CN114044091B - 漂浮式水上基础 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种漂浮式水上基础，属于构筑物水上基础技术领域，该漂浮式水上基础包括浮于水中的基础本体，基础本体包括立柱和套设于立柱外周的锚体；锚体上设有至少三个呈三角形分布的方位锚点，每个方位锚点通过至少一根方位锚缆连接于设置在海底的锚碇上；以方位锚缆两端连接点之间的连线所在的铅垂面作为该方位锚缆的方位面，至少两根方位锚缆的方位面不通过立柱的轴线，且至少该两根方位锚缆的张力对立柱轴线的矩指向两个相反的方向以限制基础本体绕立柱的轴线的旋转。该漂浮式水上基础结构简单，且不易旋转、不易倾斜，稳定性好、不易倾覆，适合于作为海上风电等设备设施的基础。

Description

漂浮式水上基础

技术领域

本发明属于构筑物水上基础技术领域，尤其涉及一种漂浮式水上基础。

背景技术

传统海上风电设备的基础采取桩基或桩基导管架结构，其所能适应的水深有较大的局限性。同时，海上风电设备通常为一机一基础，在这种模式下，受限于生产规模，无法采用现有大型海上平台作为海上风电设备基础。

目前，有采用浮式基础作为海上风电设备基础，例如：专利CN105438411A公开了一种可拖航的海上风电spar浮式基础，专利CN106759454A公开了一种全潜分离式风机基础，然而，这些海上风电设备用的浮式基础均采用系泊缆简单固定于海底，浮式基础易旋转或倾斜，稳定性差，存在倾覆风险。因而，如何提供一种稳定性好、不易倾覆的水上基础，以作为海上风电等设备设施的基础，是当前急需解决的一项技术问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种漂浮式水上基础，其结构简单，且不易旋转、不易倾斜，稳定性好、不易倾覆，适合于作为海上风电等设备设施的基础。

本发明提供一种漂浮式水上基础，包括浮于水中的基础本体，基础本体包括立柱和套设于立柱外周的锚体；锚体上设有至少三个呈三角形分布的方位锚点，每个方位锚点通过至少一根方位锚缆连接于设置在海底的锚碇上；以方位锚缆两端连接点之间的连线所在的铅垂面作为该方位锚缆的方位面，至少两根方位锚缆的方位面不通过立柱的轴线，且至少该两根方位锚缆的张力对立柱轴线的矩指向两个相反的方向以限制基础本体绕立柱的轴线的旋转。

在其中一些实施例中，立柱和/或锚体为空心结构以使基础本体浮于水中。

在其中一些实施例中，锚体淹没于水面以下。

在其中一些实施例中，立柱位于锚体上方的部分的长度小于立柱位于锚体下方的部分的长度。

在其中一些实施例中，锚体为环形，锚体固定连接于立柱外周。

在其中一些实施例中，基础本体还包括套设于立柱外周的浮箱，浮箱位于锚体上方，浮箱为空心结构以使基础本体浮于水中。

在其中一些实施例中，锚体和浮箱均淹没于水面以下。

在其中一些实施例中，立柱位于浮箱上方的部分的长度小于立柱位于浮箱下方的部分的长度。

在其中一些实施例中，锚体和/或浮箱为环形，呈环形的锚体和/或呈环形的浮箱固定连接于立柱外周。

在其中一些实施例中，多个方位锚点环绕分布于锚体外周，且至少存在三根方位锚缆，其中的任意两根方位锚缆与锚碇的连接点分布于第三根方位锚缆的方位面的两侧。

在其中一些实施例中，立柱靠近上端的部分设有上锚点，上锚点通过上锚缆连接于锚碇上，上锚缆至少为三根；以上锚缆两端连接点之间的连线所在的铅垂面作为该上锚缆的方位面，至少存在三根上锚缆，其中的任意两根上锚缆与锚碇的连接点分布于第三根上锚缆的方位面的两侧。

在其中一些实施例中，上锚点位于基础本体的质心的上方。

在其中一些实施例中，立柱靠近下端的部分设有下锚点，下锚点通过下锚缆连接于锚碇上，下锚缆至少为三根；以下锚缆两端连接点之间的连线所在的铅垂面作为该下锚缆的方位面，至少存在三根下锚缆，其中的任意两根下锚缆与锚碇的连接点分布于第三根下锚缆的方位面的两侧。

