CN112106710B - 一种新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统，包括主体浮筒式风机基础、上部风机和周向网箱；主体浮筒式风机基础包含中心浮筒、周向水平支撑、周向浮筒和周向倾斜支撑；周向网箱包含网箱底部支撑结构，网箱侧向支撑、网衣和多向连接构件；中心浮筒呈圆柱体，通过周向倾斜支撑与周向水平支撑在顶部连接；周向水平支撑依次连接呈正方形，在每个周向水平支撑和周向倾斜支撑沿支撑轴的轴向布置一个周向浮筒；网箱底部的支撑结构还包括外围框架，外围框架呈正方形，其面积大于顶部周向水平支撑依次连接的正方形的面积，由网衣安装在周向水平支撑和外围框架上呈锥台结构；在中心浮筒的上部通过风机塔筒来连接上部风机。

Description

一种新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统
技术领域：
本发明涉及一种结合海上新能源装备与渔业养殖装备技术的的领域，尤其涉及一种海上浮式风机与养殖网箱的综合开发装备。
背景技术：
陆上及近海风电资源的开发逐渐达到一定规模且在该区域广泛采用的固定式风机技术逐渐成熟，如何能够有效经济的开发深远海海域的风能资源并提高装备的利用率成为目前深远海开发装备的主要挑战。
当水深大于50m后，浮式风机成为风电开发的重要装备。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。浮式风机除了要满足高效的发电性能，同时要需要考虑其成本和收益比；因其建造成本较高，如何能够结合深远海域的良好水域特点，综合开发其它海洋能及渔业能源，将会大大提高该大型装备的利用率，并提供良好的经济效益。
然而现有的浮式风电装备多只考虑风电开发功能，缺乏多用途资源开发的功能，经济效益较低，亟需发展其综合渔业养殖功能。发展深远海渔业养殖装备也是今年来渔业资源的开发技术发展的主要关注点。相比近海水域的水体污染和易受干扰，深远海水域提供了良好的海洋牧场条件。然而同样需要面临恶劣海况，因此需要合适的抗风浪渔业开发装备进行深远海渔业资源开发。
发明内容：
为了克服现有技术中存在的技术问题，本发明结合了浮式海上风机与渔业网箱各自的优点，可以有效解决浮式风机利用率低和深远海渔业养殖装备缺乏的问题，同时提高浮式风机的稳定性和安全性，发展可以提高深远海装备利用率和经济效益的综合装备，并实现深海渔业养殖智能化和大型化对未来深海新能源开发和渔业资源获取具有重要的意义。
本发明的技术方案如下：一种新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统，其特征在于：包括主体浮筒式风机基础、上部风机和周向网箱；其中，主体浮筒式风机基础包含中心浮筒、周向水平支撑、周向浮筒和周向倾斜支撑；周向网箱包含网箱底部支撑结构，网箱侧向支撑、网衣和多向连接构件；中心浮筒呈圆柱体，通过周向倾斜支撑与周向水平支撑在顶部连接；周向水平支撑依次连接呈正方形，在每个周向水平支撑和周向倾斜支撑沿支撑轴的轴向布置一个周向浮筒；网箱底部的支撑结构还包括外围框架，外围框架呈正方形，其面积大于顶部周向水平支撑依次连接的正方形的面积，由网衣安装在周向水平支撑和外围框架上呈锥台结构；在中心浮筒的上部通过风机塔筒来连接上部风机。
在一个实施例中，所述中心浮筒的内部设置浮舱、可变压载舱和控制系统单元舱；在所述中心浮筒的内部设置中央井，用来连接海底输电缆进行电能传输。
在一个实施例中，所述周向浮筒为圆柱形中空环形结构，其内环直径略大于所述周向水平支撑的直径；可通过连接装置将所述周向浮筒套装在所述周向水平支撑的中间。
在一个实施例中，所述周向倾斜支撑与所述中心浮筒连接的夹角为30°或45°；所述周向倾斜支撑数目为四根。
在一个实施例中，所述网箱底部支撑结构还包括内部卡紧环和四根内部支撑杆组成；其中，
内部卡紧环由两个相同的半圆环通过卡紧装置连接组成，在每个半圆环上对应两根内部支撑杆；内部卡紧环的直径大于所述中心浮筒的直径，卡紧在浮筒外壁，并与内部支撑杆和所述外围框架组成网箱底部；内部支撑杆的一端焊接在半圆环上，其另一端通过多向连接构件与所述外围框架和所述的网箱侧向支撑连接。
在一个实施例中，所述的网箱侧向支撑的顶部连接所述周向水平支撑，所述网箱侧向支撑的底部通过多向连接构件与所述外围框架固定。
