CN112135772B - 一种用于海上部署的风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

一种用于海上部署的风力涡轮机。该风力涡轮机包括：塔浮组件，其具有用于支撑机舱(13a)和转子(13b)的塔架(3)，以及布置成将塔架(3)的至少一部分保持在水体表面上方的浮体(5)；龙骨组件(7)，其包括至少一个龙骨模块(25)和将龙骨模块(25)连接到塔浮组件的至少一根杆(9)，其中所述至少一根杆(9)布置成相对于塔浮组件移动以展开龙骨模块(25)，并且响应于至少一根杆(9)的运动，龙骨模块(25)可相对于塔浮组件在靠近塔浮组件的展开位置和向下远离塔浮组件的展开位置之间移动，从而增加风力涡轮机的有效长度；并且至少一根杆布置成将弯矩传递到塔浮组件。

Description

一种用于海上部署的风力涡轮机

技术领域

本发明涉及风力涡轮机和用于安装风力涡轮机的方法。

背景技术

目前的海上风力涡轮机安装在水深处，因此桅杆和涡轮机组件的基础可以作为单个打入桩固定在海床中。这种基础的一般极限是水深在40米左右。超过此深度需要使用多个打桩固定的钢格架结构或质量相当大的大型重力基础结构来实现海床支撑的基础。尽管这种设计已证明对海上油气藏的开采是经济的，但与用于商业销售的每台涡轮机产生的能量相比，所需的资本成本使得单台风力涡轮机的固定式海上基础在超过约60米时是不经济的。因此，在大陆架深度以外，或在缺乏大陆架的地理位置的风电场开发，可以考虑将风力涡轮机安装在浮动基础上。

迄今为止，示范浮动式风力涡轮机发电厂已经以一定数量和容量部署，其发电能力仅具有边际回报，或者需要相当大的财政补贴才能使测试项目可行。浮动风电场的商业利益现在集中在可扩展性和工业化上：开发多个浮动式风力涡轮机单元，这些单元以对消费者有吸引力的价格共同发电，而资本支出(CAPEX)和运营成本(OPEX)水平为投资者提供了有吸引力的回报率。

目前，海上风电场(或较大项目的一个阶段)的总容量在500到1000兆瓦之间。假设单个风力涡轮机单元的目标容量为10-12兆瓦，则海上风电场的商业提案必须将每个风电场或风电场阶段的目标定为42至100个单元。如此规模的开发需要能够及时地装配和安装浮动的子结构。这将缩短风电场开发的初始资本投入与开始向电网发电之间的延迟，从而实现投资回报。

迄今为止，浮动基础技术已广泛适用于海上油气行业开发的设计，大致基于以下定义：

半潜器(图1)：包括立柱浮箱2，它们分别具有相对较小的水面区域4，但当与水平管6互连时，会形成具有分布式水面区域的单个浮力结构。尽管质心8(或重心)通常高于浮力中心10，但分布式水面区域可确保结构在水上的稳定性。在图2中，当浮动单元俯仰和滚转12时，浮力中心10充分地移动以维持防止倾覆的浮力-重量杠杆臂X、14。除了俯仰和滚转12之外，半潜器还将随波浪运动而起伏16和摇摆18。

立柱(图3)：立柱是单个浮动的直立柱20，其水面区域22是管横截面的区域，通常是圆形的。为了弥补其较差的水面区域稳定性，立柱将质心24保持在其浮力中心26的下方，而立柱通过比使用装在龙骨中的固体压载物(28)的半潜器深得多的吃水深度来实现这一点。因此，在图4中，浮力-重量杠杆臂x、30的作用是使立柱永远不会倾覆。立柱还将随着波动而起伏16、摇摆18和滚转/俯仰12。

当考虑到使用当前的制造方法进行工业规模开发时，上述概念的配置对于装配和多单元生产提出了有趣的挑战。

与最初的试点测试设计相比，WO2009/131826中提出的半潜式概念在更大容量的涡轮机的竖直立柱之间显示出越来越大的间隔。随着涡轮机尺寸和重量的增加，为了实现稳定性而进一步增加立柱间距都可能导致更大的基座占地面积，并限制进入优选装配端口。

半潜式结构已经使用，并将继续提议船厂干船坞进行最终装配。这限制了装配地点的选择，而不能保证现有的干船坞靠近海上风电场地点。当在距离过大的地方牵引已完成的装置时，增加装配地点和交付地点之间的距离会增加潜在的进度风险和运输成本。

对干船坞设施的限制还限制了将最终装配地点设置在风力涡轮机部件制造厂附近的选择，那里有成熟的机加工和技术专长资源。用于支持涡轮机安装的材料和资源必须调动到干船坞位置。

此外，干船坞的尺寸要适合商业航运的宽度与长度之比，这可能与半潜式基础的建议宽度尺寸不兼容。

在实际操作上，一批浮动式海上风力涡轮机的制造商不得不与其他需要进入干船坞的商业企业竞争。对风电场项目交付计划和干船坞来说，在不延迟随后的干船坞预订的情况下要完成100个此类机组的生产运行是相当大的生产挑战和商业风险。如果不能按时完成生产，将影响浮动风电场的商业可行性，并影响市场对该技术生产能力的信心。

半潜式和立柱式概念通过在拖曳到现场之前对浮动基础、涡轮机桅杆、机舱和转子叶片进行全面的装配和测试，将施工风险降到最低。虽然这消除了在公海中的危险，但必须将立柱基础竖直放置在有遮盖的水中，以实现涡轮机的完全预装配。这样的避水位置必须比立柱基础的吃水深度更深，并对适合这种装配方法的区域施加约束。

此外，沿拖曳路线到达安装地点的水深必须足够深，以使立柱龙骨能够清除沿途的任何潜在的凸起海床特征。

此外，进入港口的水深足以在码头旁停泊直立的立柱的可能性很小。因此，基于立柱的浮动风电场解决方案在装配阶段的整个过程中都依赖于浮吊的可用性，以将装配好的涡轮机从码头区转移到临时深层、有遮盖的水上停泊位的每个立柱。

WO 2017/157399考虑了一种设计，以解决半潜式和立柱概念的一些缺点。该系统的一个特点是，一个单独的水压载舱，其通过凸耳和钩环悬挂在浮动船体上，当被水淹没时，该水压载舱用作配重。这种方法在静态条件下增加了浮动基础单元的整体位移，从而增加了其浸没深度。但是，由于其销钉连接的特性，与固定端连接相比，钩环和凸耳的连接将有限的力矩载荷传递回其连接点。在所提出的组件的动态运动过程中，配重和浮动结构之间减小的力矩传递能力可能会导致两个物体在对环境载荷的单独响应功能下运动。然后，两个物体通过钩环和凸耳的连接彼此相互作用。与双摆类似，风险是对环境载荷的整体响应，可能难以分析和预测。

如果它们在运行中保持足够的干舷，则用于升高和降低配重的钢丝/链条传动机构可以安装在船体浮箱的顶部。但是，如果运行情况要求浮箱完全浸没，则传动机构将必须在水下运行，通过更高的规格要求增加资本支出(CAPEX)，或者重新安置在塔架过渡件内，从而增加系统复杂性。

CN204436705提出了一种用于其浮动基础的类似的悬浮配重，但是使用了刚性配重块，并且将该刚性配重块通过金属线固定到配重块下方的海底锚固件和固定在配重块上方的浮动单元上。所提出的布置将配重集成到系泊系统中。CN204436705有可能实际上表现为一个双体系统，在两个单独的主体之间具有缆线连接，在没有力矩传递能力的情况下，可能导致两个主体在对环境载荷的单独响应功能下运动。

现有风力涡轮机的另一个问题是，海洋环境可能例如通过腐蚀而损坏安装在其上的设备。

本发明旨在减轻上述问题中的至少一个，或者至少提供一种替代的风力涡轮机和用于安装风力涡轮机的方法。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有可移动龙骨的浮动式风力涡轮机，该可移动龙骨布置成调节风力涡轮机的质心的位置。本发明的又一个目的是提供一种具有可移动龙骨的风力涡轮机，其中当横向装载龙骨时，将可移动龙骨连接到塔浮组件的杆而将弯矩从龙骨传递到塔浮组件。本发明的另一个目的是提供一种风力涡轮机，其布置成当龙骨处于展开位置时以单体的方式响应于水的运动。本发明的又一个目的是提供一种风力涡轮机，其包括至少一个驱动单元，该驱动单元布置成展开临时安装在塔浮组件上的龙骨。本发明的另一个目的是提供一种安装方法，该安装方法使风力涡轮机能够容易地从邻近码头装配位置的相对浅水区移动到相对深水区的安装位置。本发明的另一个目的是提供一种安装方法，与在码头上进行的传统风力涡轮机装配过程相比，该方法减少了所需的码头侧边空间。

