CN113619746B - 四立柱半潜式海上浮动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四立柱半潜式海上浮动平台，其包括两个箱式构件和四个立柱；箱式构件包括构件本体和四个横向分布的臂状件，四个臂状件环绕分布于构件本体的周围；相邻的臂状件相互垂直；两个箱式构件为上下分布；位于上部的箱式构件的每个臂状件的底部均分别与一个立柱的顶部固接；位于下部的箱式构件的每个臂状件的顶部均分别与一个立柱的底部固接。本发明结构形式简洁，便于规模化批量建造；结构具有稳定性冗余，还可以降低结构用钢量。

Description

四立柱半潜式海上浮动平台

技术领域

本发明涉及一种四立柱半潜式海上浮动平台。

背景技术

目前，随着海上风电场的不断发展和建设，近海（岸）优质风力资源以及可开发海域越少越少。而在远离海岸的远海区域，风力资源非常丰富，具有非常广阔的开发前景。然而，随着离岸距离的增加，水深也逐渐增加，当水深超过50~60m时，目前近海风电场广泛采用的固定于海床的固定式风机基础的成本和施工难度显著增加，不再具备优势。因此，浮动式风机基础（平台）势必成为未来海上风电开发的重要研究方向。

经过近几十年的发展，用于海上油气开发的浮动式平台的设计及制造技术日趋成熟，因此，借鉴浮式油气开发平台的成熟技术（如单立柱平台、半潜式平台、张力腿等）来设计浮动式风机平台是国际上普遍采用的方法。但是，海上风电平台和油气开发平台的作业模式不尽相同，所以技术特点和设计要求也不一样，不能完全照搬油气开发平台的模式来设计海上风电平台。例如，海上油气平台一旦发生事故，生命财产损失以及对环境造成的破坏往往是巨大的。海上浮动式风机则具有数量规模大，无人值守，规模化制造，风机受力以及控制系统与平台运动高度耦合等特点。风机运动所引起的额外受力，对平台的稳定性产生非常不利的影响，因此，开发一种运动性能优异、稳定性可靠、结构安全、经济性好和制造安装方便的浮动式风电基础平台是浮式风电场开发的重要组成部分。

目前，存在各种形式的海上浮动式风电基础，其中不少采用半潜型浮式结构，通常具有底部结构、顶部结构和若干中间连接结构，此类结构是用于海上石油和天然气开发的半潜式平台的典型结构。整个结构的设计需要根据环境条件、风机的大小和形式、制造安装以及经济性等因素来确定。

公开号为CN102758447B的专利文献，公开了一种半潜式海上浮动风机基础、该基础包括四个立柱，其中一个为中心立柱、风机安装于中间立柱之上，其余三个立柱围绕中心立柱形成三角形结构，在立柱底部采用大面积的三角形开孔板将四个立柱彼此连接，顶部采用由中心立柱辐射出去的星型甲板连接其余三个立柱。这种结构的中间立柱对平台稳定性的贡献非常小，意味着平台的稳定性没有冗余，只要围绕中间立柱的其余三个立柱中有一个发生破损进水时，就会导致平台失去稳定性，易于发生倾覆。另外，采用大面积的三角形开孔板，会使得开孔板与立柱连接处承受非常大的力矩，从而带来结构的强度和疲劳问题。公开号为CN102758446B 的专利文献和公开号为 CN104401458B的专利文献，公开了两种类似的结构，围绕中心立柱的另外三个立柱采用方形立柱，底部增加Y型浮箱，而顶部采用类似桁架结构的管子将四个立柱相互连接，该结构形式和前述结构没有本质区别，而且桁架结构会带来额外的连接点结构疲劳问题。

