CN113864128A - 海上风机支撑结构以及海上风机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种海上风机支撑结构以及海上风机。海上风机支撑结构包括漂浮基础和多个放射梁。多个放射梁设于漂浮基础内，多个放射梁从漂浮基础的中心向漂浮基础的边缘呈放射状设置。放射梁内设有预应力索，预应力索与漂浮基础连接。海上风机包括上述海上风机支撑结构、机舱和风轮。机舱组装于海上风机支撑结构的顶部。风轮组装于机舱。放射梁设有预应力索，可使漂浮基础的外侧距离中心的距离更远，抗倾覆力矩更大，海上风机支撑结构的抗倾覆能力更强。

Description

海上风机支撑结构以及海上风机

技术领域

本申请涉及风电机组技术领域，尤其涉及一种海上风机支撑结构以及海上风机。

背景技术

随着风力发电机组大型化和高塔化的市场需求逐渐显现，采用混凝土-钢混合式塔架相比纯钢塔结构更具经济性优势，已逐渐成为大型风力发电机组高塔的首选方案。而近海海上风机的海上风机支撑结构是目前开发深海风能区域的关键技术瓶颈之一。由于受海洋环境的影响，对于海上风机支撑结构的耐久性、运维可靠性、经济性相对陆上风电都有更高的要求。相关的海上风机支撑结构的外侧距离中心的距离太近，抗倾覆的浮力矩偏小，抗倾覆能力偏小。

发明内容

本申请提供一种提升抗倾覆能力的海上风机支撑结构以及海上风机。

本申请实施例提供一种海上风机支撑结构，包括：

漂浮基础；

多个放射梁，设于所述漂浮基础内，所述多个放射梁从所述漂浮基础的中心向所述漂浮基础的边缘呈放射状设置；所述放射梁内设有预应力索，所述预应力索与所述漂浮基础连接。

可选的，所述预应力索至少包括第一预应力索和第二预应力索，所述第一预应力索和所述第二预应力索均设于所述放射梁内，且沿所述漂浮基础的高度方向上间隔设置。

可选的，所述海上风机支撑结构还包括漂浮箱，设于所述漂浮基础的外周，所述放射梁部分穿设于所述漂浮箱。

可选的，所述漂浮箱包括浮箱环。

可选的，所述漂浮箱包括多个浮箱环段，相邻两个所述放射梁的边缘之间设有所述浮箱环段，所述多个浮箱环段围合形成环状结构。

可选的，所述海上风机支撑结构还包括多个系泊锚索，连接于所述多个所述漂浮箱上。

可选的，所述漂浮基础内设有固定部，所述固定部位于所述漂浮基础的中心；所述预应力索的一端固定于所述固定部，所述预应力索的另一端固定于所述漂浮基础的边缘。

可选的，所述海上风机支撑结构还包括锚头，所述预应力索的一端通过所述锚头固定于所述固定部，所述预应力索的另一端通过所述锚头固定于所述漂浮基础的边缘。

可选的，所述海上风机支撑结构还包括承压板，设于所述锚头与所述固定部之间，所述承压板用于支撑所述锚头。

可选的，所述海上风机支撑结构还包括塔筒以及设于所述塔筒内的第三预应力索，所述塔筒包括沿所述塔筒的高度方向叠层设置的多个混凝土塔筒段及钢塔筒段，所述混凝土塔筒段组装于所述漂浮基础；所述第三预应力索的一端固定于所述漂浮基础，所述第三预应力索的另一端固定于所述钢塔筒段。

可选的，所述海上风机支撑结构还包括重力块和重力索，所述重力块位于所述漂浮基础的下方，并通过所述重力索与所述漂浮基础连接。

可选的，所述漂浮基础与所述多个放射梁通过混凝土浇筑一体成型。

可选的，所述漂浮基础的表面、所述放射梁的表面均倾斜设置。

可选的，所述漂浮基础的顶面低于所述放射梁的顶面。

可选的，所述多个放射梁对称设于所述漂浮基础内。

本申请还提供一种海上风机，包括：

如上述中任一项所述的海上风机支撑结构；

机舱，组装于所述海上风机支撑结构的顶部；及

风轮，组装于所述机舱。

可选的，所述海上风机的重心低于所述海上风机支撑结构的浮心。

根据本申请实施例提供的技术方案，设有预应力索的放射梁，可使漂浮基础的外侧距离中心的距离更远，抗倾覆力矩更大，海上风机支撑结构的抗倾覆能力更强。

附图说明

图1所示为本申请的海上风机的一个实施例的结构示意图。

图2所示为图1所示的海上风机的A-A线处的截面示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”包括两个，相当于至少两个。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

