CN109154280A - 一种浮动式风力涡轮机及这种浮动式风力涡轮机的安装方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种浮动式风力涡轮机，包括船体(1)、安装在船体(1)顶部的风力涡轮机(2)和通过配重物悬挂装置(18)悬挂在船体(1)下方的配重物(3)。还描述了一种安装方法。配重物(3)包括一个或多个配重浮箱(17)。当浮箱(17)的内部容积充满空气时，配重物(3)的总浮力接近或大于其重力。因此，在具有来自所述船体(1)或其他船舶的垂直方向上的适度支撑或没有支撑的情况下，它能够漂浮在拖航/维护位置。在拖航期间，船体实质上具有驳船的特征，实质上依赖于大的水线面面积和浅吃水以保持稳定性。当浮箱(17)部分或完全充满水时，配重物(3)将下沉到由配重物悬挂装置(18)确定高度的安装位置。在这个位置，配重物起到龙骨的作用，稳定基座。配重物悬挂装置(18)能够单独地或共同地将力和力矩传递到船体(1)，从而使得配重物(3)在处于其安装位置时，能够稳定船体(1)。

Description

一种浮动式风力涡轮机及这种浮动式风力涡轮机的安装方法

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的浮动式海上基座，以及该浮动式海上基座的安装和维护方法。

更具体地，本发明涉及一种浮动式风力涡轮机，其包括船体、安装在船体上部的风力涡轮机、以及借助配重物悬挂装置悬挂在船体的下部的配重物。

本发明还涉及一种浮动式风力涡轮机的安装方法，该浮动式风力涡轮机包括船体、安装在船体上部的风力涡轮机、以及借助配重物悬挂装置悬挂在船体的下部的配重物。

本发明还涉及一种浮动式风力涡轮机的维护方法，该浮动式风力涡轮机包括船体、安装在船体上部的风力涡轮机、以及借助配重物悬挂装置悬挂在船体的下部的配重物。

背景技术

传统上，在较浅水域，海上风力涡轮机安装在底部固定基座上。通常40至50米的水深被视为是这种底部固定基座的极限。

在世界上的很多地区，没有足够的水深50米或以下的合适的近海区域，将海上风力涡轮机部署到所期望的程度。这时，用于风力涡轮机的浮动基座将是必需的。

各种各样不同浮动基座理念可能用在海上风力涡轮机上。三个主要的理念为立柱浮标平台、半潜式平台和TLP(张力腿平台)。这些主要的理念每个都有其优势和局限。

压舱物结合深吃水保持立柱浮标的稳定性。这是最简单的浮动基座理念，典型地，包括简易的充气浮动管道，其通过底部的压舱物在水中保持垂直。合适规格的立柱浮标可以支撑来自大型风力涡轮机的重力和负载同时保持接近垂直的位置。典型地，系泊缆绳的作用仅仅是保持就位并且防止漂移。一些立柱浮标设计寻求由绷紧系泊缆绳实现附加的益处；这些设计尚未在实践中测试。

立柱浮标的简易性使得其天然地具有吸引力。然而，吃水在安装和运输阶段提出了重大的挑战。由于海水的运动，在海洋条件下将浮动基座上的风力涡轮机安装在其最终位置通常被认为是不可实现的，且因此，一般使用陆基起重机将浮动式风力涡轮机安装在码头区，或是使用浮式起重机安装在遮蔽水域。立柱浮标通常具有大于50米的吃水，一些设计甚至具有大于100米的吃水，这实际上阻止了使用陆基起重机在码头区安装风力涡轮机。因此，一般使用浮式起重机将风力涡轮机安装在遮蔽水域的立柱式浮动基座上，遮蔽水域例如深邃的海湾。尽管在一些国家，例如挪威，很容易找到具有足够深度以允许使用浮式起重机安装风力涡轮机的遮蔽水域，在世界上的很多地方没有这样具有足够深度的遮蔽水域。此外，即使一个地区存在这样的具有足够深度的遮蔽水域，在安装点和目标海上地点之间的运输通道上出现的山脊或浅滩，实际上往往会阻止利用这种遮蔽水域来安装风力涡轮机。这些由立柱式平台的深吃水造成的限制对立柱浮标的理念提出了巨大的问题。

关于立柱浮标浮体的涡轮机安装问题的一个解决方案是，在立柱浮标处于倾斜位置时安装涡轮机，优选为立柱浮标处于接近水平的位置。WO2010/018359公开了一种基于这种立柱浮标近水平方向的安装方法。在此，通过临时浮力装置连接至立柱浮标的底部的附件保持近水平位置。利用这种设置，可以使用陆基起重机在码头区以近水平位置安装风力涡轮机。在立柱浮标被拖航到目标海上地点之后，立柱浮标通过逐渐脱离临时浮力装置而达到其最终的垂直位置。

WO2013/048257公开了另一种基于这种近水平方向的立柱浮标的安装方法。在此，通过立柱浮标与辅助浮力装置的连接保持近水平方向，其中连接设置为具有旋转耦合装置，其允许改变立柱浮标和安装在立柱浮标上的风力涡轮机的方向。在涡轮机安装和拖航到目标地点期间，方向可以从近水平改变。在拖航立柱浮标至目标海上地点之后，立柱浮标可以通过旋转耦合件的旋转达到其最终的垂直位置。

