CN113619741A - 一种变截面三立柱式海上浮式风电基础 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋工程技术领域，提供一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，包括底部结构、设置在所述底部结构上的中心立柱，以及环绕所述中心立柱设置在所述底部结构上的若干周向立柱；若干所述周向立柱上均设置有与水面交汇的接触段，沿所述周向立柱的轴向，所述接触段的中部的截面积小于所述接触段两端末端处的截面积，且所述接触段的截面积由中部朝向两端末端处逐渐变大。本发明可以有效减小波浪对浮式风电基础的波浪荷载和动力响应，提高浮式风电的耐波性和发电效益。

Description

一种变截面三立柱式海上浮式风电基础
技术领域
本发明属于海洋工程技术领域，具体涉及一种变截面三立柱式海上浮式风电基础。
背景技术
当前，对海上风能的开发与利用的趋势逐渐从浅海走向深远海。在浅海的风能开发利用常采用固定式海上风机，但在水深大于50m的深远海，固定式风机由于经济性和稳定性变差不再适用，而浮式风电由于经济性和稳定性较好，成为了深远海风能的开发与利用的重要趋势。然而，面对复杂恶劣的深远海环境，浮式风电对平台基础的耐波性和稳定性提出了更高的要求，针对这一要求，需要设计新型的浮式风电平台基础。
常规的浮式风电基础通常由中心浮筒连接周向的三立柱组成，通过三个周向立柱为风机提供浮力和稳性；但在实际的应用过程中发现，目前的浮式风电基础的耐波性较差，且受到的波浪荷载较大，并产生较大的动力响应，影响了风电基础的耐波性，进一步影响了浮式风电的安全性和发电效益。因此，如何在保持浮式风电基础的稳性的基础上，提升浮式风电基础的耐波性，成为领域上的重要研究课题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，以有效减小波浪对浮式风电基础的波浪荷载和动力响应，提高浮式风电的耐波性和发电效益。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，包括底部结构、设置在所述底部结构上的中心立柱，以及环绕所述中心立柱设置在所述底部结构上的若干周向立柱；
若干所述周向立柱上均设置有与水面交汇的接触段，沿所述周向立柱的轴向，所述接触段的中部的截面积小于所述接触段两端末端处的截面积，且所述接触段的截面积由中部朝向两端末端处逐渐变大。
作为优选，所述接触段处的横截面呈圆形或多边形。
作为优选，所述周向立柱自下而上包括顺次设置的下沉段、接触段和悬浮段；
所述下沉段与所述接触段、所述接触段与所述悬浮段、所述下沉段与所述悬浮段的截面积形状相同或不同。
作为优选，所述周向立柱为空心柱体结构，所述周向立柱的内部设置有动态压载舱。
作为优选，若干所述周向立柱环绕所述中心立柱均匀设置。
作为优选，若干所述周向立柱的轴线与所述中心立柱的轴线相互平行。
作为优选，所述底部结构包括由金属材料制成的结构壳体，所述结构壳体的内部填充设置有混凝土。
作为优选，所述结构壳体呈“人”字形设置，包括端部相互连接的第一结构段、第二结构段和第三结构段；
所述第一结构段、第二结构段和第三结构段相邻间所成角度为120°。
作为优选，所述中心立柱上连接设置有风电塔筒，以及设置在所述风电塔筒上的风电机组。
作为优选，对应所述底部结构还设置有锚泊系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括有：
本方案中，基于不断的研究试验，发现海洋环境中，尤其是深远海区，对风电基础的稳定性造成较大影响的主要是在于水线面上所带来的冲击波浪，而水线面上的冲击波浪具有不稳定性和大小波动；因此，本方案中巧妙地在周向立柱上设置有与水线面交汇的接触段，并将接触段设置为变截面的形式，使得在确保风电基础具有稳定性的前提下，大大地降低了波浪对周向立柱带来的波浪荷载及动力相应，有效地提高了浮式风电的耐波性和发电效益，扩大了浮式风电在深远海区的应用，并且整个基础结构相对简单，可以实现批量化生产及搭载，具有较大的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明在接触段中部截断后的结构示意图。
图2为本发明在应用状态下的结构示意图。
其中：
1-底部结构，11-第一结构段，12-第二结构段，13-第三结构段，14-连接绳，2-中心立柱，3-周向立柱，31-接触段，32-下沉段，33-悬浮段，4-风电塔筒，5-风电机组。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例中提供一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，主要包括底部结构1、中心立柱2和周向立柱3。本实施例中，以设置有三根所述周向立柱3的结构为例进行说明，但在实际的应用过程中及在本方案的保护范围内，并不限定为仅可设置三根所述周向立柱3。
其中，所述底部结构1包括由金属材料制成的结构壳体，此处的金属材料可选择为钢结构材料，以有效提高结构受力性及耐腐蚀性能。所述结构壳体的内部则填充设置有混凝土，以提供压载力，从而降低浮式风电基础的中心，使得所述底部结1为下沉于水线面之下，避免水线面处形成的波浪直接作用在所述底部结构1上，提高稳定性。
作为一种优选的方案，本实施例中，所述结构壳体呈“人”字形设置，包括端部相互连接的第一结构段11、第二结构段12和第三结构段13；所述第一结构段11、第二结构段12和第三结构段13相邻间所成角度为120°。同理地，当设置有四段结构段时，所述结构壳体则呈“十”字形结构，此时相邻间结构段所成角度则为90°；可简单总结为其所成角度＝360°/具体段数。在这种结构形式下，使得整个浮式风电基础可以具有几何对称性，从而可以实现对不同方向上所带来的风浪流的有效对抗。
