CN109941396B - 一种分岔系泊线式风机系泊系统及海上风力发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋浮式风力发电相关技术领域，其公开了一种分岔系泊线式风机系泊系统及海上风力发电设备，该系泊系统包括浮式平台、两个垂荡板、多个质量块及多个系泊锚索，两个所述垂荡板间隔设置在所述浮式平台的中部；多个所述系泊锚索的一端分别连接于两个所述垂荡板，另一端用于连接系泊锚点，所述系泊锚点设置在海底；多个所述质量块分别连接于多个所述系泊锚索；所述浮式平台呈圆柱状，多个所述系泊锚索绕所述浮式平台的中心轴均匀排布；多个所述质量块的数量与多个所述系泊锚索的数量相同。本发明有效减小了风机的运动响应，提高了稳定性，成本较低，适用性较强，结构紧凑且合理，施工简便。

Description

一种分岔系泊线式风机系泊系统及海上风力发电设备

技术领域

本发明属于海上浮式风力发电相关技术领域，更具体地，涉及一种分岔系泊线式风机系泊系统及海上风力发电设备。

背景技术

随着石油等化石能源的大量消耗，全球范围内能源和环境污染问题日益凸显，全球变暖和气候恶化的严峻性正成为全球面临的重要挑战。风能作为一种清洁的可再生能源，可以很好的解决当今世界传统能源紧缺的问题，越来越受到大家的重视。目前，风力发电项目大部分是在陆地上和浅海区域，随着风力发电技术的发展，远海风力发电逐渐成为风力发电的新领域。因为远海区域风资源丰富，且不受土地的限制，所以风力发电走向远海是必然趋势。而随着风电场建设区域水深的增加，风机基础从传统的固定式发展到浮式。

现有的浮式基础主要包括Spar结构基础、半潜式基础和TLP结构基础三种形式，这些浮式基础都需要系泊系统将风机系泊在海面上，并吸收作用在风机上的环境载荷。处于深海中的浮式风机不仅要承受常规的波浪载荷和流载荷，由于其高耸的风机结构，还要承受强风引起的巨大风载荷和倾覆力矩，导致浮式风机在工作时会有较大的运动响应，影响风机的稳定性，所以减小风机在风浪联合作用下的运动响应十分重要。

传统的Spar浮式平台是个圆柱形结构，系泊系统是由三根系泊锚链直接连接在圆柱形平台上，由于系泊系统的刚度较小，平台在波浪和洋流作用下会有较大的运动响应，从而加剧平台的振动降低了系统的稳定性。而且对于海况比较恶劣的海域，风机承受的环境载荷更为复杂，浮式平台产生了更大的运动响应，影响风机的正常工作。相应地，本领域存在着发展一种稳定性较好的分岔系泊线式风机系泊系统及海上风力发电设备的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种分岔系泊线式系泊系统及海上风力发电设备，其基于现有浮式基础的结构特点，研究及设计了一种稳定性较好的分岔系泊线式风机系泊系统及海上风力发电设备。所述系泊系统在浮式平台上安装两个圆形垂荡板，每个垂荡板上有三个导缆孔，两个垂荡板之间加上斜撑，且采用了三组系泊线，如此能够有效减小浮式风机在复杂海域的运动响应，提高了稳定性。此外，所述系泊系统的结构紧凑且合理，施工简便，成本较低，适用性较强。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种分岔系泊线式系泊系统，所述系泊系统包括浮式平台、两个垂荡板、多个质量块及多个系泊锚索，两个所述垂荡板间隔设置在所述浮式平台的中部；多个所述系泊锚索的一端分别连接于两个所述垂荡板，另一端用于连接系泊锚点，所述系泊锚点设置在海底；多个所述质量块分别连接于多个所述系泊锚索；