类似在WO2010/018359和WO2013/048257中公开的方法，天然地设想能够将风力涡轮机置于接近水平的方向。然而对于大型风力涡轮机来说情况通常不是这样的。风力涡轮机上使用的设备的重要零件，例如控制器附件、变压器等等，只适合常规的垂直方向，并且此外一些结构部件会需要具有更大的尺寸以适应在其他方向不会承受的异常方向上的重力载荷。润滑剂、冷却剂以及其他液体提出了特别的问题：需要专门设计轴承、变速箱、液压装置、膨胀水箱中的密封件以允许接近水平的方向。这些因素的结果是，基于风力涡轮机近水平方向的立柱浮标安装方法通常不具有吸引力。

半潜式浮动基座获得的稳定性源于在适度吃水处的大水线面面积，结合确保重心相对低的压舱物。半潜式的理念不像立柱浮标的理念那么简单，但其具有吃水浅的优势。吃水浅允许使用陆基起重机在码头区安装涡轮机，而且其在拖航到目标地点期间几乎没有挑战。对于立柱浮标的理念，系泊缆绳的作用仅仅是维持定位且防止漂移。

半潜式理念的相对简单性使其天然地具有吸引力。然而，基于由倾斜产生的不同浮力的稳定理念，导致在涡轮机运行期间，作用在涡轮机转子上的大的侧向力产生的倾覆力矩造成相当大的倾斜角。

WO2009/131826公开了一种可以利用压舱控制系统减小涡轮机运行期间的倾斜角的装置。浮动基座配有一组泵和阀，用于重新分配组成基座的稳定主体的三个主筒之间的压舱水。通过压舱水的重新分布，作用在涡轮机转子上的大的侧向力产生的倾覆力矩可以被可移动的压舱物产生的相反方向的倾覆力矩抵消。

WO2009/131826中公开的装置有明显的缺陷。首先，通过引入主动式传感器和泵系统，引入了新的复杂度级别，本质地违背了基本原则：由于可及性的挑战，无人操作海上结构应当具有尽可能少的主动式系统。其次，由于需要重新分配的质量太过巨大，以成百上千吨计量，平衡系统将是半静态的，即使使用非常大的泵，也通常需要数分钟的时间。因此，无法平衡作用在涡轮机转子上的大的侧向力产生的倾覆力矩的瞬时变化。

US 8,118,538公开了另一种在涡轮机运行期间，减小作用在涡轮机转子上的大的侧向力产生的倾覆力矩所导致的倾斜角的方式。配重物以某种方式安装在浮动平台下方，并且其本质上充当龙骨使用。在另外的实施例中，配重物连接至可调节锚定线并且还可用于绷紧这些线。

尽管US 8,118,538中公开的装置用作减小倾斜角的目的，但是所概括的安装方法是复杂的。海上操作包括将绞车上的配重缆绳连接至配重物，接着重物在平台下方下降以拉紧松弛的缆绳。在此之后，安装工人将松开绞车停止器并彻底放低平台下方的重物以完成安装。这一系列的项目需要相当大的海上工作量，而且其需要平台配备绞车具有足够的能力将配重物以安全的方式下降。操作的复杂程度和绞车的花费使得这种装置不具备吸引力。

TLP(张力腿平台)通过额外浮力和系泊缆绳张力之间的平衡获得稳定性。TLP理念不像立柱浮标或是半潜式那样简单，因为该安装方法包含在连接在锚上的系绳系上之前将平台的主要浮力部件浸没在表面下方一定的距离处。这个浸没的过程通常将使得平台变得不稳定，因为水线面区域的尺寸和分布将不足以确保稳定性。

伊维尔德罗拉工程建筑公司(Iberdrola Ingeneria y)在2015年欧洲海上风能展览会(EWEA Offshore 2015 Conference)发表了“如何安装用于海上风力的TLP子结构？案例研究”(How to install a TLP Substructure foroffshore Wind？Case Study)，为TLP安装技术的现状提供了一个良好的概述。

提出了三种可选方案。方案A包括专门的安装驳船，其底部有与平台形状相匹配的底面形状。平台与驳船之间的固定通过静水压力实现。定点安装的完成需要相当可观的技术装置，例如滑动辅助和绞车。

方案B包括安装在平台上的临时浮力模块。当固定至平台时，这些浮力模块将平台转换成半潜式平台。在拖航和下沉过程中保持水线面面积以确保必要的稳定性，在连接到系绳后，临时浮箱可以拆除和重复使用。该方案的缺点是拖航的阻力显著增加，减少了安装的天气窗口。此外，临时浮力元件的操作和释放需要大量的海上作业。

方案C包括在拖航过程中支撑TLP的U形半潜式驳船。在安装时，驳船与TLP沉入水中，通过半潜式驳船的固定结构产生的大水线面面积保持稳定。该方案的益处有：拖航方便、安全简单的海上操作,但一个非常大的缺陷在于，半潜式驳船是一种尺寸相当大的特殊的船舶，这必然导致更高的成本。

CN 103925172公开了一种包括临时浮箱的变体的解决方案。柱状箱安装在浮体结构上，通过与径向支架和垂直支架的连接，临时浮箱能够与浮体主体获得良好的结构连接。然而仍然存在这样的问题：在TLP连接到系绳后拆除临时浮箱是一项复杂的海上作业，面临在作业过程中损伤浮体和/或临时浮箱的巨大风险。此外，附加的费用与特定用途的临时水箱密切相关。