此外，对应所述底部结构1还设置有锚泊系统。所述锚泊系统包括下沉体(图中未示出)和连接绳14；本实施例中，所述下沉体、连接绳14和所述结构壳体上的结构段为一一对应连接，通过所述下沉体将整个浮式风电基础锚定在海床上。
所述中心立柱2设置在所述底部结构1的中心处，具体地，即为设置在所述第一结构段11、第二结构段12和第三结构段13的相交处。在所述中心立柱2上连接设置有风电塔筒4以及设置在所述风电塔筒4上的风电机组5，所述风电塔筒4和所述风电机组5的具体结构形式可参见现有技术，此处不作赘述。其中，所述中心立柱2上应设置舱门，以便于人员进入内部进行检查维修工作。
进一步地，本实施例中，所述周向立柱3的数量与所述底部结构1的结构段的数量亦为一一对应，所述周向立柱3即一一对应地设置在各对应结构段的末端。作为一种优选的方案，所述周向立柱3为环绕所述中心立柱2均匀设置，并且所述周向立柱3的轴线与所述中心立柱2的轴线相互平行，以进一步配合所述底部结构1，以形成更为良好的几何对称结构，提高浮式风电基础的稳定性。
本实施例中的所述周向立柱3为空心柱体结构，亦为采用金属材料制成，如钢材，质量较轻且强度较高、耐腐蚀性好；并且所述周向立柱3上亦设置有舱门，其内部设置有动态压载舱，使得当受到较大风浪流的影响时，可以调节压载增大浮式风电基础的回复力矩，便于增大稳定性并减小浮式风电基础的动力响应。所述动态压载舱的具体结构可参见现有技术，此处不作赘述。
特别地，本实施例中，在每一所述周向立柱3上均设置有与水面相交汇作用的接触段31，沿所述周向立柱3的轴向，所述接触段31的中部的截面积小于所述接触段31两端末端处的截面积，且所述接触段31的截面积由中部朝向两端末端处逐渐变大。以形成与水线面的变截面式接触，从而在确保浮式风电基础的稳定性的基础上，减小周向立柱3与水线面之间的接触面积，从而有效降低浮式风电基础所受到的波浪荷载，有效提高浮式风电基础的耐波性、减小动力响应，从而便于确保甚至增大所述风电机组5的发电效率，同时也提高了浮式风电基础的安全性。
作为一种优选的方案，所述周向立柱3自下而上包括顺次设置的下沉段32、接触段31和悬浮段33，在投入使用时，所述接触段31为与水线面接触的部位；本实施例中，将所述接触段31的截面形状统一设置为圆形，以便于应对不同方向上的波浪冲击。而在实际的应用中，亦可将所述接触段31的截面形状设置为多边形，如正方形的形式，具体设置此处不作赘述。
此外，所述下沉段32与所述接触段31、所述接触段31与所述悬浮段33、所述下沉段32与所述悬浮段33的截面积形状可以设置为相同或不同，为了便于统一生产及建造，本实施例中，优选将所述下沉段32、接触段31和所述悬浮段33的截面积设置为一致。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，其特征在于，包括底部结构、设置在所述底部结构上的中心立柱，以及环绕所述中心立柱设置在所述底部结构上的若干周向立柱；
若干所述周向立柱上均设置有与水面交汇的接触段，沿所述周向立柱的轴向，所述接触段的中部的截面积小于所述接触段两端末端处的截面积，且所述接触段的截面积由中部朝向两端末端处逐渐变大。
2.根据权利要求1所述的一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，其特征在于，所述接触段处的横截面呈圆形或多边形。
3.根据权利要求2所述的一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，其特征在于，所述周向立柱自下而上包括顺次设置的下沉段、接触段和悬浮段；
所述下沉段与所述接触段、所述接触段与所述悬浮段、所述下沉段与所述悬浮段的截面积形状相同或不同。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，其特征在于，所述周向立柱为空心柱体结构，所述周向立柱的内部设置有动态压载舱。
5.根据权利要求4所述的一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，其特征在于，若干所述周向立柱环绕所述中心立柱均匀设置。
6.根据权利要求5所述的一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，其特征在于，若干所述周向立柱的轴线与所述中心立柱的轴线相互平行。
7.根据权利要求1或6所述的一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，其特征在于，所述底部结构包括由金属材料制成的结构壳体，所述结构壳体的内部填充设置有混凝土。
8.根据权利要求7所述的一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，其特征在于，所述结构壳体呈“人”字形设置，包括端部相互连接的第一结构段、第二结构段和第三结构段；
所述第一结构段、第二结构段和第三结构段相邻间所成角度为120°。
9.根据权利要求1或8所述的一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，其特征在于，所述中心立柱上连接设置有风电塔筒，以及设置在所述风电塔筒上的风电机组。
10.根据权利要求9所述的一种变截面三立柱式海上浮式风电基础，其特征在于，对应所述底部结构还设置有锚泊系统。
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