CN110525599A - 一种新型多浮筒海上风机浮式基础 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型多浮筒海上风机的浮式基础，包括中心浮筒、周向浮筒、支撑部件、桁架部件、垂荡板、中心软舱、系泊系统和锚固基础；其中，在中心浮筒的底部安装桁架部件，在桁架部件上安装垂荡板，在桁架部件的底部安装中心软舱，在中心浮筒的上方通过支撑部件连接周向浮筒，锚固基础设在中心浮筒的斜下方，中心浮筒的侧面通过系泊系统连接锚固基础，中心浮筒安装在风机塔筒的底部，在风机塔筒的顶部安装风机。本发明主要的有益效果：提供了一种适合于深水风电开发的新型多浮筒海上风机浮式基础；优化结构，减少结构重量，提高运动性能；提高了浮式风机基础对复杂海上风浪流荷载的抵抗能力。

Description

一种新型多浮筒海上风机浮式基础
技术领域：
本发明涉及一种浮式海上风机支撑基础领域，具体涉及一种新型多浮筒海上风机浮式基础。
背景技术：
风能作为一种绿色能源，其主要利用形式是风力发电。目前全球陆上风电和海上风电开发均有了一定的规模。与陆地风能相比，海洋风能具有优质、稳定及受干扰程度低的优势。然而因海洋环境的特殊性，海上风电的发展速度和规模相比陆上风电仍存在一定的差距。据统计，我国风电可开采总储量约为1000GW，其中250GW为海上风电。截止2018年底，全球风电总装机容量为592GW，其中海上风电装机容量为23GW，占比仅约4％。2018年海上风电新增装机容量为4.5GW，我国首次超越英国和德国，以1.8GW的海上风电新增装机容量领先；但2018年底海上风电总装机容量，我国仍居第三位。海上风电开发仍是我国未来新能源开发的重要热点。
目前海上风电开发主要集中在水深小于50m的浅水近岸区域，其风机多采用固定式风机基础，如重力式，单桩和导管架等基础。但随着水深的增加，这些固定式风机基础的经济性和稳定性变差，需要采用浮式风机基础对深水风电进行开发。
浮式海上风机的概念从1972年提出后，随着海上油气行业浮式平台的发展，逐步出现半潜式，Spar和张力腿式3种主要的浮式风机基础类型。但目前均处于发展阶段，其成本优势和适用性仍未完全明确。因此研究经济性好，结构简单安装方便，稳性好，运动性能好，可有效抵抗极端海况下复杂风浪荷载的浮式海上风机基础具有重要的意义。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种新型多浮筒海上风机的浮式基础，包括中心浮筒、周向浮筒、支撑部件、桁架部件、垂荡板、中心软舱、系泊系统和锚固基础；
其中，在中心浮筒的底部安装桁架部件，在桁架部件上安装垂荡板，在桁架部件的底部安装中心软舱，在中心浮筒的上方通过支撑部件连接周向浮筒，锚固基础设在中心浮筒的斜下方，中心浮筒的侧面通过系泊系统连接锚固基础，中心浮筒安装在风机塔筒的底部，在风机塔筒的顶部安装风机。
在一个实施例中，所述中心浮筒为圆柱体结构，所述支撑部件包括斜向支撑部件，所述中心浮筒通过斜向支撑部件与所述周向浮筒连接。
在一个实施例中，周向浮筒为若干件，呈三角形分布，所述支撑部件包括水平支撑部件，每个周向浮筒通过水平支撑部件连接。
在一个实施例中，周向浮筒为若干件，呈矩形分布，所述支撑部件包括水平支撑部件，每个周向浮筒通过水平支撑部件连接。
在一个实施例中，在所述中心浮筒的内部可设置浮舱或储能舱或控制缆舱或可变压载舱；在所述中心软舱安装电缆。
在一个实施例中，在所述中心浮筒的外侧面安装螺旋侧板。
在一个实施例中，在所述中心浮筒的侧壁和所述中心软舱的底部设置系泊系统系缆点。
在一个实施例中，所述中心浮筒和所述中心软舱可以由系泊系统通过多种所述的锚固基础固定在海床上；系泊系统可以为悬链线系泊或张紧系泊，或悬链线系泊和张紧系泊组合形式。
在一个实施例中，所述倾斜支撑部件与所述中心浮筒之间的夹角范围在10°到60°，所述倾斜支撑部件与所述周向浮筒的安装数量一致。
在一个实施例中，所述的锚固基础固定在海床上。
在一个实施例中，所述的浮式基础为多个，每个浮式基础搭载一个风机，每个所述的浮式基础之间水平设置，并采用张紧或悬链线系泊。
