CN112727698A - 一种漂浮式风力机系泊系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种漂浮式风力机系泊系统，包括分布在漂浮式风力机周围、连接风力机与海底的若干套缆索系统；缆索系统包括主索、副索和两个海底锚固装置，主索和副索的上端与风力机的漂浮平台或塔筒连接、下端则通过弹簧复位装置与海底锚固装置分别相连接。主索的垂度极小近似直线状态，连接于风力机与锚固装置间；副索安装于主索的正上方，其垂度较大线型近似于悬链线，连接于风力机与锚固装置间；主索与副索之间通过多根与主索垂直的吊索连接。本发明通过主索与副索相结合，副索垂度较大，通过与主索垂直的吊索将主索拉拽成近似直线，轴向刚度大，在漂浮式风力机受到大幅振动时，索力变化明显，通过缆索所产生的恢复力来减小风力机的振动响应。

Description

一种漂浮式风力机系泊系统
技术领域
本发明涉及漂浮式风力机减振技术领域，特别地，涉及一种漂浮式风力机系泊系统。
背景技术
随着经济和社会的高速发展，分布不均且储量有限的化石能源已经不能满足需求。而风能作为一种无污染、成本较低，取之不尽的可再生能源，受到越来越多的青睐。但陆上风电发展受到占用土地资源、工作噪声大等限制，海上风电的开发利用逐渐成为世界各国可再生能源开发的主流方向。
由于漂浮式风力机地处复杂又恶劣的环境条件，其在正常运行时受到包括海风、海流和波浪等多种外界载荷因素的联合作用，且各种载荷之间相互作用的关系复杂，导致漂浮式风力机产生复杂的振动响应。持续的大幅振动对风力机的塔筒及叶片均会产生一定的损伤甚至破坏。
海上漂浮式风力机在随机风载荷和随机波浪载荷的共同作用下运行，其自身结构及系泊系统的合理设计对实现其运营的稳定性起决定作用。漂浮式风力机要在指定机位正常工作，系泊系统提供了可靠的定位作用，同时也保证了风机在风浪荷载的作用下保持稳定性。系泊系统的疲劳损伤会导致风机失去稳定性而对风机造成相应的破坏，所以系泊系统的抗疲劳特性受到越来越多的关注。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种利用主索索力来减少风力机的振动响应、利用副索和垂直吊索来提高主索轴向刚度的漂浮式风力机系泊系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种漂浮式风力机系泊系统，包括辐射状分布在漂浮式风力机周围的用于连接所述漂浮式风力机和海底的若干套缆索系统；每套所述缆索系统均包括呈近似直线状的主索、呈悬链线状的副索和两个海底锚固装置，所述副索安装于主索的上方且二者位于同一竖直面内，所述主索与副索之间通过多根吊索相连接；所述主索和副索的顶端分别与所述漂浮式风力机的漂浮平台或塔筒相连接，所述主索和副索的底端各自通过一个弹簧复位装置与两个所述海底锚固装置分别连接，两个所述海底锚固装置与海底固定连接。
进一步的，所述海底锚固装置包括锚杆、与所述锚杆的底端固定连接的分压板、围设在所述锚杆四周的锚碇墙和与海底固结的锚碇，所述锚杆为外表面设有螺纹的中空锚杆，所述分压板位于所述锚碇内且与所述锚碇铸成一体，所述锚碇和所述锚碇墙均采用钢筋混凝土制作而成。
进一步的，所述弹簧复位装置包括套装在所述中空锚杆内的保护筒、固定连接在所述保护筒两端的缆索上限位板和缆索下限位板、自上而下贯穿所述缆索上限位板和保护筒顶壁伸入所述保护筒内的连接螺栓、以及套设在连接螺栓外侧的复位弹簧，所述保护筒与所述中空锚杆之间形成环空腔，所述缆索上限位板和缆索下限位板分别与所述中空锚杆的内壁固定连接，所述连接螺栓的底端还设置有承压板，所述复位弹簧位于所述保护筒顶壁与所述承压板之间；所述连接螺栓可在所述主索或副索的拉力作用下或在所述复位弹簧的弹性恢复力作用下沿所述保护筒的轴向运动。
进一步的，每个所述海底锚固装置的锚杆的设置方向均与与其连接的所述主索或副索对其施加的拉力方向一致。
进一步的，所述连接螺栓的螺帽与所述主索或副索的底端固定连接。
进一步的，所述主索和副索与所述漂浮式风力发电机的塔筒或漂浮平台侧壁靠上的位置固定相连，且所述主索和副索与所述塔筒或漂浮平台的连接点位于海平面以下。