在一个实施例中，在所述网箱底部支撑上覆盖网衣；在相邻的所述网箱侧向支撑之间覆盖网衣，由网衣包围整体呈锥台结构。
在一个实施例中，所述周向水平支撑、所述周向倾斜支撑、所述网箱侧向支撑、所述外围框架和所述内部支撑杆均为中空导管结构。
在一个实施例中，在所述中心浮筒的侧壁无网箱区域的位置设置螺旋侧板。
在一个实施例中，所述集成开发系统还包系泊系统及锚固基础；其中，系泊系统通过海工锚固基础固定在海床，所述中心浮筒的侧壁还设置系泊系统的系缆点；系泊系统是悬链线系泊或张紧系泊或悬链线系泊和张紧系泊的组合形式。
本发明的主要有益效果是：
(1)提供了一种适合于深远海风能开发和渔业养殖联合开发的浮式装备设计。
(2)优化浮式风机结构，减少结构重量，提高运动性能和对复杂海上风浪流荷载的抵抗能力。
(3)提高了浮式风机的利用率和经济效益；适用于深远海多种水深。
(4)网箱结构简单易于海上安装维护，实现了深海渔业养殖的智能化。
(5)整体系统结构稳定性好易于安装，降低了浮式基础和海上风电开发的成本。
附图说明：
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：
图1揭示了本发明一实施例中，一种新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统的主视图；
图2揭示了本发明一实施例中，一种新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统的俯视图；
图3揭示了本发明一实施例中，一种新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统中的卡环组件的结构示意图；
图4揭示了本发明一实施例中，一种新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统中的底部支撑结构示意图。
在图示中：1.主体浮筒式风机基础，2.上部风机，3.周向网箱，4.中心浮筒，5.周向水平支撑，6.周向浮筒，7.周向倾斜支撑，8.网箱底部支撑结构，9.网箱侧向支撑，10.网衣，11.连接构件，12.系泊系统，13.锚固基础，14.外围框架，15.内部卡紧环，16.内部支撑杆，17.风机塔筒连接段，18.系泊系统系缆点，19.螺旋侧板，20.浮舱，21.可变压载舱，22.控制系统单元舱，23.海底输电缆，24.半圆环，25.卡紧装置。
参考图1并结合图2-图4，在本发明的实施例中，一种新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统包括主体浮筒式风机基础1、上部风机2和周向网箱3；其中主体浮筒式风机基础1包含中心浮筒4，周向水平支撑5，周向浮筒6，周向倾斜支撑7；周向网箱3包含网箱底部支撑结构8，网箱侧向支撑9，网衣10，连接构件11；整体系统还包系泊系统12及锚固基础13。
中心浮筒4为圆柱体结构，通过周向倾斜支撑7与周向水平支撑5在顶部连接；周向水平支撑5彼此连接呈正方形结构，每个周向水平支撑5和倾斜支撑7沿支撑轴轴向布置一个周向浮筒6；网箱底部支撑结构8由外围框架14、内部卡紧环15和内部支撑杆16组成；网箱底部外围框架14呈正方形结构，面积大于顶部周向水平支撑组成的框架结构截面积，网衣安装后上下框架呈锥台结构。中心浮筒4上部为风机塔筒连接段17连接上部风机2；中心浮筒4侧壁设置系泊系统系缆点18，无网箱区域设置螺旋侧板19；该结构整体通过多种系泊系统通过多种新型海工锚固基础13固定在海床。
其中，中心浮筒4内部设置浮舱20、可变压载舱21和控制系统单元舱22，内部设置中央井，连接海底输电缆23进行电能传输。
其中，网箱包含网箱底部支撑结构8，网箱侧向支撑9，网衣10，多向连接构件11，网箱在安装中由安装了网衣的网箱底部支撑结构8和网箱侧向支撑9通过多向连接构件11各部分实现连接组装；网箱底部支撑结构8中的内部卡紧环15由两个相同的半圆环24通过卡紧装置25连接组成，如附图3所示；每个半圆环24上对应包含2根内部支撑杆16；内部卡紧环15直径大于中心浮筒4直径，卡紧在浮筒外壁。
本发明的安装施工步骤为：
(1)主体浮筒式风机基础1、上部风机2和系泊系统12及锚固基础13安装就位；
(2)网箱底部支撑结构8中的内部卡紧环15和内部支撑杆16安装，网衣10安装；
