CN113027688A - 一种浮式风机基座及风机 - Google Patents

一种浮式风机基座及风机 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种浮式风机基座及风机，包括：立柱、装配结构件；其中，立柱为内部中空的密封结构，立柱的底部连接装配结构件；装配结构件是由一个或多个装配子结构件组成的内部中空的密封结构；各装配子结构件为预应力钢筋混凝土结构，装配子结构件的上端和下端均设置有多个连接孔；相邻装配子结构件之间通过预应力钢绞线穿过连接孔连接的方式实现连接；各装配子结构件的上端和/或下端的边缘设置有翼缘板。本方案的结构可以保证足够小的纵摇及横摇自由度动态响应，保证风机的高效运转，且可以调整装配子结构件的数量来调整适用的海域，实现更大的适用范围，且采用预应力钢筋混凝土结构能加强浮式风机基座的整体强度与稳定性。

Description

一种浮式风机基座及风机
技术领域
本发明涉及风机基座结构领域，尤其涉及一种浮式风机基座及风机。
背景技术
陆地风资源的逐步枯竭将人类的视线转移到了清洁能源的新方向，也即海上风电。海上风电具有风速高、电量大、运行稳定、适合大规模开发等优势，且海上风能资源最丰富的东南沿海地区，毗邻用电需求大的经济发达地区，可以实现用电就近消化，降低输送成本，发展潜力巨大。据估算，海上风能资源的能量效益比陆上风电要高20％至40％。
目前海上风电有两者，一种是基于固定基座来设置的风机，还一种则是基于漂浮式基座来设置的风机，对于水深大于40米的深水海洋环境，漂浮式的风机基座经济性更好。与海上风机的固定基座相比，漂浮式风机基座的优势包括：
(a)受水深限制小，风场地址选取更灵活；
(b)远海上风资源量更足、质更高；
(c)风机、浮式基础及系泊锚的海上安装工艺简单，大部分施工可在港口完成；
(d)受海床地基条件的影响小，成型方案可移植性高；
(e)可安装在远海消除对近海景观的视觉污染。
目前，依托于石油工业的海洋平台技术，主要存在三种浮式风机基座：单柱型(Spar)、张力腿型(Tension-Leg Platform,TLP)、半潜型(Semi-Submersible)。国际上提出的浮式风机概念设计很多，而目前已建造运营的浮式海上风机其中部分采用了立柱式半潜基础，包括有挪威的SWAY及Hywind 2.3MW，以及日本Fukushima Forward项目中的Hamakaze5MW等。
出于降低风险的目的，目前的风机设计参考了的成熟的油气海洋平台来进行设计的，但是海上浮式风机基座的设计很大程度上并不能按照成熟的油气海洋平台设计方法进行。一方面，一部5MW风机的重量(重量是700吨)约为一般海洋平台上部结构重量的十分之一甚至更小，因此浮式风机基座在波浪力作用下的动力响应将更大。另一方面，海洋平台的钻井及输油升管无法承受较大的竖向变形，因此对垂荡运动的抑制至关重要，而摇摆对平台的安全运营影响较小。但未来海上风机机舱高度将还高于100米以上，垂荡甚至荡动对于风机采能影响不大，只有足够小的纵摇及横摇自由度动态响应才能保证风机的高效运转，此外，由于风机需要大规模设置，因此对成本的要求比较高。
由此，目前需要有一种更好的风机基座。
发明内容
有鉴于此，本方案中提出了一种浮式风机基座及风机，本方案的结构可以保证足够小的纵摇及横摇自由度动态响应才能保证风机的高效运转，且可以调整装配子结构件的数量来调整适用的海域，实现更大的适用范围，且采用预应力钢筋混凝土结构能加强浮式风机基座的整体强度与稳定性。
具体的，本发明提出了以下具体的实施例：
本发明实施例提出了一种浮式风机基座，包括：立柱、装配结构件；其中，所述立柱为内部中空的密封结构，所述立柱的底部连接所述装配结构件；所述装配结构件是由一个或多个装配子结构件组成的内部中空的密封结构；各所述装配子结构件为预应力钢筋混凝土结构，所述装配子结构件的上端和下端均设置有多个连接孔；相邻所述装配子结构件之间通过预应力钢绞线穿过所述连接孔连接的方式实现连接；各所述装配子结构件的上端和/或下端的边缘设置有翼缘板。
