CN112112772A - 一种漂浮式基础、多叶轮风电机组及单叶轮风电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种漂浮式基础、多叶轮风电机组及单叶轮风电机组，包括预应力混凝土基础臂、中心连接件、端部连接件和浮筒，所述预应力混凝土基础臂有多个，该多个预应力混凝土基础臂的一端通过中心连接件相连接，另一端呈放射状设置，且每个预应力混凝土基础臂的另一端均连接有端部连接件，每个端部连接件上均连接有浮筒；其中，所述预应力混凝土基础臂包括混凝土筒体和预应力筋，所述预应力筋有多个，并沿混凝土筒体的周向套接在混凝土筒体的筒壁上，且所述预应力筋的一端与端部连接件相连接，其另一端均通过中心连接件对其进行张拉。本发明具有结构强度高、性能稳定可靠、制造难度低且经济性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种漂浮式基础、多叶轮风电机组及单叶轮风电机组。
背景技术
风能作为一种清洁的、可再生的新能源在全世界范围内越来越受到重视，风力发电逐渐成为新能源技术中最具规模和最成熟的发电方式之一。海上风力发电由于具有资源丰富、风速稳定、可以大规模开发等优势，一直受到关注。随着人类对风能的开发利用，风机逐渐从近海转向深远海。然而强风往往出现在离岸较远的深海，因此发展深水区域的海上风力机有着更为广阔的空间。而现有的近海固定式风机技术被限制在水深30m的区域。虽然这一深度有可能增加，但是对于大于60m的深水区域，固定式风机已经无法满足经济性要求，海上漂浮式风机则是深水区域最合适的选择。
漂浮式风机不仅可以充分利用海上风力资源，更重要的是为日渐增多的海上活动提供能源，漂浮式风机已成为未来风能利用的必然趋势。但漂浮式风机不同于一般海洋工程浮式平台，除了需要承受海洋波浪、洋流等荷载外，还需要承受来自上部风机传递下来的风荷载，因此对基础材料要求相对较高。目前漂浮式基础建造材料主要以钢材为主，总所周知，钢材价格昂贵且耐腐蚀性较差，为了使整个浮式风机在海洋环境中安全运行20年以上，材料防腐需要重点考虑，以上因素都会大大增加漂浮式风机整机造价，使整机的度电成本增加，因经济性较差而丧失竞争力。也有少量采用普通钢筋混凝土，因混凝土抗拉能力远远小于抗压能力，因抗拉能力制约，抗压能力不能发挥到极限，混凝土用量往往较大，使得整个基础排水量往往比钢结构基础大，基础重量也会相对较重，为了能平衡重力，浮筒等其它增加浮力部件成本会上升，同样会大大增加漂浮式风机整机造价，增加整机的度电成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种漂浮式基础、多叶轮风电机组及单叶轮风电机组，采用预应力混凝土结构的漂浮式基础，在混凝土内引入预应力，能够大大延迟混凝土开裂的问题，提高混凝土结构承载力及抗压强度，满足结构受力的同时可大大减轻结构自重；同时混凝土抗腐蚀能力相对较强，不需要额外去提升防腐性能，可大大降低整机成本，具有较明显的经济性优势。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种漂浮式基础，包括预应力混凝土基础臂、中心连接件、端部连接件和浮筒，所述预应力混凝土基础臂有多个，该多个预应力混凝土基础臂的一端通过中心连接件相连接，另一端呈放射状设置，且每个预应力混凝土基础臂的另一端均连接有端部连接件，每个端部连接件上均连接有浮筒；其中，所述预应力混凝土基础臂包括混凝土筒体和预应力筋，所述预应力筋有多个，并沿混凝土筒体的周向套接在混凝土筒体的筒壁上，且所述预应力筋的一端与端部连接件相连接，其另一端均通过中心连接件对其进行张拉。
进一步，所述混凝土筒体包括多个依次相连接的混凝土筒节，每个混凝土筒节的筒壁上沿其周向设有多个供预应力筋安装的孔道，两个相邻的混凝土筒节上的孔道一一对应，通过预应力筋在中心连接件的张拉下，使多段混凝土筒节紧紧连在一起，形成一个整体共同受力。
进一步，所述混凝土筒节的横截面为腰形结构。
进一步，两个相邻的混凝土筒节之间设有密封件，所述密封件通过混凝土筒节端面上的凹槽装于两个混凝土筒节之间，且该密封件位于预应力筋的外侧。
