CN114701611A - 一种新型浮式风机基础 - Google Patents
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Abstract
一种新型浮式风机基础，包括基础、设置于基础上的塔筒、设置于塔筒上的风机及锚泊系统，该锚泊系统包括固定环及若干环布于固定环四周的系泊缆，固定环为抱箍结构，其可拆卸套接于塔筒并支撑于基础或塔筒上，系泊缆用以与海床面锚固。风机基础还包括位于基础底部的水轮机，风机叶轮与水轮机叶轮的朝向相同，水轮机能够跟随塔筒一起转动。风机整体与系泊系统分离，且配合简便。可提前安装好系泊系统，再将风机整体运输至现场配合系泊系统安装，将整机安装的时间较长的施工作业分解，提高了海上时间较短的施工窗口期的利用率，降低船舶调度难度，提升了施工效率，并相应降低成本。
Description
技术领域
本发明属于海上风电基础的技术领域，具体涉及一种新型浮式风机基础。
背景技术
近年来，随着陆上、近海风电资源开发逐渐饱和，深远海风电开发成为未来风电发展的趋势。由于水深较大，深远海风电场已不适合采用固定式基础，浮式基础是必然选择。而现有浮式基础主要有半潜式、TLP式和Spar式等三种，相较于传统固定式基础，浮式基础结构尺寸更大，且稳定性较差，结构的建设、安装难度更大，成本更高，难以推广应用，亟需降低浮式风机成本。
基于此，本发明提出一种新型浮式风机基础，该装置相较于现有浮式基础，结构尺寸小，稳定性更好，具有自动对风功能，且配备有海流能发电系统，资源利用率更高，施工方便，成本更低，有利于浮式风机的降本增效。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种新型浮式风机基础，包括基础、设置于基础上的塔筒、设置于塔筒上的风机及锚泊系统，所述锚泊系统包括固定环及若干环布于固定环四周的系泊缆，固定环为抱箍结构，其可拆卸套接于塔筒并支撑于基础或塔筒上，系泊缆用以与海床面锚固。
进一步，所述固定环支撑于基础上。
进一步，所述固定环包括两个半圆环，两个半圆环的一端转动连接，另一端通过紧固件连接。
进一步，所述半圆环上设置多个锚链固定结构。
进一步，所述半圆环包括相连的半筒体和半环台，半筒体用以与塔筒套接，锚链固定结构设置于半环台上。
进一步，所述半圆环上设置有多块加强筋，加强固定环的强度。
进一步，所述固定环内表面与塔筒外表面之间设置缓冲层。
进一步，缓冲层设置为橡胶层。
进一步，所述风机基础还包括位于基础底部的水轮机，风机叶轮与水轮机叶轮的朝向相同，水轮机能够跟随塔筒一起转动。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
（1）本发明的新型浮式风机基础，水线面极小，避开了大部分波浪荷载，风机所受荷载小；
（2）海流能发电与风机发电结合，共用同一套电缆等设备，提高了资源利用率及装备成本；
（3）利用下部水轮机等在海流荷载下所受推力平衡风机、塔筒等所受风推力产生的倾覆力矩，大幅提高了平台的动稳性，基础只需提供风机整体的静水稳性，由此减小了下部基础结构的尺寸及用钢量，节约结构成本；
（4）系泊系统与风机并非完全固定，使得风机整体可以转动，省去了传统风机的偏航系统，大幅减小了风机的结构成本并增加了风机可靠性；
（5）风机可整体拖航，无需吊装作业，施工更为简便；
（6）风机整体与系泊系统分离，且配合简便，可提前安装好系泊系统，再将风机整体运输至现场配合系泊系统安装，将整机安装的时间较长的施工作业分解，提高了海上时间较短的施工窗口期的利用率，降低船舶调度难度，提升了施工效率，并相应降低成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中固定环结构示意图。