另外一种典型的浮式结构采用三个立柱连接下部和上部结构，具体详见公开号为AU2015339391B2的专利文献、 公开号为 WO2012069498A1的专利文献、公开号为CN208416810U 的专利文献、公开号为 CN112009635A 的专利文献和公开号为CN112357000A的专利文献，这些专利文献公开了多种三立柱的海上浮动平台，三根立柱为圆形或方形，垂直或者倾斜布置，三立柱之间采用桁架或箱形结构连接成一个三角形，风机安装于其中一个立柱之上或者三个立柱的中心位置。采用三立柱形式，意味着平台的稳定性没有冗余，只要三个立柱中有一个发生破损进水，就会导致平台失去稳定性，易于发生倾覆。而风机安装于其中一根立柱之上，会使风机遭受比平台中心位置更大的运动和载荷，此外还会额外增加平台的不平衡力矩，对平台结构产生不利影响。

公开号为EP3342699B1的专利文献，公开了一种四个立柱的方形半潜式浮动结构，底部包括环状浮箱，以及在环状浮箱的内周边布置有垂荡板。此结构相比前述三立柱结构而言，稳定性更好，但是，底部类似月池的环形区域内的水体存在“活塞模式”的上下晃动，可能引起不利共振，导致平台的垂向运动加剧。

现有技术的缺点如下：

（1）现有三立柱或具有中间立柱的四立柱浮式平台的稳定性没有冗余，单根立柱破损可能导致平台失去稳定性，易于倾覆；

（2）现有结构形式，部分采用桁架结构，节点处存在结构疲劳问题。可能需要增加额外的用钢量；

（3）现有四立柱浮式平台底部采用环形浮箱结构，环形区域内水体的上下晃动可能会加剧平台的垂向运动，此外，用钢量会有一定增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种四立柱半潜式海上浮动平台。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种四立柱半潜式海上浮动平台，其包括两个箱式构件和四个立柱；箱式构件包括构件本体和四个横向分布的臂状件，四个臂状件环绕分布于构件本体的周围；相邻的臂状件相互垂直；两个箱式构件为上下分布；位于上部的箱式构件的每个臂状件的底部均分别与一个立柱的顶部固接；位于下部的箱式构件的每个臂状件的顶部均分别与一个立柱的底部固接。

四个立柱均匀分布于位于上部的箱式构件的结构中心的周围。

立柱的横截面为圆形，或为多边形。

立柱为垂向分布，或为斜向分布。

同一立柱在高度方向不同位置的横截面的尺寸相同，或者为不同。

位于下部的箱式构件内部和立柱内部均设有压载舱。

立柱内部的压载舱为压载水舱，所述四立柱半潜式海上浮动平台还包括用于控制压载水舱内压载水量的压载系统。

位于下部的箱式构件内部的压载舱为固体压载舱或压载水舱，固体压载舱内设有固体压载物。

相邻的臂状件之间的过渡结构为弧形，或为直角形。

箱式构件和立柱均为钢结构件；或者箱式构件和立柱均为钢筋混凝土结构件；或者箱式构件为钢结构件，立柱为钢筋混凝土结构件；或者箱式构件为钢筋混凝土结构件，立柱为钢结构件。

位于下部的箱式构件的相邻的臂状件之间或臂状件边缘设有垂荡板。

垂荡板上设有结构加强件。

垂荡板上开设有多个扰流孔，扰流孔呈圆形、椭圆形或多边形。

所述海上浮动平台设有用于与海底进行锚固连接的悬链线式系泊缆索。

本发明的有益效果在于：本发明的四立柱半潜式海上浮动平台，立柱上下端采用十字形箱式构件连接，结构形式简洁，便于规模化批量建造；该浮动平台可用支撑风力发电机等装置，装置安装于结构的中心位置，运动小；该浮动平台结构具有稳定性冗余，无环形结构，避免了环形区域内水体“活塞模式”上下晃动带来的不利影响，同时也最大程度降低了结构用钢量。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的立体图。

