CN110080952A - 一种海上风电机基础装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种海上风电机基础装置，涉及海上风电技术领域。该海上风电机基础装置包括：圆柱环和多个弹簧阻尼组；海上风电机基础设置在圆柱环内；多个弹簧阻尼组水平均匀分布在海上风电机基础与圆柱环之间；每个弹簧阻尼组均包括一个弹簧和一个阻尼器；弹簧的一端和阻尼器的一端均通过第一球型铰与海上风电机基础的外壁连接，弹簧的另一端和阻尼器的另一端均通过第二球型铰与圆柱环的内壁连接。该海上风电机基础装置通过设置圆柱环和多个弹簧阻尼组，可以显著降低海上风电机基础装置受风力及波浪荷载影响时的动力响应幅值，从而让海上风电机在深海域强风强浪的环境中比较稳定地运行，提高了海上风电机的稳定性。

Description

一种海上风电机基础装置
技术领域
本发明涉及海上风电技术领域，特别是涉及一种海上风电机基础装置。
背景技术
随着社会发展，可再生能源在建设能源未来的进程中发挥着重要作用。海上风电因环保、资源丰富、发电利用小时数高、不占用土地以及沿海区域用电需求大等因素，已经越来越受到关注。海上风电相比陆上风电来说有着风能更大、风切更小、沿海区域输电距离短等优势；同时，漂浮式海上风电机相比固定式海上风电机，也具有如下优势：(1)漂浮式海上风电机所处的深水海域具有更丰富、优质的风资源。(2)由于固定式海上风电机随着水深的增加，成本也越来越高，所以漂浮式海上风电机在深水海域具有更好的经济性。(3)漂浮式海上风电机受风浪荷载作用时，可以在一定范围内运动，这样可以有效地减小整体结构的应力，更具安全性。
鉴于以上漂浮式海上风电机的优势，人们不断探索它的基础结构形式。目前，对漂浮式海上风电机基础结构的研究尚处于初步阶段，其中，spar型基础结构构造简单，垂向波浪力小，但是在强风强浪情况下的横摇纵摇响应较大，因此，存在海上风电机基础的稳定性低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种海上风电机基础装置，解决了海上风电机基础的稳定性低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种海上风电机基础装置，海上风电机基础设置在所述海上风电机基础装置内，所述海上风电机基础装置包括：圆柱环和多个弹簧阻尼组；
所述海上风电机基础设置在所述圆柱环内；
多个所述弹簧阻尼组水平均匀分布在所述海上风电机基础与所述圆柱环之间；每个所述弹簧阻尼组均包括一个弹簧和一个阻尼器；
所述弹簧的一端和所述阻尼器的一端均通过第一球型铰与所述海上风电机基础的外壁连接，所述弹簧的另一端和所述阻尼器的另一端均通过第二球型铰与所述圆柱环的内壁连接。
可选的，所述圆柱环上开设细槽；
所述海上风电机基础的系泊系统锚链穿过所述细槽固定于海床上。
可选的，所述圆柱环采用空心橡胶材料。
可选的，所述圆柱环的重心位置低于浮心位置。
可选的，多个所述弹簧阻尼组等分为上端组和下端组；
所述上端组位于所述下端组上方，且所述上端组与所述下端组之间的距离大于所述海上风电机基础装置高度的一半。
可选的，每个所述弹簧阻尼组的所述弹簧套在所述阻尼器外面；
或每个所述弹簧阻尼组的所述弹簧和所述阻尼器平行设置。
可选的，所述弹簧阻尼组的数量为8个；
所述上端组包括4个所述弹簧阻尼组，所述下端组包括4个所述弹簧阻尼组。
可选的，所述海上风电机基础为单柱式漂浮式海上风电机基础。
