CN114408112A - 一种人字形甲板半潜漂浮式风机基础和半潜漂浮式风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人字形甲板半潜漂浮式风机基础和半潜漂浮式风机，所述半潜漂浮式风机基础包括：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；人字形甲板，所述人字形甲板用于连接三个所述垂直立柱的顶部；三组系泊系统，所述系泊系统与三个所述垂直立柱之间一一对应，每组所述系泊系统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。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，可以实现模块制造，有效降低制造成本，可以在建造场地及场地码头实现总装调试与整体拖航安装，减少了运输安装费用。

Description

一种人字形甲板半潜漂浮式风机基础和半潜漂浮式风机

技术领域

本发明涉及海洋工程及海上风力发电系统领域，尤其涉及一种人字形甲板半潜漂浮式风机基础和半潜漂浮式风机。

背景技术

目前在海上风电领域，漂浮式风机作为海上风电开发的重要装备类型得到了广泛关注，并已经逐步实现了商业化投产。

随着国家加大深远海海上风电资源开发的力度，通过部署海上漂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、总体投资小的漂浮式风机用于海上风能资源开发。

漂浮式风机基础通常有单柱式、张力腿式、半潜式、驳船式等，其中半潜式基础性能较好，安装简便，水深适应性好，整体投资可控，是具有广泛发展前景的漂浮式风机基础型式。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种人字形甲板半潜漂浮式风机基础，所述人字形甲板半潜漂浮式风机基础环境适应性好、总体安装简便以及水深适应性好。本发明的另一个目的还提供一种半潜漂浮式风机。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种人字形甲板半潜漂浮式风机基础，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；

人字形甲板，所述人字形甲板连接三个所述垂直立柱的顶部；

三组系泊系统，三组所述系泊系统与三个所述垂直立柱之间一一对应，每组所述系泊系统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。

优选的，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。

优选的，所述人字形甲板连接三个所述垂直立柱的顶部并交汇于平面几何中心。

优选的，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。

优选的，所述垂直立柱的底部、水平浮箱以及过渡浮箱的内部均设置压载舱，所述垂直立柱的底部还设有通道。

优选的，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。

优选的，每组所述系泊系统包括多根系泊缆，多根所述系泊缆连接一个所述系泊锚或者每根所述系泊缆连接一个所述系泊锚。

优选的，所述垂直立柱的外侧设置靠船件和登爬梯。

第二方面，本发明还提供了一种半潜漂浮式风机，包括风机机组及所述的人字形甲板半潜漂浮式风机基础，所述风机机组安装在所述人字形甲板的几何中心处。

优选的，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人字形甲板的平面几何中心处连接，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人字形甲板内，并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，风机机组与漂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；

(4)人字形甲板具有足够的体积，能够提供良好的静水恢复力特性及有效的储备浮力，从而提高总体安全性，同时，人字形甲板结构具有较大的甲板面积，有利于风机机组运维人员相关工作的开展。人字形甲板结构强度较大，改善了平台整体结构性能。

(5)风机机组布置在人字形甲板几何中心，甲板气隙可根据需要进行调整，漂浮式风机基础的压载方案简便易操作。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的人字形甲板半潜漂浮式风机的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为人字形甲板半潜漂浮式风机基础吃水线以下的俯视图；

图4为图1中的半潜漂浮式风机人字形甲板的侧视图；

附图标记说明：

1-人字形甲板半潜漂浮式风机基础、2-风机机组、11-垂直立柱、12-水平浮箱、13-过渡浮箱、14-裙板、15-人字形甲板、16-系泊系统、161-系泊锚、162-系泊缆、21-塔筒、22-风机叶轮与机舱、23-外输电缆、100-吃水线、101-海底。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1至图4所示，为本发明的实施例提供一种人字形甲板半潜漂浮式风机，其中附图标记100指代的是吃水线，所述半潜漂浮式风机包括人字形甲板半潜漂浮式风机基础1以及安装在所述半潜漂浮式风机基础1上的风机机组2。

所述半潜漂浮式风机基础1包括三个垂直立柱11、三个水平浮箱12、三组系泊缆162以及连接所述垂直立柱11与的水平浮箱12之间的过渡浮箱13。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(图中未示出)。三组所述系泊缆162与三个所述垂直立柱11之间一一对应，每组所述系泊缆162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161。人字形甲板15连接对应的所述垂直立柱11顶部并交汇于平面几何中心。

