CN113428307A - 一种半潜浮式风机基础和半潜浮式风机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半潜浮式风机基础和半潜浮式风机，所述半潜浮式风机基础包括：三个垂直立柱，三个所述垂直立柱分别位于正三角形的三个角所在位置处，三个水平浮箱，各所述水平浮箱连接相邻的两个所述垂直立柱的底部，所述水平浮箱的内部设置有压载舱和通道；裙板位于水平浮箱外缘并水平向外侧延伸；撑杆组件，所述撑杆组件用于连接所述垂直立柱与水平浮箱；三组所述系泊缆与三个所述垂直立柱之间一一对应，每组所述系泊缆的一端均连接对应的所述垂直立柱的底部，另一端连接锚定于海底的系泊锚。所述半潜浮式风机包括风机组件和所述半潜浮式风机基础，所述风机组件安装在所述风机基础上。所述半潜浮式风机基础和半潜浮式风机，结构稳定性好，水深适应性能好，制造成本低。

Description

一种半潜浮式风机基础和半潜浮式风机
技术领域
本发明涉及海洋工程及海上风力发电系统领域，尤其涉及一种半潜浮式风机基础和半潜浮式风机。
背景技术
目前在海上风电领域，浮式风机作为海上风电开发的重要装备得到了广泛关注，并已经实现了商业化投产。
浮式风机基础通常有单柱式、张力腿式、驳船式、半潜式等。单柱式基础运动性能和稳定性较好，但安装复杂，水深适应性差；张力腿式基础性能好，但安装复杂，总体成本较高，技术难度大；驳船式基础投资较低但运动性能较差，海况适应能力差。
随着国家加大深远海海上风电资源开发的力度，通过部署海上浮式风机进行风电资源开发成为一种趋势。我国南海海域风力资源丰富，但环境条件恶劣，易遭受台风袭击，因此急需一种运动性能好、建造安装简便、水深适应性好、总体投资小的半潜浮式风机基础和浮式风机用于海上风力资源开发。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种半潜浮式风机基础和半潜浮式风机。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种半潜浮式风机基础，包括：
三个垂直立柱，三个所述垂直立柱分别位于正三角形的三个角所在位置处；
三个水平浮箱，各所述水平浮箱连接相邻的两个所述垂直立柱的底部，所述水平浮箱的内部设置有压载舱和通道；
撑杆组件，所述撑杆组件用于连接所述垂直立柱与水平浮箱；
三组系泊缆，三组所述系泊缆与三个所述垂直立柱之间一一对应，每组所述系泊缆的一端均连接对应的所述垂直立柱的底部，另一端连接锚定于海底的系泊锚。
进一步地，还包括三个过渡浮箱，相邻的两个所述水平浮箱与对应的垂直立柱的连接位置处设有一个所述过渡浮箱。
进一步地，所述撑杆组件包括三根水平支撑杆，各水平支撑杆连接相邻的两个所述垂直立柱的顶部。
进一步地，所述撑杆组件还包括若干斜向支撑杆，各所述斜向支撑杆用于连接同一侧的水平支撑杆和水平浮箱。
进一步地，每个所述水平浮箱的外缘还设有裙板，所述裙板沿着水平方向向相应的所述水平浮箱的外侧延伸。
进一步地，所述垂直立柱的底部设有压载舱和通道。
进一步地，所述系泊系统包括系泊锚和系泊缆，所述系泊缆的上端与垂直立柱的底部连接，下端与所述海底之间通过所述系泊锚连接。
进一步地，所述垂直立柱的外侧设置运维船靠船件与人员登爬梯。
本发明的另一方面还提供了一种半潜浮式风机，包括风机机组及所述的半潜浮式风机基础，所述风机机组安装在其中一个所述垂直立柱上。