所述浮式平台呈圆柱状，多个所述系泊锚索绕所述浮式平台的中心轴均匀排布；多个所述质量块的数量与多个所述系泊锚索的数量相同。

进一步地，所述系泊系统还包括多个斜撑，多个所述斜撑的一端分别连接于两个所述垂荡板，另一端连接于所述浮式平台。

进一步地，多个所述斜撑位于两个所述垂荡板之间，且多个所述斜撑平均分为两组，两组所述斜撑相对于所述浮式平台垂直于自身长度方向的横截面对称设置。

进一步地，所述垂荡板呈圆盘形，其开设有多个导缆孔，多个所述导缆孔绕所述垂荡板的中心轴均匀排布；所述系泊锚索通过所述导缆孔连接于所述垂荡板；所述斜撑支撑在所述导缆孔的位置。

进一步地，所述垂荡板的几何中心位于所述浮式平台的中心轴上；每个所述系泊锚索包括四个上部系泊锚索及一个下部系泊锚索，四个所述上部系泊锚索的一端分别连接于两个所述垂荡板的导缆孔，另一端连接于所述下部系泊锚索，所述上部系泊锚索与所述下部系泊锚索之间形成连接节点，所述质量块设置于所述连接节点。

进一步地，所述上部系泊锚索处于张紧状态，所述下部系泊锚索处于松弛状态。

进一步地，工作时，所述系泊系统处于水面以下。

按照本发明的另一个方面，提供了一种海上风力发电设备，所述海上风力发电设备包括风机系统及如上所述的分岔系泊线式风机系泊系统，所述风机系统设置于所述系泊系统。

进一步地，所述风机系统包括风机叶片、风机机舱及塔柱，所述塔柱的一端固定在所述浮式平台上，所述风机机舱设置于所述塔柱的另一端，所述风机叶片设置于所述风机机舱；所述塔柱的中心轴与所述浮式平台的中心轴重合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的分岔系泊线式系泊系统及海上风力发电设备主要具有以下有益效果：

1.两个所述垂荡板间隔设置在所述浮式平台的中部，垂荡板的存在可以减小浮式平台的运动响应及振动幅值，特别是纵荡位移及垂荡位移，保证了安全性，提高了稳定性。

2.多个所述质量块分别连接于多个所述系泊锚索，所述质量块对风机系统有下拉力，如此可以防止系泊缆索在水位突然不均匀下降时松弛，进而防止发生侧翻，提高了稳定性；此外，有效避免了绕垂直轴的扭矩引起系泊缆索之间相互扭转缠绕。

3.多个所述系泊锚索绕所述浮式平台的中心轴均匀排布，如此使得浮式平台受力均匀，能够实现对浮式平台的平稳约束。

4.所述垂荡板的几何中心位于所述浮式平台的中心轴上，多个所述系泊锚索绕所述浮式平台的中心轴均匀排布，如此使得整个海上风力发电设备能稳定于所述浮式平台的中心轴上，从而使得海上风力发电设备可以更好地适应海上复杂多变的环境，进一步提高了稳定性。

5.所述垂荡板与所述浮式平台之间采用斜撑连接以组成浮动基础结构，如此减小了浮动基础结构的质量，降低了成本，且结构紧凑。

6.所述上部系泊锚索处于张紧状态，所述下部系泊锚索处于松弛状态，如此连接节点的位置随波浪的作用而改变，下部系泊锚索会随着浮式平台受力的不同而改变线型，进而调节系泊系统的回复力，限制了浮式平台的运动，提高了稳定性。

7.工作时，所述系泊系统处于水面以下，如此减小了工作时风载荷对所述系泊系统的影响，提高了稳定性。

附图说明

图1是本发明提供的海上风力发电设备的结构示意图；

图2是图1中的海上风力发电设备的分岔系泊线式风机系泊系统的示意图；

图3是图2中的分岔系泊线式风机系泊系统沿另一个角度的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-风机叶片，2-风机机舱，3-塔柱，4-浮式平台，5-垂荡板，6-斜撑，7-导缆孔，8-系泊锚索，9-质量块，10-系泊锚点，11-水面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2及图3，本发明提供的分岔系泊线式风机系泊系统及海上风力发电设备，所述海上风力发电设备包括风机系统及所述的分岔系泊线式风机系泊系统，所述风机系统设置于所述系泊系统上。