格罗斯顿联合公司(Glosten Associates)提供的文件“聚酯星型的安装和维护(Pelastar Installation and Maintenance)”概述了使用支撑驳船进行TLP的安装的过程。借助定位桩系统便利了安装过程，其中定位桩(细长的钢箱)能借助绞盘和缆绳系统垂直移动。每个定位桩的底部包含尖端，尖端锁进张力腱中的凹槽。一旦锁住，完全组装的浮动涡轮机和驳船作为一个稳固的单元，能够承受海上运输和安装点的汹涌的海浪以及狂风。一旦放置到安装点，定位桩将浮动涡轮机推到其安装吃水深度，以与张力腱连接。这种设置的优点是可以以一种高效和安全的方式进行拖航和安装，但和伊维尔德罗拉公司文献中的方案A和C一样，该解决方案有非常大的缺陷，那就是安装驳船是一种尺寸相当大的特殊船只，这必然会导致更高的成本。

WO 2015181424 A1公开了一种包括浮动底座的浮动式风力涡轮机。在这种结构中使用了一种空心的配重物，其可以用空气填充或是用水填充。在这种结构中，由于不能保证下沉期间的稳定性，TLP的安装是困难的。在安装过程中使用配重物后，配重物不用于影响基座的动态响应。

现有技术中没有公开配重物和TLP配置的组合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种避免上述缺陷的浮动海上基座以及这种基座的安装方法。

本发明目的可以通过在引言中描述的浮动式风力涡轮机来实现，其独特之处在于：

-配重物包括一个或多个配重浮箱；

-配重浮箱具有的尺寸使得当其内部容积充满了空气或其他气体，配重物的总浮力接近或大于其重力，使其在具有来自船体或其他船舶在垂直方向上的适度支撑或是没有支撑的情况下能够漂浮在拖航/维护位置；

-当配重浮箱部分或完全充满水时，配重物将下沉到由配重物悬挂装置确定高度的安装位置；以及

-配重物悬挂装置能够单独地或共同地传递力和力矩到船体，从而使得配重物在处于其安装位置时，能够稳定船体。

在进一步的方面，浮动式风力涡轮机的独特之处在于，浮动基座在安装之后，在功能上是立柱浮标。

在进一步的方面，浮动式风力涡轮机的独特之处在于，浮动基座在安装之后，在功能上是半潜式平台。

在进一步的方面，浮动式风力涡轮机的独特之处在于，浮动基座在安装之后，在功能上是张力腿平台。

在进一步的方面，浮动式风力涡轮机的独特之处在于，配重物悬挂装置包括伸缩管。

在进一步的方面，浮动式风力涡轮机的独特之处在于，使用伸缩中心管补充或替换配重物悬挂装置。

在进一步的方面，浮动式风力涡轮机的独特之处在于，配重物形成为多边形，由附接在多边形配重物的角上的配重物悬挂装置支撑，并且多边形配重物的每个角通过配重物悬挂装置附接到船体上的最少两个独立连接点。

在进一步的方面，浮动式风力涡轮机的独特之处在于，配重物悬挂装置与多边形配重物的附接处与多边形配重的重心之间间隔的距离，等于或大于从船体重心到配重物悬挂装置与船体的附接处的距离的一半。

在进一步的方面，浮动式风力涡轮机的独特之处在于，配重物在拖航期间附接到船体。

在进一步的方面，浮动式风力涡轮机的独特之处在于，通过下列调整的组合：i)配重浮箱的压载，ii)船体的压载，和/或iii)调整配重物的安装深度，可以在安装前调整浮动基座的静态和动态响应。

在进一步的方面，浮动式风力涡轮机的独特之处在于，通过对下列调整的组合：i)配重浮箱的压载，ii)船体的压载，可以在安装后调整浮动基座的静态和动态响应。

用于简单安装风力涡轮机的浮动基座的方法在第一方面的独特之处在于，其包括以下步骤：

-将配重浮箱用空气或其他气体部分或完全地充满；

-在拖航之前将配重物附接到船体上；

-拖航船体及配重物到目标海上位置；

-当达到目标海上位置时，将配重浮箱用水部分或完全地充满；

-允许配重物下沉到由配重物悬挂装置确定高度的安装位置；以及

-借助配重物悬挂装置传递力和力矩到船体，该配重物悬挂装置能够单独地或共同地传递力和力矩到船体，从而使得配重物能够在处于其安装位置时稳定船体。

用于简单安装风力涡轮机的浮动基座的方法在进一步的方面的独特之处在于，其包括以下步骤：

-在启航和拖航之前，将配重浮箱用空气或其他气体部分或完全地充满；

-拖航船体及配重物到目标海上位置；

-当到达目标海上位置时，将配重物附接到船体上；

-将配重浮箱用水部分或完全地充满；

-允许配重物下沉到由配重物悬挂装置确定的高度的安装位置；以及

-借助配重物悬挂装置传递力和力矩到船体，该配重物悬挂装置能够单独地或共同地传递力和力矩到船体，从而使得配重物能够在处于其安装位置时稳定船体。

用于维护包括船体的浮动式风力涡轮机的方法的独特之处在于，其包括以下步骤：

-通过用空气或其他气体部分或完全填充配重浮箱，将船体从安装位置升高到维护位置；

-进行维护；以及

-使用水部分或完全地充满配重浮箱，以将船体下降到安装位置。

本发明涉及一种用于风力涡轮机的浮动基座。该基座包括船体，船体能够支撑风力涡轮机的质量，并且能够在风力涡轮机安装及随后拖航到目标海上位置期间支撑风力涡轮机的质量的同时保持稳定性。在拖航期间，船体实质上具有驳船的特征，实质上依靠大的水线面面积和浅吃水来保持稳定性。

