CN112922790A - 一种增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构 - Google Patents

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郭永发
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Abstract

本发明公开了一种增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，用于漂浮式风机中，包括风电机组、塔架、若干主浮筒、若干垂荡板及若干连接撑杆；其中，一个垂荡板对应一个主浮筒，垂荡板固定于对应主浮筒的底部，相邻主浮筒之间以及各主浮筒与塔架的下侧之间均通过连接撑杆相连接，风电机组固定于塔架的顶部，主浮筒的外壁上设置有若干扰流板，垂荡板上开设有若干通孔，该结构能够避免水流产生的涡激振动。

Description

一种增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，涉及一种增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构。
背景技术
随着风能资源开发的不断扩大，尤其在深海处的开发，使得漂浮式风力机的研究备受重视。常用的漂浮式基础有Spar基础、TLP基础和半潜式基础等。
对于漂浮式风机中的主浮筒和直立柱等圆柱形断面结构物，在一定的恒定流速下，都会在主浮筒两侧交替地产生脱离结构物表面的旋涡。这种交替发放的泻涡又会在柱体上生成顺流向及横流向周期性变化的脉动压力，如果此时柱体是弹性支撑的，或者柔性管体允许发生弹性变形，那么脉动流体力将引发柱体(管体)的周期性振动，这种规律性的柱状体振动反过来又会改变其尾流的泻涡发放形态。这种流体一结构物相互作用的问题被称作“涡激振动”。
涡激振动将产生结构共振，会引起风机异常报警停机，长期运行将急剧减少结构的疲劳寿命。
因此需要设计一种能够增加了水动阻尼，避免产生水流产生的涡激振动，延长结构使用寿命，并且制造简便，易于安装和维护，成本较低的结构方案。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，该结构能够避免水流产生的涡激振动。
为达到上述目的，本发明所述的增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，用于漂浮式风机中，包括风电机组、塔架、若干主浮筒、若干垂荡板及若干连接撑杆；
其中，一个垂荡板对应一个主浮筒，垂荡板固定于对应主浮筒的底部，相邻主浮筒之间以及各主浮筒与塔架的下侧之间均通过连接撑杆相连接，风电机组固定于塔架的顶部，主浮筒的外壁上设置有若干扰流板，垂荡板上开设有若干通孔。
所述扰流板为单螺旋结构或者交叉的双螺旋结构。
所述扰流板的横截面为矩形结构、三角形结构或者梯形结构。
当扰流板的横截面为矩形结构时，所述矩形结构的高度及宽度分别为a2及h2，其中，5mm≤a2≤50mm，50mm≤h2≤300mm。
当扰流板的横截面为三角形结构时，所述三角形结构的高度及宽度分别为a1及h1，扰流板的厚度为t，所述三角形结构的顶角为2β1，则有100mm≤a1≤500mm，50mm≤h1≤500mm，5mm≤t≤25mm。
当扰流板的横截面为梯形结构时，所述梯形结构的短边长度、长边长度及宽度分别为a4、a3及h3；扰流板与水平面之间的夹角为α1，则有100mm≤a4≤500mm，10mm≤a3≤100mm，100mm≤h3≤500mm，15°≤α1≤60°。
当扰流板的横截面为矩形结构时，扰流板与主浮筒之间相焊接；
当扰流板的横截面为三角形结构或者梯形结构时，扰流板通过耳板及螺栓与主浮筒相连接。
扰流板分为若干段，其中，各段的长度l根据各段对应的中心角θ1以及相邻段之间间隙对应的中心角θ2确定，其中，15°≤θ1≤60°，5°≤θ2≤30°。
当扰流板为交叉的双螺旋结构时，扰流板与水平面之间的夹角为α2，15°≤α2≤60°。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构在具体操作时，在主浮筒的外壁上设置扰流板，通过扰流板增加主浮筒的水动阻尼，具体的，通过扰流板改变主浮筒经波浪流过后的尾流场，破坏尾流场漩涡的规律性泄放引起的共振，避免产生水流产生的涡激振动，延长结构使用寿命；制造简便，易于安装和维护，成本较低。
进一步，当扰流板为单螺旋结构时，设置有扰流板的主浮筒会对系泊系统产生扭矩，因此优选的，扰流板为交叉的双螺旋结构。
附图说明
图1为本发明的三维图；
图2为主浮筒3的结构示意图；
图3a为单螺旋结构的扰流板5的结构示意图；
图3b为单螺旋结构的扰流板5的俯视图；
图4为横截面为矩形结构的扰流板5的结构示意图；
图5为横截面为三角形的扰流板5的剖面图；
图6为横截面为三角形的扰流板5的三维图；
图7为横截面为梯形的扰流板5的三维图；
图8为横截面为梯形的扰流板5的剖面图；
图9a为交叉的双螺旋结构的扰流的左视图；
图9b为交叉的双螺旋结构的扰流板5的右视图；
图9c为交叉的双螺旋结构的扰流板5的俯视图；
图10为本发明的工作状态图。
其中，1为风电机组、2为塔架、3为主浮筒、4为垂荡板、5为扰流板、6为连接撑杆、7为通孔、8为耳板、9为螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1、图2及图10，本发明所述的增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，用于漂浮式风机中，包括风电机组1、塔架2、若干主浮筒3、若干垂荡板4及若干连接撑杆6；其中，一个垂荡板4对应一个主浮筒3，垂荡板4固定于对应主浮筒3的底部，相邻主浮筒3之间以及各主浮筒3与塔架2的下侧之间均通过连接撑杆6相连接，风电机组1固定于塔架2的顶部，主浮筒3的外壁上设置有若干扰流板5，垂荡板4上开设有若干通孔7。
参考图9a、图9b及图9c，所述扰流板5为单螺旋结构或者交叉的双螺旋结构，当扰流板5为交叉的双螺旋结构时，扰流板5与水平面之间的夹角为α2，15°≤α2≤60°。
所述扰流板5的横截面为矩形结构、三角形结构或者梯形结构。
参考图4，当扰流板5的横截面为矩形结构时，所述矩形结构的高度及宽度分别为a2及h2，其中，5mm≤a2≤50mm，50mm≤h2≤300mm，扰流板5与主浮筒3之间相焊接。
参考图5及图6，当扰流板5的横截面为三角形结构时，所述三角形结构的高度及宽度分别为a1及h1，扰流板5的厚度为t，所述三角形结构的顶角为2β1，则有100mm≤a1≤500mm，50mm≤h1≤500mm，5mm≤t≤25mm，扰流板5通过耳板8及螺栓9与主浮筒3相连接。
参考图7及图8，当扰流板5的横截面为梯形结构时，所述梯形结构的短边长度、长边长度及宽度分别为a4、a3及h3；扰流板5与水平面之间的夹角为α1，则有100mm≤a4≤500mm，10mm≤a3≤100mm，100mm≤h3≤500mm，15°≤α1≤60°，扰流板5通过耳板8及螺栓9与主浮筒3相连接。
参考图3a及图3b，扰流板5分为若干段，其中，各段的长度l根据各段对应的中心角θ1以及相邻段之间间隙对应的中心角θ2确定，其中，15°≤θ1≤60°，5°≤θ2≤30°。
本发明具体的施工过程为：
1)在工厂内制造完成扰流板5的制作；
2)将扰流板5固定于主浮筒3的外壁上；
3)然后再运输到施工现场，进行风电机组1、塔架2、主浮筒3、垂荡板4及连接撑杆6的连接。
与现有漂浮式风机相比，本实施例提出的水下扰流板结构，增加了水动阻尼，减小了基础载荷；避免产生水流产生的涡激振动，保证使用寿命25年；制造简便，易于安装和维护，成本较低。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (10)