在一个具体的实施例中，各所述装配子结构件设置有贯通孔，所述立柱为圆柱体或圆台体，所述贯通孔的直径与所述立柱底部的直径相同，所述立柱的底部穿过各所述装配子结构件的贯通孔，实现与所述立柱与所述装配结构件的连接。
在一个具体的实施例中，各所述装配子结构件均为内部中空的密封结构；所述立柱的底部与所述装配结构件中位于最上端的装配子结构件连接。
在一个具体的实施例中，各所述装配子结构件的一端为圆柱形凹槽，另一端为与所述圆柱形凹槽匹配的圆柱形凸出；所述立柱为圆柱体或圆台体；所述圆柱形凹槽的直径与所述立柱底部的直径相同。
在一个具体的实施例中，所述翼缘板的形状为圆形或方形。
在一个具体的实施例中，各所述装配子结构件的上端与下端之间还设置有螺旋肋板。
在一个具体的实施例中，还包括：钢筋混凝土压载物装配构件；其中，所述钢筋混凝土压载物装配构件与所述装配结构件的底部连接。
在一个具体的实施例中，还包括：系泊链、所述系泊链的一端与所述装配结构件连接，所述系泊链的另一端与固定在海床上的拖曳式锚连接。
本发明实施例还提出了一种风机，包括上述的浮式风机基座。
在一个具体的实施例中，还包括：风力发电机，其中，所述风力发电机设置有塔筒；通过所述塔筒底部与所述立柱顶部的连接实现所述风力发电机与所述浮式风机基座的连接。
以此，本发明实施例提出了一种浮式风机基座及风机，该浮式风机基座包括：立柱、装配结构件；其中，所述立柱为内部中空的密封结构，所述立柱的底部连接所述装配结构件；所述装配结构件是由一个或多个装配子结构件组成的内部中空的密封结构；各所述装配子结构件为预应力钢筋混凝土结构，所述装配子结构件的上端和下端均设置有多个连接孔；相邻所述装配子结构件之间通过预应力钢绞线穿过所述连接孔连接的方式实现连接；各所述装配子结构件的上端和/或下端的边缘设置有翼缘板。本方案的结构可以保证足够小的纵摇及横摇自由度动态响应，保证风机的高效运转，且可以调整装配子结构件的数量来调整适用的海域，实现更大的适用范围，且采用预应力钢筋混凝土结构能加强浮式风机基座的整体强度与稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了浮式风机基座及风机的结构示意图；
图2示出了浮式风机基座及风机的另一结构示意图；
图3示出了浮式风机基座中装配子结构件的结构示意图；
图4示出了浮式风机基座中立柱与装配结构件的结构示意图；
图5示出了浮式风机基座中立柱与装配结构件的另一结构示意图。
图例说明：
1-立柱；
2-装配结构件；
21-装配子结构件；211-翼缘板；212-螺旋肋板；213-连接孔；
3-系泊链；4-钢筋混凝土压载物装配构件；
5-风力发电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
本发明实施例1公开了一种浮式风机基座，如图1与图2所示，包括：立柱1、装配结构件2；其中，所述立柱1为内部中空的密封结构，具体的立柱1的形状可以为圆柱体或上端小下端大的圆台体；立柱1的内部中空，以降低总体重量，且立柱1的下端部分位置可能会位于水下，内部中空的密封结构也可以提供部分浮力。根据具体海域的不同，立柱1的总长度例如可以为60米～100米之间的任意值。
所述立柱1的底部连接所述装配结构件2；立柱1的底部连接该装配结构件2，使得整个浮式风机基座成为一个整体。
如图1和图2所示，所述装配结构件2是由一个或多个装配子结构件21组成的内部中空的密封结构；具体的，装配结构件2可以只包括一个装配子结构件21，也可以包括多个装配子结构件21，装配子结构件21的形状可以为一个底部带翼缘板211的中空圆柱，高度约15-20米。