在其中一些实施例中，下锚点位于基础本体的质心的下方，且下锚点位于基础本体位于水面以下部分的形心的下方。

基于上述技术方案，本发明提供的漂浮式水上基础，其基础本体浮于水中，以基础本体中的立柱作为基础，通过锚体、方位锚缆和锚碇的配合实现基础本体在水中的固定，其结构简单且不易旋转、不易倾斜，稳定性好、不易倾覆，适合于作为海上风电等设备设施的基础。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的漂浮式水上基础的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的漂浮式水上基础的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的漂浮式水上基础的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的漂浮式水上基础的结构示意图；

图5为本发明实施例五提供的漂浮式水上基础的结构示意图；

图6为本发明实施例六提供的漂浮式水上基础的结构示意图；

图7为本发明实施例七提供的漂浮式水上基础的结构示意图；

图8为本发明实施例八提供的漂浮式水上基础的结构示意图；

图9为本发明实施例九提供的漂浮式水上基础的结构示意图。

图中：

1、基础本体；11、立柱；12、锚体；13、浮箱；2、锚碇；21、第一锚碇；22、第二锚碇；3、方位锚缆；4、上锚缆；5、下锚缆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，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，需要理解的是，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装置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。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

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。

实施例一

如附图1所示，本实施例提供了一种漂浮式水上基础，包括浮于水中的基础本体1，基础本体1包括立柱11和套设于立柱11外周的锚体12；锚体12上设有三个呈三角形布置的方位锚点，每个方位锚点通过至少一根方位锚缆3连接于设置在海底的锚碇2上(本实施例中，具体为：每个方位锚点连接两根方位锚缆3，且该两根方位锚缆3连接在不同的锚碇2上)；以方位锚缆3两端点之间的连线所在的铅垂面作为该方位锚缆3的方位面，至少两根方位锚缆3的方位面不通过立柱11的轴线，且至少该两根方位锚缆3的张力对立柱11轴线的矩指向两个相反的方向以限制基础本体1绕立柱11的轴线的旋转。需要说明的是，本实施例中，基础本体1呈半潜式，其锚体12淹没于水面以下。再者，本实施例中，锚碇2设置于海底，可以采用锚、块体、吸力锚、桩、吸力桩等形式。此外，本实施例中，两个相反的方向指的是相对于立柱11轴线的顺时针旋转方向和逆时针旋转方向。可以理解的是，方位锚点的个数可以多于三个，但不能少于三个，且至少有三个方位锚点呈三角形分布。

上述漂浮式水上基础，其基础本体1浮于水中，以基础本体1中的立柱11作为基础，通过锚体12、方位锚缆3和锚碇2的配合实现基础本体1在水中的固定。具体的：当基础本体1浮于水中时，拉紧方位锚缆3，通过基础本体1的浮力与重力之差(简称剩余浮力)使方位锚缆3张紧，基础本体1的浮力、重力与方位锚缆3张力共同构成空间力系，固定基础本体1的空间位置和姿态，抵抗基础本体1所受外部作用力，实现基础本体1的稳定；同时，锚体12上设置的方位锚点离开立柱11轴线一定距离形成力臂，与方位锚缆3张力的水平分力共同形成绕立柱11轴线的力矩，通过具体配置方位锚缆3使至少两根方位锚缆3的张力对立柱11轴线的矩指向两个相反的方向，实现了对基础本体1旋转运动的限制。总之，该漂浮式水上基础，结构简单，且不易旋转、不易倾斜，稳定性好、不易倾覆，适合于作为海上风电等设备设施的基础。

为了使基础本体1具有足够的浮力以稳定在水中，优选的，立柱11和锚体12为空心结构以使基础本体1浮于水中。可以理解的是，若立柱11或锚体12的体积足够大，也可以仅将立柱11或仅将锚体12设置为空心结构。