1.一种增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，用于漂浮式风机中，其特征在于，包括风电机组(1)、塔架(2)、若干主浮筒(3)、若干垂荡板(4)及若干连接撑杆(6)；
其中，一个垂荡板(4)对应一个主浮筒(3)，垂荡板(4)固定于对应主浮筒(3)的底部，相邻主浮筒(3)之间以及各主浮筒(3)与塔架(2)的下侧之间均通过连接撑杆(6)相连接，风电机组(1)固定于塔架(2)的顶部，主浮筒(3)的外壁上设置有若干扰流板(5)，垂荡板(4)上开设有若干通孔(7)。
2.根据权利要求1所述的增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，其特征在于，所述扰流板(5)为单螺旋结构或者交叉的双螺旋结构。
3.根据权利要求1所述的增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，其特征在于，所述扰流板(5)的横截面为矩形结构、三角形结构或者梯形结构。
4.根据权利要求3所述的增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，其特征在于，当扰流板(5)的横截面为矩形结构时，所述矩形结构的高度及宽度分别为a2及h2，其中，5mm≤a2≤50mm，50mm≤h2≤300mm。
5.根据权利要求3所述的增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，其特征在于，当扰流板(5)的横截面为三角形结构时，所述三角形结构的高度及宽度分别为a1及h1，扰流板(5)的厚度为t，所述三角形结构的顶角为2β1，则有100mm≤a1≤500mm，50mm≤h1≤500mm，5mm≤t≤25mm。
6.根据权利要求3所述的增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，其特征在于，当扰流板(5)的横截面为梯形结构时，所述梯形结构的短边长度、长边长度及宽度分别为a4、a3及h3；扰流板(5)与水平面之间的夹角为α1，则有100mm≤a4≤500mm，10mm≤a3≤100mm，100mm≤h3≤500mm，15°≤α1≤60°。
7.根据权利要求3所述的增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，其特征在于，当扰流板(5)的横截面为矩形结构时，扰流板(5)与主浮筒(3)之间相焊接。
8.根据权利要求3所述的增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，其特征在于，当扰流板(5)的横截面为三角形结构或者梯形结构时，扰流板(5)通过耳板(8)及螺栓(9)与主浮筒(3)相连接。
9.根据权利要求1所述的增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，其特征在于，扰流板(5)分为若干段，其中，各段的长度l根据各段对应的中心角θ1以及相邻段之间间隙对应的中心角θ2确定，其中，15°≤θ1≤60°，5°≤θ2≤30°。
10.根据权利要求2所述的增加水动阻尼的漂浮式风机扰流板结构，其特征在于，当扰流板(5)为交叉的双螺旋结构时，扰流板(5)与水平面之间的夹角为α2，15°≤α2≤60°。
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