图中1-上部风机，2-塔筒，3-基础，4-水轮机，5-固定环，51-半筒体，52-半环台，6-系泊缆，7-锚链固定结构，8-螺栓孔，9-转动轴，10-加强筋。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示的一种新型浮式风机基础，包括基础3、设置于基础3上的塔筒2、设置于塔筒2上的风机1及锚泊系统，锚泊系统包括固定环5及若干环布于固定环5四周的系泊缆6，固定环5为抱箍结构，其可拆卸套接于塔筒2并支撑于基础3或塔筒2上，系泊缆6用以与海床面锚固。
具体的，风机1设置于塔筒2的顶部，基础3的顶部与塔筒2底部连接，基础3的底部设置有水轮机4，风机1叶轮与水轮机4叶轮的朝向相同，水轮机4能够跟随塔筒2一起转动，基础3与塔筒2之间形成一台阶，固定环5支撑于该台阶上。
可以理解，在风机整体建造完成后，风机整体可在码头吊装，通过拖航运至指定地点安装。
另外，塔筒2与锚泊系统内表面接触部分，其相互之间会有碰撞，需进行润滑与缓冲，可以在固定环5的内表面以及塔筒2与之接触的外表面配备一些缓冲材料，优选橡胶材料，防止此处结构在多次摩擦、碰撞下破坏结构防腐层以及结构本身的破坏。
图2示出本发明的锚泊系统中固定环5的一种实施方式：固定环5是抱箍结构，包括两个半圆环，两个半圆环的一端转动连接，另一端通过紧固件连接。其中，两个半圆环一端通过转动轴9转动连接，另一端通过螺栓对其上设置的螺栓孔8紧固连接。转动轴9用于固定环5的打开旋转，螺栓孔8可通过螺栓固定固定环5。半圆环上设置多个锚链固定结构7和多块加强筋10。
具体的，半圆环包括相连的半筒体51和半环台52，半筒体51用以与塔筒2套接，锚链固定结构7设置于半环台52上。加强筋10垂直于半环台52设置，在每个半圆环上设置有四块加强筋10，螺栓孔8设置在半圆环一端的加强筋10上，在半环台52上两块加强筋10中间设置锚链固定结构7，如图2的半圆环上四块加强筋10中间设置有三个锚链固定结构7，且两个半圆环上的锚链固定结构7为对称设置。锚链固定结构7对称设置是为了让系泊缆6通过锚链固定结构7将风机整体竖直固定，且该锚链固定结构是公知结构。
施工时，将风机整体拖航至指定地点后，通过拖船稳定风机整体并将两个半圆环固定在风机塔筒2两侧，可以通过螺栓连接的方式将两个半圆环连接成固定环5，再配合其他施工船将各个系泊缆6固定在锚链固定结构7上，即可完成安装。
此外，由于固定环5中两个半圆环可以沿转动轴9转动，固定环5的张合较为简便，可以提前预安装好锚泊系统，在风机整体运输至现场后，再张开固定环5，将风机整体套入其中后，再进行闭合。分开安装可以将整个施工周期分解成多个更短的施工周期，可以利用原本不能施工的时间较短的窗口期进行作业，充分利用海上施工的窗口期，提高船舶的调度效率，提高施工效率。
本发明的工作原理如下：就基础3而言，其类似于Spar式基础，水线面小，但相对于传统的Spar式基础，本发明的基础3通过其下部中的压载，降低平台重心，产生的重心浮心高度差，只用于提供平台在静水中的稳性，而动荷载下结构的稳性将由其他部分提供，所以本发明的水下基础部分将小很多。
其中，固定环5将承受系泊缆6的竖向分力，且其自重较大，将使其牢牢贴合在基础3台阶上，系泊缆6也将由此为整个风机提供竖向刚度，减小风机的竖向振动。固定环5部分设置在水面以下，不与空气接触，提高结构的防腐性能。台阶也能一定程度上增加风机整体的抗垂荡性能。
