CN110282087A - 一种用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础，涉及海洋工程装备技术领域，包括环形浮筒载体、支撑横梁、主风机立柱基座、主风机立柱、辅风机立柱、风机固定装置，所述主风机立柱基座设置于所述环形浮筒载体中心，所述主风机立柱基座上设置有所述主风机立柱，所述环形浮筒载体包括辅风机立柱基座和矩形截面浮筒，所述矩形截面浮筒均匀间隔设置于所述辅风机立柱基座之间，所述支撑横梁设置于所述辅风机立柱基座、辅助风机立柱和主风机立柱基座之间，所述辅风机立柱基座上设置有所述辅风机立柱，所述主风机立柱和辅风机立柱上分别设置有所述风机固定装置。本发明能够有效降低海上风力发电成本，大大提高发电效率。

Description

一种用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础
技术领域
本发明涉及海洋工程装备技术领域，尤其涉及一种用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础。
背景技术
风能是一种清洁的可再生能源，世界上许多国家都十分重视风电的开发和利用，并早已着手建设海上风电场，以更加高效、大规模地发展风电，海上风电已成为未来风电发展的必然趋势。现在，风能发电成本已经下降到1980年的1/5。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤相竞争。目前，国内外对海上风电场的开发仅限于浅海，所用基础结构多为固定式基础，而且对固定基础平台动力响应技术的研究也比较成熟。
浮式基础是海上风电机组基础结构的深海结构形式，主要用于50m以上水深海域，属于柔性支撑结构，能有效降低系统固有频率，增加系统阻尼。根据海水深度和经济性考虑，深海风电场一般采用浮式基础。浮式基础按照安装的风机数量分为单风机式和多风机式(即风机群)。
目前，浮式基础方案以搭载单风机为主，风能利用率较低且建造风机基础的性价比不高，大大增加了海上风力发电成本，多风机式的平台仍停留在设计阶段。而且，浮式基础非线性运动响应明显，需承受较大的风浪流载荷，较差的安全性导致寿命不长，难以适应较深海域的长时间风力发电作业。
然而，关于半潜型浮式基础研究内容较少，且多为浅海固定式基础。用于搭载单风机的半潜型浮式基础的成本很高，多基于5MW以下开发，功率较小。因此经济型有待考量，另外建造难度也大，并不具有市场前景。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种可以搭载多个风机进行共同发电，适用于较深海域浮式风机群的半潜式基础，以降低成本，提高海上风力发电效率。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是(1)如何提高半潜型浮式基础在工作海域的稳定性和安全性，避免浮式基础在波浪聚集范围内的运动响应过大的问题；(2)相较传统的用于搭载单风机的半潜型浮式基础，如何提高材料利用率，节约建造成本；(3)如何解决当前海上风力发电多只能在近海得到运用的问题，拓展海上风力发电的使用范围，大大提高风力发电的能力和竞争力。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础，包括环形浮筒载体、支撑横梁、主风机立柱基座、主风机立柱、辅风机立柱、风机固定装置，其中，所述主风机立柱基座设置于所述环形浮筒载体中心，所述主风机立柱基座上设置有所述主风机立柱，所述环形浮筒载体包括辅风机立柱基座和矩形截面浮筒，所述矩形截面浮筒均匀间隔设置于所述辅风机立柱基座之间，所述支撑横梁设置于所述辅风机立柱基座、辅助风机立柱和主风机立柱基座之间，所述辅风机立柱基座上设置有所述辅风机立柱，所述主风机立柱和辅风机立柱上分别设置有所述风机固定装置。
进一步地，所述环形浮筒载体外围直径是100m，所述矩形截面浮筒是空心结构，截面宽度和高度均≥5m。
进一步地，所述辅风机立柱基座数量是6个，呈圆形阵列分布，相邻辅风机立柱基座间隔60度。
进一步地，所述辅风机立柱基座是圆柱形空心结构，截面直径≥10m。
进一步地，所述辅风机立柱是圆柱形结构，截面直径是10m。
进一步地，所述主风机立柱基座是圆柱形，截面直径是12m，设置于所述环形浮筒载体同一水平面。
进一步地，所述主风机立柱是圆台形，下底面直径为12m，上顶面直径小于下底面直径，高度大于所述辅风机立柱。
进一步地，所述主风机立柱基座和所述主风机立柱是一体结构。
进一步地，所述主风机立柱基座和每个辅风机立柱之间的支撑横梁数量均是1根，所述主风机立柱基座和每个辅风机立柱基座之间的支撑横梁数量均是1根，所述支撑横梁截面是圆形，截面直径是1.1m。
进一步地，所述主风机立柱上通过风机固定装置设置有主风机，所述辅风机立柱上通过风机固定装置设置有辅风机，所述用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础适用于水深大于60m的深海领域，吃水最小深度为20m。
与现有技术相比，本发明可以通过在半潜式环形浮筒载体的基础上搭载多个辅风机，并将单个主风机与其相连，构成主辅结合的海上风机群基础，实现多个风机在一个平台上同时发电，最大化利用风能。本浮式风机群半潜式基础将各个风机间隔排列，将工作时的相互影响最小化，且能保证浮式基础的稳定性，在深水域(500m)工作时也能维持自身较好的耐波性。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例结构示意图；
图2是本发明一个较佳实施例搭载风机群的示意图。
其中：1-主风机，2-辅风机，3-风机固定装置，4-辅风机立柱，5-辅风机立柱基座，6-主风机立柱，7-主风机立柱基座，8-矩形截面浮筒，9-支撑横梁。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1-2所示，本实施例用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础包括环形浮筒载体、主风机立柱基座7、主风机立柱6、辅风机立柱4、支撑横梁9，主风机立柱基座7位于环形浮筒载体中心并通过支撑横梁9与环形浮筒载体和辅风机立柱4相连接，使得主辅风机构成整体，提高结构强度。
