CN111734584A - 一种漂浮式风机基础及风机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种漂浮式风机基础，包含：支撑结构，其位于漂浮式风机基础的中心，并与风机主体连接，用于支撑风机主体；漂浮结构，其位于支撑结构的周围，并与支撑结构连接，用于为风机基础提供浮力；系泊系统，其与漂浮结构连接，用于定位漂浮式风机基础；所述的漂浮结构包括至少三个浮体结构和至少三个连接结构，所述的连接结构分别固定连接两个相邻的浮体结构。本发明的漂浮结构采用双层外板形式，在增加外板强度外，降低了外板的厚度，节省了用钢量，漂浮结构通过连接桥与中间圆筒连接，便于工作人员运维，整个漂浮式风机基础的用钢量少，安全性高，适用于过渡深水区域。

Description

一种漂浮式风机基础及风机
技术领域
本发明涉及海上风电基础的技术领域，尤其涉及一种漂浮式风机基础及风机。
背景技术
随着人类对海上风资源认识的加深和风能开发技术的进步，风资源的开发出现了从近浅海向深远海发展的趋势。漂浮式风机基础是深海风能开发的关键装备之一。在油气开发技术的基础上，近年来出现了多种形式的浮式基础，其中半潜式浮式基础可以在岸边完成安装调试，然后拖航到安装区域，具有灵活性高、应用范围广、安装成本低等优势，因而得到较快的发展。
国际上许多企业和研究机构提出了半潜式浮式风机基础的概念，并建立了样机。美国能源局主导开发了DeepCwind浮式基础，该浮式基础由三个大直径的浮筒提供浮力，浮筒之间采用圆管横撑连接，每个浮筒分上下两部分，下部分主要提供压载，并增加垂荡和纵摇的阻尼，设计吃水为20m，塔架安装在中间的主浮筒上。美国的Principle Power公司联合若干研究机构提出了WindFloat浮式基础，其浮力由三个大直径浮筒提供，浮筒下面有垂荡板，浮筒之间有横撑连接，设计吃水为22.9m，塔架安装在其中一个浮筒上，浮筒之间有压载主动调整装置。荷兰的GustoMSC公司提出了Tir-Floater浮式基础概念，该浮式基础同样由三个浮筒提供浮力，浮筒在顶端由连接桥连接，塔架安装在连接桥中间。挪威科技大学提出的半潜式风机基础概念，该浮式基础的浮筒底部由连接桥连接，设计吃水为24m。IDEOL公司开发了半潜式浮式基础Damping-pool，该浮式基础整体呈方形，含有类似月池的结构，采用钢筋混凝土建造。
总体而言，半潜式风机基础已得到国际上的普遍认可，且具有较好的发展。现有的半潜式浮式风机基础常采用大直径、大壁厚的圆筒结构提供浮力，增加了施工技术门槛和钢材的用量，提高了生产成本，而且，大直径浮筒之间采用小直径的横撑结构连接，容易发生疲劳破坏，安全性难以保证。此外，现有的浮式基础基本采用悬链线状的全锚链的悬链线状系泊系统，造价较高，不适用于过渡水深区域。
发明内容
本发明提出了一种漂浮式风机基础，采用具有双层外板的漂浮结构为风机基础提供浮力，在增加漂浮式风机基础强度的同时，节省用钢量，漂浮结构通过连接桥与风机基础的圆筒连接，便于工作人员运维，整个漂浮式风机基础的用钢量少，安全性高，适用于过渡深水区域。
为了达到上述目的，本发明提出了一种漂浮式风机基础，包含：
支撑结构，其位于漂浮式风机基础的中心，并与风机主体连接，用于支撑风机主体；
漂浮结构，其位于支撑结构的周围，并与支撑结构连接，用于为风机基础提供浮力；
系泊系统，其与漂浮结构连接，用于定位漂浮式风机基础；
所述的漂浮结构包括至少三个浮体结构和至少三个连接结构，每一所述的连接结构分别固定连接两个相邻的浮体结构。
优选地，所述的支撑结构包含：
圆筒，其位于支撑结构的中心，并与风机主体的塔架连接，用于支撑风机主体；