风机整体承受的各项动荷载，对于波浪力，由于基础3的水线面小，波浪整体荷载小，且基础3的竖向受力面积小，波浪造成的竖向荷载很小，基本是产生水平荷载。此外，风荷载及海流荷载同样是水平荷载，这都将由锚泊系统承担，而锚泊系统采用的拖曳锚，能够提供很大的水平刚度，完全可以承受此荷载。而对于各个水平荷载产生的力矩，如风机1、塔筒2水平荷载所产生的倾覆力矩M1，将由锚泊系统以下基础3及水轮机4水平荷载产生的力矩M2抵消，风机整体具有良好的抗倾覆性能。
此外，本发明的系泊系统采用单点系泊，风机1、塔筒2、基础3及水轮机4是固定在一起，这四者能够一起相对系泊系统进行转动，单点系泊自带风标效应，使得本发明的风机无需配备偏航系统也能实现偏航，并且风机1叶轮与水轮机4叶轮的朝向始终能够保持一致。
锚泊系统与风机整体并非完全固定，锚泊系统只限制风机整体的平动而不限制风机整体的转动，风机整体可以随风向的变化，而整体转动，具有自动对风的功能，不需要传统风机整体配备的偏航系统，能够大幅减小风机整体的结构成本，且简化了结构，提高了风机整体的可靠性。
且锚泊系统只承受水平力，可充分发挥拖曳锚能提供很大水平拉力的优点，避开难以提供竖向力的缺点，经济且高效。同步利用海中的风能资源与海流能资源，提高了资源利用率并降低了结构成本。
综上所述，可以理解，风机整体通过最经济的拖曳锚系泊系统提供风机的水平抗力，通过水线面极小的结构大幅减小了结构的波浪荷载，通过下部荷载与上部荷载的互相抵消提供风机整体在风浪流作用下的抗倾覆性能，且系泊系统与风机整体的非完全固定连接使得风机整体可以自动对风，省去了风机传统的偏航系统。总体而言，本发明新型风机基础，充分发挥了结构各个部分的优点，且互相弥补各自的缺点，实现了新型风机基础的整体设计优化，具有很好的经济性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种新型浮式风机基础，包括基础（3）、设置于基础（3）上的塔筒（2）、设置于塔筒（2）上的风机（1）及锚泊系统，其特征在于，所述锚泊系统包括固定环（5）及若干环布于固定环（4）四周的系泊缆（6），固定环（5）为抱箍结构，其可拆卸套接于塔筒（2）并支撑于基础（3）或塔筒（2）上，系泊缆（6）用以与海床面锚固。
2.根据权利要求1所述的一种新型浮式风机基础，其特征在于，所述固定环（5）支撑于基础（3）上。
3.根据权利要求2所述的一种新型浮式风机基础，其特征在于，所述固定环（5）包括两个半圆环，两个半圆环的一端转动连接，另一端通过紧固件连接。
4.根据权利要求3所述的一种新型浮式风机基础，其特征在于，所述半圆环上设置多个锚链固定结构（7）。
5.根据权利要求4所述的一种新型浮式风机基础，其特征在于，所述半圆环包括相连的半筒体（51）和半环台（52），半筒体（51）用以与塔筒（2）套接，锚链固定结构（7）设置于半环台（52）上。
6.根据权利要求5所述的一种新型浮式风机基础，其特征在于，所述半圆环上设置有多块加强筋（10）。
7.根据权利要求5任一项所述的一种新型浮式风机基础，其特征在于，所述固定环（5）内表面与塔筒（2）外表面之间设置缓冲层。
8.根据权利要求7所述的一种新型浮式风机基础，其特征在于，缓冲层设置为橡胶层。
9.根据权利要求1-8中任一所述的一种新型浮式风机基础，其特征在于，所述风机基础（3）还包括位于基础底部的水轮机（4），风机（1）叶轮与水轮机（4）叶轮的朝向相同，水轮机（4）能够跟随塔筒（2）一起转动。
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