图2为本发明较佳实施例的俯视图。

图3为图2中A-A剖视图。

图4为图2中B向视图。

图5为图4中C-C剖视图。

图6为本发明较佳实施例使用状态示意图。

图7为本发明较佳实施例设置第一种垂荡板时的立体图。

图8为本发明较佳实施例设置第一种垂荡板时的使用状态图。

图9为本发明较佳实施例设置第二种垂荡板时的立体图。

图10为本发明较佳实施例设置第二种垂荡板时的使用状态图。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，一种四立柱半潜式海上浮动平台，其包括两个箱式构件，两个箱式构件为上下分布。两个箱式构件具体为：位于上部的箱式构件10和位于下部的箱式构件20。

位于上部的箱式构件10包括构件本体11和四个横向分布的臂状件12，四个臂状件12环绕分布于构件本体11的周围；相邻的臂状件12相互垂直。

位于下部的箱式构件20包括构件本体21和四个横向分布的臂状件22，四个臂状件22环绕分布于构件本体21的周围；相邻的臂状件22相互垂直。

位于上部的箱式构件10和位于下部的箱式构件20均呈十字形。位于上部的箱式构件10和位于下部的箱式构件20的尺寸可以一致，也可以不一致。

位于上部的箱式构件10的相邻的臂状件12之间的过渡结构为弧形，或为直角形。

位于下部的箱式构件20的相邻的臂状件22之间的过渡结构为弧形，或为直角形。

四立柱半潜式海上浮动平台还包括四个立柱30。位于上部的箱式构件的每个臂状件12的底部均分别与一个立柱30的顶部固接；位于下部的箱式构件的每个臂状件22的顶部均分别与一个立柱30的底部固接。

优选方案，四个立柱均匀分布于位于上部的箱式构件的结构中心的周围。

立柱30的横截面为圆形，或为多边形。也就是说，立柱可以为圆形柱，也可以为多边形柱。比如，立柱可以为圆柱，也可以为方形柱。

同一立柱在高度方向不同位置的横截面的尺寸可以是相同的，也可以是不同。就是说，立柱可以采用相同截面的柱体，也可以采用变截面的柱体。

立柱为垂向分布，或为斜向分布。就是说，立柱的轴线也不限于垂直形式，可以是倾斜形式。

立柱的具体情况，可以根据结构、稳定性以及运动要求，进行相应的设计。

本实施例中，立柱采用圆柱，且立柱在高度方向截面相同。

箱式构件和立柱可以均为钢结构件，箱式构件和立柱内设有正交的扶强材，用于提高结构强度。

箱式构件和立柱也可以均为钢筋混凝土结构件，箱式构件和立柱内设有主梁，用于提高结构强度。

箱式构件和立柱也可以为钢结构件和钢筋混凝土结构件相结合，具体为：箱式构件为钢结构件，立柱为钢筋混凝土结构件；或者箱式构件为钢筋混凝土结构件，立柱为钢结构件。通过合理配置，提高整体结构的强度和稳定性。

位于下部的箱式构件20内部和立柱30内部均设有压载舱。

立柱30内部的压载舱为压载水舱41。

位于下部的箱式构件20内部的压载舱为固体压载舱或压载水舱，固体压载舱内设有固体压载物。

本实施例中，位于下部的箱式构件20内部的压载舱为压载水舱42。位于下部的箱式构件20内部设有多个压载水舱42。

四立柱半潜式海上浮动平台还包括用于控制压载水舱内压载水量的压载系统（图上未示出）。压载系统通过相应的水泵、管路以及控制系统自动调节每个压载水舱的水量，以平衡外力导致的平台倾斜。

位于上部的箱式构件10内可以布置若干功能舱室16。

本实施例的四立柱半潜式海上浮动平台，可以用于支撑风力发电机。如图所6示，位于上部的箱式构件10的结构中心上设有风力发电机50。

在另外的实施例中，在本实施例前述结构基础上，位于下部的箱式构件的相邻的臂状件之间或臂状件边缘设有垂荡板，垂荡板上设有结构加强件，加强结构件为肘板或加强筋，具体如图7和图9所示。通过设置垂荡板，可以增加平台垂向运动的附加质量和阻尼系数，提高垂向运动性能。垂荡板上开设有多个扰流孔，扰流孔呈圆形、椭圆形或多边形。