可选的，所述圆柱环的高度与所述海上风电机基础的高度相等。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的海上风电机基础装置包括：圆柱环和多个弹簧阻尼组；海上风电机基础设置在圆柱环内；多个弹簧阻尼组水平均匀分布在海上风电机基础与圆柱环之间；每个弹簧阻尼组均包括一个弹簧和一个阻尼器；弹簧的一端和阻尼器的一端均通过第一球型铰与海上风电机基础的外壁连接，弹簧的另一端和阻尼器的另一端均通过第二球型铰与圆柱环的内壁连接。该海上风电机基础装置通过设置圆柱环和多个弹簧阻尼组，可以显著降低海上风电机基础装置受风力及波浪荷载影响时的动力响应幅值，从而让海上风电机在深海域强风强浪的环境中比较稳定地运行，提高了海上风电机的稳定性。同时，圆柱环可以阻止海上浮冰和其它杂物对单柱式漂浮式海上风电机基础，即spar型漂浮式海上风电机基础的直接碰撞，提高了海上风电机的安全性，保障了海上风电机的安全运行；圆柱环的重心低于浮心，整体结构倾斜时，空心橡胶圆柱环浮力对重心的恢复力矩可以有效地抵抗整体装置的摇晃，进一步提高整体装置的稳定性；圆柱环比传统风电机内部设置的调谐质量阻尼器(TMD)的质量大，海上风电机基础和圆柱环之间的空间比传统风电机内部设置的调谐质量阻尼器(TMD)的可运动空间大，改善了传统方法在风电机内部设置调谐质量阻尼器(TMD)空间有限的问题，从而增强减振效果及稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的海上风电机基础装置的结构图；
图2为本发明实施例所提供的海上风电机基础装置的截面图。
其中，1、海上风电机基础；2、圆柱环；3、弹簧阻尼组；4、第一球型铰；5、第二球型铰；6、细槽；7、系泊系统锚链。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例所提供的海上风电机基础装置的结构图；图2为本发明实施例所提供的海上风电机基础装置的截面图。参见图1及图2，本发明实施例提供一种海上风电机基础装置，海上风电机基础1设置在海上风电机基础装置内，海上风电机基础装置包括：圆柱环2和多个弹簧阻尼组3。海上风电机基础1优选单柱式漂浮式海上风电机基础，即spar型漂浮式海上风电机基础。
海上风电机基础1设置在圆柱环2内。圆柱环2采用空心橡胶材料。圆柱环2的重心位置低于浮心位置，保证圆柱环浸入海水中时自身的重力与浮力相平衡，具体可为圆柱环2下部分的质量分布大于上部分的质量分布，且下部分的材料密度大于上部分的材料密度，同时橡胶材料内部为空心以便提供足够的浮力与自身的重力相平衡。圆柱环2的高度与海上风电机基础1的高度相等。空心橡胶圆柱环优选的质量范围是600000-1200000千克(Kilogram，kg)。
圆柱环2的重心低于浮心，整体结构倾斜时，空心橡胶圆柱环浮力对重心的恢复力矩可以有效地抵抗整体装置的摇晃，进一步提高整体装置的稳定性。同时，空心橡胶圆柱环可以阻止海上浮冰和其它杂物对spar型漂浮式海上风电机基础的直接碰撞，提高了海上风电机的安全性。
多个弹簧阻尼组3水平均匀分布在海上风电机基础1与圆柱环2之间；弹簧阻尼组3的一端通过第一球型铰4与海上风电机基础1的外壁连接，弹簧阻尼组3的另一端通过第二球型铰5与圆柱环2的内壁连接。
每个弹簧阻尼组3均包括一个弹簧和一个阻尼器。弹簧的一端和阻尼器的一端均通过第一球型铰4与海上风电机基础1的外壁连接，弹簧的另一端和阻尼器的另一端均通过第二球型铰5与圆柱环2的内壁连接。弹簧优选的自然长度范围是7-12米。
本发明实施例提供两种弹簧和阻尼器位置关系的具体实施方式：
实施方式一：弹簧套在阻尼器外面。
实施方式二：弹簧和阻尼器平行设置。
多个弹簧阻尼组3等分为上端组和下端组。上端组位于下端组上方，且上端组与下端组之间的距离大于海上风电机基础装置高度的一半。
本发明实施例提供一种弹簧阻尼组数量和安装位置的具体实施方式：
