CN110985308A - 海上基础结构及海上风机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上基础结构及海上风机系统，海上基础结构包括浮体平台，浮体平台设有压载舱，压载舱用于调整浮体平台的吃水深度；转接平台，转接平台设于浮体平台的一端、并与浮体平台转动连接；及锚链，锚链的一端连接于转接平台，锚链的另一端用于与海底连接。浮体平台通过压载舱调整吃水深度，锚链对转接平台的位置进行限制，以限制海上基础结构能够位于指定的区域；转接平台与浮体平台转动连接，使浮体平台可以绕转接平台实现转动，当出现不同的风向等情况时，浮体平台相当于能够绕转接平台转动，从而利用“风向标效应”进行自适应调整，达到与风、浪、流载荷等的最佳平衡，为风机装置的运行营造良好环境。

Description

海上基础结构及海上风机系统

技术领域

本发明涉及海上风力发电技术领域，特别是涉及一种海上基础结构及海上风机系统。

背景技术

面对全球对清洁可再生能源日益增长的需求，风能风电已成为商业化程度最高的可再生能源之一，并呈现出蓬勃发展的态势，风电项目也逐渐从陆地走向海洋，从近海区域走向远海区域。

然而，在风机受到复杂的风、浪、流载荷时，海上基础上的风机的偏航方式已经难以满足对风以及动态优化载荷性能的要求，造成风机的锚泊设计、结构设计的冗余以及性能的下降。

发明内容

基于此，有必要提供一种海上基础结构及海上风机系统；该海上基础结构可以自动实现与风、浪、流载荷的最佳平衡，给风机装置的运行提供较好的环境；该海上风机系统采用前述的海上基础结构。

其技术方案如下：

一方面，提供了一种海上基础结构，包括浮体平台，浮体平台设有压载舱，压载舱用于调整浮体平台的吃水深度；转接平台，转接平台设于浮体平台的一端、并与浮体平台转动连接；及锚链，锚链的一端连接于转接平台，锚链的另一端用于与海底连接。

上述海上基础结构，浮体平台通过压载舱调整吃水深度，锚链对转接平台的位置进行限制，以限制海上基础结构能够位于指定的区域；转接平台与浮体平台转动连接，使浮体平台可以绕转接平台实现转动，当出现不同的风向等情况时，浮体平台相当于能够绕转接平台转动，从而利用“风向标效应”进行自适应调整，达到与风、浪、流载荷等的最佳平衡，为风机装置的运行营造良好的受力环境。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，海上基础结构还包括连接架，连接架的一端与浮体平台连接，转接平台转动连接于连接架的另一端。

在其中一个实施例中，连接架呈V形设置，连接架的一端设有两个第一连接部，连接架的另一端设有一个第二连接部，浮体平台的一端设有连接杆，第一连接部分别与连接杆的两端连接，转接平台通过第二连接部与连接架转动连接。

在其中一个实施例中，转接平台包括基台和转接头，转接头设于基台，转接头通过第二连接部与连接架转动连接，锚链的一端与基台连接。

在其中一个实施例中，锚链设有至少两个、并均布连接于基台的外周。

在其中一个实施例中，浮体平台的中部设有第一通孔；

浮体平台还设有用于安装风机装置的安装结构。

在其中一个实施例中，浮体平台还设有阶梯槽，阶梯槽与第一通孔对应设置。

在其中一个实施例中，阶梯槽的槽壁设有第一阻尼格栅，第一通孔的内壁设有第二阻尼格栅；

阶梯槽为环形槽，第一通孔为环形孔，阶梯槽的半径大于第一通孔的半径。

在其中一个实施例中，浮体平台的外壁还设有止荡板，止荡板与浮体平台的外壁呈夹角设置；

止荡板环绕浮体平台的外壁设置。

另一方面，还提供了一种海上风机系统，包括风机装置，风机装置包括安装塔和风机组件，风机组件设于安装塔的一端；及如上述任一个技术方案所述的海上基础结构，风机装置设有至少一个、并设于海上基础结构的浮体平台。

上述海上风机系统，采用前述的海上基础结构，为风机装置提供了较为平稳的运行环境，保证风力发电的正常高效运行。

附图说明

图1为实施例中海上风机系统的结构示意图；

图2为另一个实施例中海上风机系统示意图；

图3为图1和图2实施例中浮体平台示意图；

图4为图1和图2实施例中连接架的示意图；

图5为图1和图2实施例中锚链安装示意图。

附图标注说明：

100、浮体平台；110、连接杆；120、第一通孔；121、第二阻尼格栅；130、安装结构；140、阶梯槽；141、第一阻尼格栅；150、止荡板；200、转接平台；210、基台；211、漂浮部；220、转接头；300、锚链；400、连接架；410、第一连接部；420、第二连接部；500、风机装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