环形浮筒载体包括六个辅风机立柱基座5、矩形截面浮筒8，环形浮筒载体外围直径为100m。辅风机立柱基座5为圆柱形空心结构，直径为10m，用于装配辅风机立柱，并可作为浮筒的一部分提供必要浮力，矩形截面浮筒8在辅风机立柱基座5之间间隔安装，截面宽度、高度均为5m，同样为空心结构，提供整个风机基础的最主要浮力和恢复力。也可将矩形截面浮筒8的宽度或辅风机立柱基座5截面适当增大，以进一步提高垂荡阻尼，增大稳定性。
辅风机立柱4为圆柱形结构，直径为10m，通过风机固定装置3安装固定辅风机2。辅风机立柱4安装在辅风机立柱基座5上，辅风机立柱基座5共计6个，呈圆形阵列分布，相邻辅风机立柱基座5间隔60度。
主风机立柱6由主风机立柱基座7支撑，通过风机固定装置3安装主风机1。主风机立柱基座7位于环形浮筒载体同一水平面，为圆柱形，直径为12m。主风机立柱6为圆台形，其高度需大于辅风机立柱4，下底面直径为12m，上顶面直径小于下底面直径。如果所搭载的风机重量较小，主风机立柱基座7也可作为主风机立柱6的一部分，即不提供浮力。
支撑横梁9位于辅风机立柱基座5、辅风机立柱4和中心主风机立柱基座7之间，共计12根，主风机立柱基座7同各个辅风机立柱基座5之间的支撑横梁数量均为1根，主风机立柱基座7同各个辅风机立柱4之间的支撑横梁数量均为1根，其截面为圆形，直径为1.1m，用于间接连接主风机立柱6和周围辅风机立柱4，组成海上浮式风机群半潜式基础整体，主风机立柱6和辅风机立柱4使得风机的装配简易方便，能使风机远离海面，在较高的垂直高度处进行发电工作。
实际使用时，本发明工作于水深为500m左右的海域，环形浮筒载体浸没在水中提供整个装置所需的浮力、恢复力等，主风机立柱6同主风机立柱基座7、辅风机立柱4同辅风机立柱基座5均露出水面，便于风机在离海面较高处协同发电作业，支撑横梁9可保证整体结构的刚性，使得此浮式风机群半潜式基础不至于在作业时断裂或扭曲等。矩形截面浮筒8的截面宽度可以随搭载的风机类型及作业概况的不同而更改，以保证足够的稳性耐波性、恢复力矩等。如果风机重量较大，可增加矩形截面浮筒8的截面宽度。整个基础适用于海洋工程及海上风机领域，可使得一个主风机、六个辅风机同时进行作业，大大提高发电效率。
本发明适用于深海领域(水深大于60m，吃水最小深度为20m)，可以搭载一个主风机，并在其周围搭载多个辅风机，使得整个基础具有多个风机协同发电的功能，也避免了相互干扰的问题。经过水动力计算表明，本发明既能保证整个基础和风机群的稳定性，又能相对于单风机式基础节省材料，提高经济性。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础，其特征在于，包括环形浮筒载体、支撑横梁、主风机立柱基座、主风机立柱、辅风机立柱、风机固定装置，其中，所述主风机立柱基座设置于所述环形浮筒载体中心，所述主风机立柱基座上设置有所述主风机立柱，所述环形浮筒载体包括辅风机立柱基座和矩形截面浮筒，所述矩形截面浮筒均匀间隔设置于所述辅风机立柱基座之间，所述支撑横梁设置于所述辅风机立柱基座、辅助风机立柱和主风机立柱基座之间，所述辅风机立柱基座上设置有所述辅风机立柱，所述主风机立柱和辅风机立柱上分别设置有所述风机固定装置。
2.如权利要求1所述用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础，其特征在于，所述环形浮筒载体外围直径是100m，所述矩形截面浮筒是空心结构，截面宽度和高度均≥5m。
3.如权利要求1所述用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础，其特征在于，所述辅风机立柱基座数量是6个，呈圆形阵列分布，相邻辅风机立柱基座间隔60度。
4.如权利要求3所述用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础，其特征在于，所述辅风机立柱基座是圆柱形空心结构，截面直径≥10m。
5.如权利要求1所述用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础，其特征在于，所述辅风机立柱是圆柱形结构，截面直径是10m。
6.如权利要求1所述用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础，其特征在于，所述主风机立柱基座是圆柱形，截面直径是12m，设置于所述环形浮筒载体同一水平面。
7.如权利要求1所述用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础，其特征在于，所述主风机立柱是圆台形，下底面直径为12m，上顶面直径小于下底面直径，高度大于所述辅风机立柱。
8.如权利要求1所述用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础，其特征在于，所述主风机立柱基座和所述主风机立柱是一体结构。
9.如权利要求1所述用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础，其特征在于，所述主风机立柱基座和每个辅风机立柱之间的支撑横梁数量均是1根，所述主风机立柱基座和每个辅风机立柱基座之间的支撑横梁数量均是1根，所述支撑横梁截面是圆形，截面直径是1.1m。
10.如权利要求1-9任意一项所述用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础，其特征在于，所述主风机立柱上通过风机固定装置设置有主风机，所述辅风机立柱上通过风机固定装置设置有辅风机，所述用于搭载海上浮式风机群的半潜式基础适用于水深大于60m的深海领域，吃水最小深度为20m。
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