根据以下描述的本发明，至少一个目的得以实现。

根据本发明的一个方面，提供了一种根据权利要求1的风力涡轮机。

当龙骨处于非展开位置时，风力涡轮机的长度比处于展开位置的风力涡轮机的长度短，因此，风力涡轮机更易于装配和安装。当龙骨处于展开位置时，风力涡轮机运行更加稳定。风力涡轮机具有质心。当龙骨处于非展开位置时，质心处于第一位置。当龙骨处于展开位置时，质心处于第二位置。第二位置不同于第一位置。龙骨的展开位置比非展开位置位于更深的水中。因此，将龙骨移动到展开位置增加了风力涡轮机的长度。将龙骨移向展开位置可将风力涡轮机的质心从第一位置调整到第二位置。第二位置位于第一位置的下方，这提供了在使用中更稳定的风力涡轮机。

至少一根杆在龙骨和塔浮组件之间提供刚性连接。当龙骨展开时，施加到龙骨的力矩载荷通过至少一根杆传递到塔浮组件。因此，当龙骨处于展开位置时，龙骨和塔浮组件以单体的方式响应于水的运动。这种布置与非刚性连接器(例如链条和系绳)不同。使用杆件可使龙骨模块在运输过程中得到支撑，展开龙骨模块并将龙骨模块支撑在展开位置。

龙骨模块布置成悬浮在水体中，在展开时不与海床接合。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于在海上部署的风力涡轮机。

风力涡轮机可包括塔浮组件。该塔浮组件可包括用于支撑机舱和转子的塔。塔浮组件可以包括浮体，该浮体布置成将塔的至少一部分保持在水体表面上方。

风力涡轮机可以包括龙骨组件，其包括至少一个龙骨模块和将龙骨模块连接至塔浮组件的至少一根杆。至少一根杆可被布置成相对于塔浮组件移动以展开龙骨模块，并且龙骨模块响应于至少一根杆的移动而能够相对于塔浮组件在靠近塔浮组件的展开位置与远离塔浮组件的展开位置之间移动。展开位置可以在向下方向上远离塔浮组件，从而增加了风力涡轮机的有效长度。

至少一根杆可以布置成在展开状态下将弯矩传递到塔浮组件。所述至少一根杆可被布置成在展开状态下将压缩力和剪切力中的至少一种传递到塔浮组件。

至少一根杆可以布置成相对于塔浮组件沿直线路径平移运动。龙骨模块可以沿着直线路径从非展开位置移动到展开位置。直线路径可以是大致竖直的路径。至少一根杆可以被约束为仅沿着直线路径移动。因此，仅在展开和缩回操作期间，龙骨模块可布置成在海面平静时竖直向上和向下移动。在风力涡轮机的正常运行期间，当龙骨模块处于展开位置时，龙骨模块的位置相对于浮体是固定的。

所述至少一根杆可枢转地附接到塔浮组件，并且布置成相对于塔浮组件枢转运动。龙骨模块可以沿着弯曲路径(例如弓形路径)从非展开位置移动到展开位置。因此，至少一根杆的枢转运动使龙骨模块沿着圆弧形路径摆动到展开位置。

所述至少一根杆可以布置成从非展开位置向展开位置枢转大约90度的角度。风力涡轮机可包括阻挡装置，以防止至少一根杆向外旋转超过竖直方向。风力涡轮机可包括锁定机构，以便例如在龙骨模块处于展开位置时，将固定至少一根杆相对于塔浮组件的位置和/或取向。

当龙骨模块处于非展开位置时，至少一根杆可大致水平地布置，而当龙骨模块处于展开位置时，至少一根杆可大致竖直地布置。当龙骨模块从展开位置移动到非展开位置时，至少一根杆可以向内枢转。当龙骨模块从非展开位置移动到展开位置时，至少一根杆可以在向外的方向上枢转。

风力涡轮机可包括将龙骨模块连接到塔浮组件的多根杆。这提供了更稳定的布置。例如，每个龙骨模块可以通过n根杆连接到塔浮组件，其中n在2到10的范围内，最好在2到6的范围内。每根杆可以布置成相对于塔浮组件移动以展开龙骨模块。在一些实施例中，每个龙骨模块通过至少一对杆可枢转地附接到塔浮组件。与相应的龙骨模块相关联的杆可以彼此平行地布置。

风力涡轮机可包括多个龙骨模块。每个龙骨模块可以通过至少一个相应的杆，并且优选地通过多个相应的杆连接到塔浮组件。龙骨模块可以布置成一个单元整体移动。在一些实施例中，龙骨模块被布置成彼此独立地移动。与不同龙骨模块相关联的杆可以彼此平行布置。

在一个实施例中，第一杆将第一龙骨构件连接至塔浮组件。第一杆在第一枢转轴线处可枢转地附接到塔浮组件。第二杆将第二龙骨构件连接至塔浮组件。第二杆在第二枢转轴线处可枢转地附接到塔浮组件。当第一龙骨模块和第二龙骨模块处于各自的非展开位置时，第二杆布置成与第一杆重叠。这提供了非常紧凑的布置。第一枢转轴线可以与第二枢转轴线竖直地偏移。这有利于第二杆与第一杆重叠。在一个实施例中，第三杆将第三龙骨构件连接至塔浮组件。第三杆在第三枢转轴线处可枢转地附接到塔浮组件。当第一、第二和第三龙骨模块处于各自的非展开位置时，第三杆布置成与第一杆和第二杆中的至少一个重叠。第三枢转轴线可以与第一枢转轴线和第二枢转轴线竖直地偏移。这有利于第三杆与第一杆和/或第二杆重叠。

风力涡轮机可包括驱动系统，该驱动系统包括至少一个驱动单元，该驱动单元布置成将龙骨模块从非展开位置移动至展开位置。至少一个驱动单元可以布置成将龙骨模块从展开位置移动到非展开位置。

至少一个驱动单元可以可释放地附接到塔浮组件，并且在龙骨移动到展开位置之后可以从塔浮组件移除。具有可拆卸的驱动单元，可以使驱动系统在安装阶段在其他风力涡轮机上重复使用。例如，考虑到延迟和维修的问题，在典型的风电场安装活动中，可以循环使用六个驱动系统来安装所有风力涡轮机。当所有风力涡轮机都安装好并且它们各自的龙骨移动到各自的展开位置时，驱动系统可以返回到岸上。初始展开后，驱动器系统仅需出于维护或在设备停用时。这降低了安装的总成本，并防止了由于长期暴露在海洋条件下而对驱动系统造成的损坏。该驱动系统可用于将来的现场开发。

该驱动系统可以包括多个驱动单元。例如，驱动系统可以包括每个龙骨模块的至少一个驱动单元。这有助于确保龙骨均匀地升高和降低。至少一些驱动单元可释放地附接到塔浮组件。优选地，每个驱动单元可释放地附接到相应的浮力辅助装置，例如相应的浮箱。

风力涡轮机可以包括每根杆的至少一个驱动单元。这有助于分散升高和降低龙骨所需的驱动负载。它提供了更好的平衡驱动系统。一些实施例包括每根杆的多个驱动单元。

风力涡轮机可包括用于使驱动单元的操作同步的控制器。这使得龙骨模块可以作为一个单元整体移动。例如，当龙骨升降时，它可以帮助龙骨模块保持水平。

至少一个驱动单元可以包括液压驱动单元。例如，至少一个驱动单元可以包括液压千斤顶。

至少一个驱动单元可以包括电动机。每个驱动单元可以包括电动机。

至少一个驱动单元可以包括绞线千斤顶。每个驱动单元可以包括绞线千斤顶。

风力涡轮机可包括用于将驱动力从驱动单元传递到杆的驱动机构。

至少一根杆可包括驱动结构。所述驱动机构可以包括至少一个驱动装置，所述至少一个驱动装置布置成选择性地接合所述驱动结构以选择性地将驱动力传递给至少一根杆。多根杆可包括驱动结构。该驱动机构可以包括多个驱动装置，其中各个驱动装置均布置成选择性地接合各根杆上的驱动结构。在一些实施例中，每根杆包括驱动结构，并且驱动机构包括每根杆个至少一个驱动装置，该驱动装置布置成选择性地接合其相应杆上的驱动结构。驱动装置可以安装在框架中。驱动装置的操作可以通过控制器进行同步。

