CN109941398A - 适用于海上浮式风机的多点系泊结构及海上风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋工程相关技术领域，其公开了一种适用于海上浮式风机的多点系泊结构及海上风力发电机，该多点系泊结构包括风机平台及多组系泊线，多组所述系泊线的一端连接于所述风机平台，另一端连接于锚固点，所述锚固点设置在海底；所述风机平台呈圆柱状，多组所述系泊线绕所述风机平台的中心轴均匀排布；所述风机平台开设有两排导缆孔，两排所述导缆孔沿所述风机平台的长度方向间隔设置，且两排所述导缆孔交叉设置；每组所述系泊线的一端分别连接于两排导缆孔。本发明可以有效地解决海上浮式风机在风浪荷载下运动响应过大的问题，可以显著减小风机的横摇运动，提高了稳定性。

Description

适用于海上浮式风机的多点系泊结构及海上风力发电机

技术领域

本发明属于海洋工程相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于海上浮式风机的多点系泊结构及海上风力发电机。

背景技术

近年来海上风能技术在全世界范围得到了快速发展，这也促进了人们对海上浮式风机的研究。事实上海上浮式风机在风浪荷载下会有运动响应，因此减小海上浮式风机的运动响应一直是国内外工程的热点，大部分研究都是通过改善浮式风机平台结构从而达到减小运动响应的目的，但这也相应提高了建造难度和维护成本，与陆上风机不同，海上风机依靠其持有的系泊系统保持在风浪下的稳定，因此在海上浮式风机的设计中，对风机平台的系泊系统的改善也是一个提高海上浮式风机表现性能的重要手段。

目前对大型浮式结构物的海上系泊主要依靠锚链和缆绳，对于大型钻井平台和海上浮式风机平台已经发展出了单点系泊系统，多点系泊系统以及张力腿系统等成熟系泊方法。单点系泊常用的是转塔式系泊结构，主要用于FPSO，具有风向标效应，能够根据环境的主要受力方向进行调节但仅适用于类船型平台结构。

多点式系泊可分为悬链式和张紧式，在浮式风机平台上设置导缆孔，然后通过简单的三根系泊线将浮式风机平台和海床基础连接以达到限制浮式风机平台运动的效果。悬链式系泊系统的系泊线在水中处于松弛状态，优点是在高海况下平台和系泊缆索都比较安全，缺点是浮式平台的运动响应比较大，张紧式系泊系统的系泊线在水中处于张紧状态，优点是浮式风机平台在高海况下运动响应较小，缺点是由于张紧状态下预应力较大，系泊系统在高海况下比较危险甚至会被破坏，且由于海流等问题会产生涡激振动及疲劳，继而会缩短系泊缆索的使用寿命。相应地，本领域存在着发展一种能够减小风机运动响应的适用于海上浮式风机的多点系泊结构及海上风力发电机的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于海上浮式风机的多点系泊结构及海上风力发电机，其基于现有系泊结构的工作特点，研究及设计了一种能够减小风机运动响应的适用于海上浮式风机的多点系泊结构及海上风力发电机。所述多点系泊结构的多个导缆孔分为两排设置，一个系泊线包括三条连接导缆孔及连接节点的上部分叉系泊线和连接锚固点和连接节点的下部系泊线，如此可以有效地解决海上浮式风机在风浪荷载下运动响应过大的问题，可以显著减小风机的横摇运动，且结构设计合理，施工难度和维护成本较低，具有极高的实用性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于海上浮式风机的多点系泊结构，所述多点系泊结构包括风机平台及多组系泊线，多组所述系泊线的一端连接于所述风机平台，另一端连接于锚固点，所述锚固点设置在海底；

所述风机平台呈圆柱状，多组所述系泊线绕所述风机平台的中心轴均匀排布；所述风机平台开设有两排导缆孔，两排所述导缆孔沿所述风机平台的长度方向间隔设置，且两排所述导缆孔交叉设置；每组所述系泊线的一端分别连接于两排导缆孔。

进一步地，两排所述导缆孔中临近所述海平面的一排处于所述海平面60米以下。

进一步地，多组所述系泊线相互连接在一起，每组所述系泊线包括三个上部分叉系泊线及一个下部系泊线，三个所述上部分叉系泊线的一端分别连接于两排导缆孔，另一端连接于所述下部系泊线的一端，所述下部系泊线的另一端连接于所述锚固点。