需要说明的是，文中所称元件与另一个元件“固定”时，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是与另一个元件“连接”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1至图3，一种海上基础结构，包括浮体平台100，浮体平台100设有压载舱，压载舱用于调整浮体平台100的吃水深度；转接平台200，转接平台200设于浮体平台100的一端、并与浮体平台100转动连接；及锚链300，锚链300的一端连接于转接平台200，锚链300的另一端用于与海底连接。

该海上基础结构，浮体平台100通过压载舱调整吃水深度，锚链300对转接平台200的位置进行限制，以限制海上基础结构能够位于指定的区域；转接平台200与浮体平台100转动连接，使浮体平台100可以绕转接平台200实现转动，当出现不同的风向等情况时，浮体平台100相当于能够转接平台200转动，从而利用“风向标效应”进行自适应调整，达到与风、浪、流载荷等的最佳平衡，为风机装置500的运行营造良好环境。

由于利用“风向标效应”，相当于使浮体平台100能够相对于一个中心点(转接平台200所在位置点)进行转动，进而能够实现自动调整浮体的方位角的功能，得到在风、浪、流下较优的受力平衡方式，能够简化甚至省去传统海上风机系统的偏航控制系统及相关装置，大大降低了系统成本；另外，浮体平台100上可以安装一个或以上的风机装置500，使风机装置500能够共用一个浮体平台100，进一步降低单位能源的造价。

浮体平台100能够漂浮在海面上，浮体平台100的内部设有至少一个压载舱，该压载舱形成压载水舱，用于调节浮体平台100的吃水深度(也相当于调节整个海上基础结构的吃水深度)，并保证浮体平台100的稳定性和水动力性能。

如浮体平台100的内部舱室通过分隔板分隔为多个压载舱，舱壁上还可以设置横向和竖向的加强筋或加强板等，以提升浮体平台100的结构刚度/强度。

进一步地，浮体平台100可以是三角形结构，也可以是矩形结构，当然也可以是圆形结构或弧形结构。浮体平台100可以采用混凝土或预应力钢筋混凝土材料制作而成。

转接平台200可以设在浮体平台100的一个边角位置，由于转接平台200和浮体平台100之间转动连接(转轴呈纵向设置，即转轴垂直于海平面)，而转接平台200通过锚链300限定在一定的海域内，因此，当出现不同的风向等情况时，浮体平台100可以相对转接平台200转动，以使安装于其上的风机装置500处于迎风方向，获得更好的风力资源，同时，也可以是浮体平台100自适应调整，以达到与风、浪、流载荷等的最佳平衡，不再赘述。

另外，浮体平台100上还可以设有爬船扶梯、防护栏及防碰撞等附属配件，不再赘述。

如图1至图3，浮体平台100为三角形结构，可以是等腰三角形结构，浮体平台100的边角位置可以呈弧形过度(如圆角结构过度)，从而降低结构应力，优化水动力性能。在浮体平台100的边角位置设置有用于安装风机装置500的安装结构130，安装结构130可以只设置一个，也可以根据需要呈间隔设有至少两个。

请参照图1至图4，海上基础结构还包括连接架400，连接架400的一端与浮体平台100连接，转接平台200转动连接于连接架400的另一端。

连接架400起到连接浮体平台100和转接平台200的作用，使浮体平台100和转接平台200之间具有一定的距离，参照图1和图2，该结构相当于使浮体平台100可以绕着转接平台200所在位置能够转动，如果形成模型，则相当于浮体平台100可以绕一个转轴(或一个点)进行转动，使浮体平台100获得更大的活动范围，也更便于与不同情况下的风、浪、流载荷等达到自适应最佳平衡。

具体实施时，风机装置500的电缆可以通过连接架400从浮体平台100汇集到转接平台200，转接平台200从而还起到转接电能的作用，并通过电滑环、电缆等配套组件将电能朝外部传输。

请参照图4，连接架400呈V形设置，连接架400的一端设有两个第一连接部410，连接架400的另一端设有一个第二连接部420，浮体平台100的一端设有连接杆110，第一连接部410分别与连接杆110的两端连接，转接平台200通过第二连接部420与连接架400转动连接。

如图4所示，连接架400呈V形架设置，连接架400的左端形成有两个第一连接部410，第一连接部410可以是两个具有通孔的连接环；连接架400的右端形成有一个第二连接部420，第二连接部420同样可以是具有通孔的连接环。