驱动机构可以包括齿条齿轮系统。可以在每根杆上放置一个齿条。小齿轮可以连接到每个驱动单元。驱动单元布置成通过齿条齿轮系统对杆进行驱动。

至少一根杆可以具有固定的长度。每根杆可以具有固定的长度。即，至少一根杆是不能伸缩的。至少一些杆可以由钢制成。至少一些杆是直线的。在一些实施例中，每根杆的长度都大于或等于30m，优选地大于或等于40m，更优选地大于或等于50m。在一些实施例中，杆的长度小于或等于90m，优选地小于或等于80m，更优选地小于或等于70m。在一些实施例中，杆的长度为大约60m。所使用的杆的长度至少部分地由风力涡轮机的尺寸确定，例如可以至少部分地由浮体的竖直长度确定。所使用的杆的长度可以取决于杆的顶端在运行中是被限制在浮体的顶部还是底部。

至少一根杆是刚性的。每个龙骨模块至少有一根杆是刚性的。优选地，每根杆都是刚性的。

至少一根杆可以是管状的。优选地，每根杆都是管状的。在一些实施例中，至少一根杆可包括同心布置的第一管状构件和第二管状构件。这有助于提供足够的拉伸能力，以承受杆寿命内的动态载荷和疲劳裕度。第二管状构件可以位于第一管状构件内。第二管状构件可以固定到第一管状构件。在一些布置中，杆可以包括实心的非管状杆。

多根杆可以通过支撑构件连接在一起。这样就可以将杆固定在一起，并且杆作为一个整体一起移动。例如，多个连接器构件可以在其上端通过支撑构件连接在一起。

多根杆可以通过环形构件连接在一起。这将杆固定在一起，并且杆作为一个整体一起移动。环形构件可以布置成围绕浮箱并相对于浮箱移动。

风力涡轮机可包括多个引导件，用于引导至少一根杆相对于塔浮组件的运动。优选地，每根杆通过多个引导件可移动地连接到塔浮组件。

杆可包括纵向轴线。至少一根杆可以被约束为沿着与杆的纵向轴线同轴和/或平行的轴线移动。每根杆可包括各自的纵向轴线。每根杆可以被约束为沿着相应的轴线移动，所述相应的轴线可以与杆的相应的纵向轴线同轴和/或平行。

每个龙骨模块可以包括壳体。壳体可以具有板状的外部结构，也就是说，壳体可以具有相对平坦的整体结构，例如盘。壳体结构可以包括梁，优选为钢梁。梁可以包括梁区段，例如I、H和通道区段。这些梁可用于形成壳体的内部和/或外部竖直壁。可以为壳体的上壁和下壁提供诸如钢板的板。壳体可以由混凝土制成，带有或不带有钢筋。壳体可以具有中空的内部。中空内部可以布置成填充有压载物。壳体可以包括用于容纳压载物的多个单元。优选地，压载物可以包括固体材料。优选地，压载物可以为浆料形式。龙骨模块可包括形成在外壁上的多个孔，以使包含在浆料中的流体能够从龙骨模块中逸出。

至少一根杆可以与龙骨模块刚性连接。这有助于整体结构表现为一个整体。例如，每根杆的端部可以位于形成在龙骨模块的壳体中的相应插口中。

至少一根杆可以连接到相应的龙骨模块壳体。至少一根杆可以连接到相应的龙骨模块壳体的内部。

至少一根杆可以连接到相应龙骨模块的外表面，例如上表面和/或下表面。至少一根杆可以从外表面和/或下表面竖直向上突出。优选地，多根杆可以从龙骨模块的外表面和/或上表面竖直向上地突出。上表面和下表面中的至少一个可以是平坦的。

至少一个龙骨模块可以通过连杆连接到另一龙骨模块。优选地，每个龙骨模块可以通过各自的连杆连接到多个其他龙骨模块。在这种布置中，龙骨模块作为一个整体移动。连杆可提供刚性连接。所述联动装置可以允许龙骨模块之间的一些移动，例如，每个联动装置可以通过销钉连接而连接到其相应的龙骨模块。在一些实施例中，驱动系统可以布置成独立于至少一个其他龙骨模块来移动至少一个龙骨模块。

在使用中，龙骨模块可以放置在同一平面上。龙骨可以包括三个龙骨模块。当在平面图中看时，龙骨可以具有三角形布置，并且优选地是等边三角形布置。模块位于平面内三角形的顶点处。在一些实施例中，当在平面图中观察时，每个龙骨模块可以具有六边形形状。但是，从平面图看，龙骨模块可以具有其他形状，例如矩形。还可以使用其他更复杂的形状。

浮体可包括至少一种浮力辅助装置，例如至少一个浮箱，并且至少一根杆可布置成例如通过至少一个引导件相对于浮力辅助装置移动。这使得龙骨模块可以相对于浮力辅助装置移动。优选地，多根杆分别通过多个引导件可移动地连接至浮力辅助装置。

浮体可包括第一组浮力辅助装置，例如第一组浮箱。每个浮力辅助装置可具有与其相关联的相应龙骨模块。相应的龙骨模块可以通过至少一根相应的杆可移动地连接到其相应的浮力辅助装置。每个浮力辅助装置可与塔架间隔开来。例如，每个浮力辅助装置可以通过从塔架突出的至少一个相应的臂连接到塔架。每个龙骨模块可位于其各自的浮力辅助装置下方。因此，当处于展开状态时，龙骨模块从塔架的纵向中心线分布。这导致了稳定的布置。至少一根杆可布置成相对于其相应的浮力辅助装置平移。所述至少一根杆可枢转地附接到其相应的浮力辅助装置，并且可布置成相对于其相应的浮力辅助装置枢转运动。每个龙骨模块可以通过多根杆连接到其各自的浮力辅助装置。通常，浮体包括n个浮箱，其中n在2到6的范围内。

一个实施例可以包括将第一龙骨模块连接到第一浮箱的第一杆，其中第一杆布置成相对于第一浮箱移动以将第一龙骨构件从非展开位置展开到展开位置。一个实施例可包括将第二龙骨模块连接到第二浮箱的第二杆，其中第二杆布置成相对于第二浮箱移动以将第二龙骨构件从非展开位置展开到展开位置。一个实施例可包括将第三龙骨模块连接到第三浮箱的第三杆，其中第三杆布置成相对于第三浮箱移动以将第三龙骨构件从非展开位置展开到展开位置。一个实施例可包括将第四龙骨模块连接到第四浮箱的第四杆，其中第四杆布置成相对于第四浮箱移动以将第四龙骨构件从非展开位置展开到展开位置。第一、第二、第三和第四杆可分别布置成相对于它们各自的浮箱平移。第一、第二、第三和第四杆可分别可枢转地附接到它们各自的浮箱，并且可布置成相对于它们各自的浮箱枢转运动。

在一个实施例中，多根杆可以将相应的龙骨模块连接到相应的浮箱。例如，可以使用2至8根杆，并且优选地可以使用大约4至6根杆。杆可围绕浮箱分布，以形成可相对于浮箱平移运动的松散配合的笼子。这些杆可以围绕浮箱均匀分布。这些杆可以彼此平行地布置。替代地，这些杆可以彼此倾斜。通常，这些杆以相同角度倾斜。通常，每根杆从竖直轴线倾斜小于或等于10度的角度，优选地小于或等于5度，最好是约为3度。具有倾斜的杆使得杆能够以最小化龙骨结构中的弯曲载荷的方式附接到其相应的龙骨模块。它还具有使绞线千斤顶尽可能靠近相应的浮箱的边缘定位以减小施加到绞线千斤顶的弯曲载荷的优点。这些杆可以围绕节距圆(pitch circle)分布，并且通常围绕节距圆均匀分布。这些杆可以通过至少一个环形构件连接在一起。