上述半潜漂浮式风机，整体结构形式为半潜型式，下部为半潜漂浮式风机基础1，其人字形甲板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，三角形结构具备较好的结构稳定性，因此本发明提供的人字形甲板半潜漂浮式风机基础1整体具备较好的结构稳定性，从而能够更好抵抗台风等恶劣环境的侵袭。此外，本发明提供的人字形甲板半潜漂浮式风机基础1的垂直立柱11水线面面积较小，人字形甲板15能够提供储备浮力与静水恢复力，可有效控制垂直立柱11的间距，能够实现较好的稳性性能与结构经济性。本发明提供的人字形甲板半潜漂浮式风机基础1的水平浮箱12外缘布置裙板14用于提高附加质量和阻尼，从而改善总体运动性能。

所述水平浮箱12具有足够的浮力，风机机组2与漂浮式基础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、人字形甲板15的尺寸、裙板14的形状与布置方式，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人字形甲板半潜漂浮式风机基础还包括三个过渡浮箱13，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13。所述水平浮箱12与垂直立柱11连接位置布设过渡浮箱13，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13的尺度可根据设计要求进行优化调整，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13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漂浮式风机基础的浮态和稳定性。所述垂直立柱11、水平浮箱12、过渡浮箱13内部布设压排载管线。本发明中所述水平浮箱12和过渡浮箱13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。此外，所处的人字形甲板15提供额外的储备浮力和稳性恢复力，能够在极端环境条件作用下保证漂浮式风机具有良好的稳性，提高了安全性。

更进一步地，所述人字形甲板15的顶部沿着水平长度方向设置走道(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，随后通过人字形甲板15上方走道抵达风机塔筒21底部。所述人字形甲板15提供了较大的甲板空间，有助于运维工作的开展并保证运维人员行走安全。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。

漂浮式风机基础通过多点系泊系统实现定位，系泊缆162底端通过系泊锚161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161可以为拖曳锚、桩锚、吸力锚等工业界常见的系泊锚种类。

针对上述半潜漂浮式风机的一个具体实施例，针对5MW风力发电机组，人字形甲板半潜漂浮式风机基础的典型尺度为：垂直立柱边长为8m，立柱中心间距为30m；水平浮箱长为44m，宽为3.5m，高为6m；过渡浮箱的边长为4m，高6m；裙板的宽度为2m；总体吃水为16m，立柱干舷为14m，人字形甲板宽8m，高6m，排水量为6500t。

所述风机机组2包括塔筒21、机舱、风机叶轮与机舱22和外输电缆23，所述塔筒21的底端与所述人字形甲板15的几何中心连接，所述机舱安装在所述塔筒21的顶端上，所述风机叶轮与机舱22与机舱连接，所述外输电缆23从所述垂直立柱11的电缆护管进入人字形甲板15的内部与所述机舱内的发电设备连接。

上述半潜漂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12、过渡浮箱13、裙板14之间组装成为一个风机基础模块半组装体；

S2、将所述人字形甲板15安装至半组装体上，形成风机基础模块；

S3、将所述风机基础模块运输至预设部署海域的附近码头；

S4、将所述风机机组2安装在所述风机基础模块的人字形甲板15几何中心位置，形成组装体；

S5、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。

本发明提供的漂浮式风机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。漂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14，裙板可为矩形或其他形状，可连续布置或间断布置，起到增大平台的运动固有周期与阻尼的效果，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与漂浮式基础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)

1.一种人字形甲板半潜漂浮式风机基础，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；

人字形甲板，所述人字形甲板用于连接三个所述垂直立柱的顶部；

三组系泊系统，三组所述系泊系统与三个所述垂直立柱之间一一对应，每组所述系泊系统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所述的人字形甲板半潜漂浮式风机基础，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所述的人字形甲板半潜漂浮式风机基础，其特征在于，所述人字形甲板连接三个所述垂直立柱的顶部并交汇于平面几何中心。

4.根据权利要求1所述的人字形甲板半潜漂浮式风机基础，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。

5.根据权利要求1所述的人字形甲板半潜漂浮式风机基础，其特征在于，所述垂直立柱的底部、水平浮箱以及过渡浮箱的内部均设置压载舱，所述垂直立柱的底部还设有通道。

6.根据权利要求1所述的人字形甲板半潜漂浮式风机基础，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。

7.根据权利要求6所述的人字形甲板半潜漂浮式风机基础，其特征在于，每组所述系泊系统包括多根系泊缆，多根所述系泊缆连接一个所述系泊锚或者每根所述系泊缆连接一个所述系泊锚。

8.根据权利要求1所述的人字形甲板半潜漂浮式风机基础，其特征在于，所述垂直立柱的外侧设置靠船件和登爬梯。

9.一种半潜漂浮式风机，其特征在于，包括风机机组及权利要求1至8中任一项所述的人字形甲板半潜漂浮式风机基础，所述风机机组安装在所述人字形甲板的几何中心处。

10.根据权利要求9所述的半潜漂浮式风机，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人字形甲板的平面几何中心处连接，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人字形甲板内，并与所述机舱内的发电设备连接。

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