由于连接架400连接在浮体平台100上，而浮体平台100需要能够绕着转接平台200转动，因此，第二连接部420的通孔的孔轴线与海平面垂直，而第一连接部410根据实际的安装需要进行设置即可，如可以如图1至图4的实际装配需要，设置为与浮体平台100上横向设置的连接杆110转动连接，以实现还可以转动的技术效果，不再赘述。

需要说明的是，连接杆110可以是与浮体平台100一体固定设置，连接杆110也可以是设在浮体平台100的两个端头，连接杆110还可以是浮体平台100设有通孔，而连接杆110穿过该通孔、使连接杆110的两端分别露出，以便于连接杆110的两端分别能够与对应的第一连接部410进行固定；而连接杆110与第一连接部410的连接方式可以是转动连接，也可以是固定连接，不再赘述。

当然，连接架400也可以是变截面的长方体桁架结构，连接架400可以采用钢材制作而成，不再赘述。

请参照图5，转接平台200包括基台210和转接头220，转接头220设于基台210，转接头220通过第二连接部420与连接架400转动连接，锚链300的一端与基台210连接。

基台210能够漂浮在海平面上，转接头220设在基台210的上部，以通过第二连接部420与连接架400转动连接，锚链300的一端固定在基台210上，以起到对转接平台200的位置限定作用。

进一步地，基台210的底部还设有漂浮部211，漂浮部211用于使基台210能够漂浮在海平面，如漂浮部211可以是呈半球状设置，漂浮部211属于基台210的一部分，其可以像浮体平台100那样设置压载舱，以通过压载舱调整浮体的吃水深度，不再赘述。

请参照图1、图2和图5，锚链300设有至少两个、并均布连接于基台210的外周。

锚链300可以设有至少两个，如图5所示，锚链300设有六个，并均布在基台210的外周，从而起到对转接平台200的位置限定作用，当然，也使转接平台200的位置更加稳定，不再赘述。

进一步地，锚链300可以是悬链式或张紧式系泊锚链300，锚链300的一端通过设在转接平台200(基台210)上的导缆孔与转接平台200固定，锚链300的另一端通过锚与海底(或海床)固定，不再赘述。

请参照图1至图3，浮体平台100的中部设有第一通孔120。

第一通孔120的设置，使浮体平台100的中部形成月池结构，不仅降低了制造成本，同时，也利用第一通孔120的水面活塞效应，有效降低海上风机系统的垂向运动响应，起到波浪屏蔽的作用。

请参照图1至图3，浮体平台100还设有用于安装风机装置500的安装结构130。

用于安装风机装置500的安装结构130可以包括基体和安装部，基体呈圆台结构设置(过渡结构)，安装部与风机装置500的安装塔配合固定，如通过法兰等进行安装，可以在圆台状的基体上部设置圆柱形结构，并将法兰盘直接固定在该圆柱形结构上，以便于装配，不再赘述。

请参照图3，浮体平台100还设有阶梯槽140，阶梯槽140与第一通孔120对应设置。

如图3所示，阶梯槽140使月池结构呈阶梯状设置，阶梯槽140相当于在浮体平台100上开设了一个比第一通孔120尺寸更大的槽，该槽非通槽，因而与第一通孔120一起形成了阶梯结构。阶梯槽140位于浮体平台100的上部，而第一通孔120直接贯通浮体平台100。该结构的设置可以增加浮体平台100的垂向运动水动力阻尼。

请参照图3阶梯槽140的槽壁设有第一阻尼格栅141，第一通孔120的内壁设有第二阻尼格栅121。

第一阻尼格栅141和第二阻尼格栅121均可以是方孔型阻尼格栅，以进一步增加海上风机系统(海上基础结构)的水动力阻尼，优化运动响应特性，第一阻尼格栅141和第二阻尼格栅121的尺寸及数量以本领域技术人员的设计要求并根据海上风机系统的性能需求确定，不再赘述。

另外，如图3所示，阶梯槽140为环形槽，第一通孔120为环形孔，阶梯槽140的半径大于第一通孔120的半径。

如图3所示，阶梯槽140为圆形阶梯槽140，第一通孔120为圆形通孔，阶梯槽140的轴线与第一通孔120的轴线重合与一致，不再赘述。

请参照图1至图3，浮体平台100的外壁还设有止荡板150，止荡板150与浮体平台100的外壁呈夹角设置。

如图3所示，止荡板150与浮体平台100的外壁呈垂直设置，也即，正常漂浮在海平面的状态下，止荡板150呈水平设置，与海平面平行。

图3中，止荡板150设在浮体平台100的底部外围，止荡板150可以是阻尼垂荡板结构(如阻尼板)，止荡板150环绕浮体平台100的外壁设置，并可以呈裙边结构布置，不再赘述。

