CN108119315A - 一种提高结构稳定性的浮式风机基础 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高结构稳定性的浮式风机基础，包含浮置板、中柱、钢支撑、三个减震浮筒和减震摆；中柱位于三个减震浮筒组成的三角形结构的中央，中柱上方设置浮置板，浮置板上方安装风机；减震浮筒从上到下依次为设备舱、压载舱和垂荡板；设备舱用于风机发电的机械储备室，压载舱通过压载使得整个结构的浮心高于重心，垂荡板用于大幅减小结构的垂荡响应；三个减震浮筒两两之间以及每个减震浮筒和中柱之间，均通过钢支撑连接；三个减震浮筒下端共同连接一减震摆；浮式风机基础通过张紧式系泊系统和海底面连接，张紧式系泊系统由下部的锚固端和上部的锚泊线组成。该浮式风机基础能够抵抗海上复杂的循环动荷载，维持上部风机塔架的长期稳定。

Description

一种提高结构稳定性的浮式风机基础
技术领域
本发明涉及海上发电风机，尤其涉及一种提高结构稳定性的浮式风机基础。
背景技术
风能是一种无污染的清洁能源。我国海洋面积广阔，有丰富的海上风力资源，这部分风力转化为电力将会带来巨大的经济价值和良好的社会效益。然而，复杂的海洋环境导致目前的风力发电行业主要局限于近海。如果若要将能源版图向远洋发展，还需要克服诸多困难，其中就包括了如何设计出能抵抗大风大浪的风机基础。在众多的风机基础形式中，仅通过系泊系统进行定位的浮式风机能安装在更深远的海域，有巨大的发展前景，然而海上风浪干扰严重，结构动力响应较明显，浮式风机的稳定性难以保证。
发明内容
本发明的目的在于针对现有浮式风机基础的不足，提供一种提高结构稳定性的浮式风机基础，其抵抗风浪循环动荷载的效果好，能保证上部风机的稳定工作。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种提高结构稳定性的浮式风机基础，该浮式风机基础包含浮置板、中柱、钢支撑、三个减震浮筒和减震摆；其中，中柱位于三个减震浮筒组成的三角形结构的中央，中柱上方设置浮置板，浮置板上方安装风机塔架；所述减震浮筒从上到下依次为设备舱、压载舱和垂荡板；设备舱用于风机发电的机械储备室，压载舱通过压载使得整个结构的浮心高于重心，垂荡板用于大幅减小结构的垂荡响应；三个减震浮筒两两之间以及每个减震浮筒和中柱之间，均通过钢支撑连接；三个减震浮筒下端共同连接一减震摆；浮式风机基础通过张紧式系泊系统和海底面连接，张紧式系泊系统由下部的锚固端和上部的锚泊线组成。
进一步地，所述浮置板包括钢板和钢弹簧，所述钢板下表面开有若干凹槽，所述钢弹簧置于凹槽内，钢弹簧与下部的中柱连接，钢板和中柱之间存在空隙，空隙厚度根据上部风机的重量和类型确定。
进一步地，所述减震摆由三根具有一定弹性的钢纤维丝索和一个重锤组成；三根钢纤维丝索的一端分别连接三个减震浮筒，另一端共同连接重锤。
进一步地，所述钢支撑包括横支撑和斜支撑，任意两个减震浮筒之间通过上下两个平行的横支撑连接，每个减震浮筒和中柱之间，通过上下两个平行的横支撑和位于两个横支撑之间的斜支撑连接，在空间上形成为稳定的正三棱柱框架。
进一步地，所述压载舱的空余部分布置调质阻尼器，所述调质阻尼器包括弹簧、聚氨酯泡沫和钢球，吸能效果较好的聚氨酯泡沫填充在弹簧内部，呈柱状体；弹簧在钢球表面呈放射状布置，与压载舱内壁连接。
进一步地，所述垂荡板为六边形或圆形，面积大于减震浮筒的截面积。
