CN110203342A - 多立柱漂浮式风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多立柱漂浮式风力发电装置，包括风力发电机组、立柱装置、桁架构件、横撑以及系泊系统，其中：立柱装置分为边立柱和中心立柱，边立柱和中心立柱之间主要通过横撑连接；风力发电机组设置在中心立柱装置上；所述桁架构件设置在所述立柱装置上，并对立柱装置进行连接和支撑；所述系泊系统连接所述立柱装置的边立柱。本发明采用位于水线面以下倾斜的圆柱形横撑，用来提供一定的浮力和使得整体浮心上移，并减小边立柱的排水体积需求，从而减小边立柱直径和获得良好的水动力性能。边立柱下端采用较大直径的柱靴作为固定压载舱，具有使整体重心降低到低于浮心和增加垂荡阻尼的功能。

Description

多立柱漂浮式风力发电装置
技术领域
本发明涉及浮式基础领域，具体地，涉及一种多立柱漂浮式风力发电装置。
背景技术
目前常见的浮式基础主要包括Spar(单柱)型浮式基础、半潜型浮式基础以及TLP(张力腿)型浮式基础。与本专利最接近的技术是Spar型浮式基础和半潜型浮式基础。Spar型浮式基础为圆柱体形状，结构简单，通过压载使重心低于浮心，水动力性能较好。半潜型浮式基础具备间距较大的立柱，可提供一定的复原力矩，且吃水较小。
现有技术的不足之处是：Spar型浮式基础吃水较大，一般达到80m以上，所以不适合用于水深相对较浅的海域，而且其较小的水线面积导致水线面惯性矩较小，无法贡献横摇和纵摇的稳性。半潜型浮式基础结构相对Spar型浮式基础较复杂，而且立柱直径通常较大，这就导致波浪载荷和运动响应均较大。
经对现有技术的文献检索发现，根据文献“Fukushima Floating Offshore WindFarm Demonstration Project(Fukushima FORWARD)Construction of Phase II”(可从http://www.fukushima-forward.jp/english/pdf/pamphlet5.pdf下载)，为解决Spar型浮式基础由于吃水较大而无法应用于50m水深的问题，日本福岛风电场设计团队设计了一种吃水为33m的Advanced Spar，然而其水线面处结构直径为51m，水线面积较大，这就导致结构所受波浪载荷较大，影响运动性能，并且不便于制造与安装，也影响了经济效益。
申请号为201110175440.7的发明专利公开了一种漂浮于海上的风力发电机，具体涉及一种风力发电机结构的改进。该发明就是提供一种使用效率高、节省占地、摆放面积不受限制的漂浮于海上的风力发电机。该发明包括立柱，立柱上设置有发电机，发电机的轴上设置有叶片，其结构要点在于立柱设置在底座上。但是上述专利没有采取措施降低重心，水线面形状复杂和面积大，水动力性能差。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明目的是提供一种多立柱漂浮式风力发电装置。
根据本发明提供的一种多立柱漂浮式风力发电装置，包括风力发电机组、立柱装置、桁架构件、横撑以及系泊系统，其中：
立柱装置之间通过横撑连接；
风力发电机组设置在立柱装置上；
所述桁架构件设置在所述立柱装置上，并对立柱装置进行固定；
所述系泊系统连接所述立柱装置。
优选地，所述立柱装置包括中心立柱和多个边立柱，所述中心立柱和边立柱之间通过横撑连接，所述多个边立柱等间距分布在所述中心立柱的周向。
优选地，所述风力发电机组设置在所述中心立柱上。
优选地，多个边立柱和所述中心立柱平行设置，且多个边立柱和所述中心立柱的距离相同。
优选地，还包括柱靴，所述柱靴安装在所述边立柱的底部。
优选地，所述桁架构件包括第一桁架构件和第二桁架构件，其中：
第一桁架构件一端连接中心立柱，另一端连接柱靴；
第二桁架构件两端分别连接沿周向相邻的边立柱的柱靴。
优选地，所述横撑、第一桁架构件均与水平面之间存在角度，所述第二桁架构件与水平面平行。