进一步地，同组系泊线中的三个上部分叉系泊线呈树枝发散状。

进一步地，同组系泊线中的三个上部分叉系泊线中的两个连接于两排导缆孔中的一排，剩余的一个所述上部分叉系泊线连接于另一排导缆孔。

进一步地，所述上部分叉系泊线的材质为尼龙，所述下部系泊线为钢缆；工作时，所述多点系泊结构位于海平面以下。

进一步地，所述上部分叉系泊线处于张紧状态，所述下部系泊线处于松弛状态。

进一步地，所述多点系泊结构包括多个预张力线，多个所述预张力线首尾相连，且每个所述预张力线的两端分别连接于相邻的两组系泊线。

按照本发明的另一个方面，提供了一种海上风力发电机，该海上风力发电机包括风机组件及如上所述的适用于海上浮式风机的多点系泊结构，所述风机组件设置在所述多点系泊结构上。

进一步地，所述风机组件包括塔架，所述风机组件通过所述塔架连接于所述风机平台；所述塔架的中心轴与所述风机平台的中心轴重合。

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，本发明提供的适用于海上浮式风机的多点系泊结构及海上风力发电机主要具有以下有益效果：

1.所述风机平台开设有两排导缆孔，两排所述导缆孔沿所述风机平台的长度方向间隔设置，且两排所述导缆孔交叉设置；每组所述系泊线的一端分别连接于两排导缆孔，如此使得多点系泊结构的受力均匀，减小运动响应，提高了稳定性，且多点系泊结构的质量较小，降低了成本，结构紧凑。

2.同组系泊线中的三个上部分叉系泊线呈树枝发散状，如此可以更好的平衡受力，能够较好地进行力的传递，稳定性较好。

3.所述上部分叉系泊线处于张紧状态，如此提高了预应力，可以有效地限制所述风机平台的纵荡位移及纵摇位移，提高了稳定性。

4.所述多点系泊结构包括多个预张力线，多个所述预张力线首尾相连，且每个所述预张力线的两端分别连接于相邻的两组系泊线，如此所述上部分叉系泊线提供了足够的预张力，减小了风机的运动响应。

5.工作时，所述多点系泊结构位于海平面以下，如此减小了工作时风载荷对多点系泊结构的影响，提高了稳定性。

6.所述塔架的中心轴与所述风机平台的中心轴重合，如此使得整个海上风力发电机能稳定于所述风机平台的中心轴上，从而使得海上风力发电机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。

附图说明

图1是本发明第一实施方式提供的海上风力发电机的结构示意图；

图2是图1中的海上风力发电机的适用于海上浮式风机的多点系泊结构的示意图；

图3是图2中的适用于海上浮式风机的多点系泊结构沿另一个角度的示意图；

图4是图3中的适用于海上浮式风机的多点系泊结构的单根系泊线的结构示意图；

图5是本发明第二实施方式提供的海上风力发电机的结构示意图；

图6是图5中的海上风力发电机的适用于海上浮式风机的多点系泊结构的示意图；

图7是图6中的适用于海上浮式风机的多点系泊结构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-塔架，3-风机平台，4-导缆孔，5-上部分叉系泊线，6-连接节点，7-下部系泊线，8-锚固点，9-预张力线。

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、图3及图4，本发明第一实施方式提供的海上风力发电机，所述海上风力发电机包括适用于海上浮式风机的多点系泊结构及风机组件，所述风机组件设置在所述多点系泊结构上。本实施方式中，工作时，所述多点系泊结构位于海平面以下。

所述多点系泊结构包括风机平台3及多组系泊线，多组所述系泊线的一端连接于所述风机平台3，另一端连接于锚固点8，所述锚固点8设置在海底。

所述多点系泊结构通过所述风机平台3连接于风机组件，其呈圆柱状。多组系泊线绕所述风机平台3的中心轴均匀排布。本实施方式中，多组所述系泊线连接于所述风机平台3的中部。所述风机平台3开设有多个导缆孔4，多组所述系泊线分别连接于多个所述导缆孔4。多个所述导缆孔4被设置为两排，两排所述导缆孔4交叉设置。

本实施方式中，每排导缆孔4包括三个所述导缆孔4，两排所述导缆孔4沿所述风机平台3的长度方向间隔设置；两排所述导缆孔4中临近所述海平面的一排处于所述海平面60米以下。；多组所述系泊线的数量为三个。

每组系泊线包括三个上部分叉系泊线5及下部系泊线7，三个所述上部分叉系泊线5的一端分别连接于两排所述导缆孔4，另一端连接于所述下部系泊线7的一端，所述下部系泊线7的另一端连接于所述锚固点8。每组系泊线的三个上部分叉系泊线5呈树枝发散状，且所述上部分叉系泊线5的长度小于所述下部系泊线7的长度。所述上部分叉系泊线5与所述下部系泊线7相连接而形成连接节点6。

本实施方式中，同组系泊线中的三个上部分叉系泊线5中的两个分别连接于两排导缆孔4中下排的相邻两个导缆孔4，另外一个上部分叉系泊线5连接于上排的导缆孔4；所述上部分叉系泊线5处于张紧状态，所述下部系泊线7处于松弛状态。

