CN114604379A - 一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，包括半潜漂浮式风机基础，半潜漂浮式风机基础包括三个垂直立柱，每根垂直立柱包括一个中心立柱，中心立柱上外套设有立柱隔离舱段，立柱隔离舱段与中心立柱之间形成一层防撞隔离舱。本发明提供的立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，防撞隔离舱简化中心立柱的内部舱室划分，不仅节省了钢材量，还实现较好的稳性与运动性能，保证了风机全年的发电时长以及在深远海恶劣海况下的安全。

Description

一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础
技术领域
本发明涉及海洋工程及海上风力发电系统领域，尤其涉及一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础。
背景技术
由于半潜式的风机基础相比单柱式、张力腿式等型式，具有建造安装过程相对简单、适应我国码头水深条件、运动性能较好等优点，成为目前浮式风机设计建造的主流型式。
随着国家“双碳”战略的实施，深远海风能开发具有广泛的前景，而随着国家补贴取消，降低投资以实现海上风电平价上网成为行业发展的迫切需求。风机随着风机机组功率逐渐加大，风机叶片尺寸及轮毂高度也逐步加大，风机运行产生的水平推力及弯矩也逐渐加大，对风机基础的总体性能提出了更高的要求。现在的风机很少用于深远海风力资源开发，即使在深远海洋环境下服役也难以保证稳性及优异运动性能，而且一般风机基础的钢材消耗量大，使得漂浮式风机基础重量显著增加，难以满足深远海风能资源的经济性开发需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，不仅具有良好的稳性及运动性能，而且节省钢材量，可应用于深远海风力资源开发。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，包括半潜漂浮式风机基础，所述半潜漂浮式风机基础包括三个垂直立柱，每根垂直立柱包括一个中心立柱，所述中心立柱上外套设有立柱隔离舱段，所述立柱隔离舱段与所述中心立柱之间形成一层防撞隔离舱。
优选地，所述防撞隔离舱宽度至少为1.5m。
优选地，所述立柱隔离舱段的两端与所述中心立柱之间分别通过立柱上过渡段和立柱下过渡段过渡连接。
优选地，所述半潜漂浮式风机基础还包括三个水平浮箱和三组撑杆，三个水平浮箱两端的延长线首尾依次连线组成三角形结构，且该三角形结构为等边三角形框架结构；三个垂直立柱设置在等边三角形框架结构的三个顶点，通过水平浮箱端部相连接；三组撑杆分别设置于两个垂直立柱之间。
优选地，所述撑杆包括一根水平横撑和两根斜撑，水平横撑水平支撑于两个相邻垂直立柱的顶部，两根斜撑的顶端固定于同组的水平横撑的中部，两根斜撑的底端分别抵靠于两个垂直立柱的底部。
优选地，每个水平浮箱外侧的两端分别向内伸出形成一对垂荡板。
优选地，所述垂荡板为一薄板，通过焊接或螺栓连接固定于水平浮箱及垂直立柱底部，并向半潜漂浮式风机基础围成的三角区域内侧或外侧水平延伸一定的长度。
优选地，还包括风机机组和系泊系统，所述系泊系统包括多根系泊缆和多个系泊锚，每根系泊缆的顶端连接在半潜漂浮式风机基础的垂直立柱上，每根系泊缆的另一端通过系泊锚固定于海底；所述半潜漂浮式风机基础通过系泊系统实现海上定位，所述风机机组设置于所述半潜漂浮式风机基础上；所述风机机组连接有动态电缆。
优选地，所述风机机组包括一个塔筒，所述塔筒的顶部安装有机舱，所述机舱上设置有风机叶片，所述塔筒的底部固定于所述半潜漂浮式风机基础的其中一个垂直立柱上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明涉及一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，中心立柱直径较小，立柱间跨距较大，能够在节省建造钢材量的同时实现较好的平台稳性。
(2)本发明涉及一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，立柱隔离舱段能在增加少量钢材的情况下，在水线面附近提供较大的恢复力矩，提高整体的稳性，并改善风机发电效率；同时，立柱隔离舱段给立柱外侧加了一层防撞隔离舱，因此外界对于水线面附近的碰撞不会造成中心立柱破舱，即不会对半潜漂浮式风机基础的稳性与安全造成明显影响，从而简化中心立柱的内部舱室划分，降低了钢材量与建造难度。
(3)本发明涉及一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，垂直立柱的防撞隔离舱段，可以根据结构设计及建造难度调整过渡段或不设过渡段，减少应力集中的同时降低建造难度。
(4)本发明涉及一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，水平浮箱横截面可为正方形或其他形状，结构上较为稳定；经过水动力分析与综合优化，水平浮箱水平截面尺寸较小，远离水线面，受到的波浪力更小，半潜漂浮式风机基础的波浪载荷特征更好。
(5)本发明涉及一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，立柱及浮箱底部的垂荡板结构，设在立柱或浮箱的内侧或外侧，可增加半潜漂浮式风机基础的附加质量与运动阻尼，起到调节半潜漂浮式风机基础运动固有周期的作用；同时垂荡板结构的布置可根据需要设置为连续或断开，减少与动态电缆、系泊缆等的干涉。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的半潜漂浮式风机基础的三维示意图；
图2为本发明一实施例提供的半潜漂浮式风机基础的三维结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的半潜漂浮式风机基础的俯视图。
附图标记说明：1-风机机组，11-风机叶片，12-机舱，13-塔筒；2-半潜漂浮式风机基础，21-垂直立柱，22-浮箱，23-垂荡板，24-撑杆，25-防撞隔离舱，211-中心立柱，212-立柱上过渡段，213-立柱隔离舱段，214-立柱下过渡段，241-水平支撑杆，242-斜向支撑杆；3-系泊系统，31-系泊缆，32-系泊锚；4-动态电缆。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明公开一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，立柱隔离舱段213与中心立柱211之间形成一层防撞隔离舱25，防撞隔离舱25宽度至少为1.5m，不仅降低了钢材量与建造难度，而且还简化中心立柱211的内部舱室划分，具有良好的稳性及运动性能，可应用于深远海风力资源开发。
实施例1
实施例1提供一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，下面结合附图对其结构进行详细描述。
参考图1，该立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础包括风机机组1、半潜漂浮式风机基础2、系泊系统3和动态电缆4，半潜漂浮式风机基础2通过系泊系统3实现海上定位，风机机组1设置于半潜漂浮式风机基础2上；风机机组1通过动态电缆4将电力输送出去。
具体地，系泊系统3为多点分布式的系泊系统，包括多根系泊缆31和多个系泊锚32。
每根系泊缆31的顶端连接半潜漂浮式风机基础2的垂直立柱21，连接具体位置由具体水深及系泊系统设计确定，可以根据设计要求设置在水线面以上的垂直立柱21侧面或水线面以下靠近垂直立柱21底端的侧面；每根系泊缆31的另一端通过系泊锚32固定于海底。
具体地，参考图2，半潜漂浮式风机基础2包括三个垂直立柱21、三个水平浮箱22和三组撑杆24。
三个水平浮箱22两端的延长线首尾依次连线组成三角形结构，且该三角形结构为等边三角形框架结构；
三个垂直立柱21设置在等边三角形框架结构的三个顶点，通过水平浮箱22端部相连接。
三组撑杆24分别设置于两个垂直立柱21之间。具体地，每组撑杆24包括一根水平横撑241和两根斜撑242，水平横撑241水平支撑于两个相邻垂直立柱21的顶部，两根斜撑242的顶端固定于同组的水平横撑241的中部，两根斜撑242的底端分别抵靠于两个垂直立柱21的底部。
优选地，斜撑242与中心立柱211下部连接的位置高于水平浮箱22的高度，避免斜撑242与水平浮箱22的干涉，减少斜撑242穿插水平浮箱22带来的建造焊接难度。采用撑杆24的形式能够提高结构的整体稳定性，减少浮箱所需承担的载荷，因此可降低浮箱的钢材量。
其中，水平横撑241与两根斜撑242的直径可不同。
每根垂直立柱21形状相同。
水平浮箱22底面与垂直立柱21底面位于同一水平面，每个水平浮箱22与相邻两垂直立柱21连接，用于在码头等水深有限区域提供足够的浮力，保证码头总装调试及港道拖航的可实施，避免了海上安装的高昂费用。
具体地，水平浮箱22的横截面可根据要求设置为正方形或其他形状。
其中，水平浮箱22水平截面的尺寸较小，离水线面较远，因此受到的波浪力较小，半潜漂浮式风机基础2的运动性能更好，从而提高风机全年的有效发电小时数。
由于在位服役期间半潜漂浮式风机基础2吃水基本不变，不需经常调整压载量，因此水平浮箱22内部仅设压载舱，不设人员检修通道及较长的压载管路，通过接口接入相邻垂直立柱21中的压排载管路完成所需压排载操作，在提高压载利用率的同时，降低了水平浮箱22的建造难度与钢材量。
继续参考图2，每根垂直立柱21包括一个中心立柱211，中心立柱211上外套设有立柱隔离舱段213，立柱隔离舱段213的两端与中心立柱211之间分别通过立柱上过渡段212和立柱下过渡段214过渡连接。
其中，立柱隔离舱段213相当于给中心立柱211在水线面附近的外侧套一层大直径壳体，在水线面上下各有一定高度，从而提供较大的恢复力矩，因此，中心立柱211可采用较小直径减少钢材量，利用立柱隔离舱段213提高半潜漂浮式风机基础的稳性。
为了简化中心立柱211的内部舱室划分，降低了钢材量与建造难度，立柱隔离舱段213与中心立柱211之间形成一层防撞隔离舱25，如图3所示，防撞隔离舱25宽度至少为1.5m。
垂直立柱21的立柱上过渡段212与立柱下过渡段214用于过渡立柱隔离舱段213与中心立柱211之间的直径变化，以减少应力集中和降低建造难度。立柱上过渡段212与立柱下过渡段214的倾斜角度可以不相同，可以为倾斜肘板也可以为封闭的圆台形式或不设过渡段，具体由结构设计及建造难度确定。
为了改善平台运动特性，每个水平浮箱22两端分别向内侧伸出形成一对垂荡板23，起到调节半潜漂浮式风机基础2运动固有周期等运动性能的作用。
其中，垂荡板23为一薄板，通过焊接或螺栓连接或其他连接形式固定于水平浮箱22及垂直立柱21底部，并向半潜漂浮式风机基础2围成的三角区域内侧或外侧水平延伸一定的长度，以有利于增加半潜漂浮式风机基础2的附加质量和运动阻尼。
垂荡板23可为规则矩形或其他形状，可为连续一块薄板或者有间断，避免与动态电缆4、系泊缆31等的干涉。垂荡板23的结构破坏或脱落不对垂直立柱21及水平浮箱22的结构完整性造成影响。
具体地，继续参考图1，风机机组1包括一个塔筒13，塔筒13的顶部安装有机舱12，机舱12上设置有风机叶片11，
塔筒13的底部固定于半潜漂浮式风机基础2的其中一个垂直立柱21上。
优选地，塔筒13底端与垂直立柱21顶端的连接处设置有尺寸过渡结构，例如，可以通过套接形式实现尺寸过渡。
在该实施例中，风机机组1所发电量通过动态电缆4进行外输，动态电缆4可通过风机机组1所在的垂直立柱底部接入，也可以从垂直立柱21外部爬升，或采用其他爬升方式与风机机组连接。
作为一个具体的实施例，针对15MW风力发电机组，立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础的典型尺度为：中心立柱直径为10m，立柱中心间跨距为85m；立柱隔离舱段213直径为15m，高度为水线面上下各5m；立柱上下过渡段与水平面间倾斜夹角为45°；水平浮箱长为75m，宽为7m，高为6m；撑杆直径为2m；垂荡板宽度为3.5m，长度为20m；总体吃水为20m，立柱干舷为12m，排水量约为17000t。
本发明提供的立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，防撞隔离舱25可实现中心立柱211的内部舱室划分的简化，不仅减少应力集中和降低建造难度，还节省了钢材量，从而实现较好的稳性与运动性能，保证了风机全年的发电时长以及在极端恶劣海况下的安全；中心立柱211可采用较小直径减少钢材量，利用立柱隔离舱段213提高半潜漂浮式风机基础的稳性，垂直立柱21与水平浮箱22可提供足够的浮力，因此国内绝大多数码头水深可满足风机机组与漂浮式基础的码头总装调试，风机机组1与半潜漂浮式风机基础2可选择靠近服役地点的建造场地进行总装调试，然后整体拖航，避免了整体长距离拖航带来的风险，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 (9)

1.一种立柱带防撞隔离舱的半潜漂浮式风机基础，其特征在于，包括半潜漂浮式风机基础(2)，所述半潜漂浮式风机基础(2)包括三个垂直立柱(21)，每根垂直立柱(21)包括一个中心立柱(211)，所述中心立柱(211)上外套设有立柱隔离舱段(213)，
所述立柱隔离舱段(213)与所述中心立柱(211)之间形成一层防撞隔离舱(25)。
2.根据权利要求1所述的半潜漂浮式风机基础，其特征在于，
所述防撞隔离舱(25)宽度至少为1.5m。
3.根据权利要求1所述的半潜漂浮式风机基础，其特征在于，
所述立柱隔离舱段(213)的两端与所述中心立柱(211)之间分别通过立柱上过渡段(212)和立柱下过渡段(214)过渡连接。
4.根据权利要求1所述的半潜漂浮式风机基础，其特征在于，
所述半潜漂浮式风机基础(2)还包括三个水平浮箱(22)和三组撑杆(24)，
三个水平浮箱(22)两端的延长线首尾依次连线组成三角形结构，且该三角形结构为等边三角形框架结构；
三个垂直立柱(21)设置在等边三角形框架结构的三个顶点，通过水平浮箱(22)端部相连接；
三组撑杆(24)分别设置于两个垂直立柱(21)之间。
5.根据权利要求4所述的半潜漂浮式风机基础，其特征在于，
所述撑杆(24)包括一根水平横撑(241)和两根斜撑(242)，水平横撑(241)水平支撑于两个相邻垂直立柱(21)的顶部，两根斜撑(242)的顶端固定于同组的水平横撑(241)的中部，两根斜撑(242)的底端分别抵靠于两个垂直立柱(21)的底部。
6.根据权利要求4所述的半潜漂浮式风机基础，其特征在于，
每个水平浮箱(22)外侧的两端分别向内伸出形成一对垂荡板(23)。
7.根据权利要求6所述的半潜漂浮式风机基础，其特征在于，
所述垂荡板(23)为一薄板，通过焊接或螺栓连接固定于水平浮箱(22)及垂直立柱(21)底部，并向半潜漂浮式风机基础(2)围成的三角区域内侧或外侧水平延伸一定的长度。
8.根据权利要求1所述的半潜漂浮式风机基础，其特征在于，还包括风机机组(1)和系泊系统(3)，
所述系泊系统(3)包括多根系泊缆(31)和多个系泊锚(32)，每根系泊缆(31)的顶端连接在半潜漂浮式风机基础(2)的垂直立柱(21)上，每根系泊缆(31)的另一端通过系泊锚(32)固定于海底；
所述半潜漂浮式风机基础(2)通过系泊系统(3)实现海上定位，所述风机机组(1)设置于所述半潜漂浮式风机基础(2)上；
所述风机机组(1)连接有动态电缆(4)。
9.根据权利要求8所述的半潜漂浮式风机基础，其特征在于，
所述风机机组(1)包括一个塔筒(13)，所述塔筒(13)的顶部安装有机舱(12)，所述机舱(12)上设置有风机叶片(11)，
所述塔筒(13)的底部固定于所述半潜漂浮式风机基础(2)的其中一个垂直立柱(21)上。
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