优选地，边立柱、横撑、第一桁架构件、第二桁架构件的数量均为3个；
相邻横撑的夹角为120°；
相邻第一桁架构件的夹角为120°；
相邻第二桁架构件的夹角为60°。
优选地，所述中心立柱的底面高于边立柱的底面。
优选地，所述立柱装置、桁架构件均呈圆柱状设置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过采用结构简单的圆柱形状构件，从而便于制造；又可减小所受波浪载荷，因而适应多种海况；
2、本发明通过采用倾斜的第一桁架构件，位于浮式基础整体吃水一半的上方，既可提供一定的浮力，使得整体浮心上移，又可减小边立柱的排水体积需求，从而减小边立柱直径和获得良好的水动力性能；
3、本发明通过采用长度较短的立柱，从而既适用于深海，又解决了Spar型浮式基础由于吃水较大，无法适用于50m水深的海域的问题；
4、本发明通过采用直径较小的立柱，从而一方面减小水线面面积，进而减小所受波浪力；另一方面减小制造成本，也便于安装；
5、本发明通过采用包围中心立柱的边立柱，从而保护了从中心立柱底端引出的电缆。
6、本发明通过采用位于最底端的含有压载的柱靴，从而使得重心低于浮心，浮式基础水动力性能良好。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为多立柱漂浮式风力发电装置的立体图；
图2为多立柱漂浮式风力发电装置的主视图；
图3为多立柱漂浮式风力发电装置的俯视图；
图4为多立柱漂浮式风力发电装置的侧视图；
图5为多立柱漂浮式风力发电装置的立柱装置、横撑、以及桁架构件的结构示意图。
图中示出：
1-风力发电机组
2-中心立柱
3-边立柱
4-横撑
5-柱靴
6-桁架构件
7-系泊系统
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图5所示，根据本发明提供的一种多立柱漂浮式风力发电装置，包括：风力发电机组1、中心立柱2、边立柱3、横撑4、柱靴5、桁架结构6和系泊系统7。其中，风力发电机组1固定设置于中心立柱2上，边立柱3的中部和底部分别与系泊系统7和柱靴5相连，横撑4的两端分别与中心立柱2和边立柱3相连，桁架结构6分为两组，一组连接中心立柱2和柱靴5，一组连接相邻的柱靴5，系泊系统7一端通过导缆孔与边立柱3连接，一端通过锚泊点与海底连接。
中心立柱2、边立柱3、横撑4、柱靴5构成支持风力发电机组1的浮式基础，它们均为圆柱形状，一方面结构简单，便于制造；另一方面可减小所受波浪载荷，因而适应多种海况。
所述风力发电机组1为水平轴或垂直轴式风力发电机组1，所述中心立柱2用于支撑上方的风力发电机组1。所述边立柱3，个数等于3，外形相同，对称布置于中心立柱周围，相互之间的夹角为60度，主要用于提供浮力，每个边立柱3和系泊系统7相连接以限制所述海上风力发电装置的六自由度运动。边立柱3中间用防水板隔成多个小舱室，以提高抗沉性。
所述中心立柱2和边立柱3的长度均较短，作为优选地，中心立柱2水下长度为25m，边立柱3水下长度为30m。使得浮式基础适用的水深较广，其中中心立柱2长度小于边立柱3长度，以提高浮心。
所述横撑4个数等于3，连接中心立柱2和边立柱3，作为支持结构，增强结构稳定性。三个横撑4相互呈120度角对称布置，均位于浮式基础整体吃水一半的上方，以提高整体浮心。横撑4具备一定的长度，当浮式基础受外力作用倾斜时，可提供一定的复原力矩，促使其回到初始平衡位置。横撑4为倾斜布局，在浮式基础正浮时，连接中心柱一端较高，连接边立柱一端较低，与水平面成一定夹角，为10度左右，以避免因浮式基础发生倾斜而露出水线面，造成整体浮力损失。
所述柱靴5共有三个，位于相应的边立柱3下方，里面布置矿砂或其他压载，使浮式基础整体的重心低于浮心。柱靴5相较于边立柱，直径较大，可起到类似垂荡板的作用，以增大垂荡阻尼。