具体的，不管是包括一个还是多个装配子结构件21，所形成的装配结构件2是内部中空的密封结构；具体的内部中空的密封结构可以为内部是一个大的空腔结构，也可以是多个密封的小空腔形成的结构。具体的，装配子结构中预留孔道，通过后张法为结构提供预应力；采用预应力钢筋混凝土结构能加强浮式风机基座的整体强度与稳定性。
如图3所示，各所述装配子结构件21为预应力钢筋混凝土结构，具体的，基于装配结构件2的设置，且装配结构件2在具体使用时深入水下，可以保证足够小的纵摇及横摇自由度动态响应，进而保证风机的高效运转，且可以调整装配子结构件21的数量来调整适用的海域，实现更大的适用范围。
所述装配子结构件21的上端和下端均设置有多个连接孔213；相邻所述装配子结构件21之间通过预应力钢绞线穿过所述连接孔213连接的方式实现连接；各所述装配子结构件21的上端和/或下端的边缘设置有翼缘板211。具体的，翼缘板211的内部可以为中空密封结构。基于翼缘板211可避免规则旋涡脱落现象的发生，同时可起到消波消能，抑制涡激振动，增加阻尼，减小基础的荡动和摇摆的作用。
实施例2
本发明实施例2还公开了一种浮式风机基座，该实施例2在实施例1的基础上进一步公开了，各所述装配子结构件21设置有贯通孔，所述立柱1为圆柱体或圆台体，所述贯通孔的直径与所述立柱1底部的直径相同，所述立柱1的底部穿过各所述装配子结构件21的贯通孔，实现与所述立柱1与所述装配结构件2的连接。
具体的，如图4所示，在本实施例2中，立柱1的底部贯穿装配结构件2中各个装配子结构件21的贯通孔，且立柱1底部的内部紧密贴合各个贯通孔的内部，以此实现各个装配子结构件21的密封，装配结构件2的内部中空腔体与立柱1的中空腔体为同一腔体。
这种方式不需要考虑相邻装配子结构件21之间的密封性，装配简单方便。
实施例3
本发明实施例3还公开了一种浮式风机基座，该实施例3在实施例1的基础上进一步公开了，各所述装配子结构件21均为内部中空的密封结构；所述立柱1的底部与所述装配结构件2中位于最上端的装配子结构件21连接。
具体的，如图5所示，在本方案中，立柱1的底部与最上端的装配子结构件21连接，也即整个装配结构件2是悬挂在立柱1的底部的，各个装配子结构件21均为一密封的内部中空结构，相当于多个水密结构，在实现整个基座稳定性的同时，由于中空的结构，还可以各自提供一定的浮力。
此外，装配子结构件21间的水密性可以通过现浇水密砂浆实现。
在一个具体的实施例中，各所述装配子结构件21的一端为圆柱形凹槽，另一端为与所述圆柱形凹槽匹配的圆柱形凸出；所述立柱1为圆柱体或圆台体；所述圆柱形凹槽的直径与所述立柱1底部的直径相同。
具体的，为了方便连接各装配子结构件21，每个装配子结构件21的一端，例如上端可以设置圆柱形凹槽，该凹槽一则可以连接其他装配子结构件21底部的圆柱形凸起，也由于装配子结构件21的执行与立柱1的底部直径相同，因此也可以连接立柱1的底部。
实施例4
本发明实施例4还公开了一种浮式风机基座，该实施例4在实施例1-3的基础上，还进一步公开了，所述翼缘板211的形状为圆形或方形。
具体的，翼缘板211可采用圆形或者带圆倒角的矩形或正多边形截面。
在一个具体的实施例中，各所述装配子结构件21的上端与下端之间还设置有螺旋肋板212。
具体的，螺旋肋板212的螺纹以所在装配子结构件21的中心轴为轴进行螺旋。
通过螺旋肋板212的设置，可以提高结构运动阻尼，进一步提升整个浮式风机基座的稳定性。
进一步的，为了进一步提高稳定性，浮式风机基座还包括：钢筋混凝土压载物装配构件4；其中，所述钢筋混凝土压载物装配构件4与所述装配结构件2的底部连接。
具体的，基于钢筋混凝土压载物装配构件4设置在整个浮式风机基座的最底端，起到悬垂作用，进一步提高稳定性。