在非展开和展开状态中的至少一种情况下，在与非浮力辅助装置对齐的意义上，各个龙骨模块可以直接位于相应的浮力辅助装置的下方。各个龙骨模块的主外表面可布置成与相应的浮力辅助装置的下端面基本平行。龙骨模块的平面横向于相应的浮力辅助装置的纵向轴线。各根杆可布置成相对于相应的浮力辅助装置移动。在一些实施例中，每个相应的杆可枢转地附接到其相应的浮力辅助装置。

驱动系统可以布置成相对于其相应的浮力辅助装置移动每个相应的龙骨模块。通常，每个外部浮力辅助装置至少安装一个驱动单元，以移动浮力辅助装置的相应龙骨模块。

浮体可包括中央浮力辅助装置，例如中央浮箱。优选地，塔架安装在中央浮力辅助装置上。中央浮力辅助装置可包括朝向其下端定位的垂荡板。在一些实施例中，不存在与中央浮力辅助装置相关的龙骨模块。可以在操作开始时将中央浮力辅助装置布置为包括一些压载水。该压载水可用于在安装过程中协助张紧系泊系统。随着时间的推移，可能会逐渐排出更多的压载水，以抵消水下浮力辅助装置上的海洋生物重量的增加。中央浮力辅助装置可以包括用于控制水流入辅助装置以及从辅助装置中排出水的系统，以便调节其中包含的压载水的量。

至少一根杆的纵向轴线可以平行于塔架的纵向轴线布置。至少一根杆的纵向轴线可以布置成与相应的浮力辅助装置的纵向轴线平行。另外，至少一根杆的纵向轴线可以布置成相对于塔架的纵向轴线倾斜。至少一根杆的纵向轴线可布置成相对于其相应的浮力辅助装置的纵向轴线倾斜。

浮体可包括第二组浮力辅助装置，例如一组浮力环。第二组浮力辅助装置可以在安装过程中从浮体上移除。例如，每个相应的第二浮力辅助装置可以可释放地附接到相应的第一浮力辅助装置。第二组浮力辅助装置可以在龙骨展开之前为风力涡轮机提供额外的稳定性。在龙骨展开到足够的深度以稳定风力涡轮机之后，第二组浮力辅助装置可以从浮体上移除。使用第二组浮力辅助装置使得能够使用第一组浮力辅助装置的更紧凑的布置。

可以提供动态缆线，该缆线将风力涡轮机产生的电能传输到变电站。缆线可以将风力涡轮机直接连接到变电站，也可以通过几个互连的浮动单元连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于海上部署的风力涡轮机，其包括：塔浮组件，其具有用于支撑机舱和转子的塔架；以及浮体，其布置成将塔架的至少一部分保持在水体表面的上方；龙骨组件，包括至少一个龙骨模块和用于将龙骨模块连接至塔浮组件的至少一根杆，其中至少一根杆布置成相对于塔浮组件沿直线路径平移以展开龙骨模块，并且该龙骨模块可响应于至少一根杆的运动而相对于塔浮组件在靠近塔浮组件的非展开位置和向下远离塔浮组件的展开位置之间移动，从而增加了风力涡轮机的有效长度。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于海上部署的风力涡轮机，其包括：塔浮组件，其具有用于支撑机舱和转子的塔架；以及浮体，其布置成将塔架的至少一部分保持在水体表面上方；龙骨组件，包括至少一个龙骨模块和用于将龙骨模块连接到塔浮组件的至少一根杆，其中，至少一根杆可枢转地连接到塔浮组件，并且布置成相对于塔浮组件枢转运动以展开龙骨模块，并且该龙骨模块可响应于至少一根杆的运动而相对于塔浮组件在靠近塔浮组件的非展开位置和向下远离塔浮组件的展开位置之间移动，其增加了风力涡轮机的有效长度，其中龙骨模块沿着弯曲路径移动到展开位置。例如，龙骨模块可以沿着圆弧运动。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于在海上安装风力涡轮机的方法。该方法包括：提供一种风力涡轮机，其具有塔浮组件，该塔浮组件包括：用于支撑机舱和转子的塔架；以及浮体，其布置成将塔架的至少一部分保持在水体表面的上方；可移动的龙骨，包括至少一个龙骨模块；以及用于将龙骨模块连接到塔浮组件的至少一根杆。

该方法可以包括提供一种具有甲板的潜水驳船；将风力涡轮机安装在潜水驳船的甲板上；潜水驳船将风力涡轮机运输到安装地点，其中甲板可以位于水面之上；在下水现场，潜水驳船沉入水中，因此甲板可被淹没在水面以下；以及，风力涡轮机漂浮离开水下的甲板。

该方法可以包括将龙骨模块从靠近塔浮组件的非展开位置移动到远离塔浮组件的展开位置。

该方法可以包括提供一种具有至少一个驱动单元的驱动系统，该驱动单元布置成使龙骨移动，并且该驱动系统将龙骨从靠近塔浮组件的非展开位置移动到远离塔浮组件的展开位置。

该方法可以包括在龙骨移动到展开位置之后从风力涡轮机移除至少一个驱动单元。该方法可以包括在龙骨移动到展开位置之后从风力涡轮机移除多个驱动单元。优选地，所有驱动单元被移除。这使驱动单元可以重复使用，并使其免受环境条件造成的损坏，例如能够使其免受腐蚀。

风力涡轮机可以根据本文描述的任何配置来布置。

该方法可以包括在风力涡轮机与驳船分离之后，将驳船返回码头。当驳船返回码头时，可以再次用于安装新的风力涡轮机。

该方法可以包括将龙骨模块竖直向下移动到展开位置。龙骨可以被限制为只能竖直向下移动。

该方法可以包括使龙骨模块沿着弯曲路径(例如弓形路径)从非展开位置移动到展开位置。

该方法可以包括将风力涡轮机至少部分地装配在潜水驳船的甲板上。驳船可以停泊在码头区，通过起重机等起重设备将部件提升到甲板上。在驳船上装配风力涡轮机，可以腾出码头的空间。

装配风力涡轮机可以包括将龙骨或其组成部分安装到驳船甲板上。如果龙骨的组成部分安装在甲板上，则龙骨的组成部分可以一起固定在甲板上。

装配风力涡轮机可包括将至少一个浮力辅助装置(例如浮箱)安装到龙骨模块和甲板中的至少一个上。例如，可以将至少一个浮力辅助装置安装在至少一个龙骨模块上。

装配风力涡轮机可以包括将多个浮力辅助装置(例如多个浮箱)连接在一起以形成浮体。将浮力辅助装置连接在一起最好是在驳船上进行。浮力辅助装置可以通过支撑构件连接在一起。

可以通过将第一组浮力辅助装置连接在一起、并且将第二组浮力辅助装置可释放地附接到第一组浮力辅助装置来形成浮体。第一组浮力辅助装置可以包括一组浮箱。第二组浮力辅助装置可包括一组浮力环。

装配风力涡轮机可包括将第一组杆可移动地附接到第一浮力辅助装置，例如第一浮箱，以及将第一组杆连接到第一龙骨模块。

装配风力涡轮机可以包括将第二组杆可移动地附接到第二浮力辅助装置，例如第二浮箱，以及将第二组杆连接到第二龙骨模块。第二组杆可移动地连接到第二浮力辅助装置。

装配风力涡轮机可以包括将第三组杆可移动地附接到第三浮力辅助装置，例如第三浮箱，以及将第三组杆连接到第三龙骨模块。第三组杆可移动地连接到第三浮力辅助装置。

装配风力涡轮机可以包括将至少一个驱动单元可释放地附接到第一浮力辅助装置，并且优选地将第一组驱动单元可释放地附接到第一浮力辅助装置。

装配风力涡轮机可以包括将至少一个驱动单元可释放地附接到第二浮力辅助装置，并且优选地将第二组驱动单元可释放地附接到第二浮力辅助装置。

装配风力涡轮机可以包括将至少一个驱动单元可释放地附接到第三浮力辅助装置，并且优选地将第三组驱动单元可释放地附接到第三浮力辅助装置。

装配风力涡轮机可以包括将塔架安装到浮体上，并且优选地安装在中央浮力辅助装置(诸如中央浮箱)的顶部。

装配风力涡轮机可以包括将机舱和转子安装到塔架上。

在装配过程中，驳船可以停泊在码头。当驳船从码头移向下水现场时，可以将另一艘潜水驳船移动到码头，以装配另一台风力涡轮机。例如，最近从下水现场返回的驳船。这提高了风力涡轮机的生产率和码头的利用率。

