CN114537601B - 一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台 - Google Patents

一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台 Download PDF

Info

Publication number
CN114537601B
CN114537601B CN202210206757.0A CN202210206757A CN114537601B CN 114537601 B CN114537601 B CN 114537601B CN 202210206757 A CN202210206757 A CN 202210206757A CN 114537601 B CN114537601 B CN 114537601B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bionic
lotus
king
tower
pontoon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210206757.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114537601A (zh
Inventor
刘青松
岳敏楠
许子非
欧华浩
王培麟
缪维跑
李春
肖俊青
黄浩达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN202210206757.0A priority Critical patent/CN114537601B/zh
Publication of CN114537601A publication Critical patent/CN114537601A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114537601B publication Critical patent/CN114537601B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B43/00—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for
    • B63B43/02—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking
    • B63B43/04—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking by improving stability
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B43/00—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for
    • B63B43/02—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking
    • B63B43/10—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking by improving buoyancy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Abstract

本发明公开了一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台，包括：塔架；固定设置于所述塔架上的轮毂；活动设置于所述轮毂上的风力机叶片；用于支撑与稳定塔架的浮筒结构，所述浮筒结构半潜式漂浮于所述海面上；且所述浮筒结构包括多个与塔架固接的浮筒、与所述浮筒固接的仿生大王莲腔室件及与所述仿生大王莲腔室件连接的系泊。根据本发明，具有较好的减震效果，且可有效提升平台阻尼、加强能量耗散速率以及降低疲劳载荷，增加了对抗海浪的能力，平台稳定性明显增强，极大提高平台的浮力。