浮动基座还包括单独的配重物，该配重物附接至船体，并且配备有浮力装置，使其能够在拖航期间随着船体漂浮。

当浮动基座被拖航到目标海上位置时，配重物降低到船体下方的选定位置，配重物通过附接到船体的合适的连接件保持悬挂在该处。在该位置，配重物充当龙骨，稳定基座。

根据本发明的基座具有TLP的所有优点，但是与传统的TLP不同，其可以被拖航到点并下降就位，而不需要任何专用的船舶、临时浮箱或任何其他用于传统TLP安装的附加的并且增加成本的特征。此外，相对于传统TLP，配重物导致的重心降低有助于在浪涌偏移期间减小系绳中垂直力的振幅。因而，可以减少为了防止在最大浪涌偏移期间发生系绳松弛所必需的系绳预张紧，从而节省船体、系绳和锚的成本。

此外，相比传统的TLP，可以在更大程度上调整基座对来自脉动风和波浪力的刺激的动态响应。甚至可以基座安装之后对自振周期、重心和浮力进行微调，而无需船舶压舱物。

在一个实施例中，配重物的浮重，可能与船体的附加压载相结合，足以将船体的主要部分拉到水面下一定的距离，有效地将浮动基座从驳船转换为立柱浮标。在此实施例中，浮动基座具有立柱浮标基座的益处，包括简单的稳定性和低流体动力载荷，同时避免了普通的立柱浮标基座固有的安装和拖航的问题。

在另一个实施例中，配重物的浮重不足以将船体的主要部分拉到水面下方，但是可能结合船体的附加压舱物就足以在基座上产生可观的稳定效果。这有效地将浮动基座从驳船转换为相比传统的半潜式具有特别大的扶正力矩的半潜式。在此实施例中，基座具有半潜式的益处，包括简单的稳定性和便于进入的良好的工作区域，同时避免相对大的横倾角和/或普通半潜式基座中固有的主动式压载系统的必要性。

在另一个实施例中，配重物的浮重，可能与船体的附加压载相结合，足以将船体的主要部分拉到水面下方目标深度，并且随后还可以减小船体和配重物的组合重力。这种布置实现了连接TLP与其系绳的特别有效的过程。在根据本实施例的安装过程中，当浮动基座被拖航至目标海上位置时，配重物下降到船体下方的合适位置，通过附接到船体的装置保持悬挂在此位置，使得配重物和船体的组合重力能够将浮力中心拉到能够连接系绳的深度。在连接至系绳之后，例如通过对船体部分或完全卸除压舱物，减小船体和配重物的组合重力，以提供系绳的必要预张紧。在此实施例中，基座具有TLP的益处，包括适度的尺寸和非常适度的倾斜角限制，同时避免传统TLP安装方法的复杂性。

在另一个实施例中，浮动式风力涡轮机的独特之处在于，在安装之后，配重物置于海底。

在另一个实施例中，用于安装浮动式风力涡轮机的方法的独特之处在于，安装方法包括以下步骤

-用水充满配重浮箱以及

-当达到目标海上位置时，允许配重物下沉置于海底的安装位置。

配重物下降到船体下方的位置，该位置对应于安装点的水深与安装完成后船体的所需深度之间的差。

在配重物下降到其目标位置之后，其进一步压载并将船体拉到水面下方目标深度，在此阶段，配重物置于海底。

这种布置实现了特别有效的TLP安装布置，因为消除了锚和系绳的预安装。配重物取代了预安装的TLP锚，并且配重物悬挂装置替代了预安装的TLP系绳。

通过配重物及其悬挂的合适的布置，TLP将具有非常有限的侧向位移，这不仅用于减小系绳力，而且还消除了对系绳连接处的复杂挠性接头的需要。

附图说明

在下文中，描述了优选实施例的示例，在附图中可见，其中：

图1示出了根据本发明的浮动式风力涡轮机基座，实施为立柱浮标；

图2更详细地示出了图1中所示的浮动式风力涡轮机基座；

图3示出了根据本发明的浮动式风力涡轮机基座，实施为半潜式；

图4示出了根据本发明的浮动式风力涡轮机基座，实施为TLP；

图5示出了配重物在自身上的附接布置；

图6示出了配重物在船体上的附接布置；

图7示出了配重物悬挂的不同实施例；

图8示出了根据本发明的安装顺序，其中基座实施为立柱浮标；

图9示出了根据本发明的安装顺序，其中基座实施为半潜式；

图10示出了根据本发明的安装顺序，其中基座实施为TLP；

图11示出了根据本发明的检查和维护顺序；以及

图12示出了配重物用作TLP锚的安装顺序。

具体实施方式

在附图中，类似或相应的元件以相同的标号表示。

图1示出了根据本发明的浮动式风力涡轮机。浮动式基座船体1支撑用于发电的风力涡轮机2。配重物3悬挂于船体1下方。

风力涡轮机2包括用于从风中汲取动能的转子4、机舱5以及支撑机舱和转子的塔架6，机舱5包含支撑转子和将由转子4传递的旋转能量转换成电能所需的装置。

浮动基座船体1部分地浸没入水线面7下，且由系泊缆绳8保持就位。

图2更详细地示出了浮动基座船体1和配重物3。浮动基座船体1可实施为四面体结构，其包括中心柱9、三个斜向支架10、三个径向支架11以及三个侧向支架12。在四面体的顶点，三个斜向支架10在过渡件13处连接至中心柱9，过渡件13还用于将风力涡轮机塔架6连接至浮动基座船体1。在四面体底部的中心处，四个径向支架11在底部节点14处连接到中心柱9。在四面体底部平面的每个角，斜向支架10、径向支架11和侧向支架12都连接在侧向节点15处。每个侧向节点15处布置有一组船体浮箱16。