龙骨包括多个龙骨模块，并且该方法可以包括用压载物填充至少一个龙骨模块。优选地，压载物包括固体材料，例如诸如铁矿石之类的矿石。压载物可以浆料的形式提供。压载物可以泵入龙骨模块壳体内的中空空间。壳体可包括孔，该孔布置成允许浆料中的液体逸出，从而将固体材料留在壳体内。压载物可以从船上抽出，该船可以停泊在驳船旁边。

该方法可以包括用诸如铁矿石的固体压载物填充龙骨模块。龙骨模块可以在安装现场(例如从船上)填充压载物。

该方法可以包括用系泊缆线固定风力涡轮机的位置。风力涡轮机可包括系绳展开装置和张紧装置中的至少一个。该方法可以包括用张紧装置张紧系绳。在一些实施例中，张紧装置可以被装配为系泊缆线的一个组成部分。张紧装置可以在水下操作。在一些实施例中，可以使用现有的驱动单元中的至少一个来为张紧装置提供动力。这样就不需要单独的驱动单元。或者，为驱动单元提供的电源也可以向张紧装置驱动系统提供动力。在正常运行中，张紧装置和龙骨驱动单元是分开工作的。

该方法可以包括重新安装驱动单元并提升龙骨。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于安装风力涡轮机的方法，该方法包括将风力涡轮机安装到潜水驳船的甲板上，将驳船移动到安装地点，将驳船浸入水中以使甲板低于水面，并将风力涡轮机与驳船分离。风力涡轮机可以根据本文描述的任何配置来布置。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于海上部署的风力涡轮机，其包括：塔浮组件，其具有用于支撑机舱和转子的塔架；以及浮体，其布置成将塔架的至少一部分保持在水体表面上方；龙骨组件，其包括龙骨和将所述龙骨连接至塔浮组件的至少一个刚性连接器构件。至少一个刚性连接器构件可包括杆。至少一个刚性连接器构件可移动地附接到塔浮组件，并且龙骨可在靠近塔浮组件的非展开位置和远离塔浮组件的展开位置之间移动。风力涡轮机可包括具有至少一个驱动单元的驱动系统，该驱动单元布置成使龙骨在非展开位置和展开位置之间移动。在优选的实施例中，至少一个驱动单元可以可释放地附接到塔浮组件，并且可以在龙骨可以移动到展开位置之后从塔浮组件移除。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1示出了处于第一运行状态的第一现有技术的浮动式风力涡轮机。

图2示出了处于第二运行状态的图1的风力涡轮机。

图3示出了处于第一运行状态的第二现有技术的浮动式风力涡轮机。

图4示出了处于第二运行状态的图3的风力涡轮机。

图5是根据本发明的第一实施例的风力涡轮机的等距视图，其包括塔架、浮体和可相对于浮体移动的龙骨。

图6是图5的风力涡轮机的下部的放大等距视图。

图7a至图7c示出了用于展开龙骨的驱动系统。

图8至图15示出了风力涡轮机的安装过程。

图16示出了用于本发明第二实施例的驱动系统。

图17示出了根据本发明的第三实施例的风力涡轮机，其具有临时附接到浮体以提高浮体浮力的浮力环构造。

图18示出了根据本发明的第四实施例的风力涡轮机的浮体和龙骨结构，该龙骨结构处于展开状态。

图19示出了当龙骨结构处于非展开状态时图18所示的浮体结构的一部分的详细上端以及驱动系统。

图20示出了当龙骨结构处于展开状态时图18所示的浮体结构的一部分的详细的下端。

图21示出了根据本发明的第五实施例的风力涡轮机的浮体和龙骨结构，其中该龙骨结构处于非展开状态。

图22示出了图21的浮体和龙骨结构，其中龙骨结构处于展开状态。

具体实施方式

图5至图7c示出了根据本发明的第一实施例的风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔架3、浮体5、龙骨7、连接器构件9以及用于移动龙骨7的驱动系统11。风力涡轮机还包括安装在塔架3上的机舱13a和转子13b。

塔架3和浮体5一起被称为塔浮组件(tower-float assembly)。龙骨7和连接器构件9一起被称为龙骨组件。

浮体5的目的是将塔架3保持在海面10上方，处于其正确的方位(基本竖直)，以确保转子13b和机舱13a能够适当地运行。浮体5有效地为塔架3、机舱13a和转子13b提供浮体。浮体5包括多个浮力辅助装置，优选为浮箱15的形式。每个浮箱15包括在每个端部处封闭的圆柱形筒。每个浮箱15可以由钢和/或例如混凝土、碳纤维和玻璃纤维增强塑料(GRP)的其他材料制成。每个浮箱15具有中心纵向轴线Z-Z。每个浮箱15定向成使得中心纵向轴线基本竖直地布置，因此，这些浮箱布置为浮柱。在图5所示的布置中，有三个外部浮箱15。当在平面图中观察时，每个外部浮箱15布置在三角形的顶点处，并且优选地在等边三角形的顶点处。中央浮箱15b位于三个外部浮箱15之间的中央。中央浮箱15b具有中心纵向轴线Y-Y，其平行于外部浮箱15的纵向轴线布置。每个外部浮箱15通过诸如支架17、19的上、下支架构件连接到中央浮箱15。上部和下部支架17、19分别从中央浮箱15的上部和下部径向向外突出。上部和下部支架17、19分别连接到外部浮箱15的上部和下部。支架17、19将外部浮箱15固定到中央浮箱15b。

可选地，垂荡板(heave plate)21可以附接到中央浮箱15b的下端。垂荡板21横向于中央浮箱15b的纵向轴线Y-Y布置。支撑构件23可以用于进一步支撑垂荡板21。垂荡板21具有比中央浮箱15b的下侧更大的宽度(或直径)。如图5所示，当在平面图中观察时，垂荡板21可以具有六边形形状。

塔架3安装在中央浮箱15的顶部。塔架3具有中心纵向轴线X-X，该中心纵向轴线X-X与中央浮箱15b的中心纵向轴线Y-Y同轴布置。

龙骨7提供对升沉运动的阻力，并有助于稳定风力涡轮机。龙骨7可移动地附接到塔浮组件，并且布置成从邻近浮箱15、15b下部的非展开位置移动到远离浮箱15、15b下部的展开位置。也就是说，龙骨7能够从水中相对较浅的非展开位置移动到水中较深的展开位置。龙骨7竖直向上和向下移动。调整龙骨7的位置，可以调整风力涡轮机的质心的位置。展开龙骨7有效地增加了风力涡轮机的长度，这具有使质心向下移动的效果。具有较低的质心提供了更稳定的风力涡轮机。

龙骨7具有模块化结构，其包括多个龙骨模块25。在图5所示的布置中，龙骨7包括三个龙骨模块25。每个龙骨模块25包括壳体。每个壳体都装有压载物以称量龙骨7。通常使用固体压载物。对于某些应用，每个壳体都可以填充浆料。每个壳体通常具有板状的整体结构，即，壳体可以具有相对平坦的整体结构，例如盘。壳体可包括上部平面壁32和下部平面壁、竖直侧壁34和中空内部(见图8)。中空内部包括格栅，该格栅具有蜂窝状结构36。当在平面图中观察时，每个龙骨模块25可具有六边形形状。壳体结构可以包括梁，例如钢。梁可以包括梁区段，例如I、H和通道区段。这些梁可以用于壳体的外部竖直壁34和/或内部竖直壁。可以为壳体的上壁32和下壁提供诸如钢板的板。壳体可以由钢筋混凝土制成。

通常，每个龙骨模块25与相应的外部浮箱15相关联，并且布置成相对于其浮箱15移动。每个龙骨模块25位于其相应的外部浮箱15的下方，并且布置成在与相应浮箱的纵向轴线Z-Z大致同轴的方向上移动。