Description

一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台
技术领域
本发明涉及风电设备的技术领域，特别涉及一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台。
背景技术
风能作为人类社会最具前景的替代能源之一，其开发和利用越来越受到世界各国的重视。较之陆上风能，海上风能具有：①风湍流度低；②风速高；③风切变小；④不占用土地资源和⑤无需考虑噪声污染等优点。我国海上可开发风能是陆上的3倍，近海可开发利用的风能储量约为7.5亿kW，远海风能储量则更为丰富。根据风电场开发地理位置的不同，可将风电场分为陆上风电场和海上风电场两大类。因陆上风电场风能开发及风电机组安装地域和空间的有限、陆上风电场造成的噪声污染以及对周围居民引起的不便、陆上风电机组对当地景观一定程度的影响，更由于海上风能所具有的诸多优势，“由陆地向海洋”是未来风电发展的主要方向已在学术、企业界达成共识
海上风力机在役期间需始终承受波浪载荷作用，这也是与陆上风力机的最大不同，其载荷特性更加复杂，尤其是对于漂浮式风力机。目前，海上风电场主要集中在近海浅水区域，对于风资源更丰富、风况更优的近海深水区域，经济性表明必须采用漂浮式。漂浮式风力机因底部基础不固定而特有的摇荡特性使其始终处于受力不平衡、运动非定常状态，此交变载荷加剧结构尤其是传动系统的疲劳、变形甚至破坏。
目前，国际上漂浮式风电采用的平台设计大多借鉴海工石油平台，根据其结构形式可分为三大类：半潜式平台、张力腿式平台和深水浮筒式平台。
现有平台设计中：①多借鉴海工石油平台，自重与工程造价高；②未充分考虑平台系统所受风、波、流等复杂载荷耦合作用；③漂浮式风力机系统重心位置高、水线面面积矩小，对波浪激励更敏感，加剧了平台及系泊的非线性运动，严重时将造成系泊断裂甚至平台倾覆。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台，具有较好的减震效果，且可有效提升平台阻尼、加强能量耗散速率以及降低疲劳载荷，增加了对抗海浪的能力，平台稳定性明显增强，极大提高平台的浮力。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台，包括：
塔架；
固定设置于所述塔架上的轮毂；
活动设置于所述轮毂上的风力机叶片；
用于支撑与稳定塔架的浮筒结构，所述浮筒结构半潜式漂浮于所述海面上；且所述浮筒结构包括多个与塔架固接的浮筒、与所述浮筒固接的仿生大王莲腔室件及与所述仿生大王莲腔室件连接的系泊。
优选的，所述浮筒包括上部浮筒及与所述上部浮筒固接的下部浮筒，且所述下部浮筒远离上部浮筒的一端面上设置有仿生大王莲腔室件。
优选的，设置有至少三个浮筒，三个所述浮筒呈三角形设置，且每两个浮筒之间通过至少两个连接杆件固接，塔架与浮筒之间至少通过两个连接杆件固接。
优选的，所述塔架设置于三个浮筒的中心位置，且塔架靠近上部浮筒端部与浮筒的上部浮筒通过连接杆件固接，塔架靠近下部浮筒的端部与下部浮筒通过连接杆件固接。
优选的，所述仿生大王莲腔室件的形状与下部浮筒的形状相同均为圆形，且仿生大王莲腔室件包括主茎肋、沿主茎肋长度方向上设置的多个分支茎肋及设置于所述分支茎肋上的多个下端分茎肋。
优选的，每两个分支茎肋与每两个下端分茎肋之间设置有多个间隔肋，且所述间隔肋沿分支茎肋与下端分茎肋的长度方向设置。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
(1)通过将半潜式漂浮式平台下浮筒实体平台，改变为具有仿生特性的大王莲腔室，可显著提高漂浮式平台稳定性。
(2)在不改变原有平台外形的情况下增加大王莲腔室，同时可提供较大的支撑强度，一方面底部仿生分形结构减少了材料损耗，另一方面可有效增强了海上风力机漂浮式平台的结构安全性。
(3)平台底部仿生分形结构具有较好的减震效果，且可有效提升平台阻尼、加强能量耗散速率以及降低疲劳载荷，增加了对抗海浪的能力，平台稳定性明显增强。
附图说明
图1为根据本发明的仿生大王莲半潜式漂浮式平台的三维结构示意图；
图2为根据本发明的仿生大王莲半潜式漂浮式平台的仿生大王莲腔室件的三维具体结构示意图；
图3为根据本发明的仿生大王莲半潜式漂浮式平台的气动载荷时域特性曲线图；
图4为根据本发明的仿生大王莲半潜式漂浮式平台的气动载荷频域特性曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
参照图1-4，一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台，包括：塔架3；
固定设置于所述塔架3上的轮毂2；
活动设置于所述轮毂2上的风力机叶片1；
用于支撑与稳定塔架3的浮筒结构，所述浮筒结构半潜式漂浮于所述海面上；且所述浮筒结构包括多个与塔架3固接的浮筒、与所述浮筒固接的仿生大王莲腔室件7及与所述仿生大王莲腔室件7连接的系泊8，在海平面9上时，通过仿生大王莲腔室件7极大提高了对各个方向海浪的卸载能力，有效提高了平台稳定性，对海上风力机稳定运行具有积极作用。
进一步的，所述浮筒包括上部浮筒4及与所述上部浮筒4固接的下部浮筒6，且所述下部浮筒6远离上部浮筒4的一端面上设置有仿生大王莲腔室件7，设置有至少三个浮筒，三个所述浮筒呈三角形设置，且每两个浮筒之间通过至少两个连接杆件5固接，塔架3与浮筒之间至少通过两个连接杆件5固接，所述塔架3设置于三个浮筒的中心位置，且塔架3靠近上部浮筒4端部与浮筒的上部浮筒4通过连接杆件5固接，塔架3靠近下部浮筒6的端部与下部浮筒6通过连接杆件5固接，该三角形结构进一步的时该平台稳定，且塔架3不容易发生倾斜，通过浮筒使得塔架3重心稳定，而且多个上部浮筒4与下部浮筒6之间通过连接杆件5结构稳定，进一步的稳定塔架3。
进一步的，所述仿生大王莲腔室件7的形状与下部浮筒6的形状相同均为圆形，且仿生大王莲腔室件7包括主茎肋、沿主茎肋长度方向上设置的多个分支茎肋及设置于所述分支茎肋上的多个下端分茎肋，每两个分支茎肋与每两个下端分茎肋之间设置有多个间隔肋，且所述间隔肋沿分支茎肋与下端分茎肋的长度方向设置，通过分支茎肋与下端分茎肋的设置对平台水动稳定性起至关重要的作用。这种分形结构在减振上效果最佳，在材料重量一定时分形结构可提供最大的支撑强度，同时还能提升阻尼、加强能量耗散速率以及降低疲劳载荷，从而达到对平台的保护作用。
在前期预研中，项目已通过分形几何学迭代函数系统，初步构建了仿生平台主茎/分支/肋结构规则分行与随机分形参数化模型，并通过计算流体力学方法分析了仿生大王莲平台简化模型与普通平台在风载荷。波浪载荷作用下风轮推力受力情况。
由图3时域结果可知，在风载荷下，仿生大王莲平台的风轮推力波动范围整体范围内均较小，而普通平台风轮推力波动范围均急剧增大。由图4频域结果可知，对比仿生大王莲平台、普通平台风轮推力频域特性曲线可知，在风载荷下，仿生平台各个频率所对应的风轮推力峰值均大于普通平台。
提出一种基于分形学的仿生大王莲结构的漂浮式平台，基于分形理论构建仿生结构的参数化模型，建立适合海上漂浮式风力机系统的多物理场耦合模型，分析该平台在我国实际海况及极端海况下的非线性动力学响应特，性及结构优化方法，以期形成一种兼顾结构功能和动力稳定性的仿生平台，为我国自主漂浮式平台结构设计提供理论基础、设计思路与实现方法。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台，其特征在于，包括：
塔架（3）；
固定设置于所述塔架（3）上的轮毂（2）；
活动设置于所述轮毂（2）上的风力机叶片（1）；
用于支撑与稳定塔架（3）的浮筒结构，浮筒结构半潜式漂浮于海面上；且所述浮筒结构包括多个与塔架（3）固接的浮筒、与所述浮筒固接的仿生大王莲腔室件（7）及与所述仿生大王莲腔室件（7）连接的系泊；
所述仿生大王莲腔室件（7）的形状与下部浮筒（6）的形状相同均为圆形，且仿生大王莲腔室件（7）包括主茎肋、沿主茎肋长度方向上设置的多个分支茎肋及设置于所述分支茎肋上的多个下端分茎肋；
每两个分支茎肋与每两个下端分茎肋之间设置有多个间隔肋，且所述间隔肋沿分支茎肋与下端分茎肋的长度方向设置。
2.如权利要求1所述的一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台，其特征在于，所述浮筒包括上部浮筒（4）及与所述上部浮筒（4）固接的下部浮筒（6），且所述下部浮筒（6）远离上部浮筒（4）的一端面上设置有仿生大王莲腔室件（7）。
3.如权利要求2所述的一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台，其特征在于，设置有至少三个浮筒，三个所述浮筒呈三角形设置，且每两个浮筒之间通过至少两个连接杆件（5）固接，塔架（3）与浮筒之间至少通过两个连接杆件（5）固接。
4.如权利要求3所述的一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台，其特征在于，所述塔架（3）设置于三个浮筒的中心位置，且塔架（3）靠近上部浮筒（4）端部与浮筒的上部浮筒（4）通过连接杆件（5）固接，塔架（3）靠近下部浮筒（6）的端部与下部浮筒（6）通过连接杆件（5）固接。
CN202210206757.0A 2022-03-04 2022-03-04 一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台 Active CN114537601B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210206757.0A CN114537601B (zh) 2022-03-04 2022-03-04 一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210206757.0A CN114537601B (zh) 2022-03-04 2022-03-04 一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114537601A CN114537601A (zh) 2022-05-27
CN114537601B true CN114537601B (zh) 2023-08-15