配重物3可包括一个或多个配重浮箱17。配重物3通过配重物悬挂链18悬挂在船体1下方。

配重物3的配重浮箱17的尺寸使得当内部容积充满空气时，配重物的总浮力接近或大于其重力，使其能够在无支撑的情况下或在浮动基础的船体1的适度支撑下漂浮。当配重浮箱17充满水时，重力增加，配重物将下沉到由配重物悬挂链18确定的高度。配重物悬挂链18上的配重物3的浮重产生的向下的力的总和可以通过调节配重浮箱17中水的填充量来调节。

基座1借助附接至安装在海底的锚的三个系泊缆绳8保持就位。

图1和图2中示出的实施例在功能上为立柱浮标。浮动式风力涡轮机的总重力包括船体1(具有任意附加的压舱物，优选地置于船体浮箱16中)、风力涡轮机2、(部分或完全)充满的配重物3以及配重物悬挂链18的重力，其结合系泊缆绳8向下的拉力，将系统的总浮力抵消到这样的程度：使得船体1下潜至一个高度，在静水中足够低于水线面7以确保即使是在最大设计海洋状况条件下船体浮箱16没有任何部分位于水面上。

在此实施例中，根据本发明的基座具有立柱浮标的所有优点，但没有传统立柱吃水大所强加的安装限制。至于任何其他立柱浮标，稳定性要求整个结构的重心低于浮力中心。

图3示出了根据本发明的浮动式风力涡轮机的另一个实施例。这些布置与图1和图2中的布置基本相同，但是这里的基座在功能上是半潜式的。浮动式风力涡轮机的总重力包括船体1的(具有任意附加的压舱物，优选地置于船体浮箱16中)、风力涡轮机2、(部分或完全)充满的配重物3以及配置悬挂链18的重力，其结合系泊缆绳8向下的拉力，不足以将系统上的总浮力抵消到船体浮箱16完全浸没在静水中的程度。

在此实施例中，根据本发明的基座具有半潜式的所有优点，但是在涡轮机运行期间倾斜角大大减小，因为在此实施例中，作用在涡轮机转子上的大的侧向力产生的倾覆力矩不仅通过如传统半潜式的船体浮箱的差别下潜抵消，还通过来自配重物3的扶正力矩抵消。

此外，根据本发明的基座额外的优点在于，相比传统半潜式，可以在更大程度上调整该基座对来自脉动风和波浪力的刺激的动态响应。配重浮箱17的压载水平代表着基座设计者的额外的自由度，并且通过调节船体浮箱16和配重浮箱17的压载水平，可以获得针对倾斜/滚动和偏航的自振周期的理想组合。甚至可以在安装基座之后微调这些自振周期及其关系，而无需船舶压舱物。

图4示出了根据本发明的浮动式风力涡轮机的另一个实施例。船体1、涡轮机2和配重物3的布置基本上与图1和2中的相同，但是固定布置的平台是不同的。基座通过拉紧的系绳19附接到安装在海底的锚，并且在功能上是TLP(张力腿平台)。浮动式风力涡轮机的总重力包括船体1、风力涡轮机2、(部分或完全)充满的配重物3以及系绳19的重力，其不足以将系统上的总浮力抵消到船体浮箱16完全浸没在静水中且基座在不受约束时将上升到水面这样的程度。然而，由于绷紧的系绳19中的向下的力，基座停留在船体浮箱16完全浸没到静水中的足够低于水线面7的水平的深度，以确保即使在最大设计海洋状况条件时水箱没有任何部分处于水面之上。

在此实施例中，根据本发明的基座具有在说明书的引言部分中提到的TLP的所有优点。由配重物3引起的重心相对于传统TLP的降低，有助于在浪涌偏移期间减小系绳19中的垂直力的振幅。

对于所有实施例，相比传统半潜式，可以在更大程度上调整基座对来自脉动风和波浪力的刺激的动态响应。如上所述，甚至可以在安装基座之后微调自振周期、重心以及浮力，而无需船舶压舱物。

图5示出了配重物的优选实施例。配重物3包括一组围绕在中心水箱20的配重浮箱17，中心水箱20配备有附接吊耳21。一组卸扣22将附接吊耳21与配重物悬挂链18连接起来。

中心配重水箱20具有中心圆柱孔23，其用作锁紧装置，在安装和维护期间将配重物3连接至船体1。

图6示出了在船体1处的配重物悬挂的优选实施例。配重物悬挂链18用与附接吊耳25相接合的卸扣24附接至侧向节点15。

在显著位置可以看到，在底部节点14配备连接销26。该销匹配配重物3的中心圆柱孔23，并且用作锁紧装置，在安装和维护期间将配重物3连接至船体1。

图7示出了配重物悬挂不同的实施例。

图7a示出了伸缩管27替代配重物悬挂链的实施例。当配重浮箱17充满空气并且配重物3位于邻近底部节点11处时，例如在拖航期间，伸缩管27部分地收缩，并且当配重浮箱17部分或完全充水时，伸缩管27伸长至其极限，限定配重物3的深度。