本申请实施例的海上风机支撑结构，包括漂浮基础和多个放射梁。多个放射梁设于漂浮基础内，多个放射梁从漂浮基础的中心向漂浮基础的边缘呈放射状设置。放射梁内设有预应力索，预应力索与漂浮基础连接。设有预应力索的放射梁，可使漂浮基础的外侧距离中心的距离更远，抗倾覆力矩更大，海上风机支撑结构的抗倾覆能力更强。

本申请提供一种海上风机支撑结构以及海上风机。下面结合附图，对本申请的海上风机支撑结构以及海上风机进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

图1所示为本申请的海上风机1的一个实施例的结构示意图。图2所示为图1所示的海上风机1的A-A线处的截面示意图。结合图1至图2所示，海上风机1包括海上风机支撑结构10、机舱20和风轮30。机舱20组装于海上风机支撑结构10的顶部。风轮30组装于机舱20。风轮30包括可旋转的轮毂301和至少一个叶片302，叶片302连接至轮毂301且从轮毂301向外延伸。在图1所示的实施例中，风轮30包括多个叶片302，在图1中示出了一个叶片302进行说明，其余叶片302未示出。多个叶片302可围绕轮毂301隔开，以促进使风轮30旋转，以使风能能够换成可用的机械能，且随后转换成电能。

在一些实施例中，海上风机支撑结构10包括漂浮基础101和多个放射梁102。漂浮基础101漂浮于海平面，为机舱20起到支撑作用。多个放射梁102设于漂浮基础101内，多个放射梁102从漂浮基础101的中心向漂浮基础101的边缘呈放射状设置(如图2所示)。在图2所示的实施例中，漂浮基础101呈圆盘状结构。放射状的多个放射梁102设于漂浮基础101，可以集中承载漂浮基础101产生的张拉力，避免漂浮基础101开裂。放射梁102内设有预应力索103，预应力索103与漂浮基础101连接。放射状的放射梁102内设有预应力索103，预应力索103也从漂浮基础101的中心向漂浮基础101的边缘呈放射状设置。利用预应力索103的预应力可以部分或全部抵消放射梁102产生的张拉力，可提升放射梁102的抗裂度和刚度。如此可以将漂浮基础101的截面积增大，使漂浮基础101的外侧距离中心的距离更远，抗倾覆力矩更大，海上风机支撑结构10的抗倾覆能力更强。

在一些实施例中，漂浮基础101可以是混凝土结构。在一些实施例中，放射梁102可以是混凝土结构。漂浮基础101与多个放射梁102通过混凝土浇筑一体成型。如此设置，一方面是使得漂浮基础101与放射梁102之间紧密连接，可避免漂浮基础101与放射梁102之间形成缝隙，防止开裂。另一方面是漂浮基础101和多个放射梁102可同时成型，可提高成型效率。

本申请采用混凝土的漂浮基础101和设有预应力索103的混凝土的放射梁102。与相关技术的钢结构相比，焊缝以及疲劳薄弱点少，在耐久性、抗腐蚀性以及材料经济性上有优势，也可避免焊缝和连接螺栓的设置，更具有少维护甚至免维护的优势，更可靠稳定。

在一些实施例中，漂浮基础101的表面、放射梁102的表面均倾斜设置。在本实施例中，漂浮基础101的上表面从中心向外倾斜且具有坡度。放射梁102的上表面从中心向外倾斜且具有坡度。将漂浮基础101和放射梁102的表面均倾斜设置，有利于排水或施工。漂浮基础101的上表面的坡度与放射梁102的上表面的坡度可以一致，也可以不一致。可根据实际需求设计，在本申请中不作限定。

在一些实施例中，漂浮基础101的顶面低于放射梁102的顶面。因为利用放射梁102来释放漂浮基础101的主要张力，将漂浮基础101的顶面低于放射梁102的顶面，可以减少混凝土的用量。在一些实施例中，放射梁102与漂浮基础101在漂浮基础101的高度方向Y上的厚度比例可以是2：1。在其他一些实施例中，放射梁102与漂浮基础101在漂浮基础101的高度方向Y上的厚度比例可以是3：1。如此设置，可以在满足工艺要求的情况下，可节省混凝土的用量，节省资源。