一种多叶轮风电机组，包括塔架、风机、预紧单元及漂浮式基础；所述塔架包括下塔架和上塔架，所述下塔架的下部与漂浮式基础的中心连接件相连接，所述上塔架有多个，该多个上塔架的下部与下塔架的上部相连接，且该多个上塔架的上部以下塔架为中心均匀分布，并相对下塔架的中心轴线向外倾斜；每个上塔架的上部均装有一个风机，所述风机由相互连接的叶轮和机舱组成，多个叶轮之间互不干涉；两个相邻的机舱之间连接有预紧单元，且机舱与漂浮式基础的端部连接件之间均连接有预紧单元，通过预紧单元将风荷载在风机风轮平面产生的推力直接传递至漂浮式基础，降低塔架因风荷载产生的弯矩。
进一步，所述预紧单元为钢丝绳或尼龙绳。
进一步，所述叶轮为双叶片、三叶片或多叶片。
一种单叶轮风电机组，包括塔架、风机、预紧单元及漂浮式基础；所述塔架的下部与漂浮式基础的中心连接件相连接，所述风机装于塔架的上部，并由相互连接的叶轮和机舱组成，所述机舱与漂浮式基础的多个端部连接件之间均连接有预紧单元，通过预紧单元将风荷载在风机风轮平面产生的推力直接传递至漂浮式基础，降低塔架因风荷载产生的弯矩。
进一步，所述预紧单元为钢丝绳或尼龙绳。
进一步，所述叶轮为双叶片、三叶片或多叶片。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明的漂浮式基础通过在混凝土内引入预应力，能够大大延迟混凝土开裂的问题，且混凝土强度等级达到C100以上，不仅提高混凝土结构承载力及抗压强度，同时可大大减轻结构自重。
2、本发明的漂浮式基础抗腐蚀能力强。混凝土是一种多孔材料，混凝土越密实，强度越高，通过特殊配合比混凝土的设计，避免漂浮式基础中普通钢筋和预应力筋的腐蚀，不再需要额外去提升防腐性能，可大大降低整机成本，提升漂浮式风电机组经济性。
3、本发明的漂浮式基础制造难度低，通过采用分节制造，可大大降低制造和运输困难。
4、本发明的漂浮式基础性能稳定可靠，较钢质浮式基础耐久性更好。
5、本发明的漂浮式基础适用广泛，既可用于浅水区域，也可用于深水区域；可适用于单叶轮风机、也可用于双叶轮或多叶轮风机。
6、本发明的预紧单元改变了传动风机风荷载传递路径，使大部分风荷载通过预紧单元直接传递至漂浮式基础，大幅度降低塔架所受载荷。
附图说明
图1为本发明的漂浮式基础的结构示意图。
图2为本发明的两个混凝土筒节相连接的结构示意图。
图3为图2的纵剖面结构图。
图4为图3的A局部放大图。
图5为本发明的多叶轮风机的风力发电机组的结构示意图。
图6为本发明的多叶轮风机的风力发电机组的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1所示，本实施例所述的漂浮式基础，包括预应力混凝土基础臂401、中心连接件402、端部连接件403和浮筒404，所述预应力混凝土基础臂401有多个，该多个预应力混凝土基础臂401的一端通过中心连接件402相连接，另一端呈放射状设置，且每个预应力混凝土基础臂401的另一端均连接有端部连接件403，每个端部连接件403上均连接有浮筒404；其中，所述预应力混凝土基础臂401包括混凝土筒体和预应力筋(图中未示出)，所述预应力筋有多个，并沿混凝土筒体的周向套接在混凝土筒体的筒壁上，且所述预应力筋的一端与端部连接件403相连接，其另一端均通过中心连接件402对其进行张拉；其中，所述混凝土筒体包括多个依次相连接的混凝土筒节4011，所述混凝土筒节4011的横截面可以为腰形结构、长方形结构或其他中空结构，本实施例优选腰形结构，如图2所示，且所述混凝土筒节4011的筒壁上沿其周向设有多个供预应力筋安装的孔道4012，两两相邻的混凝土筒节4011上的孔道4012一一对应；两个相邻的混凝土筒节4011之间设有密封件4013，如图3、图4所示，所述密封件4013通过混凝土筒节4011端面上的凹槽装于两个混凝土筒节4011之间，并位于预应力筋的外侧；密封件4013具有一定弹性、压缩能力和抗拉能力，通过预应力筋在中心连接件402的张拉下，使多段混凝土筒节4011及密封件4013紧紧连在一起，形成一个整体共同受力，并通过密封件4013防止外部的水通过混凝土筒节4011之间间隙渗透到混凝土基础臂401内部。
实施例二