这种布置的好处在于，伸缩管27不会松弛，例如在拖航期间，实施例一的配重物悬挂链18可能出现的情况。

图7b示出了伸缩中心管28替代或者补充配重物悬挂链的实施例。当配重浮箱17充满空气并且配重物3位于邻近底部节点11处时，例如在拖航期间，伸缩中心管可以收缩到中心柱6的底部和/或收缩到配重物3的中心水箱20的中心孔23内。当配重浮箱17部分或完全充满水时，伸缩中心管伸长至其极限，限定配重物3的深度。通过配重物支撑线或配重物支撑链18可以对侧向力的支撑以及传递产生的力矩做出贡献。

这种布置的好处在于，在安装和维护期间，伸缩中心管28为配重物3提供了精确的引导。

图7c示出了配重物3形状为多边形的实施例，其包括与一组支架31保持相互位置的多个浮箱组30。当浮箱组30充满空气时，例如在拖航期间，配重物3位于靠近船体1的侧向支架12处。当浮箱组30部分或完全充水时，配重物由配重物悬挂链18支撑，限定配重物3的深度。

这种布置的好处在于，由于压载可能分布在更大数量的浮箱组30上，配重物3的总重力能够高于实施例一仅仅设置单个水箱组15的总重力，这转而可以提供更低的重心和更高的稳定程度。

可以结合不同的实施例以提供进一步的、有利的解决方案对本领域技术人员来说是显而易见的。

图8示出了根据本发明的安装顺序，其中基座实施为立柱浮标。

图8a示出了在拖航之前处于码头区的基座。在拖航期间，基座也保持在这样的配置中。配重浮箱17是充满空气的，因此配重物3具有足够的浮力漂浮。它通过合适的连接装置保持在靠近底部节点14的便利位置，例如上文对图4和6所阐释的销孔装置。配重物悬挂链18通过适合的装置附接至浮动基座船体1，从而在拖航过程中不影响整个结构的吃水。

图8b示出了位于目标海上位置的基座。基座仍然处于拖航配置中，但此时已经连接了系泊缆绳。配重物悬挂链18已从浮动基座船体1上释放。

图8c示出了在目标海上位置处，开始向配重浮箱17注水之后的基座。在图中所示的阶段，配重浮箱17已经注水到配重物3的浮力不再足以承担其重力的程度。因此，配重物3已经下沉至其在船体1下方的最终位置，并且配重物悬挂链18已经伸长到接近其最终长度。然而，配重物3的浮重(重力和浮力之差)还不足以改变船体1的水线面水平。

图8d示出了在目标海上位置处，处于其最终位置的基座。配重浮箱17已经完成注水，到达所需的高度，并且配重物3的浮重，可能加上船体1的船体浮箱16中的压载的重力，足以将船体1拉到水线面以下的目标高度。最终吃水可以通过配重浮箱17和船体1的船体浮箱16的压舱水位的组合来调节。

图9示出了根据本发明的安装顺序，其中基座实施为半潜式。

图9a示出了在拖航之前处于码头区的基座。在拖航期间，基座也保持在这样的配置中。配重浮箱17是充满空气的，且配重物3具有足够的浮力漂浮。它通过合适的连接装置保持在靠近底部节点14的便利位置，例如上文对图4和6所阐释的销孔装置。配重物悬挂链18通过适合的装置附接至浮动基座船体1，以便在拖航过程中不影响整个结构的吃水。

图9b示出了位于目标海上位置的基座。基座仍然处于拖航配置中，但此时已经连接了系泊缆绳。配重物悬挂链18已从浮动基座船体1上释放。

图9c示出了在目标海上位置处，开始向配重浮箱17注水之后的基座。在图中所示的阶段，配重浮箱17已经注水到配重物3的浮力不再足以承担其重力的程度。因此，配重物3已经下沉至其在船体1下方的最终位置，并且配重物悬挂链18已经伸长到接近其最终长度。然而，配重物3的浮重(重力和浮力之差)还不足以改变船体1的水线面水平。

图9d示出了在目标海上位置处，处于其最终位置的基座。配重浮箱17已经完成注水，达到所需的高度，并且配重物3的浮重，可能加上船体1的船体浮箱16中的压载的重力，足以拉动船体1至目标高度，该高度是在足够剩余水线面面积与在水线面上的船体1的船体浮箱16高度之间的折中，以确保基本的稳定性，同时从配重物3获得额外的稳定性。

图10示出了根据本发明的安装顺序，其中基座实施为TLP。

图10a示出了在拖航之前处于码头区的基座。在拖航期间，基座也保持在这样的配置中。配重浮箱17是充满空气的，且配重物3具有足够的浮力漂浮。它通过合适的连接装置保持在靠近底部节点14的便利位置，例如上文对图4和6所阐释的销孔装置。配重物悬挂链18通过适合的装置附接至浮动基座船体1，以便在拖航过程中不影响整个结构的吃水。

图10b示出了在目标海上位置，开始向配重浮箱17注水之后的基座。在图中所示的阶段，配重浮箱17已经注水到配重物3的浮力不再足以承担其重力的程度。因此，配重物3已经下沉至其在船体1下方的最终位置，并且配重物悬挂链18已经伸长到接近其最终长度。然而，配重物3的浮重(重力和浮力之差)还不足以改变船体1的水线面水平。在基座下方，预先安装的系绳19配备有挠性接头且做好了连接的准备。

图10c示出了在目标海上位置，配重浮箱17已经完成注水，达到所需的高度。此处，配重物3的浮重，可能加上船体1的船体浮箱16的压载的重力，足以拉动船体1至目标高度，其稍低于目标最终吃水。在下潜过程中，基座临时地充当立柱浮标。船体1已经下降到系绳挠性接头的配合表面稍低于挠性接头侧的位置。