进一步的，为了提高基础本体1的稳定性，防止倾覆，优选的，立柱11位于锚体12上方的部分的长度小于立柱11位于锚体12下方的部分的长度。立柱11下端伸出锚体12之外的长度越长，倾斜时立柱11下端重量产生的恢复力矩越大，水体对立柱11运动的阻尼作用越强，而立柱11上端伸出锚体12的长度构成力臂，与该端所受外力共同对组合体形成倾覆力矩，因此，在满足端部出水高度的情况下应尽量减小上端伸出锚体12之外的长度，将立柱11位于锚体12上方的部分的长度设置为小于立柱11位于锚体12下方的部分的长度，有利于提高基础本体1的稳性，减小外力作用下基础本体1的运动幅度。

为了进一步提高基础本体1的稳性，优选的，锚体12为环形，锚体12固定连接于立柱11外周。对于相同排水体积的锚体12，中部开有中孔时具有较大的水平剖面面积惯性矩和较强的水体阻尼作用，因而，将锚体12做成环形(可以为圆环形或多边环形)可提高基础本体1的稳性，减小外力作用下基础本体1的运动幅度。

此外，为了提高基础本体1的稳性，优选的，多个方位锚点环绕分布于锚体12外周，且至少存在三根方位锚缆3，其中的任意两根方位锚缆3与锚碇2的连接点分布于第三根方位锚缆3的方位面的两侧。将方位锚缆3布置为至少存在三根方位锚缆3，其中的任意两根方位锚缆3与锚碇2的连接点分布于第三根方位锚缆3的方位面的两侧，能够提供至少三个不同方位、作用线互不平行且互不重合的水平分力，以提高基础本体1的稳性。需要说明的是，本实施例中，具体设置了三个方位锚点，且三个方位锚点均匀分布于锚体12外周。

实施例二

为了提高漂浮式水下基础的稳性，本实施例在实施例一的基础上进一步改进。具体的：如附图2所示，本实施例中，立柱11靠近上端的部分设有上锚点，上锚点通过上锚缆4连接于锚碇2上，上锚缆4至少为三根；以上锚缆4两端点之间的连线所在的铅垂面作为该上锚缆4的方位面，至少存在三根上锚缆4，其中的任意两根上锚缆4与锚碇2的连接点分布于第三根上锚缆4的方位面的两侧。将上锚缆4布置为至少存在三根上锚缆4，其中的任意两根上锚缆4与锚碇2的连接点分布于第三根上锚缆4的方位面的两侧，能够提供至少三个不同方位、作用线互不平行且互不重合的水平分力，以提高基础本体1的稳性。优选的，上锚点位于基础本体1的质心的上方。

实施例三

为了提高漂浮式水下基础的稳性，本实施例在实施例一的基础上进一步改进。具体的：如附图3所示，本实施例中，立柱11靠近下端的部分设有下锚点，下锚点通过下锚缆5连接于锚碇2上，下锚缆5至少为三根；以下锚缆5两端点之间的连线所在的铅垂面作为该下锚缆5的方位面，至少存在三根下锚缆5，其中的任意两根下锚缆5与锚碇2的连接点分布于第三根下锚缆5的方位面的两侧。将下锚缆5布置为至少存在三根下锚缆5，其中的任意两根下锚缆5与锚碇2的连接点分布于第三根下锚缆5的方位面的两侧，能够提供至少三个不同方位、作用线互不平行且互不重合的水平分力，以提高基础本体1的稳性。优选的，下锚点位于基础本体1的质心的下方，且下锚点位于基础本体1位于水面以下部分的形心的下方。

实施例四

如附图4所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例中，每个方位锚点通过一根方位锚缆3连接在一个锚碇2上。

实施例五

如附图5所示，本实施例与实施例一的区别在于：基础本体1还包括套设于立柱11外周的浮箱13，浮箱13位于锚体12上方，浮箱13为空心结构以使基础本体1浮于水中。本实施例中，通过设置的浮箱13提供浮力，更有利于提高基础本体1的稳性。需要说明的是，本实施例中，基础本体1呈半潜式，其锚体12和浮箱13均淹没于水面以下。

相应的，本实施例中，立柱11位于浮箱13上方的部分的长度小于立柱11位于浮箱13下方的部分的长度。与实施例一相类似，将立柱11位于浮箱13上方的部分的长度设置为小于立柱11位于浮箱13下方的部分的长度，有利于提高基础本体1的稳性，减小外力作用下基础本体1的运动幅度。