如图5、图6所示，本实施例所述的一种多叶轮风电机组，包括塔架、风机2、预紧单元3及实施例一中所述的漂浮式基础；所述塔架包括上塔架101和下塔架102，所述下塔架102的下部与漂浮式基础的中心连接件402相连接，所述上塔架101有多个，该多个上塔架101的下部与下塔架102的上部相连接，且该多个上塔架101的上部以下塔架102为中心均匀分布，并相对下塔架102的中心轴线向外倾斜；每个上塔架101的上部均装有一个风机2，所述风机2由相互连接的叶轮和机舱组成，所述叶轮可以为双叶片、三叶片或多叶片，多个叶轮之间互不干涉；两两相邻的风机2的机舱之间连接有预紧单元3，且每个机舱与漂浮式基础的端部连接件403之间均连接有预紧单元3，所述预紧单元3可以为钢丝绳、尼龙绳或其他高分子材料，每个预紧单元3在吊装完成后须施加初始预紧力，通过合理设计预紧力大小，使预紧单元3在所有工况风荷载作用下，始终保持预紧状态不松弛，通过预紧单元3将风荷载在风机2风轮平面产生的推力直接传递至漂浮式基础，降低塔架因风荷载产生的弯矩。
当需要调节整个机组吃水深度时，可以通过漂浮式基础的混凝土筒体的内部泵入或泵出压载水，从而改变整个浮式风机2吃水深度。
实施例三
本实施例所述的一种单叶轮风电机组，与实施例二所述的多叶轮风力发电机组的不同在于：所述塔架的下部与漂浮式基础的中心连接件相连接；所述风机只有一个并装于该塔架的上部。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种漂浮式基础，其特征在于：包括预应力混凝土基础臂、中心连接件、端部连接件和浮筒，所述预应力混凝土基础臂有多个，该多个预应力混凝土基础臂的一端通过中心连接件相连接，另一端呈放射状设置，且每个预应力混凝土基础臂的另一端均连接有端部连接件，每个端部连接件上均连接有浮筒；其中，所述预应力混凝土基础臂包括混凝土筒体和预应力筋，所述预应力筋有多个，并沿混凝土筒体的周向套接在混凝土筒体的筒壁上，且所述预应力筋的一端与端部连接件相连接，其另一端均通过中心连接件对其进行张拉。
2.根据权利要求1所述的漂浮式基础，其特征在于：所述混凝土筒体包括多个依次相连接的混凝土筒节，每个混凝土筒节的筒壁上沿其周向设有多个供预应力筋安装的孔道，两个相邻的混凝土筒节上的孔道一一对应，通过预应力筋在中心连接件的张拉下，使多段混凝土筒节紧紧连在一起，形成一个整体共同受力。
3.根据权利要求2所述的漂浮式基础，其特征在于：所述混凝土筒节的横截面为腰形结构。
4.根据权利要求2所述的漂浮式基础，其特征在于：两个相邻的混凝土筒节之间设有密封件，所述密封件通过混凝土筒节端面上的凹槽装于两个混凝土筒节之间，且该密封件位于预应力筋的外侧。
5.一种多叶轮风电机组，其特征在于：包括塔架、风机、预紧单元及权利要求1至4任一项所述的漂浮式基础；所述塔架包括下塔架和上塔架，所述下塔架的下部与漂浮式基础的中心连接件相连接，所述上塔架有多个，该多个上塔架的下部与下塔架的上部相连接，且该多个上塔架的上部以下塔架为中心均匀分布，并相对下塔架的中心轴线向外倾斜；每个上塔架的上部均装有一个风机，所述风机由相互连接的叶轮和机舱组成，多个叶轮之间互不干涉；两个相邻的机舱之间连接有预紧单元，且机舱与漂浮式基础的端部连接件之间均连接有预紧单元，通过预紧单元将风荷载在风机风轮平面产生的推力直接传递至漂浮式基础，降低塔架因风荷载产生的弯矩。
6.根据权利要求5所述的多叶轮风电机组，其特征在于：所述预紧单元为钢丝绳或尼龙绳。
7.根据权利要求5所述的多叶轮风电机组，其特征在于：所述叶轮为双叶片、三叶片或多叶片。
8.一种单叶轮风电机组，其特征在于：包括塔架、风机、预紧单元及权利要求1至4任一项所述的漂浮式基础；所述塔架的下部与漂浮式基础的中心连接件相连接，所述风机装于塔架的上部，并由相互连接的叶轮和机舱组成，所述机舱与漂浮式基础的多个端部连接件之间均连接有预紧单元，通过预紧单元将风荷载在风机风轮平面产生的推力直接传递至漂浮式基础，降低塔架因风荷载产生的弯矩。
9.根据权利要求8所述的单叶轮风电机组，其特征在于：所述预紧单元为钢丝绳或尼龙绳。
10.根据权利要求8所述的单叶轮风电机组，其特征在于：所述叶轮为双叶片、三叶片或多叶片。
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