进一步的，所述漂浮式风力机的四周均匀分布有3套所述缆索系统。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的一种漂浮式风力机系泊系统，包括若干套缆索系统，每套所述缆索系统均包括主索、副索和两个海底锚固装置，主索和副索之间通过多根与主索垂直的吊索相连，主索和副索各自通过一个弹簧复位装置与两个海底锚固装置分别连接，两个海底锚固装置与海底固定连接。本发明中利用海底锚固体系抑制风力机大幅振动，具体为采用预张力使主索始终处于张紧状态，主索近似直线有很大的张拉刚度，通过主索的恢复力来抑制风力机的振动；副索的悬链线结构，提高缆索系统抗疲劳性；并通过锚碇的重力和与海底连接作用来提供锚固力。同时，锚杆由精轧螺纹钢加工而成，与锚碇连接紧密，易安装，调节方便。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明中一种spar型漂浮式风力机系泊系统的结构示意图；
图2是本发明中一种半潜式漂浮式风力机系泊系统的结构示意图；
图3是本发明中一种驳船式漂浮式风力机系泊系统的结构示意图；
图4是本发明中主索与副索的连接结构示意图；
图5是本发明中双索系统缆索与锚杆的连接结构示意图；
图6是本发明中海底锚固装置的结构示意图；
其中，A-漂浮式风力机，A.1-漂浮平台或塔筒，1-主索，2-副索，3-海底锚固装置，3.1-锚杆，3.2-分压板，3.3-锚碇墙，3.4-锚碇，4-吊索，5-弹簧复位装置，5.1-保护筒，5.2-缆索上限位板，5.3-缆索下限位板，5.4-连接螺栓，5.5-复位弹簧，5.6-承压板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
请参见图1，本实施例提供一种spar型漂浮式风力机系泊系统，它包括均布于漂浮式风力机A的塔筒A.1周围的用于连接塔筒与海底之间的三套缆索系统，该三套缆索系统沿塔筒按120°圆心角安装，抑制漂浮式风力机A任意方向的振动。
结合参见图4所示，本实施例中的每套缆索系统均包括主索1、副索2、两个海底锚固装置3和两个弹簧复位装置5。主索和副索的上端与漂浮式风力发电机A的塔筒A.1相连，锚固位置尽量在塔筒A.1靠上位置，同时在海平面下方；主索和副索的下端则各自通过一个弹簧复位装置5与两个海底锚固装置3分别固定连接。副索2的垂度较大呈悬链线状，副索2安装在主索1的上方，且主索和副索处于同一竖直面内。主索1与副索2之间通过多根与主索垂直的吊索4连接，多根吊索4对主索形成多点弹性悬挂，适当调整主索1和副索2的张拉力，使得主索1呈近似直线状。
结合参见图5所示，本实施例中的海底锚固装置3包括中空结构的锚杆3.1，锚杆的底端固定连接有分压板3.2，在锚杆周围采用钢筋混凝土制作而成锚碇墙3.3，分压板3.2与采用钢筋混凝土制作的锚碇3.4铸成一体，锚碇3.4与海底固结。其中，每个底锚固装置的中空锚杆的设置方向均与与其连接的主索1或副索2对其施加的拉力方向一致。该结构通过锚碇的自重和其与海底的作用力承担主索和副索的张拉力，保证锚杆3.1与主索1以及副索2平行，保证锚杆3.1在双索张拉力作用下仅发生轴向变形，尽量减小锚杆弯曲变形的发生。
结合参见图6所示，本实施例中的主索1和副索2均通过弹簧复位装置5与锚杆3.1连接。其中连接螺栓5.4的螺帽与主索1或副索2底端固定连接，在锚杆3.1内从上至下依次固连有缆索上限位板5.2和缆索下限位板5.3，缆索上限位板和缆索下限位板之间固连有保护筒5.1，连接螺栓穿过缆索上限位板的中心孔后套有复位弹簧5.5，复位弹簧位于保护筒内。该结构设置中，保护筒套装在中空锚杆内，保护筒与中空锚杆之间形成环空腔，缆索上限位板和缆索下限位板分别与中空锚杆的内壁固定连接，连接螺栓的底端还设置有承压板5.6，复位弹簧位于保护筒顶壁与承压板之间。当主索1或副索2对连接螺栓施加拉力时，承压板在缆索的拉力作用下压缩复位弹簧，当主索1或副索2对连接螺栓的拉力减小或消失后，承压板在复位弹簧的弹性恢复力作用下逐渐复位。