进一步地，所述风机机组包括塔筒、机舱、风机叶片和外输电缆，所述塔筒的底端与所述垂直立柱的顶端连接，所述机舱安装在所述塔筒的顶端上，所述风机叶片与机舱连接，所述外输电缆从所述垂直立柱的底部进入至对应的垂直立柱的通道内，并穿过通道与所述机舱内的发电设备连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
(1)本发明提供的风机基础整体构造呈现稳定的三角形，能够实现较好的结构特性，其运动固有周期远离波浪的主要能量范围，运动性能较好；且结构简单，形状规则，可以实现模块化建造，有效降低建造成本；
(2)浮箱底部外侧布设裙板结构，改善平台的运动固有周期与阻尼特性，从而实现较好的运动性能，以满足恶劣环境条件下的长期安全服役要求；
(3)水平浮箱具有足够的浮力，风机机组与浮式基础可以在建造场地及场地码头实现总装调试、整体拖航至服役地点进行安装，减少运输安装费用。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的半潜浮式风机的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为半潜浮式风机基础吃水线以下的俯视图；
图4为图1中的半潜浮式风机的侧视图；
附图标记说明：
1-半潜浮式风机基础、2-风机机组、11-垂直立柱、12-水平浮箱、13-水平支撑杆、14-斜向支撑杆、15-过渡浮箱、16-裙板、17-系泊系统、171-系泊锚、172-系泊缆、21-塔筒、22-风机叶片、23-外输电缆、100-吃水线、101-海底。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图4所示，为本发明的实施例提供一种半潜浮式风机，其中附图标记100指代的是吃水线，所述半潜浮式风机包括半潜浮式风机基础1以及安装在所述半潜浮式风机基础1上的风机机组2。所述半潜浮式风机基础1包括三个垂直立柱11、三个水平浮箱12、三组系泊缆172以及连接所述垂直立柱11与的水平浮箱12之间的多组撑杆组件。三个所述垂直立柱11分别位于三角形的三个角所在位置处。各所述水平浮箱12连接相邻的两个所述垂直立柱11的底部，所述水平浮箱12的内部设置有压载舱和通道(图中未示出)。三组所述系泊缆172与三个所述垂直立柱11之间一一对应，每组所述系泊缆172的一端均连接对应的所述垂直立柱11的底部，另一端连接锚定于海底101的系泊锚171。各组所述撑杆组件连接对应的所述垂直立柱11与水平浮箱12。
上述半潜浮式风机，整体结构形式为半潜型式，下部为浮式风机基础1，其上方安装风力发电机组2，整个系统通过多根系泊缆实现系泊定位。三个垂直立柱11的底部与三个所述水平浮箱12之间连接，底部形成一个三角形结构，从而使风机基础整体构成一个正三角形的结构，三角形结构具备较好的结构稳定性，因此本发明提供的半潜浮式风机基础1整体具备较好的结构稳定性，从而能够更好抵抗台风等的侵袭。此外，本发明提供的风机基础1的垂直立柱11水线面面积较小，垂直立柱11间间距较大，能够实现较好的运动特性与稳性性能。
所述水平浮箱12具有足够的浮力，风机机组2与浮式基础1可以在建造场地及场地码头实现总装调试、整体拖航至服役地点进行安装，减少了运输安装费用。
需要说明的是，所述垂直立柱11的截面形状可以圆形、方形、三角形或者其他异形，具体可以根据需要进行设置。同样的，所述垂直立柱11、水平浮箱12以及水平支撑杆13的尺寸，也可以根据具体的设计要求进行调整。
