400受力的实时监控，完成张力腿式海上风力发电机基础压载的实时调整。每个张力筋400监测器处于每个延伸腿300与相应张力筋400的连接处。

延伸腿300为中空结构；在延伸腿300的内部设置有多个肋板310，肋板310与延伸腿300的内壁连接，肋板310与延伸腿300的中轴线相交。

张力筋400采用空心圆柱钢管，该结构有助于增加张力腿式海上风力发电机基础的水平自由度上的刚度。

浮舱部200包括由上到下依次设置的浮舱本体210和支撑舱220，支撑舱220内部设有多个竖直设置的分割件221；所有的分割件221交错设置，使支撑舱220的内部形成蜂窝状结构。蜂窝状结构的支撑舱220实现了是对浮舱本体210的支撑加强结构，有助于抵御深水压力。

浮舱本体210包括由上到下依次连接的圆柱部211和圆台部212，圆柱部211和圆台部212通过向内凹陷的圆弧部213连接。圆弧部213的设置有助于减小由潮汐运动引起的波浪变化。

浮舱部200的顶部设有用于连接海上风力发电机的风机连接部800。浮舱部200的圆柱部211设置的高度，要能够达到使本张力腿式海上风力发电机基础的上部通过风机连接部800连接的电气设备不会被水溅到。

浮舱本体210的横截面的尺寸与可调压载舱110的横截面的尺寸相应。该结构便于连接和制造。

张力腿式海上风力发电机基础，还包括电力输送管700，电力输送管700依次穿过压载舱部100和浮舱部200，电力输送管700与海上风力发电机连接。

固定压载舱120的内部预留供电力输送管700穿过的通孔，电力输送管700中用以放置电缆。通孔贯通至固定压载舱120的底面，通孔的底部与电力输送管700之间设有密封装置，以隔离可调压载舱110内部的水和外部的海水。

本发明的张力腿式海上风力发电机基础在使用时，当张力腿式海上风力发电机基础受到环境荷载作用突变，导致张力腿式海上风力发电机基础的张力筋400受力有明显改变时，张力筋400监测器能够及时感知，并通过控制器500控制与导流装置112，使得可调压载舱110中的水量得以调整，即实现了张力腿式海上风力发电机基础的压载调节，达到了优化结构受力的效果。

综上，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种张力腿式海上风力发电机基础，其特征在于，包括：

压载舱部(100)；

浮舱部(200)，设置于所述压载舱部(100)的顶部；

至少三个水平设置的延伸腿(300)，均与所述浮舱部(200)的顶部连接，且沿着所述浮舱部(200)的外侧面的周向均匀设置；

至少三个竖直设置的张力筋(400)，所述张力筋(400)与所述延伸腿(300)一一对应，每个所述张力筋(400)的顶端与相应的所述延伸腿(300)的远离所述浮舱部(200)的一端连接，每个所述张力筋(400)的底端固定于海床上。

2.根据权利要求1所述的张力腿式海上风力发电机基础，其特征在于：所述压载舱部(100)包括由上到下依次设置的可调压载舱(110)和固定压载舱(120)，所述浮舱部(200)设置于所述可调压载舱(110)的顶部。

3.根据权利要求2所述的张力腿式海上风力发电机基础，其特征在于：所述可调压载舱(110)的内部沿着水平方向被分割为两个相互独立的调整舱室(111)，两个所述调整舱室(111)上均安装有导流装置(112)，每个所述导流装置(112)控制水流进出相应的所述调整舱室(111)。

4.根据权利要求3所述的张力腿式海上风力发电机基础，其特征在于：还包括：与所述导流装置(112)连接的控制器(500)，每个所述延伸腿(300)上安装有张力检测器(600)，每个张力筋(400)的侧壁上安装有应变片，所述应变片与所述张力检测器(600)一一对应，所述应变片与相应的所述张力检测器(600)连接，所有的所述张力检测器(600)与所述控制器(500)连接。

5.根据权利要求1或4所述的张力腿式海上风力发电机基础，其特征在于：所述延伸腿(300)为中空结构；在所述延伸腿(300)的内部设置有多个肋板(310)。

6.根据权利要求1所述的张力腿式海上风力发电机基础，其特征在于：所述浮舱部(200)包括由上到下依次设置的浮舱本体(210)和支撑舱(220)，所述支撑舱(220)内部设有多个竖直设置的分割件(221)；所有的所述分割件(221)交错设置，使所述支撑舱(220)的内部形成蜂窝状结构。

7.根据权利要求6所述的张力腿式海上风力发电机基础，其特征在于：所述浮舱本体(210)包括由上到下依次连接的圆柱部(211)和圆台部(212)，所述圆柱部(211)和所述圆台部(212)通过向内凹陷的圆弧部(213)连接。

8.根据权利要求6所述的张力腿式海上风力发电机基础，其特征在于：所述浮舱本体(210)的横截面的尺寸与所述可调压载舱(110)的横截面的尺寸相应。

9.根据权利要求1所述的张力腿式海上风力发电机基础，其特征在于：还包括电力输送管(700)，所述电力输送管(700)依次穿过所述压载舱部(100)和所述浮舱部(200)，所述电力输送管(700)与海上风力发电机连接。

10.根据权利要求1所述的张力腿式海上风力发电机基础，其特征在于：所述浮舱部(200)的顶部设有用于连接海上风力发电机的风机连接部(800)。