CN110356522A - 桩靴型半潜式海上风电平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桩靴型半潜式海上风电平台，其解决要点是：包括：海上浮式风电机组、机组支撑立柱、外立柱、横撑结构以及外立柱靴；其连接关系是：三个外立柱位于等边三角形的三个顶点，机组支撑立柱位于等边三角形的中心位置，海上浮式风电机组安装在机组支撑立柱上方，外立柱底部安装有外立柱靴，外立柱之间不进行连接，外立柱和机组支撑立柱之间通过横撑结构进行连接，形成稳定的半潜式海上风电平台结构。本发明具有稳性、运动性能更好，重量轻、成本低、加工制造的难度低等优点。

Description

桩靴型半潜式海上风电平台

技术领域

本发明涉及一种桩靴型半潜式海上风电平台，属于海上浮式风电装备技术领域。

背景技术

近年来，国家大力提倡海上风电的发展。随着近海风场的充分开发和利用，桩基形式的固定式近海风电平台已经饱和。离岸更远的水域拥有更加优质的风资源，更适合进行海上风电的开发。固定式桩基由于水深的限制，很难适用于水深超过50m的海域，浮式风电平台的概念应运而生。目前主要的浮式风电平台有四种方案：SPAR类型、TLP类型、半潜类型和驳船类型。SPAR由于适用水深的限制，只能在特定海域适用；TLP方案由于张力筋腱的成本和技术导致其难以满足工程化需要；驳船类型的大水线面面积又导致其遭受较大的波浪载荷，增加系泊成本；半潜式的方案能有效避开以上缺陷，成为研究热点。

目前常用的半潜式方案如下：

一、专利1(金风科技设计方案，专利号：CN104401458B)，该方案包含三个方形外立柱，每个立柱下端与中间立柱相连接，立柱的横截面积在水面以下预设位置向上变大，立柱底部采用制荡板结构，外立柱与机组支撑立柱之间采用横撑和斜撑进行支撑。该方案在一定程度上可改善平台的结构和运动性能，降低生产和安装成本。但是该方案的方形截面会增加波浪载荷；制荡板结构虽然对阻尼有效果，但是未能有效降低平台重心；斜撑结构和横撑结构的交汇也会导致加工难度的增加。

二、专利2(通尼斯新能源设计方案，专利号：CN208089470U)，该方案包括三个圆柱形外筒位于等腰三角形上，外筒底部安装制荡板，外筒与机组支撑立柱采用圆管横撑结构，中心立柱平台较外筒要高出一部分，以最大可能性的减少平台重量。该设计方案的稳定性、抵抗外力能力都有一定效果。制荡板结构不能够减低重心，圆管的贯穿结构焊接相对难度较大，另外，外立柱的降低同时也可将中心立柱同步降低。

三、专利3(PPI公司，专利号：CN103786837B)，该方案采用三立柱方案，立柱之间通过横撑和斜撑结构进行连接。典型特点为风机直接坐在其中一个立柱上，这将导致平台的重心发生严重的偏移，该方案设计了一套主动压载控制系统，根据运动情况进行不同立柱见的压载调整，以达到降低平台运动幅度的目的。该方案的主动控制系统的稳定性实现困难，另外整个系统的耗能较高，可能发生风机发的电量不能满足主动控制系统电量需求的情况发生。

对比以上三种方案，本设计方案综合考虑平台稳性、运动性能、经济性、加工制造难度以及可靠性等几方面因素，在总结前人的设计经验基础上，结合海洋油气田平台的一些做法，提出了一种新型的半潜式海上风电平台设计方案，在保证性能的基础上，将平台的成本尽可能降低，减少加工难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桩靴型半潜式海上风电平台，该平台的稳性、运动性能能够得到有效改善。另外一个目的是降低平台的成本，减轻平台的重量，通过改变结构型式，降低加工制造的难度。

本发明目的是通过下列技术方案实现的：

桩靴型半潜式海上风电平台包括：海上浮式风电机组、机组支撑立柱、外立柱、横撑结构以及外立柱靴；其连接关系是：三个外立柱位于等边三角形的三个顶点，机组支撑立柱位于等边三角形的中心位置，海上浮式风电机组安装在机组支撑立柱上方，外立柱底部安装有外立柱靴，外立柱之间不进行连接，外立柱和机组支撑立柱之间通过横撑结构进行连接，形成稳定的半潜式海上风电平台结构。

