CN108284923A - 一种半潜-Spar混合式海上风电浮式基础 - Google Patents

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吕鑫鑫
韩袁昭
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Abstract

本发明涉及一种半潜‑Spar混合式海上风电浮式基础，包括上部浮力舱(1)、主动压载舱(2)、底部压载舱(3)和锚泊系统(6)，主动压载舱(2)位于上部浮力舱(1)的下方并与其固定连接，其特征在于，在底部压载舱(3)与主动压载舱(2)之间设置有两个以上的垂荡板(5)，在底部压载舱(3)周边分布有三个以上的浮筒(4)，主动压载舱(2)、底部压载舱(3)、浮筒(4)和垂荡板(5)之间通过桁架来连接。

Description

一种半潜-Spar混合式海上风电浮式基础
技术领域
本发明属于海上新能源技术领域，是一种海上风电浮式基础结构。
背景技术
相对于陆地，海上风能的资源相当富裕。其中浅海多采用固定式基础形式，目前应用较多的是单桩式和重力式基础，而在水深大约50到200米的深海海域，需要采用浮式基础。海上风电是我国新能源战略的重要一环，在实施节能减排规划以及发展战略性新兴产业中发挥着重要作用，因此发展海上风电技术，研究开发成本低、更安全的新型风电浮式基础结构对于保证我国社会、经济健康持续发展，具有重要战略意义。
发明内容
本发明的目的在于设计一种新型半潜-Spar混合式海上风电浮式基础，该基础质量相对较轻，从而在工程上其安装成本较低，经济性较好。本发明的浮式基础应用于水深150米左右的5MW水平轴风机，基础的运动响应良好从而保证海上风机在额定海况下能够正常工作，且能够承受极端海况。技术方案如下：
一种半潜-Spar混合式海上风电浮式基础，包括上部浮力舱(1)、主动压载舱(2)、底部压载舱(3)和锚泊系统(6)，主动压载舱(2)位于上部浮力舱(1)的下方并与其固定连接，其特征在于，在底部压载舱(3)与主动压载舱(2)之间设置有两个以上的垂荡板(5)，在底部压载舱(3)周边分布有三个以上的浮筒(4)，主动压载舱(2)、底部压载舱(3)、浮筒(4)和垂荡板(5)之间通过桁架来连接。
本发明的突出优点和有益效果是：
1、本发明降低了海上风机的吃水，进而扩大了海上风电浮式基础的使用范围。目前浮式基础多用于200米水深，而本浮式基础可以应用于150米左右的水深。
2、上部浮力舱和主动压载舱为圆柱体结构，吃水部位的水线面面积较小，降低了结构受到的波浪力，结构的强度相对提高。此外该基础质量相对较轻，从而在工程上其安装成本较低，经济性较好。
3、主动压载舱、底部压载舱、浮筒和垂荡板通过桁架来连接，桁架结构能减轻基础的重量，且能保持整体的强度。底部和中部垂荡板的设置增大了垂荡方向的阻尼，从而减小了垂荡上的运动响应。
综上所述，本发明的质量较轻，从而在工程上其安装成本较低，经济性较好。且运动性能较好从而能够在额定海况下正常工作，且能够承受极端海况保证安全性。可以安装在150米左右的水域，作为5MW水平轴风机的浮式基础。
附图说明
图1为本发明半潜-Spar混合式基础的结构示意图；
图2为本发明半潜-Spar混合式基础正面示意图；
图3为本发明半潜-Spar混合式基础俯视示意图；
图4到图6分为纵荡、垂荡、纵摇响应曲线图；
图中：1、上部浮力舱，2、主动压载舱，3、底部压载舱，4、浮筒，5、垂荡板，6、
锚泊系统，
具体实施方式
为了进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，配合附图详细说明如下：
如图1所示，本发明为适应于水深150米左右的新型半潜-Spar混合式基础海上风电浮式基础，包括上部浮力舱1、在上部浮力舱1下面的主动压载舱2、位于中部的两个垂荡板5、位于下部的底部压载舱3和浮筒4及垂荡板5和锚泊系统6，其中主动压载舱2、底部压载舱3、浮筒4和垂荡板5通过桁架来连接。
上部浮力舱1、主动压载舱2、底部压载舱3、浮筒4和垂荡板5均为圆柱体结构。
系泊系统7采用悬链线式锚链，锚链的导缆孔设置在浮筒下垂荡板的底部的中心，锚链底部与海底连接。
考虑到海上风机的塔柱很高且叶片长度很大，整个上部的重心在水面以上70-80m，且运行过程种受到较大的风载荷。为使风机正常发电，本发明在设计的过程中，必须保证基础在风浪流环境中的稳性和极端海况下的安全性。从而在设置底部压载舱和三个浮筒，使基础重心低于浮心，增大基础的初稳性高。
由于水深为150m，需要设置上部浮力舱来提高整体浮心位置从而减小整体吃水。上部浮力舱和主动压载舱均采用圆柱体，吃水部位水线面面积较小，从而降低了结构受到的波浪力，结构的强度相对提高。桁架结构能减轻整个基础的重量，同时保证结构整体的强度。
在中部和浮筒底部设置垂荡板，增加垂荡方向的附加质量和阻尼，从而减小垂荡响应。同时增加整体结构的横摇阻尼和纵摇阻尼，减小了基础横摇和纵摇方向的运动响应。此外，锚泊系统采用三根夹角为120°的悬链线形式锚链，提供回复力来控制基础在横荡和纵荡的运动，而导缆孔设置在浮筒下垂荡板的底部的中心，锚链底部与海底连接。
本发明用于为海上大型风机提供浮式基础，可保证风机在正常工作状况下的稳性，基础不同自由度的运动性能较好从而能够在额定海况下正常工作，且能够承受极端海况保证安全性。在具体实施过程中，首先需要把基础拖航至预定地点，再用系泊系统进行定位，最后安装浮式基础及上部风机。

Claims (1)

1.一种半潜-Spar混合式海上风电浮式基础，包括上部浮力舱(1)、主动压载舱(2)、底部压载舱(3)和锚泊系统(6)，主动压载舱(2)位于上部浮力舱(1)的下方并与其固定连接，其特征在于，在底部压载舱(3)与主动压载舱(2)之间设置有两个以上的垂荡板(5)，在底部压载舱(3)周边分布有三个以上的浮筒(4)，主动压载舱(2)、底部压载舱(3)、浮筒(4)和垂荡板(5)之间通过桁架来连接。
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