Family

ID=81661875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210206757.0A Active CN114537601B (zh) 2022-03-04 2022-03-04 一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114537601B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010216273A (ja) * 2009-03-13 2010-09-30 Penta Ocean Construction Co Ltd 浮体式洋上風力発電装置の基礎構造
CN103708004A (zh) * 2014-01-07 2014-04-09 新疆金风科技股份有限公司 减摇装置、浮动基础和海上风力发电机
CN106014862A (zh) * 2016-05-19 2016-10-12 哈尔滨工程大学 一种新型浮式多浮子风浪能混合发电装置
CN108757336A (zh) * 2018-05-03 2018-11-06 明阳智慧能源集团股份公司 一种四立柱带压载半潜式漂浮风机基础
CN109941397A (zh) * 2019-03-25 2019-06-28 华中科技大学 一种半潜式海上风力发电机平台及海上风力发电设备
CN110294076A (zh) * 2019-06-27 2019-10-01 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 一种海上风电浮式基础结构
CN110296049A (zh) * 2019-06-21 2019-10-01 华中科技大学 一种海上半潜式风能及波浪能集成发电设备
CN111637016A (zh) * 2020-05-27 2020-09-08 深圳市合众清洁能源研究院 一种漂浮式海上风力发电机系统
CN114810502A (zh) * 2022-03-04 2022-07-29 上海理工大学 一种具有仿生分形特性的漂浮式风力机平台