此外，装配结构件2、装配子结构件21中设置有中空的腔体，用于存放内部液体或固体的压载物，通过调节内部压载物的初始质量及初始位置，使风机倾角在风速气象统计的大概率值附近为零。
在一个具体的实施例中，还包括：系泊链3、所述系泊链3的一端与所述装配结构件2连接，所述系泊链3的另一端与固定在海床上的拖曳式锚连接。
系泊链3可以保证整个浮式风机基座的位置保持在预设，而不发生漂移。
实施例5
本发明实施例5还公开了一种风机，如图1或图2所示，包括实施例1-4中所述的浮式风机基座。
进一步的，该风机还包括：风力发电机5，其中，所述风力发电机5设置有塔筒；通过所述塔筒底部与所述立柱1顶部的连接实现所述风力发电机5与所述浮式风机基座的连接。
以此，本发明实施例提出了一种浮式风机基座及风机，该浮式风机基座包括：立柱1、装配结构件2；其中，所述立柱1为内部中空的密封结构，所述立柱1的底部连接所述装配结构件2；所述装配结构件2是由一个或多个装配子结构件21组成的内部中空的密封结构；各所述装配子结构件21为预应力钢筋混凝土结构，所述装配子结构件21的上端和下端均设置有多个连接孔213；相邻所述装配子结构件21之间通过预应力钢绞线穿过所述连接孔213连接的方式实现连接；各所述装配子结构件21的上端和/或下端的边缘设置有翼缘板211。本方案的结构可以保证足够小的纵摇及横摇自由度动态响应，以此保证风机的高效运转，且可以调整装配子结构件21的数量来调整适用的海域，实现更大的适用范围，且采用预应力钢筋混凝土结构能加强浮式风机基座的整体强度与稳定性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浮式风机基座，其特征在于，包括：立柱、装配结构件；其中，所述立柱为内部中空的密封结构，所述立柱的底部连接所述装配结构件；所述装配结构件是由一个或多个装配子结构件组成的内部中空的密封结构；各所述装配子结构件为预应力钢筋混凝土结构，所述装配子结构件的上端和下端均设置有多个连接孔；相邻所述装配子结构件之间通过预应力钢绞线穿过所述连接孔连接的方式实现连接；各所述装配子结构件的上端和/或下端的边缘设置有翼缘板。
2.如权利要求1所述的浮式风机基座，其特征在于，各所述装配子结构件设置有贯通孔，所述立柱为圆柱体或圆台体，所述贯通孔的直径与所述立柱底部的直径相同，所述立柱的底部穿过各所述装配子结构件的贯通孔，实现与所述立柱与所述装配结构件的连接。
3.如权利要求1所述的浮式风机基座，其特征在于，各所述装配子结构件均为内部中空的密封结构；所述立柱的底部与所述装配结构件中位于最上端的装配子结构件连接。
4.如权利要求3所述的浮式风机基座，其特征在于，各所述装配子结构件的一端为圆柱形凹槽，另一端为与所述圆柱形凹槽匹配的圆柱形凸出；所述立柱为圆柱体或圆台体；所述圆柱形凹槽的直径与所述立柱底部的直径相同。
5.如权利要求1所述的浮式风机基座，其特征在于，所述翼缘板的形状为圆形或方形。
6.如权利要求1所述的浮式风机基座，其特征在于，各所述装配子结构件的上端与下端之间还设置有螺旋肋板。
7.如权利要求1所述的浮式风机基座，其特征在于，还包括：钢筋混凝土压载物装配构件；其中，所述钢筋混凝土压载物装配构件与所述装配结构件的底部连接。
8.如权利要求1所述的浮式风机基座，其特征在于，还包括：系泊链、所述系泊链的一端与所述装配结构件连接，所述系泊链的另一端用于与固定在海床上的拖曳式锚连接。
9.一种风机，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的浮式风机基座。
10.如权利要求9所述的风机，其特征在于，还包括：风力发电机，其中，所述风力发电机设置有塔筒；通过所述塔筒底部与所述立柱顶部的连接实现所述风力发电机与所述浮式风机基座的连接。
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