所述上部分叉系泊线5的材质为尼龙，可以有效地提供预张力。所述下部系泊线7为钢缆，可以有效地防止多点系泊结构在高海况下破坏，提高了多点系泊结构的安全性。所述多点系泊结构可以应用于300m及以上的海深区域的浮式风机的系泊，适用度比较广阔。所述风机平台3的上部导缆孔4大约处于海平面60m以下位置，而下部系泊线7大约处于海平面70m以下位置。工作时，所述多点系泊结构处于海平面以下。

所述风机组件包括塔架2及风机叶片1，所述塔架2呈圆柱状，其一端连接于所述风机平台3邻近所述风机叶片1的一端，所述风机叶片1设置在所述塔架2的另一端。本实施方式中，所述塔架2的中心轴与所述风机平台3的中心轴重合。

请参阅图5、图6及图7，本发明第二实施方式提供的海上风力发电机与本发明第一实施方式提供的海上风力发电机基本相同，不同点在于，还包括三个预张力线9，三个所述预张力线9首尾相连，且每个所述预张力线9的两端分别连接相邻的两个所述连接节点6。三个所述连接节点6使用所述预张力线6相连接，如此所述上部分叉系泊线5提供了足够的预张力，减小了风机的运动响应。

本发明提供的适用于海上浮式风机的多点系泊结构及海上风力发电机，其在连接节点和导缆孔之间多加了三个上部分叉系泊线，且该分叉系泊线处于张紧状态，可以有效的减小浮式风机平台的运动响应，提高了风机的抗波性能，同时相对于改变浮式风机平台结构，具有较低的施工建造难度和维护成本，而下部系泊线处于松弛状态，可以在保持较高抗波性能的同时保证系泊结构在高海况时的安全。

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 (10)

1.一种适用于海上浮式风机的多点系泊结构，其特征在于：

所述多点系泊结构包括风机平台(3)及多组系泊线，多组所述系泊线的一端连接于所述风机平台(3)，另一端连接于锚固点(8)，所述锚固点(8)设置在海底；

所述风机平台(3)呈圆柱状，多组所述系泊线绕所述风机平台(3)的中心轴均匀排布；所述风机平台(3)开设有两排导缆孔(4)，两排所述导缆孔(4)沿所述风机平台(3)的长度方向间隔设置，且两排所述导缆孔(4)交叉设置；每组所述系泊线的一端分别连接于两排导缆孔(4)。

2.如权利要求1所述的适用于海上浮式风机的多点系泊结构，其特征在于：两排所述导缆孔(4)中临近所述海平面的一排处于所述海平面60米以下。

3.如权利要求1所述的适用于海上浮式风机的多点系泊结构，其特征在于：多组所述系泊线相互连接在一起，每组所述系泊线包括三个上部分叉系泊线(4)及一个下部系泊线(7)，三个所述上部分叉系泊线(4)的一端分别连接于两排导缆孔(4)，另一端连接于所述下部系泊线(7)的一端，所述下部系泊线(7)的另一端连接于所述锚固点(8)。

4.如权利要求3所述的适用于海上浮式风机的多点系泊结构，其特征在于：同组系泊线中的三个上部分叉系泊线(4)呈树枝发散状。

5.如权利要求3所述的适用于海上浮式风机的多点系泊结构，其特征在于：同组系泊线中的三个上部分叉系泊线(4)中的两个连接于两排导缆孔(4)中的一排，剩余的一个所述上部分叉系泊线(4)连接于另一排导缆孔(4)。

6.如权利要求3所述的适用于海上浮式风机的多点系泊结构，其特征在于：所述上部分叉系泊线(4)的材质为尼龙，所述下部系泊线(7)为钢缆；工作时，所述多点系泊结构位于海平面以下。

7.如权利要求3所述的适用于海上浮式风机的多点系泊结构，其特征在于：所述上部分叉系泊线(4)处于张紧状态，所述下部系泊线(7)处于松弛状态。

8.如权利要求1-7任一项所述的适用于海上浮式风机的多点系泊结构，其特征在于：所述多点系泊结构包括多个预张力线(9)，多个所述预张力线(9)首尾相连，且每个所述预张力线(9)的两端分别连接于相邻的两组系泊线。

9.一种海上风力发电机，其特征在于：该海上风力发电机包括风机组件及权利要求1-8任一项所述的适用于海上浮式风机的多点系泊结构，所述风机组件设置在所述多点系泊结构上。

10.如权利要求9所述的海上风力发电机，其特征在于：所述风机组件包括塔架(2)，所述风机组件通过所述塔架(2)连接于所述风机平台(3)；所述塔架(2)的中心轴与所述风机平台(3)的中心轴重合。