在一些实施例中，漂浮基础101内设有固定部104，固定部104位于漂浮基础101的中心。在一些实施例中，固定部104可以是固定块或固定环或固定平台或固定腔内的固定面等，在本申请中不作限定。在本实施例中，固定部104可以是固定腔内的固定面。预应力索103的一端固定于固定部104，预应力索103的另一端固定于漂浮基础101的边缘。固定部104实现对预应力索103的预应力张拉，该种固定方式简单，稳定可靠。

在一些实施例中，预应力索103可以通过先张方式施工。先张方式施工是在浇筑混凝土的放射梁102前张拉预应力索103，并将张拉的预应力索103临时固定在漂浮基础101的中心和边缘，然后再浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度(例如，一般不低于设计强度等级的75％)，保证预应力索103与混凝土有足够的粘结力时，放松预应力索103，借助于混凝土与预应力索103的粘结，使混凝土产生预压应力。上述先张方式施工可以减少预应力索103的松弛损失。

在其他一些实施例中，预应力索103可以通过后张方式施工。后张方式施工是先浇筑混凝土，后张拉钢筋的方法。在制作放射梁102时，在放置预应力索103的部位预先留设孔道，待混凝土达到规定的强度后，将预应力索103的一端固定于漂浮基础101的中心，并穿入预留孔道内，用张拉机具将预应力索103张拉到规定的控制应力后，借助锚具把预应力索103固定在漂浮基础101的边缘，最后进行孔道灌浆。上述后张方式施工预留孔道的定位固定，浇筑混凝土时不易移位和变形。

本实施例中，预应力索103可以通过上述先张方式或后张方式施工。先张方式与后张方式施工相比，对混凝土的放射梁102的要求相同，张拉程序相同。工艺施工方法不同，使用场景不同。在本申请中不作限定。

在一些实施例中，预应力索103包括钢绞线或平行钢束线或钢筋。在本实施例中，预应力索103均使用钢绞线，其承载能力较强。预应力索103的张拉可采用单根张拉或多根同时张拉，多根预应力索103同时张拉时，事先需要调整初应力，使其相互之间的应力一致。可根据实际需求调整，在本申请中不作限定。

在一些实施例中，海上风机支撑结构10还包括锚头105和承压板106。在一些实施例中，预应力索103的一端通过锚头105固定于固定部104，预应力索103的另一端通过锚头105固定于漂浮基础101的边缘。锚头105可以设置多个。通过设置多个锚头105，固定预应力索103，保证预应力索103的预应力不损失，且组装方式简单、固定效果稳定可靠。

在一些实施例中，承压板106设于锚头105与固定部104之间。承压板106可以是钢板或钢筋混凝土板，具有足够的刚度。承压板106用以支撑锚头105，增大锚头105与固定部104的接触面积，有效集中锚头105与固定部104之间的张拉力，可防止锚头105松动，从而保护锚头105。在一些实施例中，承压板106可以是整块支撑板，以共同支撑锚头105。在其他一些实施例中，承压板106可以是分离的多个支撑块，以分别支撑单个锚头105。在本申请中不做限定。

在一些实施例中，多个放射梁102对称设于漂浮基础101内(如图2所示)。在一些实施例中，放射梁102至少设置四个，且对称设置，如此满足工艺需求。在本实施例中，放射梁102设置八个，且对称设置。如此设置，使设于放射梁102内的预应力索103对称设置。对称设置可以是中心对称。放射梁102的数量在满足工艺需求的情况下，可根据实际需求设计，在本申请中不作限定。

在一些实施例中，预应力索103至少包括第一预应力索1031和第二预应力索1032。第一预应力索1031和第二预应力索1032均设于放射梁102内，且沿漂浮基础101的高度方向Y上间隔设置。漂浮基础101的高度方向Y可以是纵轴方向。将第一预应力索1031和第二预应力索1032沿纵轴方向间隔设置，为保证第一预应力索1031和第二预应力索1032在放射梁102内在漂浮基础101的高度方向Y上对称设置，以使对称设置的放射梁102的预应力对称，从而使漂浮基础101的张力受力均衡。第一预应力索1031和第二预应力索1032在漂浮基础101的高度方向Y上的间距可以根据放射梁102的厚度尺寸设计，可根据实际需求设计，在本申请中不作限定。