进一步地，本发明实施例提供的半潜浮型风机基础还包括三个过渡浮箱15，相邻的两个所述水平浮箱12与对应的垂直立柱11的连接位置处设有一个所述过渡浮箱15。所述水平浮箱12与垂直立柱11连接位置布设过渡浮箱15，能够降低水平浮箱12与垂直立柱11连接位置的应力集中，改善总体结构特性，过渡浮箱15的尺度可根据设计要求进行调整，以满足不同的拖航吃水要求。
为了进一步提高风机基础的稳定性能，所述垂直立柱11的底部、水平浮箱12以及过渡浮箱15的内部均设置压载舱，压载水量可根据需要进行调整，从而能够更好地调节风机基础的浮态和稳定性。此外，所述垂直立柱11、水平浮箱12、过渡浮箱15内部还布置通道，所述通道可以用于人员通行和管道布设。本发明中所述水平浮箱12和过渡浮箱15内设置压载舱，因此能够通过调节压载舱内压载液体量来调节总体的吃水，从而实现较好的水深适应性能。
进一步地，本发明实施例提供的半潜浮型风机基础1的每组所述撑杆组件包括三根水平支撑杆和若干根斜向支撑杆14，各水平支撑杆连接相邻的两根所述垂直立柱的顶部，同时三个所述垂直立柱11的顶部与三个所述水平支撑杆13之间连接，顶部形成一个三角形结构，因此能够进一步提高风机基础的稳定性。所述斜向支撑杆14用于连接同一侧的水平支撑杆13和水平浮箱12。所述水平支撑杆13两端位于两个垂直立柱11的顶部，水平支撑杆13通过斜向支撑杆14与水平浮箱12相连接，能够进一步提高总体结构的稳定性并能有效地将环境载荷传递到强力构造上，改善了总体结构性能。作为更优选的一种实施方式，所述斜向支撑杆14包括三组，每组所述斜向支撑杆14均包括两根，两根所述斜向支撑杆14之间的顶端均与对应的水平支撑杆13的中点连接，底部与对应的水平浮箱12两端连接。采用所述结构的水平支撑杆13和斜向支撑杆14能够进一步提高整体风机基础的强度和稳定性。
所示水平浮箱底部外缘设置裙板16，所述裙板16沿水平方向向对应的水平浮箱12的外侧进行延伸，裙板结构通过支撑结构同浮箱连接，例如具体可以采用焊接连接。本发明中裙板16的设计能够增大风机基础的固有周期与阻尼，从而进一步提高风基础的运动性能，能够满足恶劣环境条件下的长期安全服役要求。整个风机基础1的运动固有周期能够远离波浪的主要能量范围，从而能够实现较好的运动性能。
更进一步地，所述水平支撑杆13的顶部沿着水平方向还可以设置走道(图中未示出)，所述走道以用于风力发电机组运维人员行走。运维船抵达后在垂直立柱外侧抵靠，运维人员通过登爬梯子抵达立柱顶部，随后通过水平支撑杆13上方走道抵达风机塔筒21底部。立柱外侧设置靠船件以适应运维船舶抵靠，立柱外侧设置爬梯用于运维人员登爬。
浮式风机基础通过多点系泊系统实现定位，系泊缆172底端通过系泊锚171与海底101连接，系泊缆上端与垂直立柱11的底部相连接。系泊锚171可以为拖曳锚、桩锚、吸力锚等工业界常见的系泊锚种类。
针对上述潜浮式风机的一个具体实施例，针对5MW风力发电机组，新型浮式风机基础的典型尺度为：垂直立柱直径为9m，立柱中心间距为60m；水平浮箱长为51m，宽为5m，为高6m；过渡浮箱的边长为8m，高6m；裙板的宽度为2m；总体吃水为20m，立柱干舷为15m，排水量为9200t。
所述风机机组2包括塔筒21、机舱、风机叶片22和外输电缆23，所述塔筒21的底端与所述垂直立柱11的顶端连接，所述机舱安装在所述塔筒21的顶端上，所述风机叶片22与机舱连接，所述外输电缆23从所述垂直立柱11的底部进入至对应的垂直立柱11的通道内，并穿过通道与所述机舱内的发电设备连接。
上述半潜浮式风机的施工方法，包括如下步骤：