图7和图9分别为两种垂荡板结构。

图7和图8中，位于下部的箱式构件20的相邻的臂状件之间设有垂荡板61，垂荡板61上设有肘板62和加强筋63。肘板62同时固接于垂荡板61和位于下部的箱式构件20。加强筋63固接于垂荡板61，加强筋63和垂荡板61交叉设置。

图9和图10中，位于下部的箱式构件20的相臂状件边缘设有垂荡板65，垂荡板65上设有肘板66，肘板66同时固接于垂荡板65和位于下部的箱式构件20。

本发明的海上浮动平台设有用于与海底进行锚固连接的悬链线式系泊缆索（图上未示出）。海上浮动平台在到达指定的海上地点后，通过悬链线式系泊缆索，可以实现与海底的牢固连接。当需要移动海上浮动平台时，将悬链线式系泊缆索松开就可以。

本发明的四立柱半潜式海上浮动平台用于支撑安装的装置不限于风力发电机，可以是其他任何需要浮式安装的装置，如其他种类的能量转换装置、环境监测装置和升压站等，安装的数量可以是一个或者多个。

本发明具有如下优点：

（1）四立柱围绕着需安装的装置均匀布置在四周，使得浮式平台具有稳定性冗余。

（2）需要固定的装置安装在浮式平台的中心位置，可最小化运动。

（3）与带中心立柱的四立柱平台相比，在相同的稳性要求下，立柱之间跨距更小，有利于减小结构变形，同时降低结构的用钢量。

（4）立柱上下端均采用十字形箱形结构，结构形式简洁，便于规模化批量建造。

（5）本发明无环形结构，避免环形结构内水体“活塞模式”上下晃动对平台垂向运动带来的不利影响。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，其包括两个箱式构件和四个立柱；箱式构件包括构件本体和四个横向分布的臂状件，四个臂状件环绕分布于构件本体的周围；相邻的臂状件相互垂直；两个箱式构件为上下分布；位于上部的箱式构件的每个臂状件的底部均分别与一个立柱的顶部固接；位于下部的箱式构件的每个臂状件的顶部均分别与一个立柱的底部固接。

2.如权利要求1所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，立柱的横截面为圆形，或为多边形。

3.如权利要求1所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，立柱为垂向分布，或为斜向分布。

4.如权利要求1所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，同一立柱在高度方向不同位置的横截面的尺寸相同，或者为不同。

5.如权利要求1所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，四个立柱均匀分布于位于上部的箱式构件的结构中心的周围。

6.如权利要求1所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，位于下部的箱式构件内部和立柱内部均设有压载舱。

7.如权利要求6所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，立柱内部的压载舱为压载水舱，所述四立柱半潜式海上浮动平台还包括用于控制压载水舱内压载水量的压载系统。

8.如权利要求6所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，位于下部的箱式构件内部的压载舱为固体压载舱或压载水舱，固体压载舱内设有固体压载物。

9.如权利要求1所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，相邻的臂状件之间的过渡结构为弧形，或为直角形。

10.如权利要求1所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，箱式构件和立柱均为钢结构件；或者箱式构件和立柱均为钢筋混凝土结构件；或者箱式构件为钢结构件，立柱为钢筋混凝土结构件；或者箱式构件为钢筋混凝土结构件，立柱为钢结构件。

11.如权利要求1所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，位于下部的箱式构件的相邻的臂状件之间或臂状件边缘设有垂荡板。

12.如权利要求11所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，垂荡板上设有结构加强件。

13.如权利要求11所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，垂荡板上开设有多个扰流孔，扰流孔呈圆形、椭圆形或多边形。

14.如权利要求1所述的四立柱半潜式海上浮动平台，其特征在于，所述海上浮动平台设有用于与海底进行锚固连接的悬链线式系泊缆索。

Images