在本实施例中，在漂浮基础101的高度方向Y上，位于顶部的预应力索103可以是第一预应力索1031，位于底部的预应力索103可以是第二预应力索1032。在图1所示的实施例中，在漂浮基础101的左侧发生倾倒时，位于左侧的第二预应力索1032产生张力。此时，在漂浮基础101的右侧，位于右侧的第一预应力索1031与左侧的第二预应力索1032形成对角而产生对称的预应力，使得预应力索103的张力受力均衡，从而使海上风机支撑结构10的抗倾覆能力更强。

在一些实施例中，海上风机支撑结构10还包括漂浮箱107和多个系泊锚索108。漂浮箱107设于漂浮基础101的外周，放射梁102部分穿设于漂浮箱107。多个系泊锚索108连接于多个漂浮箱107上。漂浮箱107漂浮在海上产生浮力，漂浮箱107设于漂浮基础101的边缘，可提升漂浮基础101的浮力，从而提升海上风机支撑结构10的抗倾覆能力。通过设有预应力索103的混凝土的放射梁102实现将漂浮箱107布置在距离漂浮基础101的中心更远的位置，以较低的成本实现较高的抗倾覆力矩。并且，将系泊锚索108的一端系在漂浮箱107上，另一端延伸至海平面以下，可以连接其他重物。如此设置，可加强漂浮箱107的防倾倒能力。对于系泊锚索108的长度以及伸入海平面以下的距离可根据实际需求设计，在本申请中不作限定。

在一些实施例中，漂浮箱107的最高高度与漂浮基础101的最高高度比例可以是2：1。在其他一些实施例中，漂浮箱107的最高高度与漂浮基础101的最高高度比例可以是3：1。在一些实施例中，漂浮箱107的宽度与高度的比例可以是1：3。在其他一些实施例中，漂浮箱107的宽度与高度的比例可以是1：4。漂浮箱107越靠漂浮基础101的边缘越好，如此设置，可使漂浮基础101稳定，不容易倾翻。对于漂浮箱107的高度和宽度，根据实际需求设计，在本申请中不作限定。

在一些实施例中，漂浮箱107可以是混凝土结构，其内部为中空腔体。混凝土结构可以保证漂浮箱107具有重量。中空腔体可以保证漂浮箱107具有浮力。在一些实施例中，漂浮箱107包括浮箱环。该浮箱环可以是整体的环状结构。放射梁102部分穿设于漂浮箱107，以将整体的环状结构分隔成若干独立的空气腔体。在图2所示的实施例中，漂浮箱107包括多个浮箱环段1071。相邻两个放射梁102的边缘之间设有浮箱环段1071，多个浮箱环段1071围合形成环状结构。在本申请中不作限定。浮箱环段1071与浮箱环相比，组装和施工方便。且将浮箱环段1071呈现连续性设置，抗倾覆调节更加灵活。

在一些实施例中，海上风机支撑结构10还包括塔筒109以及设于塔筒109内的第三预应力索110。在一些实施例中，塔筒109包括沿塔筒109的高度方向Y叠层设置的多个混凝土塔筒段1091及钢塔筒段1092。混凝土塔筒段1091组装于漂浮基础101。塔筒109的高度方向指的是塔筒109的轴向方向Y。沿塔筒109的轴向方向Y叠层设置多个混凝土塔筒段1091，可灵活调整海上风机1的高度，以适应海上风机1的不同载荷需求和不同高度需求。以及结合钢塔筒段1092形成混凝土-钢混合式结构，更具经济性优势，从而降低综合成本。

在一些实施例中，对混凝土塔筒段1091及钢塔筒段1092的横截面不作限定。其横截面可以是圆环形、正多边形、圆角多边形中的其中一者。漂浮基础101的截面积至少大于混凝土塔筒段1091及钢塔筒段1092的横截面。混凝土塔筒段1091和钢塔筒段1092的截面积相适配。混凝土塔筒段1091和钢塔筒段1092呈柱体结构或锥台形结构。具体根据实际需求设定，在本申请中不作限定。