若干个连接桥，连接桥的第一端与圆筒连接，其第二端与漂浮结构的连接结构连接；
钢筋混凝土压载舱，其设置在圆筒底部以及连接桥的底部，用于压载、降低支撑结构的重心高度以及降低支撑结构的垂荡运动。
优选地，所述的连接桥的数量与连接结构的数量相等。
优选地，所述的连接桥顶端设有第一通道，便于工作人员在支撑结构与漂浮结构间行走，所述的第一通道两边设有防护栏。
优选地，所述的圆筒上设有门，便于工作人员进入塔架内。
优选地，所述的浮体结构，包含：
第一双层外板，其包含第一外板和与第一外板连接的第一内板；
浮力模块，其与第一双层外板连接，用于为风机基础提供浮力；
压载水舱，其设置在第一双层外板和浮力模块的底部，并与第一双层外板及浮力模块固定连接。
优选地，所述的连接结构为类似三角形结构，包含：
第二双层外板，其包含第二外板和与第二外板连接的第二内板；
两个侧板，其分别位于连接结构的侧面，并与其相邻的浮体结构固定连接；
平行板，其一端与第二双层外板连接，另一端与支撑结构的连接桥连接；
压载水舱，其位于第二双层外板、侧板以及平行板的底部，并与第二双层外板、侧板以及平行板固定连接。
优选地，所述的圆筒的垂直方向上设置有若干个垂荡板，所述的连接桥通过垂荡板与圆筒连接。
优选地，所述的第一外板和第一内板间设置有若干组第一水平加强板和若干组第一竖直加强板，所述的第一水平加强板用于连接第一内板和第一外板，所述的第一竖直加强板用于加强第一双层外板的强度，所述的第一竖直加强板包括两个竖直平行板。
优选地，所述的浮力模块包括若干个H型材以及若干个浮力块，所述的H型材与第一双层外板固定连接，所述的浮力块安装在H型材之间。
优选地，所述的H型材的腹板的宽度等于两个竖直平行板之间的间距，H型材的腹板的厚度等于第一水平加强板的厚度，H型材的面板的厚度等于第一竖直平行板的厚度；H型材的两个面板分别与第一竖直加强板的两个竖直平行板固定连接，H型材的腹板与对应位置的第一水平加强板固定连接。
优选地，所述的浮力块具有与H型材面板匹配的沟槽，浮力块安装在H型材之间，以限制浮力块做上下左右方向上的移动，所述的H型材的外端槽中焊接有金属块，用于挤压浮力块，以避免浮力块在H型材间做内外方向上的移动。
优选地，所述的H型材的尾端与槽型钢连接，所述的槽型钢的底部与压载水舱固定连接，用于支撑H型材。
优选地，所述的第一双层外板的顶端设有第二通道，便于工作人员在浮体结构上行走，所述的第一双层外板的第二通道两边设置有防护栏。
优选地，所述的浮力块采用塑料浮力块。
优选地，所述的系泊系统包含至少三个系泊索，所述的系泊索与漂浮结构的连接结构相连，所述的系泊索包含依次连接的第一锚链、尼龙段和第二锚链，所述的第一锚链与连接结构的第二双层外板连接，所述的尼龙段上连接有若干个浮力块，所述的第二锚链与重力块串联后铺设在海床上。
优选地，所述的系泊索的数量与连接结构的数量相同。
优选地，所述的重力块为轮胎。
本发明还提出了一种风机，包含：上述的漂浮式风机基础，以及固定设置在漂浮式风机基础上的风机主体。
本发明具有以下优势：
1、漂浮结构采用双层外板形式，在增加外板强度外，降低了外板的厚度，节省了用钢量；
2、漂浮结构的上端采用塑料浮力块提供浮力，降低了用钢量，其下端通过压载水舱提供压载，提高了漂浮结构的稳定性并节省成本；
3、漂浮结构通过连接桥与中间圆筒连接，便于工作人员运维；
4、类似三角形的连接结构可以有效增加连接桥与浮体结构的连接强度；
5、连接桥的一部分与钢筋混凝土压载舱连接，因此，钢筋混凝土压载块与周边的多边形漂浮结构间存在很大的空间，可以有效降低波浪的能量、增加阻尼、减少垂荡，保证水动力性能；