(3)安装了网衣的侧向支撑8通过多向连接构件11与网箱底部支撑结构8和周向水平支撑5连接；
(4)控制系统单元舱22调试，结束安装。
本发明的技术方案给出了一种新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统，通过在一种新型浮筒式风机基础外围增加渔业网箱的技术，实现浮式风机和渔业网箱的有效组合，有效解决深远海渔业养殖装备缺乏问题和未来浮式海上风机在综合资源获取应用率低的问题。通过采用多个半潜和全潜浮筒的方式，结合支撑杆件的高强度特性，提高了浮式风机基础对复杂海上风浪流荷载的抵抗能力，有效降低其在多种复杂循环荷载下动力响应；同时在浮式基础周围设置周向网箱，提高了该浮式系统的结构利用率和经济性，适用于深远海多种水深，实现经济高效的开发风能资源并协同进行渔业养殖；所搭载网箱结构安装维护简单，降低了浮式基础和海上风电开发的成本。提高了浮式风机附近水域的利用率；风机可同时为网箱结构控制和作业供能，实现智能化养殖作业。同时实现了深海渔业养殖的智能化和浮式系统的多功能性，解决目前深远海浮式风机装备缺乏，以及在综合资源获取方面应用率低和深远海渔业养殖装备缺乏的问题。
需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统，其特征在于：包括主体浮筒式风机基础、上部风机和周向网箱；其中，
主体浮筒式风机基础包含中心浮筒、周向水平支撑、周向浮筒和周向倾斜支撑；
周向网箱包含网箱底部支撑结构，网箱侧向支撑、网衣和多向连接构件；
中心浮筒呈圆柱体，通过周向倾斜支撑与周向水平支撑在顶部连接；周向水平支撑依次连接呈正方形，在每个周向水平支撑和周向倾斜支撑沿支撑轴的轴向布置一个周向浮筒；
网箱底部的支撑结构还包括外围框架，外围框架呈正方形，其面积大于顶部周向水平支撑依次连接的正方形的面积，由网衣安装在周向水平支撑和外围框架上呈锥台结构；
在中心浮筒的上部通过风机塔筒来连接上部风机；
所述网箱底部支撑结构还包括内部卡紧环和四根内部支撑杆组成；其中，内部卡紧环由两个相同的半圆环通过卡紧装置连接组成，在每个半圆环上对应两根内部支撑杆；内部卡紧环的直径大于所述中心浮筒的直径，卡紧在浮筒外壁，并与内部支撑杆和所述外围框架组成网箱底部；内部支撑杆的一端焊接在半圆环上，其另一端通过多向连接构件与所述外围框架和所述的网箱侧向支撑连接；
所述的网箱侧向支撑的顶部连接所述周向水平支撑，所述网箱侧向支撑的底部通过多向连接构件与所述外围框架固定；
所述周向水平支撑、所述周向倾斜支撑、所述网箱侧向支撑、所述外围框架和所述内部支撑杆均为中空导管结构；
在所述中心浮筒的侧壁无网箱区域的位置设置螺旋侧板。
2.根据权利要求1所述的新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统，其特征在于：所述中心浮筒的内部设置浮舱、可变压载舱和控制系统单元舱；在所述中心浮筒的内部设置中央井，用来连接海底输电缆进行电能传输。
3.根据权利要求1所述的新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统，其特征在于：所述周向浮筒为圆柱形中空环形结构，其内环直径略大于所述周向水平支撑的直径；可通过连接装置将所述周向浮筒套装在所述周向水平支撑的中间。
4.根据权利要求1所述的新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统，其特征在于：所述周向倾斜支撑与所述中心浮筒连接的夹角为30°或45°；所述周向倾斜支撑数目为四根。
5.根据权利要求1所述的新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统，其特征在于：在所述网箱底部支撑上覆盖网衣；在相邻的所述网箱侧向支撑之间覆盖网衣，由网衣包围整体呈锥台结构。
6.根据权利要求1所述的新型浮筒式风机和养殖网箱的集成开发系统；其特征在于：所述集成开发系统还包系泊系统及锚固基础；其中，
系泊系统通过海工锚固基础固定在海床，所述中心浮筒的侧壁还设置系泊系统的系缆点；
系泊系统是悬链线系泊或张紧系泊或悬链线系泊和张紧系泊的组合形式。
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