进一步地，所述张紧式系泊系统采用分组式系泊，锚泊线采用轻质合成纤维，与海平面形成一定的角度，下端用锚固端与海底连接。
本发明的有益效果是：本发明浮置板中的钢弹簧能有效降低上部风机塔架的动荷载对下部基础的疲劳破坏，提高基础的耐久性；中柱与减震浮筒之间用钢支撑连接，形成的正三棱柱框架布置合理，能减少风浪的冲击效应；利用减震浮筒下部的垂荡板和压载舱中的调质阻尼器，改良结构的动力特性；减震摆能够有降低整体结构的重心，加大吃水深度，提高稳定性；整个浮式风机基础中包含多个稳定的三角形结构，使得其在抵抗海浪大风时，具有足够的承载强度；张紧式系泊系统占地面积小，稳定风机基础的效果好；浮置板、减震浮筒以及减震摆在空间上从上到下布置，全方位地保护了浮式风机基础的关节部位，降低垂荡、摇摆等动力响应，即使在较大的风浪侵袭下，也能保证上部风机机组能够稳定运转。
附图说明
图1是本发明的浮式风机基础结构示意图；
图2是本发明的减震浮筒的结构示意图；
图3是本发明的浮置板的结构示意图；
图4是本发明的张紧式系泊系统和减震摆的结构示意图；
其中，浮置板1、中柱2、减震浮筒4、张紧式系泊系统6、钢板7、钢弹簧8、斜支撑9、横支撑10、设备舱11、压载舱12、弹簧14、钢球15、聚氨酯泡沫16、垂荡板17、钢纤维丝索18、重锤19、锚固端20、锚泊线21。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供一种提高结构稳定性的浮式风机基础，该浮式风机基础包含浮置板1、中柱2、钢支撑、三个减震浮筒4和减震摆；其中，中柱2位于三个减震浮筒4组成的三角形结构的中央，中柱2上方设置浮置板1，浮置板1上方安装风机；所述减震浮筒4从上到下依次为设备舱11、压载舱12和垂荡板17；设备舱11用于风机发电的机械储备室，压载舱12通过压载使得整个结构的浮心高于重心，垂荡板17用于大幅减小结构的垂荡响应；三个减震浮筒4两两之间以及每个减震浮筒4和中柱2之间，均通过钢支撑连接；三个减震浮筒4下端共同连接一减震摆；浮式风机基础通过张紧式系泊系统6和海底面连接，张紧式系泊系统6由下部的锚固端20和上部的锚泊线21组成。所述垂荡板17为六边形或圆形，面积大于减震浮筒4的截面积。所述钢支撑包括横支撑9和斜支撑10，任意两个减震浮筒4之间通过上下两个平行的横支撑9连接，每个减震浮筒4和中柱2之间，通过上下两个平行的横支撑9和位于两个横支撑9之间的斜支撑10连接，在空间上形成为稳定的正三棱柱框架。
如图2所示，空间较大的压载舱12的空余部分可布置调质阻尼器，所述调质阻尼器包括弹簧14、聚氨酯泡沫16和钢球15，吸能效果较好的聚氨酯泡沫16填充在弹簧14内部，呈柱状体；弹簧14在钢球15表面呈放射状布置，与压载舱12内壁连接。
如图3所示，所述浮置板1包括钢板7和钢弹簧8，所述钢板7下表面开有若干凹槽，所述钢弹簧8置于凹槽内，钢弹簧8与下部的中柱2连接，钢板7和中柱2之间存在空隙，空隙厚度根据上部风机的重量和类型确定。
如图4所示，所述减震摆由三根具有一定弹性的钢纤维丝索18和一个重锤19组成；三根钢纤维丝索18的一端分别连接三个减震浮筒4，另一端共同连接重锤19。
如图4所示，所述张紧式系泊系统6采用分组式系泊，每个减震浮筒4连接两根锚泊线21，锚泊线21采用轻质合成纤维，与海平面形成一定的角度，下端用锚固端20与海底连接。