相应的，与实施例一相类似，本实施例中，锚体12设置为环形，呈环形的锚体12固定连接于立柱11外周。可以理解的是，也可以将浮箱13设置为环形，呈环形的浮箱13固定连接于立柱11外周。

实施例六

与实施例二相类似，如图6所示，本实施例是在实施例五的基础上增设了上锚点和上锚缆4。

实施例七

与实施例三相类似，如图7所示，本实施例是在实施例五的基础上增设了下锚点和下锚缆5。

实施例八

本如图8所示，实施例是在实施例五的基础上增设了上锚点、上锚缆4、下锚点和下锚缆5。而且，本实施例中，锚体12为盘形，不设置中孔。此外，为了便于连接方位锚缆3、上锚缆4和下锚缆5，本实施例中，锚碇2分为用于连接方位锚缆3的第一锚碇21，以及用于连接上锚缆4和下锚缆5的第二锚碇22。

实施例九

如附图9所示，本实施例与实施例五的区别在于：本实施例中，每个方位锚点通过一根方位锚缆3连接在一个锚碇2上；锚体12为盘形，不设置中孔。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.漂浮式水上基础，其特征在于，包括浮于水中的基础本体，所述基础本体包括立柱和套设于所述立柱外周的锚体；所述锚体上设有至少三个呈三角形分布的方位锚点，每个所述方位锚点通过至少一根方位锚缆连接于设置在海底的锚碇上；以所述方位锚缆两端连接点之间的连线所在的铅垂面作为该方位锚缆的方位面，至少两根所述方位锚缆的方位面不通过所述立柱的轴线，且至少该两根所述方位锚缆的张力对所述立柱轴线的矩指向两个相反的方向以限制所述基础本体绕所述立柱的轴线的旋转；

所述锚体淹没于水面以下，所述立柱位于所述锚体上方的部分的长度小于所述立柱位于所述锚体下方的部分的长度；

所述立柱靠近上端的部分设有上锚点，所述上锚点通过上锚缆连接于所述锚碇上，所述上锚缆至少为三根；以所述上锚缆两端连接点之间的连线所在的铅垂面作为该上锚缆的方位面，至少存在三根所述上锚缆，其中的任意两根所述上锚缆与锚碇的连接点分布于第三根所述上锚缆的方位面的两侧；所述上锚点位于所述基础本体的质心的上方；

所述立柱靠近下端的部分设有下锚点，所述下锚点通过下锚缆连接于所述锚碇上，所述下锚缆至少为三根；以所述下锚缆两端连接点之间的连线所在的铅垂面作为该下锚缆的方位面，至少存在三根所述下锚缆，其中的任意两根所述下锚缆与锚碇的连接点分布于第三根所述下锚缆的方位面的两侧；所述下锚点位于所述基础本体的质心的下方，且所述下锚点位于所述基础本体位于水面以下部分的形心的下方。

2.根据权利要求1所述的漂浮式水上基础，其特征在于，所述立柱和/或所述锚体为空心结构以使所述基础本体浮于水中。

3.根据权利要求2所述的漂浮式水上基础，其特征在于，所述锚体为环形，所述锚体固定连接于所述立柱外周。

4.根据权利要求1所述的漂浮式水上基础，其特征在于，所述基础本体还包括套设于所述立柱外周的浮箱，所述浮箱位于所述锚体上方，所述浮箱为空心结构以使所述基础本体浮于水中。

5.根据权利要求4所述的漂浮式水上基础，其特征在于，所述锚体和浮箱均淹没于水面以下。

6.根据权利要求5所述的漂浮式水上基础，其特征在于，所述立柱位于所述浮箱上方的部分的长度小于所述立柱位于所述浮箱下方的部分的长度。

7.根据权利要求4-6任一项所述的漂浮式水上基础，其特征在于，所述锚体和/或所述浮箱为环形，呈环形的所述锚体和/或呈环形的所述浮箱固定连接于所述立柱外周。

8.根据权利要求1或2或4所述的漂浮式水上基础，其特征在于，多个所述方位锚点环绕分布于所述锚体外周，且至少存在三根所述方位锚缆，其中的任意两根所述方位锚缆与锚碇的连接点分布于第三根所述方位锚缆的方位面的两侧。

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