在一些实施例中，第三预应力索110设于塔筒109的内壁内，属于体外预应力索。在塔筒109内施加体外预应力索，可抵消部分恒载应力，起到卸载的作用，提升塔筒109的承载能力。随着塔筒109的高度的升高，体外预应力索相对体内预应力索来说，具备安装效率高、易维护、易更换等优点。本申请的塔筒109采用设有第三预应力索110的混凝土-钢混合式结构，运维频率低，结构防腐耐久性好，无需额外增加涂装成本。

在一些实施例中，第三预应力索110的一端固定于漂浮基础101，第三预应力索110的另一端固定于钢塔筒段1092。在本实施例中，第三预应力索110的一端通过锚头105固定于漂浮基础101的固定部104。第三预应力索110的另一端通过锚头105固定于钢塔筒段1092的顶部。在本实施例中，第三预应力索110和第一预应力索1031、第二预应力索1032固定于固定腔的不同固定面，如此设置，便于组装和施工。同理，在固定第三预应力索110时，锚头105与固定部104之间设置承压板106，其固定位置和作用，可参考上文描述，在此不再赘述。

在一些实施例中，海上风机支撑结构10还包括重力块111和重力索112，重力块111位于漂浮基础101的下方，并通过重力索112与漂浮基础101连接。通过设置重力块111，可增大漂浮基础101重力，从而使海上风机1的重心低于海上风机支撑结构10的浮心，以形成整体抗倾覆的稳定体系。如此设置，可使海上风机支撑结构10的抗倾覆能力更强，从而使海上风机1可靠稳定。需要说明书的是，重力块111与漂浮基础101在漂浮基础101的高度方向的距离以及重力索112的长度，可根据实际情况设计，在本申请中不作限定。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种海上风机支撑结构，其特征在于，包括：

漂浮基础；

多个放射梁，设于所述漂浮基础内，所述多个放射梁从所述漂浮基础的中心向所述漂浮基础的边缘呈放射状设置；所述放射梁内设有预应力索，所述预应力索与所述漂浮基础连接。

2.根据权利要求1所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述预应力索至少包括第一预应力索和第二预应力索，所述第一预应力索和所述第二预应力索均设于所述放射梁内，且沿所述漂浮基础的高度方向上间隔设置。

3.根据权利要求1所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述海上风机支撑结构还包括漂浮箱，设于所述漂浮基础的外周，所述放射梁部分穿设于所述漂浮箱。

4.根据权利要求3所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述漂浮箱包括浮箱环；和/或

所述漂浮箱包括多个浮箱环段，相邻两个所述放射梁的边缘之间设有所述浮箱环段，所述多个浮箱环段围合形成环状结构；和/或

所述海上风机支撑结构还包括多个系泊锚索，连接于所述多个所述漂浮箱上。

5.根据权利要求1所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述漂浮基础内设有固定部，所述固定部位于所述漂浮基础的中心；所述预应力索的一端固定于所述固定部，所述预应力索的另一端固定于所述漂浮基础的边缘。

6.根据权利要求5所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述海上风机支撑结构还包括锚头，所述预应力索的一端通过所述锚头固定于所述固定部，所述预应力索的另一端通过所述锚头固定于所述漂浮基础的边缘。

7.根据权利要求6所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述海上风机支撑结构还包括承压板，设于所述锚头与所述固定部之间，所述承压板用于支撑所述锚头。

8.根据权利要求1所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述海上风机支撑结构还包括塔筒以及设于所述塔筒内的第三预应力索，所述塔筒包括沿所述塔筒的高度方向叠层设置的多个混凝土塔筒段及钢塔筒段，所述混凝土塔筒段组装于所述漂浮基础；所述第三预应力索的一端固定于所述漂浮基础，所述第三预应力索的另一端固定于所述钢塔筒段；和/或

所述海上风机支撑结构还包括重力块和重力索，所述重力块位于所述漂浮基础的下方，并通过所述重力索与所述漂浮基础连接；和/或

所述漂浮基础与所述多个放射梁通过混凝土浇筑一体成型；和/或

所述漂浮基础的表面、所述放射梁的表面均倾斜设置；和/或

所述漂浮基础的顶面低于所述放射梁的顶面；和/或

所述多个放射梁对称设于所述漂浮基础内。

9.一种海上风机，其特征在于，包括：

如权利要求1至8中任一项所述的海上风机支撑结构；

机舱，组装于所述海上风机支撑结构的顶部；及

风轮，组装于所述机舱。

10.根据权利要求9所述的海上风机，其特征在于，所述海上风机的重心低于所述海上风机支撑结构的浮心。

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