请参照图1和图2，一种海上风机系统，包括风机装置500，风机装置500包括安装塔和风机组件，风机组件设于安装塔的一端；及如上述任一个实施例所述的海上基础结构，风机装置500设有至少一个、并设于海上基础结构的浮体平台100。

该海上风机系统，采用前述的海上基础结构，为风机装置500提供了较为平稳的运行环境，保证风力发电的正常高效运行。

如图1所示，浮体平台100上具有三个风机装置500，浮体平台100呈三角形结构设置，三个风机装置500分别布置在浮体平台100的三个角所在位置，为了保证三个风机装置500在面对同一方向的来风时避免尾流干涉，浮体平台100的边长可以至少是两倍的风机装置500的风轮直径，不再赘述。

如图2所示，浮体平台100上具有两个风机装置500，两个风机装置500呈间隔设置、并分别布置在三角形的浮体平台100的两个角所在位置，而转接平台200连接在三角形的浮体平台100的另一个角所在位置。为了保证两个风机装置500在面对同一方向的来风时不发生相互碰撞，浮体平台100的边长可以至少是一倍的风机装置500的风轮直径，不再赘述。

安装塔可以是塔筒结构，用于安装风机装置500的安装结构130的基体呈圆台结构，以便于通过法兰等配件与安装塔固定；风机组件可以包括主机及设在主机的转轴上的转子(叶片)，不再赘述。

对于海上基础结构，浮体平台100可以在船坞上整体制造和安装；风机装置500的安装塔和风机组件均可以在码头上吊装完成；之后，浮体平台100和风机装置500均可通过拖船拖航到制定的工作海域；而锚链300和转接平台200预先在指定的工作地点完成布置；当浮体平台100和风机装置500到达后，再通过连接架400实现浮体平台100和转接平台200的连接。由于各部分可以分离单独制造，并后续装配，不仅能够实现海上风机系统的快速部署和拆卸，降低施工难度和成本，而且也能够提升对不同风机平台的兼容性，不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种海上基础结构，其特征在于，包括：

浮体平台，所述浮体平台设有压载舱，所述压载舱用于调整所述浮体平台的吃水深度；

转接平台，所述转接平台设于所述浮体平台的一端、并与所述浮体平台转动连接；及

锚链，所述锚链的一端连接于所述转接平台，所述锚链的另一端用于与海底连接。

2.根据权利要求1所述的海上基础结构，其特征在于，所述海上基础结构还包括连接架，所述连接架的一端与所述浮体平台连接，所述转接平台转动连接于所述连接架的另一端。

3.根据权利要求2所述的海上基础结构，其特征在于，所述连接架呈V形设置，所述连接架的一端设有两个第一连接部，所述连接架的另一端设有一个第二连接部，所述浮体平台的一端设有连接杆，所述第一连接部分别与所述连接杆的两端连接，所述转接平台通过所述第二连接部与所述连接架转动连接。

4.根据权利要求3所述的海上基础结构，其特征在于，所述转接平台包括基台和转接头，所述转接头设于所述基台，所述转接头通过所述第二连接部与所述连接架转动连接，所述锚链的一端与所述基台连接。

5.根据权利要求4所述的海上基础结构，其特征在于，所述锚链设有至少两个、并均布连接于所述基台的外周。

6.根据权利要求1-5任一项所述的海上基础结构，其特征在于，所述浮体平台的中部设有第一通孔；

所述浮体平台还设有用于安装风机装置的安装结构。

7.根据权利要求6所述的海上基础结构，其特征在于，所述浮体平台还设有阶梯槽，所述阶梯槽与所述第一通孔对应设置。

8.根据权利要求7所述的海上基础结构，其特征在于，所述阶梯槽的槽壁设有第一阻尼格栅，所述第一通孔的内壁设有第二阻尼格栅；

所述阶梯槽为环形槽，所述第一通孔为环形孔，所述阶梯槽的半径大于所述第一通孔的半径。

9.根据权利要求6所述的海上基础结构，其特征在于，所述浮体平台的外壁还设有止荡板，所述止荡板与所述浮体平台的外壁呈夹角设置；

所述止荡板环绕所述浮体平台的外壁设置。

10.一种海上风机系统，其特征在于，包括：

风机装置，所述风机装置包括安装塔和风机组件，所述风机组件设于所述安装塔的一端；及

如权利要求1-9任一项所述的海上基础结构，所述风机装置设有至少一个、并设于所述海上基础结构的浮体平台。

Images