图10d在目标海上位置，处于其最终位置的基座。船体1已经侧向移动，因此系绳挠性接头的配合表面位于挠性接头正下方。随后，通过从配重浮箱17和/或从船体1的船体浮箱16移除压舱水，将船体1和配重物3的浮重减小到这样的程度：系绳挠性接头的配合表面已经与挠性接头连接，并且实现了系绳19所需要的预张紧。

图11示出了根据本发明的检查和维护顺序，使用立柱浮标配置作为示例。

图11a示出了维护过程开始之前的基座。配重物3的浮重(重力和浮力之差)，可能加上船体1的船体浮箱16中的压载的重力，将船体1的位置保持水线面以下所需高度。

图11b示出了维护过程开始之后的基座。配重浮箱17已经部分地排空并且现在用水注入到使配重物3的浮力几乎足以承载其重力的程度。配重物3仍位于船体1下方的最终位置，但配重物3的浮重不再足以将船体1保持在水下位置。因此，船体已经上升到表面，使得可以清洁、检查和维护船体表面、配重物悬挂链18和系泊缆绳8的接头和螺栓连接。

图11c示出了适合于大检修的形式的基座。配重浮箱17已经排空到配重物3的浮力足以承受其重力的程度。因此，配重物3已上升到邻近底部节点14的拖航位置，使得可以清洁、检查和维护配重表面、配重物悬挂链18的接头和螺栓连接。如图11c所示，在海上维护期间，可以保持配重物悬挂链18自然的松弛位置。然而，它们也可以被提升起来并连接到船体1的多个附接点，使得可以在没有链导致多余吃水的情况下进行拖航。在这种配置中，整个浮动基座可以与系泊缆绳8断开，并被拖航回港口以进行大型维护或最终停运。

图12示出了根据本发明的基座的实施例，其中基座实施为TLP，并且配重物用作TLP锚。

在这种布置中，配重物3形状为多边形，如关于图7c所进一步描述的。配重物包括多个浮箱组30，浮箱组30与一组支架31保持相互位置。当浮箱组30充满空气时，例如在拖航期间，配重物3位于靠近船体1的侧向支架12处。当浮箱组30部分或完全注水时，配重物由配重物悬挂装置18支撑，限定配重物3的深度。在该特定实施例中，配重物3的目标深度位于船体1下方的位置，该位置对应于安装位置处的水深与安装完成后船体1的目标深度之间的差。在将配重物降低到其目标位置之后，进一步压载并将船体拉到水面下方目标深度，在该阶段配重物置于海底32。此处，配重物替代了预先安装的TLP锚，且配重物悬挂装置取代了预先安装的TLP系绳。

为了确保高横向承载能力，箱30的下边缘可以设计为裙座，在安装期间埋进海底。此外，箱可以配备有在这种裙座内侧施加吸力的装置，以进一步增强垂直和横向方向上的负载承载能力。

此布置具有多个益处。

首先，它与图7c中概述的实施例共同享有的益处在于，由于压载分布在可能更大数量的浮箱组30上，配重物3的总重力能够高于实施例一仅仅设置单个浮箱组15的总重力，这转而可以提供较低的重心和较高的稳定性。

其次，该实施例有助于真正的单序列安装。由于船体1、配重物3和悬挂装置18一起的组合形成了包括浮体、锚和系绳或锚定线的完整的单元，因此不需要预先安装的锚、锚定线、系绳等。因此，完整的安装可以作为一个单独的操作完成。这将大大降低安装成本。

第三，停运同样简单。通过将配重物3的箱30再次充气，整个基座包括锚和锚定线可以在单个操作中从安装位置浮起。这将大大降低停运成本。

最后，一旦配重物3已经置于海底，确保船体1浸没期间的稳定性所需的悬挂装置18的布置的效果，隐含地提供了优越的稳定性。在功能上基座是TLP，但是与普通的TLP不同，悬挂装置的三角形布置防止船体1响应流体力发生侧向位移。由此，系绳松弛的风险显着降低，并且由于系绳18相对于船体1和配重物3的方向大致恒定，消除了对系绳端部处昂贵的挠性接头的需求。

在该实施例的变体中，配重物没有形成为包括由支架31保持就位的三个或更多个箱组30的多边形，而是形成为如图1和图2中单个箱。当下沉到配重物3置于海底的位置时，基座成为TLP的特殊变体，其中稳定性是倾斜的函数。此处，没有消除在配重物3与悬挂装置18的连接处对挠性接头的需求，并且由于作用在风力涡轮机2上的空气动力和/或作用在船体1上的流体动力，船体1将具有一些侧向和倾斜运动，但该实施例的此变体的好处在于配重物3仍然非常简单。

对优选实施例和其他实施例的前述说明并非旨在限制或约束本发明的创造性理念的范围或适用性。得益于本发明，应当理解的是，关于本文公开的一个实施例所描述的细节可以结合或用在本文公开的其他实施例上，即使这样的组合或用途可能未在本文明确示出或是列举。作为公开本文包含的发明构思的交换，申请人请求由所附权利要求所授予的所有专利权。因此，所附权利要求旨在包括落入下列权利要求或其等同的范围内的所有对全文内容的修改和变更。

Claims (16)

1.一种浮动式风力涡轮机，包括船体(1)、安装在所述船体(1)上部的风力涡轮机(2)以及借助于配重物悬挂装置(18)悬挂在所述船体(1)下方的配重物(3)，其特征在于