本发明浮式风机基础工作时，张紧式系泊系统6的锚泊线21具有一定的弹性，通过锚固端20连接着海底面，限制着海上风机的漂浮运动在一定范围内。海浪和大风袭来时，下部的减震摆由于所处的流层较为平稳而保持相对稳定，上部结构在冲击力的作用下有倾覆的趋势，重锤19会对结构向上扬起的一侧形成力矩与倾覆方向相反的力矩使得结构恢复到平稳状态，悬挂的重锤19能降低整体结构的重心，减弱上部结构在风浪下的动力响应。同时，减震浮筒4中的调质阻尼器13在整体结构摇摆不定时会发挥作用：钢球15的惯性以及弹簧14的回复力产生与主体结构相反的共振现象，在浮式风机基础整体在摇晃垂荡时，一部分的动能转化为弹簧14和聚氨酯泡沫16的形变势能，存在的阻尼能够有效的吸收这部分能量，在很短的时间内使浮式风机基础恢复稳定；内置钢弹簧8的浮置板1能够起到削弱动荷载传递的作用；风浪来临时风浪荷载已经通过浮置板1、减震浮筒4以及减震摆5的三重防护大大减弱，给上部的风机创造了平稳安全的工作环境。

Claims (7)

1.一种提高结构稳定性的浮式风机基础，其特征在于，该浮式风机基础包含浮置板(1)、中柱(2)、钢支撑、三个减震浮筒(4)和减震摆；其中，中柱(2)位于三个减震浮筒(4)组成的三角形结构的中央，中柱(2)上方设置浮置板(1)，浮置板(1)上方安装风机塔架；所述减震浮筒(4)从上到下依次为设备舱(11)、压载舱(12)和垂荡板(17)；三个减震浮筒(4)两两之间以及每个减震浮筒(4)和中柱(2)之间，均通过钢支撑连接；三个减震浮筒(4)下端共同连接一减震摆；浮式风机基础通过张紧式系泊系统(6)和海底面连接，张紧式系泊系统(6)由下部的锚固端(20)和上部的锚泊线(21)组成。
2.根据权利要求1所述的一种提高结构稳定性的浮式风机基础，其特征在于，所述浮置板(1)包括钢板(7)和钢弹簧(8)，所述钢板(7)下表面开有若干凹槽，所述钢弹簧(8)置于凹槽内，钢弹簧(8)与下部的中柱(2)连接，钢板(7)和中柱(2)之间存在空隙。
3.根据权利要求1所述的一种提高结构稳定性的浮式风机基础，其特征在于，所述减震摆由三根钢纤维丝索(18)和一个重锤(19)组成；三根钢纤维丝索(18)的一端分别连接三个减震浮筒(4)，另一端共同连接重锤(19)。
4.根据权利要求1所述的一种提高结构稳定性的浮式风机基础，其特征在于，所述钢支撑包括横支撑(9)和斜支撑(10)，任意两个减震浮筒(4)之间通过上下两个平行的横支撑(9)连接，每个减震浮筒(4)和中柱(2)之间，通过上下两个平行的横支撑(9)和位于两个横支撑(9)之间的斜支撑(10)连接，在空间上形成为稳定的正三棱柱框架。
5.根据权利要求1所述的一种提高结构稳定性的浮式风机基础，其特征在于，所述压载舱(12)的空余部分布置调质阻尼器，所述调质阻尼器包括弹簧(14)、聚氨酯泡沫(16)和钢球(15)，聚氨酯泡沫(16)填充在弹簧(14)内部，呈柱状体；弹簧(14)在钢球(15)表面呈放射状布置，与压载舱(12)内壁连接。
6.根据权利要求1所述的一种提高结构稳定性的浮式风机基础，其特征在于，所述垂荡板(17)为六边形或圆形，面积大于减震浮筒(4)的截面积。
7.根据权利要求1所述的一种提高结构稳定性的浮式风机基础，其特征在于，所述张紧式系泊系统(6)采用分组式系泊，锚泊线(21)采用轻质合成纤维，与海平面形成一定的角度，下端用锚固端(20)与海底连接。
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