由于采取上述技术方案使本发明具有如下优点及效果：

1.其主要构件都采用圆形截面，有效降低波浪载荷；

2.外立柱底部带有桩靴结构，有效降低平台重心，抑制平台垂荡运动，同时也能减低制造和总装过程中与地面接触处的应力集中；

3.外立柱与外立柱之间不设置连接结构，能够降低整个平台的材料使用，降低重量。

4.采用方形截面横撑进行外立柱和机组支撑立柱的连接，降低了加工和焊接难度。

附图说明

图1为本发明的结构图

图2为不带斜撑结构图

图3为带斜撑结构图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

桩靴型半潜式海上风电平台如图1所示，包括：海上浮式风电机组1、机组支撑立柱2、外立柱3、横撑结构5以及外立柱靴4；其连接关系是：三个外立柱3位于等边三角形的三个顶点，机组支撑立柱2位于等边三角形的中心位置，海上浮式风电机组1安装在机组支撑立柱2上方，外立柱3底部安装有外立柱靴4，外立柱3之间不进行连接，外立柱和机组支撑立柱2之间通过横撑结构5进行连接，形成稳定的半潜式海上风电平台结构；其特征在于：

所述外立柱如图1所示，三个外立柱3位于等边三角形的三个顶点，立柱截面采用波浪载荷较小的圆形截面，截面面积根据稳性和运动性能的要求来定，外立柱的水线面面积是重要参数，根据稳性要求来确定，外立柱3采用均匀截面或者变截面圆柱；外立柱3之间并不设置连接结构，有利于大幅降低平台重量；

所述机组支撑立柱2如图1所示，位于等边三角形的中心位置，其截面尺寸的增加不会对稳性等产生较大的作用，因此机组支撑立柱2在能够保证结构安全的前提下，其截面尺寸应尽可能小，这样不能能够节省钢结构，还能够减少立柱承受的波浪载荷；采用圆柱形式有利于降低波浪载荷，其横截面直径和长度可以根据机组的重量，从结构安全的角度进行尺度的选取，机组支撑立柱2与海上浮式风电机组1底部设置圆锥过渡段进行连接；

所述外立柱桩靴4的概念借鉴与传统自升式平台的桩腿桩靴设计理念，其连接于外立柱底部，其截面积可以做到外立柱截面积的3-6倍左右，其内部空间用于装载水泥或者钢结构等固定压载，由于浮式风电机组的重心很高，重量很大，通过这种设置外立柱桩靴，能够有效的降低整个浮式风电装置的重心，另外较大面积的外立柱桩靴也能够有效减低整个装置的对地压力，使得建造安装更容易。较大截面积的外立柱桩靴可以起到制荡板的作用，有效抑制平台的升沉运动，由于其位于水线以下深度较深处，虽然其面积较大，其遭受的波浪载荷总体而言仍然很小；

所述横撑结构5如图1所示，采用方形截面横撑设计，直接用于连接外立柱3和机组支撑立柱2，方形截面由于闭环剪力效应，能有效的增加结构的抗载荷能力。整个方案可以根据强度需要决定是否设置斜撑结构。

Claims (5)

1.桩靴型半潜式海上风电平台，具体包括：海上浮式风电机组(1)、机组支撑立柱(2)、外立柱(3)、横撑结构(5)以及外立柱靴(4)；其连接关系是：三个外立柱(3)位于等边三角形的三个顶点，机组支撑立柱(2)位于等边三角形的中心位置，海上浮式风电机组(1)安装在机组支撑立柱(2)上方，外立柱(3)底部安装有外立柱靴(4)，外立柱(3)之间不进行连接，外立柱和机组支撑立柱(2)之间通过横撑结构(5)进行连接。

2.根据权利要求1所述桩靴型半潜式海上风电平台，其特征还在于：所述三个外立柱(3)位于等边三角形的三个顶点，立柱截面采用波浪载荷较小的圆形截面，截面面积根据稳性和运动性能的要求来定，外立柱的水线面面积是重要参数，根据稳性要求来确定，外立柱(3)采用均匀截面或者变截面圆柱；外立柱(3)之间并不设置连接结构。

3.根据权利要求1所述桩靴型半潜式海上风电平台，其特征还在于：所述机组支撑立柱(2)位于等边三角形的中心位置，采用圆柱形式，其横截面直径和长度可以根据机组的重量，从结构安全的角度进行尺度的选取，机组支撑立柱(2)与海上浮式风电机组(1)底部设置圆锥过渡段进行连接。

4.根据权利要求1所述桩靴型半潜式海上风电平台，其特征还在于：所述外立柱桩靴(4)连接于外立柱底部，其截面积可以做到外立柱截面积的3-6倍左右，其内部空间用于装载水泥或者钢结构等固定压载。

5.根据权利要求1所述桩靴型半潜式海上风电平台，其特征还在于：所述横撑结构(5)采用方形截面横撑设计，用于连接外立柱(3)和机组支撑立柱(2)，整个方案可以根据强度需要决定是否设置斜撑结构。