所述系泊系统包括浮式平台4、两个垂荡板5、多个斜撑6、多个系泊锚索8及多个质量块9，两个垂荡板5间隔设置在所述浮式平台4上，多个所述斜撑6连接所述浮式平台4及所述垂荡板5。多组所述系泊锚索8的一端分别连接于两个所述垂荡板5，另一端连接于系泊锚点10。本实施方式中，多个所述系泊锚索8绕所述浮式平台4均匀排布；所述浮式平台4为Spar浮式平台。所述系泊锚点10设置在海底。多个所述质量块9分别连接于所述系泊锚索8。工作时，所述系泊系统位于水面11以下。

所述浮式平台4呈圆柱状，两个所述垂荡板5设置在所述浮式平台4的中部，且两个所述垂荡板5之间的间距为所述浮式平台4的直径的2倍。当然，在其他实施方式中，两个所述垂荡板5之间的间距可以根据实际需要而改变，如可以为所述浮式平台4的直径的1.5倍、2.5倍等。所述系泊系统通过所述浮式平台4连接于所述风机系统。

所述垂荡板5为圆盘形，其直径为所述浮式平台4的直径的3倍。本实施方式中，所述垂荡板5的几何中心位于所述浮式平台4的中心轴上。每个所述垂荡板5开设有多个导缆孔7，多个所述导缆孔7绕所述垂荡板5的中心轴均匀排布。所述系泊锚索8的一端通过所述导缆孔7连接于所述垂荡板5。本实施方式中，多个所述导缆孔7的数量为三个，且三个所述导缆孔7开设于所述垂荡板5的边缘；可以理解，在其他实施方式中，所述导缆孔7的数量可以根据实际需要增加或者减少；两个所述垂荡板5上的所述导缆孔7的位置分别相对应。

多个所述斜撑6平均分为两组，其中一组中的所述斜撑6的一端连接于所述两个所述垂荡板5中的一个，且支撑在对应的导缆孔7的位置，另一端连接于所述浮式平台4。另一组中的所述斜撑6的一端连接于另一个所述垂荡板5，另一端连接于所述浮式平台4。两组所述斜撑6相对于所述浮式平台4垂直于自身长度方面的一个横截面对称设置。本实施方式中，所述斜撑6位于两个所述垂荡板5之间，以用于保证所述垂荡板5的稳定性，且所述垂荡板5能够很好地减缓所述浮式平台4的上下振动；所述斜撑6的数量与所述导缆孔7的数量相同，所述斜撑6的数量为六个，且每组支撑6相对于所述浮式平台4的中心轴均匀排布；可以理解，在其他实施方式中，所述斜撑6的数量可以根据实际需要增加或者减少。

所述系泊锚索8的数量与所述质量块9的数量相同，且所述系泊锚索包括四个上部系泊锚索及一个下部系泊锚索，四个所述上部系泊锚索的一端连接于所述下部系泊锚索的一端，由此形成连接节点。另一端分别连接于两个所述垂荡板5的导缆孔7，且两两分别对应设置。所述下部系泊锚索的另一端连接于所述系泊锚点10。

本实施方式中，所述上部系泊锚索处于张紧状态，所述下部系泊锚索处于松弛状态；所述连接节点的位置随着波浪作用而改变，所述下部系泊锚索随着所述浮式平台4受力的不同而改变线型，继而调节所述系泊系统的回复力，限制了所述浮式平台4的运动。所述质量块9设置于所述连接节点，其能够很好地限制所述浮式平台4的运动。本实施方式中，所述质量块9的数量为三个，三个所述质量块9分别连接于三个所述系泊锚索8。