在本发明较佳的实施例中，为了便于锚杆与主索以及和副索的连接，锚杆3.1为采用精轧螺纹钢加工而成的螺旋式中空锚杆。
实施例2
请参见图2，本实施例提供一种半潜式漂浮式风力机系泊系统，它包括均布于半潜式漂浮式风力机A的漂浮平台A.1周围的用于连接塔筒与海底之间的三套缆索系统，该三套缆索系统沿塔筒按120°圆心角安装，抑制漂浮式风力机任意方向的振动。其中，主索和副索的上端分别与半潜式漂浮式风力发电机的塔筒A.1相连。该实施例中其它结构与实施例1相同，在此就不再一一赘述。
实施例3
请参见图3，本实施例提供一种驳船式漂浮式风力机系泊系统，它包括均布于驳船式漂浮式风力机A的漂浮平台A.1周围的用于连接塔筒与海底之间的三套缆索系统，该三套缆索系统沿塔筒按120°圆心角安装，抑制漂浮式风力机任意方向的振动。同样的，主索和副索的分别上端与驳船式漂浮式风力发电机A的塔筒A.1相连。该实施例中其它结构与实施例1相同，在此就不再一一赘述。
本发明的漂浮式风力机系泊系统，采用预张力使主索始终处于张紧状态，近似直线有很大的张拉刚度，通过主索的恢复力来抑制风力机的振动；副索的悬链线结构，提高缆索系统抗疲劳性。本发明通过主索与副索相结合，副索垂度较大，通过与主索垂直的吊索将主索拉拽成近似直线，轴向刚度大，在漂浮式风力机受到大幅振动时，索力变化明显，通过缆索所产生的恢复力来减小风力机的振动响应；并通过锚碇的重力和与海底连接作用来提供锚固力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种漂浮式风力机系泊系统，其特征在于，包括辐射状分布在漂浮式风力机(A)周围的用于连接所述漂浮式风力机和海底的若干套缆索系统；每套所述缆索系统均包括呈近似直线状的主索(1)、呈悬链线状的副索(2)和两个海底锚固装置(3)，所述副索(2)安装于主索(1)的上方且二者位于同一竖直面内，所述主索(1)与副索(2)之间通过多根吊索(4)相连接；所述主索(1)和副索(2)的顶端分别与所述漂浮式风力机的漂浮平台或塔筒(A.1)相连接，所述主索(1)和副索(2)的底端各自通过一个弹簧复位装置(5)与两个所述海底锚固装置(3)分别连接，两个所述海底锚固装置(3)与海底固定连接。
2.根据权利要求1所述的漂浮式风力机系泊系统，其特征在于，所述海底锚固装置包括锚杆(3.1)、与所述锚杆的底端固定连接的分压板(3.2)、围设在所述锚杆四周的锚碇墙(3.3)和与海底固结的锚碇(3.4)，所述锚杆为外表面设有螺纹的中空锚杆，所述分压板位于所述锚碇内且与所述锚碇铸成一体，所述锚碇和所述锚碇墙均采用钢筋混凝土制作而成。
3.根据权利要求2所述的漂浮式风力机系泊系统，其特征在于，所述弹簧复位装置包括套装在所述中空锚杆内的保护筒(5.1)、固定连接在所述保护筒两端的缆索上限位板(5.2)和缆索下限位板(5.3)、自上而下贯穿所述缆索上限位板和保护筒顶壁伸入所述保护筒内的连接螺栓(5.4)、以及套设在连接螺栓外侧的复位弹簧(5.5)，所述保护筒与所述中空锚杆之间形成环空腔，所述缆索上限位板和缆索下限位板分别与所述中空锚杆的内壁固定连接，所述连接螺栓的底端还设置有承压板(5.6)，所述复位弹簧位于所述保护筒顶壁与所述承压板之间；所述连接螺栓可在所述主索(1)或副索(2)的拉力作用下或在所述复位弹簧的弹性恢复力作用下沿所述保护筒的轴向运动。
4.根据权利要求3所述的漂浮式风力机系泊系统，其特征在于，每个所述海底锚固装置的锚杆(3.1)的设置方向均与与其连接的所述主索(1)或副索(2)对其施加的拉力方向一致。
5.根据权利要求3所述的漂浮式风力机系泊系统，其特征在于，所述连接螺栓的螺帽与所述主索或副索的底端固定连接。
6.根据权利要求1所述的漂浮式风力机系泊系统，其特征在于，所述主索和副索与所述漂浮式风力发电机的塔筒或漂浮平台(A.1)侧壁靠上的位置固定相连，且所述主索和副索与所述塔筒或漂浮平台的连接点位于海平面以下。
7.根据权利要求1所述的漂浮式风力机系泊系统，其特征在于，所述漂浮式风力机(A)的四周均匀分布有3套所述缆索系统。
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