本实施方式中海上风电机基础装置包括8个弹簧阻尼组3，8个弹簧阻尼组3等分为上端组和下端组，上端组包括4个弹簧阻尼组3；下端组包括4个弹簧阻尼组3。上端组的4个弹簧阻尼组3以海上风电机基础1为中心中心对称分布在海上风电机基础1和圆柱环2的上端；下端组的4个弹簧阻尼组3以海上风电机基础1为中心中心对称分布在海上风电机基础1和圆柱环2的下端。上端组的4个弹簧阻尼组3和下端组的4个弹簧阻尼组3对称设置。
圆柱环2上开设细槽6。海上风电机基础1的系泊系统锚链7穿过细槽6固定于海床上，系泊系统锚链7固定在海床上的具体固定方式为锚固。细槽6的数量与海上风电机基础1的系泊系统锚链7的数量相等。
目前现有的2兆瓦(megawatt，MW)的海上风电机的机舱总质量为17600千克(Kilogram，kg)，而调谐质量阻尼器(TMD)安装于机舱内部，调谐质量阻尼器(TMD)的质量小于机舱质量。而本发明实施例空心橡胶圆柱环的质量范围在600000-1200000kg，具体提供一种空心橡胶圆柱环的优选质量为610938kg，可见空心橡胶圆柱环的质量大于2MW海上风电机的机舱总质量，所以本发明实施例空心橡胶圆柱环的质量与传统风电机内部设置的调谐质量阻尼器(TMD)的质量相比较大。
现有的2MW的spar型漂浮式海上风电机基础内部空间的直径为9.2米，安装于机舱内部的TMD与风电机机舱内壁之间的弹簧的自然长度最大为3米，而本发明实施例空心橡胶圆柱环和海上风电机基础之间的弹簧的自然长度范围是7-12米，具体提供一种弹簧的优选自然长度为7.9米。所以，本发明实施例圆柱环和海上风电机基础之间的可运动空间比传统风电机内部设置的调谐质量阻尼器(TMD)的可运动空间大。
本发明通过增加质量较大的空心橡胶圆柱环，以及增大海上风电机基础和空心橡胶圆柱环之间的可运动空间解决了传统方法在海上风电机内部设置的调谐质量阻尼器(TMD)的可运动空间有限的问题，从而增强了海上风电机基础装置的减振效果和稳定性。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种海上风电机基础装置，其特征在于，海上风电机基础设置在所述海上风电机基础装置内，所述海上风电机基础装置包括：圆柱环和多个弹簧阻尼组；
所述海上风电机基础设置在所述圆柱环内；
多个所述弹簧阻尼组水平均匀分布在所述海上风电机基础与所述圆柱环之间；每个所述弹簧阻尼组均包括一个弹簧和一个阻尼器；
所述弹簧的一端和所述阻尼器的一端均通过第一球型铰与所述海上风电机基础的外壁连接，所述弹簧的另一端和所述阻尼器的另一端均通过第二球型铰与所述圆柱环的内壁连接。
2.根据权利要求1所述的海上风电机基础装置，其特征在于，所述圆柱环上开设细槽；
所述海上风电机基础的系泊系统锚链穿过所述细槽固定于海床上。
3.根据权利要求1所述的海上风电机基础装置，其特征在于，所述圆柱环采用空心橡胶材料。
4.根据权利要求1所述的海上风电机基础装置，其特征在于，所述圆柱环的重心位置低于浮心位置。
5.根据权利要求1所述的海上风电机基础装置，其特征在于，多个所述弹簧阻尼组等分为上端组和下端组；
所述上端组位于所述下端组上方，且所述上端组与所述下端组之间的距离大于所述海上风电机基础装置高度的一半。
6.根据权利要求1所述的海上风电机基础装置，其特征在于，每个所述弹簧阻尼组的所述弹簧套在所述阻尼器外面；
或每个所述弹簧阻尼组的所述弹簧和所述阻尼器平行设置。
7.根据权利要求5所述的海上风电机基础装置，其特征在于，所述弹簧阻尼组的数量为8个；
所述上端组包括4个所述弹簧阻尼组，所述下端组包括4个所述弹簧阻尼组。
8.根据权利要求1所述的海上风电机基础装置，其特征在于，所述海上风电机基础为单柱式漂浮式海上风电机基础。
9.根据权利要求1所述的海上风电机基础装置，其特征在于，所述圆柱环的高度与所述海上风电机基础的高度相等。
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