所述风机系统包括三个风机叶片1、风机机舱2及塔柱3，所述塔柱3固定设置在所述浮式平台4的顶部。所述塔柱3呈圆柱状，其中心轴与所述浮式平台4的中心轴重合。所述风机机舱2设置在所述塔柱3远离所述浮式平台4的一端，三个所述风机叶片1分别设置在所述风机机舱2上，且三者绕所述风机机舱2均匀排布。

本发明提供的分岔系泊线式风机系泊系统及海上风力发电设备，所述系泊系统结构简单，可以有效地减小风机浮式平台的运动响应和振动幅值，特别是纵荡位移和垂荡位移，保证了风机作业的安全性，且造价较低，浮体运动控制性好，可以用于我国远海区域的浮式风力发电场建设。此外，所述风力发电设备能适用于300米以上水深的远海区域，能够有效减小浮式平台的6自由度运动响应。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分岔系泊线式风机系泊系统，其特征在于：

所述系泊系统包括浮式平台(4)、两个垂荡板(5)、多个质量块(9)及多个系泊锚索(8)，两个所述垂荡板(5)间隔设置在所述浮式平台(4)的中部；多个所述系泊锚索(8)的一端分别连接于两个所述垂荡板(5)，另一端用于连接系泊锚点(10)，所述系泊锚点(10)设置在海底；多个所述质量块(9)分别连接于多个所述系泊锚索(8)；

所述浮式平台(4)呈圆柱状，多个所述系泊锚索(8)绕所述浮式平台(4)的中心轴均匀排布；多个所述质量块(9)的数量与多个所述系泊锚索(8)的数量相同；

所述垂荡板(5)的几何中心位于所述浮式平台(4)的中心轴上；每个所述系泊锚索(8)包括四个上部系泊锚索及一个下部系泊锚索，四个所述上部系泊锚索的一端分别连接于两个所述垂荡板(5)的导缆孔(7)，另一端连接于所述下部系泊锚索，所述上部系泊锚索与所述下部系泊锚索之间形成连接节点，所述质量块(9)设置于所述连接节点。

2.如权利要求1所述的分岔系泊线式风机系泊系统，其特征在于：所述系泊系统还包括多个斜撑(6)，多个所述斜撑(6)的一端分别连接于两个所述垂荡板(5)，另一端连接于所述浮式平台(4)。

3.如权利要求2所述的分岔系泊线式风机系泊系统，其特征在于：多个所述斜撑(6)位于两个所述垂荡板(5)之间，且多个所述斜撑(6)平均分为两组，两组所述斜撑(6)相对于所述浮式平台(4)垂直于自身长度方向的横截面对称设置。

4.如权利要求2所述的分岔系泊线式风机系泊系统，其特征在于：所述垂荡板(5)呈圆盘形，其开设有多个导缆孔(7)，多个所述导缆孔(7)绕所述垂荡板(5)的中心轴均匀排布；所述系泊锚索(8)通过所述导缆孔(7)连接于所述垂荡板(5)；所述斜撑(6)支撑在所述导缆孔(7)的位置。

5.如权利要求4所述的分岔系泊线式风机系泊系统，其特征在于：所述上部系泊锚索处于张紧状态，所述下部系泊锚索处于松弛状态。

6.如权利要求1-5任一项所述的分岔系泊线式风机系泊系统，其特征在于：工作时，所述系泊系统处于水面(11)以下。

7.一种海上风力发电设备，其特征在于：所述海上风力发电设备包括风机系统及权利要求1-6任一项所述的分岔系泊线式风机系泊系统，所述风机系统设置于所述系泊系统。

8.如权利要求7所述的海上风力发电设备，其特征在于：所述风机系统包括风机叶片(1)、风机机舱(2)及塔柱(3)，所述塔柱(3)的一端固定在所述浮式平台(4)上，所述风机机舱(2)设置于所述塔柱(3)的另一端，所述风机叶片(1)设置于所述风机机舱(2)；所述塔柱(3)的中心轴与所述浮式平台(4)的中心轴重合。

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