S1、将所述垂直立柱11、水平浮箱13、过渡浮箱15、水平支撑杆13、斜向支撑杆14、裙板16之间组装成为一个风机基础模块半组装体；
S2、将所述风机基础模块运输至预设部署海域的附近码头；
S3、将所述风机机组2安装在所述半组装体的一个垂直立柱的中心位置，形成组装体；
S4、将所述组装体运输至预设部署海域，与预先铺设的系泊缆和外输电缆相连接。
本发明提供的浮式风机基础的建造工作对于场地要求低，其各组成部分可以实现模块化建造。平台构造整体呈现稳定的三角形，垂直立柱11之间、垂直立柱11与浮箱12之间的过渡结构和支撑结构简洁有效，能够实现较好的结构特性，有效降低建造费用。浮式风机基础与风力发电机组在码头可以实现总体安装、总体调试和整体拖航，有效降低运输安装费用。
本发明提供的风机基础整体构造呈现稳定的三角形，能够实现较好的结构特性，且结构简单，形状规则，可以实现模块制作，有效降低制作成本；浮箱底部外侧设有裙板16，增大平台的运动固有周期与阻尼，从而实现较好的运动性能，能够满足恶劣环境条件下的长期安全服役要求；水平浮箱12具有足够的浮力，风机机组2与浮式基础1可以在建造场地及场地码头实现总装调试、整体拖航至服役地点进行安装，减少了运输安装费用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种半潜浮式风机基础，其特征在于，包括：
三个垂直立柱，三个所述垂直立柱分别位于正三角形的三个角所在位置处；
三个水平浮箱，各所述水平浮箱连接相邻的两个所述垂直立柱的底部，所述水平浮箱的内部设置有压载舱和通道；
撑杆组件，所述撑杆组件用于连接所述垂直立柱与水平浮箱；
三组系泊缆，三组所述系泊缆与三个所述垂直立柱之间一一对应，每组所述系泊缆的一端均连接对应的所述垂直立柱的底部，另一端连接锚定海底的系泊锚。
2.根据权利要求1所述的半潜浮式风机基础，其特征在于，还包括三个过渡浮箱，相邻的两个所述水平浮箱与对应的垂直立柱的连接位置处连接有一个所述过渡浮箱。
3.根据权利要求1或2所述的半潜浮式风机基础，其特征在于，所述撑杆组件包括三根水平支撑杆，各水平支撑杆连接相邻的两根所述垂直立柱的顶部。
4.根据权利要求3所述的半潜浮式风机基础，其特征在于，所述撑杆组件还包括若干斜向支撑杆，各所述斜向支撑杆用于连接同一侧的水平支撑杆和水平浮箱。
5.根据权利要求1所述的半潜浮式风机基础，其特征在于，每个所述水平浮箱的外缘还设有裙板，所述裙板沿着水平方向向相应的所述水平浮箱的外侧延伸。
6.根据权利要求1所述的半潜浮式风机基础，其特征在于，所述垂直立柱的底部设有压载舱和通道。
7.根据权利要求1所述的半潜浮式风机基础，其特征在于，所述系泊系统包括系泊锚和系泊缆，所述系泊缆的上端与垂直立柱的底部连接，下端与所述海底之间通过所述系泊锚连接。
8.根据权利要求1所述的半潜浮式风机基础，其特征在于，所述垂直立柱的外侧设置靠船件和登爬梯。
9.一种半潜浮式风机，其特征在于，包括风机机组及权利要求1至8中任一项所述的半潜浮式风机基础，所述风机机组安装在其中一个所述垂直立柱上。
10.根据权利要求9所述的半潜浮式风机，其特征在于，所述风机机组包括塔筒、机舱、风机叶片和外输电缆，所述塔筒的底端与所述垂直立柱的顶端连接，所述机舱安装在所述塔筒的顶端上，所述风机叶片与机舱连接，所述外输电缆从所述垂直立柱的底部进入至对应的垂直立柱的通道内，并穿过通道与所述机舱内的发电设备连接。
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