如图5所示，龙骨7的优选布置是龙骨模块25位于平面中，并且每个龙骨模块25用作垂荡板。该平面横向于外部浮箱15的纵向轴线Z-Z。当在平面图中观察时，每个龙骨模块25位于平面内的三角形(优选为等边三角形)的顶点处。每个龙骨模块25优选地通过支撑构件27连接至至少一个其它的龙骨模块25，并且优选地连接至多个其他龙骨模块25。支撑构件27为龙骨7提供刚性结构，并且有助于防止杆9弯曲。可选地，支撑构件27可以是可调节的类型。例如，可以调节支撑构件27的长度以在安装之后拉紧龙骨结构。在龙骨7的展开和缩回期间，龙骨7相对于塔浮组件整体移动。当龙骨7处于展开位置时，龙骨7的位置相对于浮体5固定。由龙骨模块25和支撑构件27形成孔29。孔29位于中心位置。孔29与垂荡板21对准。

连接器构件为杆9的形式。杆9将龙骨7连接至塔浮组件。龙骨7可移动地连接到塔浮组件。每根杆9具有固定的长度，并且优选地是管状的。至少一根杆9(优选为多根杆9)将龙骨7连接到每个外部浮箱15。在图5中，每个龙骨模块-浮箱的对组设置有一组三根杆9。每组中的各根杆9从相应的龙骨模块25的上表面32竖直向上突出。另外(或可替代地)，杆9可以连接到龙骨模块25的内表面。杆的下端(远端)固定到它们各自的龙骨模块25。杆9的上端(近端)通过支撑构件33固定在一起。每组杆中的杆9基本上彼此平行地布置。每组杆中的杆9围绕相应的浮箱15的外表面均匀分布。这提供了良好的平衡布置。杆9通过至少一个引导件31可移动地连接到外部浮箱15。每根杆9设置有多个引导件31。图5中示出了每根杆的四个引导件31。引导件31的数量是部分地由外部浮箱15的高度确定。引导件31布置成使得每根杆9能够沿着直线路径滑动。例如，引导件31可以成组地安装在浮箱15的外表面上，并且优选地安装在弯曲的外表面上。每组引导件31与一根杆9相关联。一组引导件中的引导件31沿外表面上的一条线布置，并且沿浮箱15的长度间隔开。因此，每根杆9被约束为沿单一轴线移动。因此，每个龙骨模块25被约束为竖直向上和向下移动。这使得龙骨7在展开时能够竖直向下移动。

根据风力涡轮机的尺寸和环境条件来选择杆9的长度，从而选择龙骨7的展开深度。杆9具有足够的长度以使龙骨7能够展开到展开位置。因此，杆9的长度往往比浮箱15的高度大得多。可以理解的是，一些风力涡轮机可能需要更深或更浅的布置。展开位置根据风力涡轮机的设计来确定。

至少一些杆9(优选为每根杆9)包括一组驱动结构35，用于与驱动系统11相互作用。每个驱动结构35可以是例如从其径向向外突出的齿状薄板。在一种优选的布置中，驱动结构35沿着杆的长度的至少一部分间隔开，并且布置成至少一条线。优选地，至少一些驱动结构35在第一径向方向上向外突出。优选地，至少一些驱动结构35在第二方向上径向向外突出。通常，第二方向与第一方向相反。第一方向和第二方向之一可以朝向相应的浮箱15。

驱动系统11布置成通过将龙骨7降低到更深的海中而展开。驱动系统11还布置成通过将龙骨7升高到更浅的深度来缩回龙骨7。驱动系统11通过与驱动结构35相互作用以根据需要使杆9向上或向下移动来实现此目的，从而驱动龙骨7的移动。驱动系统11的至少一部分可从塔浮组件中移除，这使得驱动系统11可以重复使用。考虑到延迟和维修，在典型的风电场安装活动中可以循环使用六个驱动系统11。这样可以降低安装成本。同样，在安装完成之后，驱动系统11可以返回到岸上。可以将驱动系统11重新安装在风力涡轮机上以进行维护或停用。驱动系统11可以在岸上存储和维护，以用于将来的现场开发。在一种布置中，驱动系统11包括例如呈液压缸37形式的一组驱动单元。驱动系统11优选地包括刚性框架39。通常，为每根杆9提供至少一个液压缸37。每个液压缸37可释放地附接到其相应的杆9附近的相应浮箱15，例如，每个液压缸37可以螺栓连接至浮箱15，或者可以利用诸如夹具或肘节这样的快速释放机构。具有可释放地附接到浮箱15的液压缸37，使得在龙骨7被展开之后，能够将液压缸37从塔浮组件中移除。这使得液压缸37能够在该设施中的其他风力涡轮机上使用，因此所需的驱动系统11比设施中的风力涡轮机的总数量要少。

每个浮箱15上的液压缸37通过框架39连接在一起。框架39包括接合结构41，其布置成接合和释放驱动结构35。框架39由液压缸37驱动。框架能够根据液压缸37的作用方向向上或向下移动。框架39通过与驱动结构35选择性地相互作用来降低和提升龙骨7。这是通过接合结构41选择性地与驱动结构35接合和脱离来实现的。因此，驱动系统11能够选择性地沿向上和向下的方向驱动杆9。液压缸37的操作被同步以确保龙骨被均匀地展开。例如，可以提供合适的控制系统来控制液压缸37的操作。当展开龙骨7时，液压缸37被同步以同时排出流体，从而将框架39保持在基本水平的方向上。当液压缸37到达其行程终点时，安装在浮箱15上的止动件43例如通过使每个止动件43与驱动结构35中的一个接合来临时固定杆9的位置，这减轻了液压缸37的负荷。接合结构41释放它们各自的驱动结构，然后液压缸37向上延伸以将框架39升高到上部位置，其中接合结构41在杆9的上方接合新的驱动结构35。止动件43使杆9脱离，然后重复该循环直到龙骨7到达展开位置。

当朝向每根杆9的上端定位的永久性剪切止动件45接触其相应的浮箱15的上表面46时，龙骨7就达到了展开位置(见图7b)。液压缸37完全关闭，刚性框架39靠在支撑柱47的顶部。对于风力涡轮机的正常运行，液压缸37不是必需的，因此可以从现场拆卸和移除，并在随后的浮动基础上重新使用。图7c示出了在移除驱动单元37之后的外部浮箱15的顶部。

为了提升龙骨7，例如为了停用或维护目的，将液压缸37重新安装到塔浮组件上，并以相反的方式执行上述过程。例如，接合结构41在液压缸37行程的下部驱动地接合驱动结构35，向上驱动杆9，然后在液压缸行程的上部释放驱动结构35。

利用系泊缆线49将风力涡轮机保持在适当位置，系泊缆线49通过安装在浮体5下方的滑轮53在甲板水平上连接至缆线/链条张紧单元51。另外(或者可替代地)，张紧单元被安装为系泊缆线的组成部分49并可以在水下操作。风力涡轮机以工作水线漂浮在大约低于上支架17的高度的位置。

由于杆9是刚性的，因此龙骨7通过将弯矩传递到塔浮组件来对动态的横向、俯仰和滚转载荷作出反应。这使得浮体5对龙骨7的运动反应更灵敏，而龙骨7对浮体5的运动反应更灵敏。因此，浮体5、杆9和龙骨7表现为一体，这使风力涡轮机的行为更具有可预测性。如果用缆线而不是刚性杆9从浮体5支撑龙骨7，则缆线通常不会将弯矩从龙骨7传递到塔浮组件，也不会从塔浮组件传递到龙骨7。浮体5的运动将不会对龙骨7的运动作出同样的响应。同样地，龙骨7的运动也不会对浮体5的运动作出同样的响应。通常，缆线连接将允许浮体5和龙骨7作为两个分开的主体更独立地运动。特别地，单体系统的质量惯性矩大于双体系统的质量惯性矩。因此，刚性杆系统对旋转中的动态载荷具有较大的阻力，并改善了风力涡轮机的发电性能。

具有可调节的龙骨7有助于确保当展开龙骨7时，风力涡轮机的质心位于浮力中心的下方。这允许减少最终组件的占地面积。因此，在装配现场需要的空间较小，并且驳船装配技术变得可行。当风力涡轮机的几何形状及其质量分布使得其质心在运行中低于其浮力中心时，则单体在运行中的行为就像立柱基础。要达到稳定性，所需的水面区域要小于单个实体的质量中心高于浮力中心的半潜式基础。