-所述配重物(3)包括一个或多个配重浮箱(17)；

-所述配重浮箱(17)的尺寸，使得当内部容积充满空气或其他气体时，所述配重物(3)的总浮力接近或大于其重力，使其在具有来自所述船体(1)或其他船舶的垂直方向上的适度支撑或没有支撑的情况下能够漂浮在拖航/维护位置；

-当所述配重浮箱(17)部分或完全地充满水时，所述配重物(3)将下沉至安装位置，安装位置所在的高度由所述配重物悬挂装置(18)确定；以及

-所述配重物悬挂装置(18)能够单独地或共同地传递力和力矩到所述船体(1)，从而使得所述配重物(3)处于其安装位置时能够稳定所述船体(1)。

2.根据权利要求1的浮动式风力涡轮机，其特征在于，浮动基座在安装之后，在功能上是立柱浮标。

3.根据权利要求1的浮动式风力涡轮机，其特征在于，浮动基座在安装之后，在功能上是半潜式。

4.根据权利要求1的浮动式风力涡轮机，其特征在于，浮动基座在安装之后，在功能上是张力腿平台。

5.根据前述任意权利要求的浮动式风力涡轮机，其特征在于，所述配重物悬挂装置(18)包括伸缩管(27)。

6.根据前述任意权利要求的浮动式风力涡轮机，其特征在于，伸缩中心管(28)补充或替换所述配重物悬挂装置(18)。

7.根据前述任意权利要求的浮动式风力涡轮机，其特征在于，所述配重物(3)形成为多边形，由附接至多边形配重物(3)的配重物悬挂装置(18)支撑，且多边形配重物(3)的每个角通过所述配重物悬挂装置(18)附接到所述船体(1)上最少两个独立连接点。

8.根据权利要求7的浮动式风力涡轮机，其特征在于，所述配重物悬挂装置(18)与多边形配重物(3)的附接处与多边形配重物(3)的重心之间间隔的距离等于或大于从所述船体(1)重心到所述配重物悬挂装置(18)与所述船体(1)的附接处的距离的一半。

9.根据前述任一权利要求的浮动式风力涡轮机，其特征在于，所述在拖航期间，所述配重物(3)附接至所述船体(1)。

10.根据前述任一权利要求的浮动式风力涡轮机，其特征在于，通过下列调整的组合：i)所述配重浮箱(17)的压载，ii)所述船体(1)的压载，和/或iii)调整所述配重物(3)的安装深度，可以在安装前调整浮动基座的静态和动态响应。

11.根据前述任一权利要求的浮动式风力涡轮机，其特征在于，通过下列调整的组合：i)所述配重浮箱(17)的压载，ii)所述船体(1)的压载，可以在安装后调整浮动基座的静态和动态响应。

12.根据权利要求1和4-11中的任一个的浮动式风力涡轮机，其特征在于，安装之后所述配重物(3)置于海底(32)。

13.一种用于安装浮动式风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括船体(1)、安装在所述船体(1)上部的风力涡轮机(2)以及借助于配重物悬挂装置(18)悬挂在所述船体(1)下方的配重物(3)，其特征在于，所述安装方法包括下列步骤

-将所述配重物(3)的浮箱(17)用空气或其他气体部分地或全部地充满；

-在拖航之前连接所述配重物(3)至所述船体(1)；

-拖航所述配重物(3)和所述船体(1)至目标海上位置；

-当到达目标海上位置后，将所述配重浮箱(17)用水部分或全部地充满；

-允许所述配重物(3)下沉至由所述配重物悬挂装置(18)确定高度的安装位置；以及

-借助于所述配重物悬挂装置(18)传递力和力矩到所述船体(1)，所述配重物悬挂装置(18)能够单独地或共同地传递力和力矩到所述船体(1)，从而使得所述配重物(3)在处于其安装位置时能够稳定所述船体(1)。

14.用于安装浮动式风力涡轮机的方法，风力涡轮机包括船体(1)、安装在所述船体(1)上部的风力涡轮机(2)以及借助于配重物悬挂装置(18)悬挂在所述船体(1)下方的配重物(3)，其特征在于，所述安装方法包括下列步骤

-在启航和拖航之前，将所述配重物(3)的所述浮箱(17)用空气或其他气体部分地或全部地充满；

-拖航所述配重物(3)和所述船体(1)至目标海上位置；

-当到达目标海上位置后，将所述配重物(3)附接至所述船体(1)；

-将所述配重浮箱(17)用水部分或全部地充满；

-允许所述配重物(3)下沉至由所述配重物悬挂装置(18)确定高度的安装位置；以及

-借助于所述配重物悬挂装置(18)传递力和力矩到所述船体(1)，所述配重物悬挂装置(18)能够单独地或共同地传递力和力矩到所述船体(1)，从而使得所述配重物(3)处于其安装位置时能够稳定所述船体(1)。

15.根据权利要求13或14的浮动式风力涡轮机的安装方法，其特征在于，安装方法包括下列步骤

-将所述配重浮箱(17)注满水并且

-当到达目标海上位置后，允许所述配重下沉至置于海底(32)的安装位置。

16.用于安装浮动式风力涡轮机的方法，风力涡轮机包括船体(1)、安装在所述船体(1)上部的风力涡轮机(2)以及借助于配重物悬挂装置(18)悬挂在所述船体(1)下方的配重物(3)，其特征在于，所述安装方法包括下列步骤

-通过将所述配重物(3)的浮箱(17)用空气或其他气体部分或全部地充满，将所述船体(1)从安装位置提升至维护位置；

-进行维护；以及

-将所述配重浮箱(17)部分或全部地注满水，以将所述船体(1)下降至安装位置。