6、系泊索的形态为懒波型，可以有效避免系泊索的过大张力，可以在保证安全的情况下缩短锚链长度，降低成本；
7、系泊索的第二锚链与轮胎串联可以有效增加系泊系统与海床的摩擦力。
附图说明
图1为本发明实施例提供的风机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的支撑结构与漂浮结构的俯视图；
图3为本发明实施例提供的支撑结构的俯视图；
图4为沿图2中A-A线的剖视图；
图5为沿图2中F-F线的剖视图；
图6为本发明实施例提供的浮体结构的俯视图；
图7为沿图2中C-C线的剖视图；
图8为沿图2中E-E线的剖视图；
图9为本发明实施例提供的H型材的连接示意图；
图10为沿图2中D-D线的剖视图；
图11为本发明实施例提供的浮力块的俯视图；
图12为沿图9中D1-D1线的剖视图；
图13为本发明实施例提供的连接结构的俯视图；
图14为沿图2中B-B线的剖视图；
图15为本发明实施例提供的漂浮式风机基础的俯视图；
图16为本发明实施例提供的系泊索的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种漂浮式风机基础及风机作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，是本发明一个实施例中的一种风机结构，该风机结构包含风机主体1和漂浮式风机基础。风机主体1包含固定设置在漂浮式风机基础上的风机塔架101、固定设置在风机塔架101顶端的机舱103、以及多个与机舱103连接的风轮叶片102。
如图2所示，本发明提出了一种漂浮式风机基础，包括：
支撑结构2，其中心与漂浮式风机基础的中心相重合，并与风机主体1连接，用于支撑风机主体；
漂浮结构，其位于支撑结构2的周围，并与支撑结构2连接，用于为风机基础提供浮力；
系泊系统，其与漂浮结构连接，用于定位漂浮式风机基础；
所述的漂浮结构包括四个浮体结构3和四个连接结构4，所述的连接结构4分别固定连接两个相邻的浮体结构3，形成八角形的漂浮结构。
如图3和图4所示，所述的支撑结构包含：圆筒201、若干个垂荡板202、四个连接桥203以及钢筋混凝土压载舱204。
所述的圆筒201位于支撑结构2的中心，其与塔架1连接，用于支撑风机。具体地，圆筒201的直径和壁厚与风机塔架1的下端一致，圆筒201上设有门，便于工作人员进入塔架内部，门两侧设有加强板205，与连接桥相连。
所述的垂荡板202沿着圆筒201的垂直方向依次设置在圆筒201上，用于降低支撑结构2的垂荡运动，最上层的垂荡板202可用于工作人员行走。
所述的连接桥203第一端通过垂荡板202与圆筒201连接，其第二端与漂浮结构的连接结构4连接。
具体地，如图5所示，连接桥203内部有第二水平加强板205和第二竖直加强板206，第二竖直加强板206用于加强连接桥的强度，第二水平加强板205与垂荡板202焊接，实现连接桥203与圆筒201的连接。连接桥203顶端设有第一通道207，以便于工作人员在支撑结构2与漂浮结构间行走，第一通道207的两边设置有防护栏208，防护栏208的高度为1.5m。此外，可在第二水平加强板205以及垂荡板202内添加T型材加强筋，增加第二水平加强板205以及垂荡板202的强度。
所述的钢筋混凝土压载舱204设置在圆筒201底端以及连接桥203的底端，并与圆筒201底端以及连接桥203的部分底端固定连接，用于压载、降低支撑结构2的重心高度以及降低支撑结构2的垂荡运动。
如图6和图7所示，所述的浮体结构3，包含：第一双层外板、浮力模块、压载水舱309。