此外，在龙骨7缩回用于装配、运输和发射阶段的情况下，单体保持足够的静态稳定性。

除了浮箱15、15b的下端外，龙骨7的几何形状还具有一个平坦的顶面和一个平坦的底面，它们的平面方向垂直于升沉方向。这产生了额外的质量和阻尼效果，从而减少了风力涡轮机的升沉运动。因此，可以通过适当选择龙骨的表面积、质量和深度来设计塔浮组件在任何给定的地理位置对波谱的响应，以实现最佳的附加质量、阻尼系数和质量惯性矩。

现在将参照图8至图15描述一种安装风力涡轮机的方法。

龙骨组件和塔浮组件的部件在装配码头附近制造并聚集在一起。通常，这些部件的重量由可供使用的岸边起重机的能力所限定。

潜水安装驳船55停泊在装配码头旁边。驳船55具有甲板57，甲板57装配有浮箱59，以能够控制货物驳船的下沉。

将制造好的组成部件依次装载到驳船55上，并按使装配时间最短的顺序进行装配。

龙骨模块25平放在甲板57上(见图8)。如果需要，龙骨模块25通过支撑构件27连接在一起。龙骨模块25包括内部单元36，内部单元36在举升到驳船55上之前或在安装到甲板57上之后填充有固体压载物。固体压载物最好是压碎的矿物矿石，并且优选以浆液形式提供给龙骨模块25。例如，浆液可以优选地经由水泵浆液系统从货船中泵出。货船可以停泊在驳船55旁边，并用浆液填充每个龙骨模块27的内部单元36。水通过在龙骨模块壁上形成的孔排出，从而留下填充在内部单元36中的固体压载材料。

中央浮箱15b安装在中央，可选地，垂荡板21预先安装在该浮箱的下端(见图9)。中央浮箱15b定位成准备好例如通过焊接或机械连接而连接到外部浮箱15。如果适用的话，可以在中央浮箱15的顶部安装临时通道平台61和设备63，以支撑工程。

第一外部浮箱15放置在一个龙骨模块25的顶部(见图10)。优选地，杆9经由引导件31预先附接到第一外部浮箱。上部支架17包括从中央浮箱15b向外突出的第一部分17a和从外部浮箱15向外突出的第二部分17b。第一部分17a和第二部分17b首尾相连，并例如通过焊接或其他机械连接方式连接在一起。下支架19包括从中央浮箱体15b向外突出的第一部分19a和从外箱体15向外突出的第二部分19b。第一和第二部分19a，19b首尾相连，并且通过焊接或其他机械连接方式连接在一起。每根杆9的下端通过焊接、销钉和U形夹布置或其他合适的连接方式固定到其相应的龙骨模块25。

优选地，在将浮箱15安装到驳船55上之前，将驱动系统11预先安装在塔浮组件上，通常预安装在外部浮箱15的上表面上。驱动系统11的至少一部分(通常包括液压驱动器或电动机)例如使用螺栓、夹具和/或肘节可释放地附接到塔浮组件。

然后，以与第一外部浮箱类似的方式安装其余的每个外部浮箱15(见图11)。

塔架3、机舱13a和转子13b安装在中央浮箱15b上，通常在其上表面上(见图12)。这样就完成了风力涡轮机的装配。

风力涡轮机1在出发到现场之前在驳船55上尽可能全面地测试和调试。

安装有风力涡轮机的驳船55被拖到下水位置，或在有动力的情况下在其自身运动下行进。当驳船55离开码头时，可选的第二驳船可以停泊在码头旁边，以开始另一台风力涡轮机的装配过程。显然，在此阶段，龙骨7处于非展开位置。

当在下水位置时，驳船55的船体中的压载舱以受控的顺序被浸没。驳船55被浸没，并且浮箱59保持水面区域并因此保持完整的稳定性(见图13)。随着驳船55的浸没，风力涡轮机1变得自浮并且从驳船甲板57分离。驳船55和风力涡轮机1彼此分离。将风力涡轮机1拖离驳船55，并带到其目标安装位置。图14显示了从风力涡轮机1移开的水下驳船。

驳船55重新浮出水面(参见图15)，并返回至港口以重复装配和卸载操作。

龙骨模块25被驱动系统11降低到展开位置。展开位置比非展开位置的深度更大。驱动系统11使杆9向下下降，从而增加了龙骨模块25所在的深度。驱动系统11驱动杆9。杆9的运动受到引导件31的约束。每根杆9以及龙骨模块25被约束为沿轴线移动。在平静的海面上，每根轴线基本竖直。通常在杆9已经完成其行程的最大程度时达到展开位置。

系泊缆线49附接到海床以固定风力涡轮机1的位置。

该安装方法具有以下优点：

·由于风力涡轮机1的装配是在驳船55的甲板57上进行的，因此在装配过程中所需要的码头面积最小。

·在装配过程中使用驳船55，可通过使驳船55在生产线中移动到各自的独立工作站上来最大程度地减少浮动式涡轮机组件装配在港口所花费的时间，这些工作站针对浮动式组件装配或涡轮机组件装配进行了优化。这避免了材料、工具和人员集中在单个工作站上，并允许同时进行单独的装配工作。

·可以设置一个连续的装配过程，该过程使用三个独立的驳船，每个驳船之间依次使用：浮动式组件装配工作站；涡轮机组件装配工作站；以及安装现场位置，以保持连续的安装过程。

·如有必要，可以使用驳船移动已安装的风力涡轮机。例如，可以使用现有的一艘驳船将风力涡轮机从安装地点移至新的安装地点，或移至海上港口以作为干船体进行维护或停用。

图16示出了根据本发明的第二实施例的风力涡轮机的一部分。根据第二实施例的风力涡轮机与第一实施例类似，不同之处在于驱动系统111具有与驱动系统11不同的布置。

在第二实施例中，为每根杆109设置一对驱动单元，优选为一对液压缸137的形式。驱动单元137安装在外部浮箱115上。每个缸包括用于选择性地与形成在杆109上的驱动结构135接合的驱动装置141。这提供了更紧凑的刚性设计。

在图17中示出了根据第三实施例的风力涡轮机201。根据第三实施例的风力涡轮机类似于第一实施例或第二实施例，不同之处在于浮体205可以包括装配至外部浮力辅助装置(例如外部浮箱215，参见图17)的浮力环200。浮力环200在安装过程中为浮体205提供额外的浮力。优选地，浮力环200可释放地附接到外部浮箱215。通常在风力涡轮机的正常运行之前将浮力环移除。浮力环200可以包括孔和/或凹部，以使杆209能够相对于浮力环200运动。例如，浮力环200可以在装配阶段临时地安装到外部浮箱215上。在龙骨207至少部分地展开之前，浮力环为浮体205提供额外的浮力和稳定性。通常在风力涡轮机从驳船255浮出之后以及在龙骨模块225降低到足够的深度以确保风力涡轮机的静态稳定性而不需要浮力环之后，移除浮力环。这使得浮体205的构造更为紧凑。

图18示出了根据本发明的第四实施例的风力涡轮机301的浮箱315和龙骨307。龙骨307包括多个龙骨模块325。该实施例的布置可以类似于第一、第二或第三实施例，只是用于将龙骨307从非展开状态移动到展开状态的驱动系统311不同。在第四实施例中，驱动系统311包括用于将龙骨307从非展开状态移动到展开状态的绞线千斤顶312。如图18和19所示，多个绞线千斤顶312安装在每个浮箱315的上端316上。通常为每根杆309(在图18和19中示出了六个)提供绞线千斤顶312。每个绞线千斤顶312包括可馈送的驱动元件312a，有时将其称为钢缆绞线，用于沿轴向驱动其相应的杆309。各根杆309被约束成沿各自的直线路径在大致竖直方向上移动。这就驱动相应的龙骨模块325沿大致竖直方向的直线路径移动。绞线千斤顶是一项成熟的技术，适用于展开杆309的目的。

与特定的浮箱315和特定的龙骨模块325相关联的杆309通过环形构件314连接在一起。环形构件314朝向杆309的上端定位。

图20示出了当龙骨307处于展开状态时的浮箱315的下端318。托架320朝向每个浮箱的下端318定位。托架320限制杆309的移动，并因此限定龙骨307的展开位置。环形构件314与托架320接合并阻止杆309的移动。