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105129038A (zh) * 2015-08-14 2015-12-09 大连理工大学 一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置及其使用方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010216273A (ja) * 2009-03-13 2010-09-30 Penta Ocean Construction Co Ltd 浮体式洋上風力発電装置の基礎構造
CN103708004A (zh) * 2014-01-07 2014-04-09 新疆金风科技股份有限公司 减摇装置、浮动基础和海上风力发电机
CN106014862A (zh) * 2016-05-19 2016-10-12 哈尔滨工程大学 一种新型浮式多浮子风浪能混合发电装置
CN108757336A (zh) * 2018-05-03 2018-11-06 明阳智慧能源集团股份公司 一种四立柱带压载半潜式漂浮风机基础
CN109941397A (zh) * 2019-03-25 2019-06-28 华中科技大学 一种半潜式海上风力发电机平台及海上风力发电设备
CN110296049A (zh) * 2019-06-21 2019-10-01 华中科技大学 一种海上半潜式风能及波浪能集成发电设备
CN110294076A (zh) * 2019-06-27 2019-10-01 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 一种海上风电浮式基础结构
CN111637016A (zh) * 2020-05-27 2020-09-08 深圳市合众清洁能源研究院 一种漂浮式海上风力发电机系统
CN114810502A (zh) * 2022-03-04 2022-07-29 上海理工大学 一种具有仿生分形特性的漂浮式风力机平台

Also Published As

Publication number Publication date
CN114537601A (zh) 2022-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Si et al. The influence of power-take-off control on the dynamic response and power output of combined semi-submersible floating wind turbine and point-absorber wave energy converters
CN113428310B (zh) 一种基于悬挂式减振装置的漂浮式风机平台
CN110949633A (zh) 驳船型漂浮式风机系统及浮式风机平台
CN110345010B (zh) 一种具有减摇功能的海上风机发电设备
CN203594056U (zh) 海上风电单桩基础波流激励减振装置
CN111483564A (zh) 一种海上漂浮式风力机多浮体平台
CN116857112A (zh) 适用于深远海的新型浮式风浪流综合发电装置及控制方法
CN110397561B (zh) 张力腿式波浪能风能综合发电装置及其智能振动控制系统
CN114537601B (zh) 一种仿生大王莲半潜式漂浮式平台
CN109941396B (zh) 一种分岔系泊线式风机系泊系统及海上风力发电设备
CN206647210U (zh) 一种海上浮式垂直轴风力发电机
CN114810502A (zh) 一种具有仿生分形特性的漂浮式风力机平台
CN214533359U (zh) 一种基于漂浮式平台的风浪耦合利用装置
CN113283081A (zh) 一种抗波浪漂浮式风机基础的设计方法
Liu et al. Nonlinear PTO effect on performance of vertical axisymmetric wave energy converter using semi-analytical method
CN210766857U (zh) 一种导管架与浮筒组合式的海上风机浮式基础
Lee et al. Load analysis and structural strength evaluation of semi-submersible platform for wind turbines in Jeju Island sea states using hydrodynamic-structure interaction analysis
Wu et al. A computational study on system dynamics of an ocean current turbine
Abbasi et al. Design enhancement of an Oscillating water column for harnessing of wave energy
Zhang et al. The Combination Optimization Mode of the Accessories of the Shallow Water Floating Wind Turbine Mooring System
CN109441705B (zh) 一种海洋潮流能发电机组固定式支撑结构设计方法
CN219691664U (zh) 用于深远海的新型浮式风浪流综合发电装置
Li et al. Dynamic Response Study of Wind Turbine Blades based on Dynamic Boundary
CN110454315A (zh) 一种系泊系统下的双机式海流发电装置
CN212423403U (zh) 一种海上漂浮式风力机多浮体平台

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant