CN114575373A - 一种海上风机支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海上风电技术领域，特别是涉及一种海上风机支撑结构，导管架的下端固定连接在海床上，支撑柱通过球铰支座连接在导管架上，支撑柱的外周侧环绕有多个斜撑组件，各斜撑组件的上端均与支撑柱的中部连接，各斜撑组件均包括上下倾斜布置的第一弹性支撑件和第二弹性支撑件，各第一弹性支撑件的上端和各第二弹性支撑件的上端相互靠近且均与支撑柱的中部铰接，各第一弹性支撑件的下端和各第二弹性支撑件的下端相互远离且均铰接在导管架上，从而向支撑柱施加沿支撑柱的径向和沿支撑柱的外周切向的约束力，使得支撑柱在受到弯曲和扭转载荷时保持平衡，避免了支撑柱与导管架之间采用固定连接节点时的疲劳断裂。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电技术领域，特别是涉及一种海上风机支撑结构。
背景技术
海洋环境高空风资源较丰富，随着海上风力发电技术的逐渐成熟，发电机组单机容量朝着大兆瓦的方向发展，为了提高海上风力发电效率，海上风机支撑结构的高度越来越高。
现有的海上风机支撑结构包括固定连接在海床上的导管架，导管架上固定连接有竖直向上延伸的支撑柱，风力发电装置设置在支撑柱的顶端。由于海上风力发电装置的叶片较长且风向变化频繁，支撑柱与导管架的固定连接节点处需要承受较大的且周期性变化的弯曲载荷和扭转载荷的作用，导致固定连接节点容易疲劳断裂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有的海上风机支撑结构，支撑柱固定连接在导管架上，固定连接节点容易因周期性变化的弯曲载荷和扭转载荷而疲劳断裂。
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种海上风机支撑结构，包括导管架和多个斜撑组件，所述导管架的下端固定连接在海床上，所述导管架的上端固定连接有支撑平台，所述支撑平台的上端固定连接有球铰支座，所述球铰支座的上端固定连接有向上延伸的支撑柱；
各所述斜撑组件环绕所述支撑柱的外周侧布置，各所述斜撑组件均包括上下倾斜布置的第一弹性支撑件和第二弹性支撑件，各所述第一弹性支撑件的上端和各所述第二弹性支撑件的上端均相互靠近且均与所述支撑柱的中部铰接，各所述第一弹性支撑件的下端和各所述第二弹性支撑件的下端相互远离且均铰接在所述导管架上。
作为优选方案，各所述第一弹性支撑件和各所述第二弹性支撑件成夹角布置，以使所述第一弹性支撑件和所述第二弹性支撑件与所述支撑平台构成等腰三角型支撑结构。
作为优选方案，各所述斜撑组件均包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板的第一端和所述第二连接板的第一端均固定连接在所述支撑柱的外侧，所述第一弹性支撑件的上端铰接在所述第一连接板的第二端，所述第二弹性支撑件的上端铰接在所述第二连接板的第二端。
作为优选方案，各所述斜撑组件均包括固定在所述支撑柱的外侧的第三连接板，所述第一连接板的第一端和所述第二连接板的第一端均固定连接在所述第三连接板上。
作为优选方案，所述支撑平台位于相邻的两个所述斜撑组件之间的位置处均设有第一连接组件；
各所述第一连接组件均包括连接耳板和连接件，各所述连接耳板均固定连接在所述支撑平台上，各所述连接件均包括上下倾斜布置的腹板和设置在所述腹板上端的两个翼板，两个所述翼板以所述腹板为中心对称布置，且两个所述翼板均与所述腹板呈夹角设置；
所述腹板上下转动连接在所述连接耳板上，两个所述翼板分别与相邻的两个所述斜撑组件的其中一个的所述第一弹性支撑件和相邻的两个所述斜撑组件的其中另一个的所述第二弹性支撑件的下端铰接。
作为优选方案，所述第一弹性支撑件和所述第二弹性支撑件均为伸缩式阻尼器，所述伸缩式阻尼器包括伸缩杆、第一弹性复位件、第二弹性复位件和缸体；所述第一弹性复位件和所述第二弹性复位件的其中一个为弹性拉伸件，所述第一弹性复位件和所述第二弹性复位件的其中另一个为弹性压缩件；
所述伸缩杆的一端穿过所述缸体的端部并进入所述缸体的腔体中，位于所述腔体内的所述伸缩杆设有沿所述伸缩杆的径向向外延伸的挡止部，所述第一弹性复位件设置在所述腔体内，所述第一弹性复位件的第一端与所述伸缩杆连接，所述第一弹性复位件的第二端向远离所述伸缩杆的方向延伸并连接在所述腔体的内侧壁上；
位于所述腔体外的所述伸缩杆设有沿所述伸缩杆的径向向外延伸的凸起部，所述第二弹性复位件的一端与所述凸起部连接，所述第二弹性复位件的第二端向远离所述凸起部的方向延伸并连接在所述缸体的第一端的外壁上。
作为优选方案，所述腔体为密封腔，所述密封腔内设有阻尼液，所述伸缩杆的第一端密封穿过所述密封腔的端部，所述挡止部为环绕所述伸缩杆的外周布置的环状凸缘，所述环状凸缘将所述密封腔分隔为第一子腔体和第二子腔体，所述环状凸缘上设有阻尼孔，所述阻尼孔将所述第一子腔体和所述第二子腔体连通；所述第一弹性复位件位于所述第二子腔体内且所述第一弹性复位件的第一端与所述伸缩杆的第一端的端部抵接。
作为优选方案，所述凸起部呈环状布置，所述凸起部的外周侧一体成型有与所述伸缩杆同轴布置的套筒部，所述套筒部向所述缸体的方向延伸并套设在所述缸体的外侧。
作为优选方案，所述球铰支座的上端固定连接有竖直向上延伸的筒体，所述支撑柱的下端插设在所述筒体中，各所述斜撑组件的上端均连接在所述筒体的外周侧；所述筒体的侧壁中部穿设有紧固件，所述紧固件沿所述筒体的径向依次穿过所述筒体和所述支撑柱。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的海上风机支撑结构，导管架的下端固定连接在海床上，支撑柱通过球铰支座连接在导管架上，支撑柱的外周侧环绕有多个斜撑组件，各斜撑组件的上端均与支撑柱的中部连接，各斜撑组件均包括上下倾斜布置的第一弹性支撑件和第二弹性支撑件，各第一弹性支撑件的上端和各第二弹性支撑件的上端相互靠近且均与支撑柱的中部铰接，各第一弹性支撑件的下端和各第二弹性支撑件的下端相互远离且均铰接在导管架上，从而向支撑柱施加沿支撑柱的径向和沿支撑柱的外周切向的约束力，使得支撑柱在受到弯曲和扭转载荷时保持平衡，避免了支撑柱与导管架之间采用固定连接节点时的疲劳断裂。
附图说明
图1为本申请的海上风机支撑结构的周轴测图；
图2为伸缩式阻尼器的结构示意图；
图中，1、导管架；2、球铰支座；3、支撑柱；4、支撑件；41、伸缩式阻尼器；411、伸缩杆；4111、挡止部；41111、阻尼孔；4112、凸起部；4113、套筒部；412、第一弹性复位件；413、第二弹性复位件；414、缸体；4141、第一子腔体；4142、第二子腔体；42、第一连接板；43、第二连接板；44、第三连接板；45、第一连接组件；451、连接耳板；452、连接件；4521、翼板；4522、腹板；5、支撑平台；6、筒体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”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。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
如图1、图2所示，本发明一种海上风机支撑结构的优选实施例，包括导管架1和多个斜撑组件4，导管架1的下端固定连接在海床上，导管架1的上端固定连接有支撑平台5，支撑平台5的上端固定连接有球铰支座2，球铰支座2的上端固定连接有向上延伸的支撑柱3；各斜撑组件4环绕支撑柱3的外周侧布置，各斜撑组件4均包括上下倾斜布置的第一弹性支撑件41a和第二弹性支撑件41b，各第一弹性支撑件41a的上端和各第二弹性支撑件41b的上端相互靠近且均与支撑柱3的中部铰接，各第一弹性支撑件41a的下端和各第二弹性支撑件41b的下端相互远离且均铰接在导管架1上，具体的，第一弹性支撑件41a和第二弹性支撑件41b的延伸方向均与支撑柱3的径向和支撑柱3的外周切线呈夹角布置，从而为支撑柱3提供沿支撑柱3的径向和沿支撑柱3的外周切向的约束力，因此，在支撑柱3受到弯曲和扭转载荷时，通过球铰支座2连接在支撑平台5上的支撑柱能够相对于支撑平台5产生一定的倾斜和扭转，斜撑组件4能够向支撑柱3提供供沿支撑柱3的径向和沿支撑柱3的外周切向的约束力，使得支撑柱3保持平衡，避免了支撑柱3与导管架1之间采用固定连接节点时的疲劳断裂。具体的，球铰支座可以采用抗拔性较强的球型支座，球铰支座为现有技术，不再赘述。
其中，各第一弹性支撑件41a和各第二弹性支撑件41b成夹角布置，以使第一弹性支撑件41a和第二弹性支撑件41b与支撑平台5构成等腰三角型支撑结构。具体的，支撑平台5位于第一弹性支撑件41a的下端与第二弹性支撑件41b的下端之间的部位、第一弹性支撑件41a、第二弹性支撑件41b构成等腰三角型支撑结构。其中，等腰三角型支撑结构所形成的平面与支撑平台5倾斜布置，且等腰三角型支撑结构的上端与支撑柱3之间的距离大于等腰三角型支撑结构的底边与支撑柱3之间的距离，从而保证斜撑组件4对支撑柱3的稳定支撑。
具体的，各斜撑组件4均包括第一连接板42和第二连接板43，第一连接板42的第一端和第二连接板43的第一端均固定连接在支撑柱3的外侧，第一弹性支撑件41a的上端铰接在第一连接板42的第二端，第二弹性支撑件41b的上端铰接在第二连接板43的第二端。
进一步的，各斜撑组件4均包括固定在支撑柱3的外侧的第三连接板44，第一连接板42的第一端和第二连接板43的第一端均固定连接在第三连接板44上。具体的，第一连接板42和第二连接板43均与第三连接板44倾斜布置，且第一连接板42和第二连接板43相对于第三连接板44对称布置。本实施例中，第一连接板42、第三连接板43和第三连接板44为一体成型，第一连接板42、第三连接板43和第三连接板44形成为第二连接件，第二连接件的设置便于作业人员将斜撑组件4与支撑柱3之间的连接；本申请的其他实施例中，第一连接板42和第二连接板43均直接固定连接在支撑柱3的外周侧。
本实施例中，支撑平台5位于相邻的两个斜撑组件4之间的位置处均设有第一连接组件45；各第一连接组件45均包括连接耳板451和连接件452，各连接耳板451均固定连接在支撑平台5上，各连接件452均包括上下倾斜布置的腹板4522和设置在腹板上端的两个翼板4521，两个翼板4521以腹板4522为中心对称布置，且两个翼板4521均与腹板4522呈夹角设置；腹板4522上下转动连接在连接耳板451上，两个翼板4521分别与相邻的两个斜撑组件4的其中一个的第一弹性支撑件41a和相邻的两个斜撑组件4的其中另一个的第二弹性支撑件41b的下端铰接。
具体的，连接耳板451设置在支撑平台5位于相邻的两个斜撑组件4之间的位置处，两个翼板4521和腹板4522构成Y型结构；支撑平台5位于相邻的两个第一连接组件45之间的部位形成等腰三角型支撑结构的底边，第一弹性支撑件41a和第二弹性支撑件41b构成等腰三角型支撑结构的两个腰，等腰三角型支撑结构所形成的平面朝向支撑柱3的一侧倾斜，等腰三角型支撑结构的顶点连接在支撑柱3的外周侧。
本实施例中，第一弹性支撑件41a和第二弹性支撑件41b均为伸缩式阻尼器41，伸缩式阻尼器41包括伸缩杆411、第一弹性复位件412、第二弹性复位件413和缸体414；第一弹性复位件412和第二弹性复位件413的其中一个为弹性拉伸件，第一弹性复位件412和第二弹性复位件413的其中另一个为弹性压缩件；伸缩杆411的一端穿过缸体414的端部并进入缸体414的腔体中，位于腔体内的伸缩杆411设有沿伸缩杆411的径向向外延伸的挡止部4111，第一弹性复位件412设置在腔体内，第一弹性复位件412的第一端与伸缩杆411连接，第一弹性复位件412的第二端向远离伸缩杆411的方向延伸并连接在腔体的内侧壁上；位于腔体外的伸缩杆411设有沿伸缩杆411的径向向外延伸的凸起部4112，第二弹性复位件413的一端与凸起部4112连接，第二弹性复位件413的第二端向远离凸起部4112的方向延伸并连接在缸体414的第一端的外壁上。
本实施例中，第一弹性复位件412为高强度压缩弹簧，第二弹性复位件413为高强度拉伸弹簧；第一弹性复位件412的第一端与伸缩杆411的第一端的端部抵接，第一弹性复位件412的第二端抵接在腔体的内侧壁上；第二弹性复位件413的一端与凸起部4112固定连接，第二弹性复位件413的第二端固定连接在缸体414的第一端的外壁上。第一弹性复位件412和第二弹性复位件413的设置使得缩式伸缩式阻尼器41能够在拉伸或压缩后自动复位，此外，通过调节第一弹性复位件412和第二弹性复位件413的强度和预变形量，能够调节各伸缩式阻尼器41的阻尼强度。
进一步的，腔体为密封腔，密封腔内设有阻尼液，伸缩杆411的第一端密封穿过密封腔的端部，挡止部4111为环绕伸缩杆411的外周布置的环状凸缘，环状凸缘将密封腔分隔为第一子腔体4141和第二子腔体4142，环状凸缘上设有阻尼孔41111，阻尼孔41111将第一子腔体4141和第二子腔体4142连通；第一弹性复位件412位于第二子腔体4142内且第一弹性复位件412的第一端与伸缩杆411的第一端的端部抵接。各伸缩式阻尼器41在拉伸或者收缩时，阻尼液阻尼液通过阻尼孔41111受压产生摩擦热能，把结构振动产生的能量以热能的形式耗散，同时阻尼液对伸缩杆和缸体414产生反作用力，进一步提高伸缩式阻尼器41的阻尼强度，通过调节阻尼液的粘度系数以及阻尼孔的大小能够进一步调节伸缩式阻尼器41的阻尼强度。当支撑柱3的振动频率较低时，伸缩式阻尼器41内部的阻尼液产生的阻尼力较小，此时第一弹性复位件412和第二弹性复位件413提供支撑力，另外，第一弹性复位件412和第二弹性复位件413可以避免伸缩杆411位移过大与缸体发生冲击碰撞，造成伸缩式阻尼器受损。使用时，根据海上风机支撑结构的自振频率，设计阻尼液的年度系数，以及第一弹性复位件412和第二弹性复位件413的复位力，使伸缩式阻尼器受到振动频率小于1P时，第一弹性复位件412和第二弹性复位件413发挥主要阻尼作用，伸缩式阻尼器受到振动频率大于1P荷载频率时，阻尼液发挥主要阻尼作用。
支撑柱3受环境荷载振动，运动到离开原平衡位置一侧时，一侧的伸缩式阻尼器41受压而另一侧的伸缩式阻尼器41受拉，阻尼液通过阻尼孔时由于受到阻力作用产生热量耗能，同时为支撑柱提供了相反的压力或拉力作用，缓冲掉支撑柱的振动并使支撑柱达到平衡位置。
其中，凸起部4112呈环状布置，凸起部4112的外周侧一体成型有与伸缩杆411同轴布置的套筒部4113，套筒部4113向缸体414的方向延伸并套设在缸体414的外侧。套筒部4113起到导向作用，进一步提高了伸缩式阻尼器41的可靠性。
本申请的其他实施例中，球铰支座2的上端固定连接有竖直向上延伸的套筒6，支撑柱3的下端插设在套筒6中，各斜撑组件4的上端均连接在套筒6的外周侧；套筒6的侧壁中部穿设有紧固件，紧固件沿套筒6的径向依次穿过套筒6和支撑柱3。
综上所述，本发明的海上风机支撑结构，导管架1的下端固定连接在海床上，支撑柱3通过球铰支座2连接在导管架1上，支撑柱3的外周侧环绕有多个斜撑组件4，各斜撑组件4的上端均与支撑柱3的中部连接，各斜撑组件4均包括第一弹性支撑件41a和第二弹性支撑件41b，第一弹性支撑件41a的上端和第二弹性支撑件41b的上端相互靠近且均与支撑柱3的中部连接，第一弹性支撑件41a的下端和第二弹性支撑件41b的下端相互远离且均连接在导管架3上，第一弹性支撑件41a和第二弹性支撑件41b的延伸方向均与所述支撑柱3的径向和所述支撑柱3的外周切线呈夹角布置，从而向支撑柱3施加沿支撑柱3的径向和沿支撑柱3的外周切向的约束力，使得支撑柱3在受到弯曲和扭转载荷时保持平衡，避免了支撑柱3与导管架1之间采用固定连接节点时的疲劳断裂。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种海上风机支撑结构，其特征在于，包括导管架(1)和多个斜撑组件(4)，所述导管架(1)的下端固定连接在海床上，所述导管架(1)的上端固定连接有支撑平台(5)，所述支撑平台(5)的上端固定连接有球铰支座(2)，所述球铰支座(2)的上端固定连接有向上延伸的支撑柱(3)；
各所述斜撑组件(4)环绕所述支撑柱(3)的外周侧布置，各所述斜撑组件(4)均包括上下倾斜布置的第一弹性支撑件(41a)和第二弹性支撑件(41b)，各所述第一弹性支撑件(41a)的上端和各所述第二弹性支撑件(41b)的上端均相互靠近且均与所述支撑柱(3)的中部铰接，各所述第一弹性支撑件(41a)的下端和各所述第二弹性支撑件(41b)的下端相互远离且均铰接在所述导管架(1)上。
2.根据权利要求1所述的海上风机支撑结构，其特征在于，各所述第一弹性支撑件(41a)和各所述第二弹性支撑件(41b)成夹角布置，以使所述第一弹性支撑件(41a)和所述第二弹性支撑件(41b)与所述支撑平台(5)构成等腰三角型支撑结构。
3.根据权利要求1所述的海上风机支撑结构，其特征在于，各所述斜撑组件(4)均包括第一连接板(42)和第二连接板(43)，所述第一连接板(42)的第一端和所述第二连接板(43)的第一端均固定连接在所述支撑柱(3)的外侧，所述第一弹性支撑件(41a)的上端铰接在所述第一连接板(42)的第二端，所述第二弹性支撑件(41b)的上端铰接在所述第二连接板(43)的第二端。
4.根据权利要求3所述的海上风机支撑结构，其特征在于，各所述斜撑组件(4)均包括固定在所述支撑柱(3)的外侧的第三连接板(44)，所述第一连接板(42)的第一端和所述第二连接板(43)的第一端均固定连接在所述第三连接板(44)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，所述支撑平台(5)位于相邻的两个所述斜撑组件(4)之间的位置处均设有第一连接组件(45)；
各所述第一连接组件(45)均包括连接耳板(451)和连接件(452)，各所述连接耳板(451)均固定连接在所述支撑平台(5)上，各所述连接件(452)均包括上下倾斜布置的腹板(4522)和设置在所述腹板上端的两个翼板(4521)，两个所述翼板(4521)以所述腹板(4522)为中心对称布置，且两个所述翼板(4521)均与所述腹板(4522)呈夹角设置；
所述腹板(4522)上下转动连接在所述连接耳板(451)上，两个所述翼板(4521)分别与相邻的两个所述斜撑组件(4)的其中一个的所述第一弹性支撑件(41a)和相邻的两个所述斜撑组件(4)的其中另一个的所述第二弹性支撑件(41b)的下端铰接。
6.根据权利要求1所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述第一弹性支撑件(41a)和所述第二弹性支撑件(41b)均为伸缩式阻尼器(41)，所述伸缩式阻尼器(41)包括伸缩杆(411)、第一弹性复位件(412)、第二弹性复位件(413)和缸体(414)；所述第一弹性复位件(412)和所述第二弹性复位件(413)的其中一个为弹性拉伸件，所述第一弹性复位件(412)和所述第二弹性复位件(413)的其中另一个为弹性压缩件；
所述伸缩杆(411)的一端穿过所述缸体(414)的端部并进入所述缸体(414)的腔体中，位于所述腔体内的所述伸缩杆(411)设有沿所述伸缩杆(411)的径向向外延伸的挡止部(4111)，所述第一弹性复位件(412)设置在所述腔体内，所述第一弹性复位件(412)的第一端与所述伸缩杆(411)连接，所述第一弹性复位件(412)的第二端向远离所述伸缩杆(411)的方向延伸并连接在所述腔体的内侧壁上；
位于所述腔体外的所述伸缩杆(411)设有沿所述伸缩杆(411)的径向向外延伸的凸起部(4112)，所述第二弹性复位件(413)的一端与所述凸起部(4112)连接，所述第二弹性复位件(413)的第二端向远离所述凸起部(4112)的方向延伸并连接在所述缸体(414)的第一端的外壁上。
7.根据权利要求6所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述腔体为密封腔，所述密封腔内设有阻尼液，所述伸缩杆(411)的第一端密封穿过所述密封腔的端部，所述挡止部(4111)为环绕所述伸缩杆(411)的外周布置的环状凸缘，所述环状凸缘将所述密封腔分隔为第一子腔体(4141)和第二子腔体(4142)，所述环状凸缘上设有阻尼孔(41111)，所述阻尼孔(41111)将所述第一子腔体(4141)和所述第二子腔体(4142)连通；所述第一弹性复位件(412)位于所述第二子腔体(4142)内且所述第一弹性复位件(412)的第一端与所述伸缩杆(411)的第一端的端部抵接。
8.根据权利要求7所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述凸起部(4112)呈环状布置，所述凸起部(4112)的外周侧一体成型有与所述伸缩杆(411)同轴布置的套筒部(4113)，所述套筒部(4113)向所述缸体(414)的方向延伸并套设在所述缸体(414)的外侧。
9.根据权利要求1所述的海上风机支撑结构，其特征在于，所述球铰支座(2)的上端固定连接有竖直向上延伸的筒体(6)，所述支撑柱(3)的下端插设在所述筒体(6)中，各所述斜撑组件(4)的上端均连接在所述筒体(6)的外周侧；所述筒体(6)的侧壁中部穿设有紧固件，所述紧固件沿所述筒体(6)的径向依次穿过所述筒体(6)和所述支撑柱(3)。
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