在一个实施例中，所述周向浮筒为圆柱形中空环形结构，内环直径略大于所述支撑部件的直径，可通过连接装置套装在所述支撑部件上；若为单个所述的周向浮筒，则位于所述支撑部件的中间位置，若为多个所述的周向浮筒，则沿着支撑部件的长度方向均布。
本发明所述的主要具有如下优点和有益效果：
(1)提供了一种适合于深水风电开发的新型多浮筒海上风机浮式基础；
(2)优化结构，减少结构重量，提高运动性能；
(3)提高了浮式风机基础对复杂海上风浪流荷载的抵抗能力；
(4)有效降低其在多种复杂循环荷载下动力响应；
(5)结构简单稳定性好，易于安装，降低了浮式基础和海上风电开发的成本。
附图说明：
图1揭示了本发明一种实施方式中，一种新型多浮筒海上风机浮式基础的主视图；
图2揭示了本发明另一种实施方式中，中心浮筒、周向浮筒和支撑部件之间矩形连接的示意图；
图3揭示了本发明另一种实施方式中，中心浮筒、周向浮筒和支撑部件之间三角形连接的示意图。
其中，1-中心浮筒，2-水平支撑部件，3-周向浮筒，4-斜向支撑部件,5-桁架部件，6-垂荡板，7-中心软舱，8-系泊系统，9-锚固基础，10-电缆，11-浮舱，12-储能舱，13-控制缆舱，14-可变压载舱,15-螺旋侧板,16-风机塔筒，17-风机
具体实施方式：
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
参考图1并结合图2和图3，图1揭示了本发明一种实施方式中，一种新型多浮筒海上风机浮式基础的主视图。图2揭示了本发明另一种实施方式中，中心浮筒、周向浮筒和支撑部件之间矩形连接的示意图。图3揭示了本发明另一种实施方式中，中心浮筒、周向浮筒和支撑部件之间三角形连接的示意图。
在图1中的一种新型多浮筒海上风机的浮式基础，包括中心浮筒1、周向浮筒3、支撑部件、桁架部件5、垂荡板6、中心软舱7、系泊系统(图中未标注)和锚固基础9。其中，在中心浮筒3的底部安装桁架部件5，在桁架部件5上安装垂荡板6，在桁架部件5的底部安装中心软舱7，在中心浮筒1的上方通过支撑部件连接周向浮筒3，锚固基础9设在中心浮筒1的斜下方，中心浮筒1的侧面通过系泊系统8连接锚固基础9，中心浮筒1安装在风机塔筒16的底部，在风机塔筒16的顶部安装风机17。
优选地，中心浮筒1可以为圆柱体结构，支撑部件包括斜向支撑部件4，中心浮筒1通过斜向支撑部件4与周向浮筒1连接。
优选地，周向浮筒3可以为若干件，呈三角形分布(参考图3)，支撑部件包括水平支撑部件2，每个周向浮筒3通过水平支撑部件2连接。
优选地，周向浮筒3可以为若干件，呈矩形分布(参考图2)，支撑部件包括水平支撑部件2，每个周向浮筒3通过水平支撑部件2连接。
优选地，在中心浮筒3的内部可设置浮舱11或储能舱12或控制缆舱13或可变压载舱14；在中心软舱7内安装电缆。
优选地，在中心浮筒3的外侧面安装螺旋侧板15。
优选地，在中心浮筒3的侧壁和中心软舱7的底部设置系泊系统系缆点(图中未标注)。
优选地，中心浮筒3和中心软舱7可以由系泊系统8通过多种所述的锚固基础9固定在海床上；系泊系统8可以为悬链线系泊或张紧系泊，或悬链线系泊和张紧系泊组合形式。
优选地，斜向支撑部件4与中心浮筒3之间的夹角范围在10°到60°，斜向支撑部件4与周向浮筒3的安装数量一致。
优选地，锚固基础4固定在海床上。
优选地，浮式基础可以为多个，每个浮式基础可以搭载一个风机，每个浮式基础之间可以水平设置，并采用张紧或悬链线系泊。
优选地，周向浮筒3可以为圆柱形中空环形结构，内环直径略大于所述支撑部件的直径，可通过连接装置套装在支撑部件上；若为单个周向浮筒3，则位于支撑部件的中间位置，若为多个周向浮筒3，则沿着支撑部件的长度方向均布。
可以理解的是，图2所述的实施例中也可以是矩形的特殊形式，正方形。
同样可以理解的是，图2所述的实施例中也可以是三角形的特殊形式，等边三角形。
同样可以理解的是，中心浮筒内部设置浮舱，可变压载舱，储能舱及输电缆及控制缆舱，舱底设置连接井口，经由垂荡板模块和中心软舱底部井口与海底输电缆连接进行电能传输。
同样可以理解的是，中心浮筒上部为海上风机塔筒连接段，连接风机塔筒。
作为优选的技术特征，中心浮筒侧壁设置螺旋侧板，以减小涡激振动。
作为优选的技术特征，周向水平支撑彼此连接呈正方形或等边三角形结构，每个周向水平支撑和倾斜支撑沿支撑轴轴向布置一个或数个周向浮筒。
作为优选的技术特征，周向水平和倾斜支撑部件为中空导管结构，彼此可以通过焊接连接。
作为优选的技术特征，倾斜支撑部件与中心浮筒连接，夹角在10°-60°；根据上部周向水平支撑组成的形式(正方形或等边三角形)，周向斜向支撑部件的数目对应为3或者4；
作为优选的技术特征，水平支撑部件和斜向支撑部件的连接点位置设置系泊系统系缆点，中心浮筒的侧壁和中心软舱的底部设置系泊系统系缆点；
作为优选的技术特征，周向浮筒可以为圆柱形中空环形结构，内环直径略大于周向水平/侧向支撑直径；可通过连接装置套装在周向水平支撑和倾斜支撑上；单个周向浮筒位于支撑的中间位置，若为多个周向浮筒，则均布在支撑部件上。
作为优选的技术特征，该结构可以作为模块单元，在水平向进行多模块连接，搭载多个浮式风机。多风机时，在模块连接角点处采用张紧或悬链线系泊。
本发明提供一种新型多浮筒海上风机浮式基础。通过采用多个半潜和全潜浮筒的方式，结合支撑部件的高强度特性，优化浮式风机基础结构，提高了浮式风机基础对复杂海上风浪流荷载的抵抗能力和运动性能，有效降低其在多种复杂循环荷载下动力响应；结构简单稳定性好，易于安装，降低了浮式基础和海上风电开发的成本，是一种新型的海上风机浮式基础形式。
同时也有效解决了目前浮式海上风机支撑基础类型缺乏，成本高，抗极端海况复杂荷载能力不足的问题。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种新型多浮筒海上风机的浮式基础，其特征在于：包括中心浮筒、周向浮筒、支撑部件、桁架部件、垂荡板、中心软舱、系泊系统和锚固基础；其中，
在中心浮筒的底部安装桁架部件，在桁架部件上安装垂荡板，在桁架部件的底部安装中心软舱，在中心浮筒的上方通过支撑部件连接周向浮筒，锚固基础设在中心浮筒的斜下方，中心浮筒的侧面通过系泊系统连接锚固基础，中心浮筒安装在风机塔筒的底部，在风机塔筒的顶部安装风机。
2.如权利要求1所述的浮式基础，其特征在于：所述中心浮筒为圆柱体结构，所述支撑部件包括斜向支撑部件，所述中心浮筒通过斜向支撑部件与所述周向浮筒连接。
3.如权利要求2所述的浮式基础，其特征在于：周向浮筒为若干件，呈三角形分布，所述支撑部件包括水平支撑部件，每个周向浮筒通过水平支撑部件连接。
4.如权利要求2所述的浮式基础，其特征在于：周向浮筒为若干件，呈矩形分布，所述支撑部件包括水平支撑部件，每个周向浮筒通过水平支撑部件连接。
5.如权利要求2所述的浮式基础，其特征在于：在所述中心浮筒的内部可设置浮舱或储能舱或控制缆舱或可变压载舱；在所述中心软舱安装电缆。
6.如权利要求1所述的浮式基础，其特征在于：在所述中心浮筒的外侧面安装螺旋侧板。
7.如权利要求1所述的浮式基础，其特征在于：在所述中心浮筒的侧壁和所述中心软舱的底部设置系泊系统系缆点。
8.如权利要求7所述的浮式基础，其特征在于：所述中心浮筒和所述中心软舱可以由系泊系统通过多种所述的锚固基础固定在海床上；系泊系统可以为悬链线系泊或张紧系泊，或悬链线系泊和张紧系泊组合形式。
9.如权利要求2所述的浮式基础，其特征在于：所述斜向支撑部件与所述中心浮筒之间的夹角范围在10°到60°，所述斜向支撑部件与所述周向浮筒的安装数量一致。
10.如权利要求1所述的浮式基础，其特征在于：所述的锚固基础固定在海床上。
11.如权利要求1所述的浮式基础，其特征在于：所述的浮式基础为多个，每个浮式基础搭载一个风机，每个所述的浮式基础之间水平设置，并采用张紧或悬链线系泊。
12.根据权利要求1所述的浮式基础；其特征在于：所述周向浮筒为圆柱形中空环形结构，内环直径略大于所述支撑部件的直径，可通过连接装置套装在所述支撑部件上；若为单个所述的周向浮筒，则位于所述支撑部件的中间位置，若为多个所述的周向浮筒，则沿着支撑部件的长度方向均布。
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