所述的第一双层外板包含：通过若干组第一水平加强板303连接的第一内板302和第一外板301，所述的第一内板302和第一外板301间设置有若干组第一竖直加强板304，用于加固第一双层外板的强度，如图8所示，所述的第一竖直加强板304包括两个竖直平行板305。所述的第一双层外板的顶端设有第二通道306，便于工作人员在浮体结构上行走，所述的第二通道306的两边设置有防护栏208，防护栏的高度为1.5m。
所述的浮力模块与第一双层外板连接，用于为风机基础提供浮力。浮力模块包括若干个H型材307以及若干个塑料浮力块308，所述的H型材的一端固定在第一双层外板上，其另一端通过槽型钢311与压载水舱309固定连接，所述的塑料浮力块308具有与H型材面板匹配的沟槽312，通过安装在H型材307间，实现与第一双层外板的连接。
具体地，所述的H型材307的腹板的宽度等于两个竖直平行板305之间的间距，H型材307的腹板的厚度等于第一水平加强板303的厚度，H型材307的面板的厚度等于第一竖直平行板304的厚度。如图9所示，H型材307一端的两个面板通过第一内板302分别与第一竖直加强板的两个竖直平行板305固定连接，H型材307一端的腹板通过第一内板302与对应位置的第一水平加强板303固定连接。如图10和图11所示，所述的塑料浮力块308具有与H型材面板匹配的沟槽，通过将塑料浮力块308安装在H型材307之间，实现塑料浮力块307与第一双层外板的连接，并限制塑料浮力块307做上下左右方向上的移动。如图12所示，H型材307的外端槽中焊接有金属块310，用于挤压塑料浮力块308，以避免塑料浮力块308在H型材307间做内外方向上的移动。如图9所示，H型材307的另一端与槽型钢311固定连接，所述的槽型钢311的底部与压载水舱309固定连接，用于支撑H型材307。
压载水舱309，其设置在第一双层外板和浮力模块的底部，并与第一双层外板和浮力模块固定连接。
如图13和图14所示，所述的连接结构4为类似三角形形状，包含：
第二双层外板401，其结构与第一双层外板相同，包含第二外板404和与第二外板404连接的第二内板405；
两个侧板402，其分别位于连接结构4的侧面，并与其相邻的浮体结构3固定连接；
平行板403，其位于连接结构4的中间位置，与连接桥203相连，用于连接支撑结构2；
压载水舱309，其位于第二双层外板401、侧板402以及平行板403的底部，并与第二双层外板401、侧板402以及平行板403固定连接。
如图15和图16所示，所述的系泊系统包含四个系泊索5，所述的系泊索5呈懒波型，包含依次连接的第一锚链501、尼龙段502及第二锚链503，所述的第一锚链501与连接结构4的第二双层外板401连接，所述的尼龙段502上连接有若干个浮力块308，所述的第二锚链503与轮胎504串联后铺设在海床上。
本发明提出的一种漂浮式风机基础，采用双层外板形式，在增加外板强度外，降低了外板的厚度，节省了用钢量；漂浮结构的上端采用塑料浮力块提供浮力，降低了用钢量，其下端通过压载水舱提供压载，提高了漂浮结构的稳定性并节省成本，同时，漂浮结构通过连接桥与中间圆筒连接，便于工作人员运维，连接结构的形状类似于三角形，可以有效增加连接桥与浮体结构的连接强度。支撑结构的连接桥，其一部分与钢筋混凝土压载舱连接，因此，钢筋混凝土压载块与周边的多边形漂浮结构间存在很大的空间，可以有效降低波浪的能量、增加阻尼、减少垂荡，保证水动力性能。本发明提出的系泊系统，采用懒波型的系泊索可以有效避免系泊索的过大张力，可以在保证安全的情况下缩短锚链长度，降低成本，同时，在系泊索的第二锚链串联轮胎可以有效增加系泊系统与海床的摩擦力。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种漂浮式风机基础，其特征在于，包含：