在龙骨307展开之后，可以从每个浮箱315上移除绞线千斤顶312，例如可以在另一台风力涡轮机上使用。

在该实施例中，龙骨307包括多个龙骨模块325，每个浮箱有一个龙骨模块。每个龙骨模块325均与相应的杆309刚性连接，例如，杆309可以装配到位于龙骨模块壳体中的插口中。龙骨模块325连接在一起。驱动系统312可以被布置为例如通过使绞线千斤顶312同步运行来同时移动龙骨模块325。在一些布置中，龙骨模块325不连接在一起，并且驱动系统312可以被布置为彼此独立地移动龙骨模块325。

图21示出了根据本发明的第五实施例的风力涡轮机401的浮箱415和龙骨407。该实施例与前述实施例的不同之处在于，杆409通过枢轴销420可枢转地附接到相应的浮箱415。在图21中，成对的杆9通常朝着浮箱的下端可枢转地附接到各自的浮箱415。杆409位于相应的浮箱415的相对侧，并且通常彼此径向相对。

龙骨407包括多个龙骨模块425，通常每个浮箱415有一个。每个龙骨模块425连接到成对的杆409中的一对。优选地，该龙骨模块是圆柱形的，其中圆柱体的纵向轴线被布置成与杆409的纵向轴线垂直。这意味着龙骨模块425可以在运输过程中用作浮体。龙骨模块425通常附接到相应的一对杆409的远端。

每对杆409布置成枢转大约90度的角度，从而将其相应的龙骨模块425从非展开位置移动到展开位置。每对杆409被布置成在非展开状态下从大致水平的取向枢转到展开状态下的大致竖直的取向。各对杆409布置成向内折叠。该布置使得当每对杆409处于大致水平的取向时，至少一对杆409覆盖至少另一对杆409(参见图21，其示出了折叠的布置)。为了便于做到这一点，每对杆409的枢转轴线在竖直方向上彼此偏移，以允许成对的杆409在非展开状态下嵌套。

可以通过适当的阻挡构件或适当的机构将成对的杆409限制为枢转90度。通常，阻挡构件被布置成防止成对的杆409枢转超过竖直方向。

该系统包括锁定机构，该锁定机构布置成将相应的各对杆的方向相对于它们的浮箱415锁定。例如，该锁定机构可以布置成将相应的各对杆锁定在展开的方向，即通常在大体垂直的方向上。锁定机构确保杆409被锁定到其浮箱415，从而整体布置用作单个主体。

在该实施例中，不需要驱动系统来将龙骨模块425从非展开位置移动到展开位置。在运输过程中，龙骨模块425可以充满空气。由于组件的下水和运输条件的位移减少，风力涡轮机可以在港口设施的浅水区下水，而不是需要潜水驳船来协助到更深的沿海水域下水。当位于使用地点时，每个龙骨模块425可以填充有压载物。优选的压载物是可以由挖泥泵船提供的固体矿石，例如铁矿石。这消除了风力涡轮机401的陆上装配期间的关键路径上的压载操作。龙骨模块425中的压载物的重量使龙骨模块425在重力的作用下沉，从而使各对杆409绕各自的枢轴旋转，直到龙骨模块425到达其展开位置。因此，不需要驱动系统来展开龙骨模块425。

当然，如果需要的话，可以使用驱动系统来辅助龙骨模块425的受控展开。

尽管已经结合特定的优选实施例描述了本发明，但是应当理解，所要求保护的发明不应当不适当地限制于这些特定的实施例。此外，对于本领域技术人员来说，显然可以对上述实施例作出属于本发明范围的修改。

例如，驱动系统可以包括至少一个电动机形式的驱动单元和用于驱动每根杆9的合适的驱动机构。合适的驱动机构可以包括齿条和小齿轮驱动齿轮系统或适合于环境和运行模式的其他驱动机构。每根杆9可提供一个驱动马达、齿条和驱动机构。在另一种布置中，每个龙骨模块25可设置一个驱动马达和驱动机构。

风力涡轮机中可以包括多于一种类型的驱动系统11。例如，一些浮箱15可以包括根据第一实施例的驱动系统11，而其他浮箱可以包括根据第二实施例的驱动系统11。

可以使用不同数量的浮力辅助装置。

可以使用不同数量的龙骨模块25。龙骨模块25的数量通常与外部浮箱的数量相匹配。

龙骨7可以具有与所示的布置不同的布置。例如，龙骨7不一定要具有三角形的布置。龙骨模块25可以具有不同于六边形的形状。

龙骨模块25可以包括开放式混凝土箱。

驱动装置41、141可以是液压夹具的形式。

在一些实施例中，至少一根杆可包括同心布置的第一管状构件和第二管状构件。这有助于提供足够的拉伸能力，以承受杆寿命内的动态载荷和疲劳裕度。第二管状构件可以位于第一管状构件内。第二管状构件可以固定到第一管状构件。

在作业开始时，可以将中央浮箱布置为包括一些压载水。该压载水可用于在安装过程中协助张紧系泊系统。随着时间的推移，可能会逐渐排出更多的压载水，以抵消水下浮箱上海洋生物增长重量的增加。中央浮力水箱可以包括用于控制水流入水箱以及从水箱中排出水的系统，以调节其中所容纳的压载水的量。

浮力环200可以包括实心浮力块或可充气的浮力单元。

Claims (14)

1.一种用于海上部署的风力涡轮机，包括：

塔浮组件，其具有用于支撑机舱和转子的塔架，以及布置成将所述塔架的至少一部分保持在水体表面上方的浮体；

龙骨组件，包括至少一个龙骨模块和用于将所述龙骨模块连接至所述塔浮组件的至少一根杆，其中，所述至少一根杆布置成相对于所述塔浮组件移动以展开所述龙骨模块，并且所述龙骨模块能够响应于所述至少一根杆的移动而相对于所述塔浮组件在靠近所述塔浮组件的非展开位置和向下远离所述塔浮组件的展开位置之间移动，从而增加所述风力涡轮机的有效长度；其中，所述至少一根杆可枢转地附接到所述塔浮组件，并且布置成相对于所述塔浮组件进行枢转运动，从而所述龙骨模块能够沿弯曲路径从所述非展开位置移动到所述展开位置；所述至少一根杆布置成在展开状态下在所述龙骨模块和所述塔浮组件之间传递弯矩。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述至少一根杆布置成在所述展开状态下在所述龙骨模块和所述塔浮组件之间传递压缩力和剪切力中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中，所述至少一根杆布置成从非展开状态向所述展开状态枢转大约90度的角度。

4.根据前述权利要求1所述的风力涡轮机，其中，当所述龙骨模块处于所述非展开位置时，所述至少一根杆大致水平地布置，而当所述龙骨模块处于所述展开位置时，所述至少一根杆大致竖直地布置。

5.根据前述权利要求1所述的风力涡轮机，包括将所述龙骨模块连接到所述塔浮组件的多根杆。

6.根据前述权利要求1所述的风力涡轮机，包括多个龙骨模块。

7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其中，所述至少一根杆包括将所述龙骨模块连接到所述塔浮组件的第一杆，所述第一杆在第一枢转轴线处可枢转地附接到所述塔浮组件；以及包括将第二龙骨模块连接到所述塔浮组件的第二杆，所述第二杆在第二枢转轴线处可枢转地附接到所述塔浮组件，其中，当所述龙骨模块和第二龙骨模块分别处于其各自的非展开位置时，所述第二杆布置成与所述第一杆重叠。

8.根据前述权利要求1所述的风力涡轮机，其中，至少一根杆是管状的。

9.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其中，所述多根杆通过支撑构件连接在一起。

10.根据前述权利要求1所述的风力涡轮机，其中，至少一个龙骨模块包括壳体。

11.根据权利要求10所述的风力涡轮机，其中，所述壳体具有中空内部，所述中空内部布置为填充有压载物。

12.根据前述权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述至少一根杆的长度大于或等于30m。

13.根据前述权利要求1所述的风力涡轮机，其中，在所述至少一根杆和所述龙骨模块之间存在刚性连接。

14.根据前述权利要求1所述的风力涡轮机，其中，至少一根杆具有固定的长度。

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