所述桁架结构6分为两组，每组各三个。位于上方的一组，每个桁架结构6之间的夹角为120度，两端分别连接中心立柱2最下方和边立柱3最下方，位于下方的一组，每个桁架结构6之间的夹角为60度，两端分别连接相邻的柱靴5。桁架结构6有着连接结构，并且增强结构强度的作用。
所述系泊系统7可为悬链式或斜拉张紧式，在本实施例中，系泊系统7采用三根对称布置，相互呈120度角的悬链线式锚链，用于限制所述海上风力发电装置的六自由度运动。
图5为未加载重物时，多立柱漂浮式风力发电装置的吃水深度示意图，由图5可以看出，未加压载物的多立柱漂浮式风力发电装置仍具备一定吃水深度。
在具体实施过程中，可以先分段预制各结构构件，在干船坞中拼装完毕之后，由于未加压载物的浮式基础仍具备一定吃水和稳性，可由拖轮拖航至目标海域。由于本实施例中，压载物采用密度为4吨每立方米的矿砂，可以在到达安装地点之后再进行灌装，方便浮式基础的运输，也能实现浮式基础下水的扶正。最后进行系泊系统7和风力发电机组1的安装。
本发明采用位于水线面以下倾斜的圆柱形横撑4，用来提供一定的浮力和使得整体浮心上移，并减小边立柱3的排水体积需求，从而减小边立柱3直径和获得良好的水动力性能。边立柱3下端采用较大直径的柱靴5作为固定压载舱，具有使整体重心降低到低于浮心和增加垂荡阻尼的功能。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种多立柱漂浮式风力发电装置，其特征在于，包括风力发电机组、立柱装置、桁架构件、横撑以及系泊系统，其中：
立柱装置的边立柱和中心立柱之间主要通过横撑连接；
风力发电机组设置在立柱装置的中心立柱上；
所述桁架构件设置在所述立柱装置上，并对立柱装置进行固定；
所述系泊系统连接所述立柱装置的边立柱。
2.根据权利要求1所述的多立柱漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述立柱装置包括中心立柱和多个边立柱，所述中心立柱和边立柱之间通过横撑连接，所述多个边立柱等间距分布在所述中心立柱的周边。
3.根据权利要求2所述的多立柱漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述风力发电机组设置在所述中心立柱上。
4.根据权利要求2所述的多立柱漂浮式风力发电装置，其特征在于，多个边立柱和所述中心立柱平行设置，且多个边立柱和所述中心立柱的距离相同。
5.根据权利要求2所述的多立柱漂浮式风力发电装置，其特征在于，还包括柱靴，所述柱靴安装在所述边立柱的底部。
6.根据权利要求5所述的多立柱漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述桁架构件包括第一桁架构件和第二桁架构件，其中：
第一桁架构件一端连接中心立柱，另一端连接柱靴；
第二桁架构件两端分别连接沿周向相邻的边立柱的柱靴。
7.根据权利要求6所述的多立柱漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述横撑、第一桁架构件均与水平面之间存在角度，所述第二桁架构件与水平面平行。
8.根据权利要求6所述的多立柱漂浮式风力发电装置，其特征在于：
边立柱、横撑、第一桁架构件、第二桁架构件的数量均为3个；
相邻横撑的夹角为120°；
相邻第一桁架构件的夹角为120°；
相邻第二桁架构件的夹角为60°。
9.根据权利要求2所述的多立柱漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述中心立柱的底面高于边立柱的底面。
10.根据权利要求1所述的多立柱漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述立柱装置、桁架构件均呈圆柱状设置。
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