支撑结构，其与风机主体连接，用于支撑风机主体；
漂浮结构，其位于支撑结构的周围，并与支撑结构连接，用于为风机基础提供浮力；
系泊系统，其与漂浮结构连接，用于定位漂浮式风机基础；
所述的漂浮结构包括至少三个浮体结构和至少三个连接结构，每一所述的连接结构分别固定连接两个相邻的浮体结构。
2.如权利要求1所述的一种漂浮式风机基础，其特征在于，所述的支撑结构包含：
圆筒，其位于支撑结构的中心，并与风机主体的塔架连接，用于支撑风机主体；
若干个连接桥，连接桥的第一端与圆筒连接，其第二端与漂浮结构的连接结构连接；
钢筋混凝土压载舱，其设置在圆筒底部以及连接桥的底部，用于压载、降低支撑结构的重心高度以及降低支撑结构的垂荡运动。
3.如权利要求1所述的一种漂浮式风机基础，其特征在于，所述的浮体结构，包含：
第一双层外板，其包含第一外板和与第一外板连接的第一内板；
浮力模块，其与第一双层外板连接，用于为风机基础提供浮力；
压载水舱，其设置在第一双层外板和浮力模块的底部，并与第一双层外板及浮力模块固定连接。
4.如权利要求1所述的一种漂浮式风机基础，其特征在于，所述的连接结构为类似三角形结构，包含：
第二双层外板，其包含第二外板和与第二外板连接的第二内板；
两个侧板，其分别位于连接结构的侧面，并与其相邻的浮体结构固定连接；
平行板，其一端与第二双层外板连接，另一端与支撑结构的连接桥连接；
压载水舱，其位于第二双层外板、侧板以及平行板的底部，并与第二双层外板、侧板以及平行板固定连接。
5.如权利要求2所述的一种漂浮式风机基础，其特征在于，所述的圆筒的垂直方向上设置有若干个垂荡板，所述的连接桥通过垂荡板与圆筒连接。
6.如权利要求3所述的一种漂浮式风机基础，其特征在于，所述的第一外板和第一内板间设置有若干组第一水平加强板和若干组第一竖直加强板，所述的第一水平加强板用于连接第一内板和第一外板，所述的第一竖直加强板用于加强第一双层外板的强度；所述的浮力模块包括若干个H型材以及若干个浮力块，所述的H型材与第一双层外板固定连接，所述的浮力块安装在H型材之间。
7.如权利要求6所述的一种漂浮式风机基础，其特征在于，所述的第一竖直加强板包括两个竖直平行板；所述的H型材的腹板的宽度等于两个竖直平行板之间的间距，H型材的腹板的厚度等于第一水平加强板的厚度，H型材的面板的厚度等于第一竖直平行板的厚度；H型材的两个面板分别与第一竖直加强板的两个竖直平行板固定连接，H型材的腹板与对应位置的第一水平加强板固定连接。
8.如权利要求6所述的一种漂浮式风机基础，其特征在于，所述的浮力块具有与H型材面板匹配的沟槽，浮力块安装在H型材之间，以限制浮力块做上下左右方向上的移动，所述的H型材的外端槽中焊接有金属块，用于挤压浮力块，以避免浮力块在H型材间做内外方向上的移动。
9.如权利要求1所述的一种漂浮式风机基础，其特征在于，所述的系泊系统包含至少三个系泊索，所述的系泊索与漂浮结构的连接结构相连，所述的系泊索包含依次连接的第一锚链、尼龙段和第二锚链，所述的第一锚链与连接结构的第二双层外板连接，所述的尼龙段上连接有若干个浮力块，所述的第二锚链与重力块串联后铺设在海床上。
10.一种风机，其特征在于，所述的风机包含：权利要求1-9中任意一项所述的漂浮式风机基础，以及固定设置在漂浮式风机基础上的风机主体。
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