CN114987708A

CN114987708A - 一种具有偏心浮筒的半潜漂浮式风力机平台

Info

Publication number: CN114987708A
Application number: CN202210709714.4A
Authority: CN
Inventors: 张磊安; 田家彬; 赵伟; 李成良; 魏修亭; 王渊博; 李昌
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2022-06-22
Filing date: 2022-06-22
Publication date: 2022-09-02

Abstract

本发明提供了一种具有偏心浮筒的半潜漂浮式风力机平台。该平台包括：上浮筒、连接浮筒、下浮筒、垂荡浮筒、中心浮筒、支撑杆件。其中：三个下浮筒呈正三角形等间距排列；上浮筒位于下浮筒的上方，为偏心式浮筒，其轴线偏向下浮筒轴线外侧；上浮筒与下浮筒之间通过连接浮筒相连；垂荡浮筒位于下浮筒的下方且与下浮筒同轴；中心浮筒安装在由三个下浮筒形成的正三角形的中心位置，中心浮筒的顶端法兰与漂浮式风力机塔架的塔底法兰连接。支撑杆件将各个浮筒连成一个整体。本发明具有较好的运动性能，提高了发电效率。

Description

一种具有偏心浮筒的半潜漂浮式风力机平台

本发明属于风力发电领域，涉及一种综合性能优异的海上漂浮式风力机平台。

背景技术

海上风力机在水深小于50m的浅海区域一般采用固定式基础结构，随着风电技术的不断发展，海上风电逐渐从浅海走向深海，这使得固定式基础造价将大幅度提高且在较深海域中其稳定性不能得到保证。而漂浮式风力机平台具有机动性能好、可在岸上完成整体组装、易拆卸、可搭载大功率风机等优势成为一种更经济的选择，因此漂浮式风力机正成为海上风电发展的重点方向。

按照漂浮式平台获取稳定性方式的不同，可将其分为三类：单柱式平台（Spar）、半潜式平台(Semi-submersible)和张力腿式平台(TLP)。上述三种型式的平台中，单立柱式和张力腿式平台水动力性能虽然比较好，但都存在比较致命的缺陷：如单立柱式平台横摇与纵摇运动响应比较大，立柱长度大不便于运输与安装，张力腿式平台的张力腱成本高，平台水平刚度不足。半潜式平台因具有稳定性好、抗风浪能力强、易于安装、适用水深范围广等优势，在海上漂浮式风力机平台的设计与示范性工程之中得到广泛应用。但现有的半潜式平台存在受波浪影响较大加剧了平台摇荡运动，结构复杂建造不便，经济性较差等不足，不能很好的满足当前海上风电发展的需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有良好稳定性的漂浮式风力机平台。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种具有偏心浮筒的海上半潜漂浮式风力机平台，该平台包括：上浮筒、连接浮筒、下浮筒、垂荡浮筒、中心浮筒、支撑杆件。其中：三个下浮筒呈正三角形等间距排列；上浮筒位于下浮筒的上方，为偏心式浮筒，其轴线偏向下浮筒外侧；上浮筒与下浮筒之间通过连接浮筒相连；垂荡浮筒位于下浮筒的下方且与下浮筒同轴；中心浮筒安装在由三个下浮筒形成的正三角形的中心位置，中心浮筒的顶端法兰与漂浮式风力机的塔架的塔底法兰连接。支撑杆件将各个浮筒连成一个整体。

半潜漂浮式风力机平台的上浮筒直径大于下浮筒直径，其轴线偏向下浮筒轴线外侧。

半潜漂浮式风力机平台的连接浮筒直径较小，其截面直径小于下浮筒直径。

半潜漂浮式风力机平台的上浮筒、连接浮筒、下浮筒、垂荡浮筒、中心浮筒均为中空结构。

半潜漂浮式风力机平台的每个下浮筒和垂荡浮筒中设置有多个舱壁，多个舱壁将浮筒的内部分割为多个舱，在浮筒内壁设置有水平排列和竖直排列的多个加强筋。

半潜漂浮式风力机平台的连接浮筒、下浮筒、垂荡浮筒中装有压载水。

与现有技术的其它形式的漂浮式平台相比，本发明采用大直径的上浮筒，且其轴线偏向下浮筒轴线外侧，能够产生更大的回复力矩，减小系统纵摇、横摇运动响应；连接浮筒直径较小，能够有效减小平台所受波浪载荷；垂荡浮筒位于水面以下的深处，受波浪影响小。此平台能够有效提升系统稳定性，且结构简单，经济性好。

附图说明

为了更清楚地对本发明进行描述，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单的介绍。

图1是本发明漂浮式风力机的总体结构示意图；

图2是本发明半潜漂浮式风力机平台的详细结构示意图。

附图编号：

1-半潜漂浮式风力机平台；2-塔架；3-叶片；4-风力机机舱；5-垂荡浮筒；6-下浮筒；7-连接浮筒；8-上浮筒；9-支撑杆件；10-中心浮筒。

具体实施方式

以下参照附图来详细描述本发明的实施例。

图1是本发明漂浮式风力机的总体结构，其包括半潜漂浮式风力机平台1、塔架2、叶片3和风力机机舱4。

半潜漂浮式风力机平台1可浮动在海面上。塔架2支撑在半潜漂浮式风力机平台1上，风力机机舱4安装在塔架2上，在风力机机舱4中安装有风力发电机组，叶片3安装在风力机机舱4的轮毂上。风力带动叶片3旋转，使得在风力机机舱4内部进行切割磁力线运动，将风能转换为电能，由此进行发电。

下面参照图2来具体描述本发明的半潜漂浮式风力机平台1的结构。

图2是本发明的半潜漂浮式风力机平台1的详细结构。半潜漂浮式风力机平台1包括：垂荡浮筒5、下浮筒6、连接浮筒7、上浮筒8、支撑杆件9、中心浮筒10。其中各个浮筒的内部均有空腔，使得半潜漂浮式风力机平台1能够浮动在海面上。

三个下浮筒6呈正三角形等间距排列，其间距约40～70m，下浮筒截面直径通常在10~15m之间，高度大致在5~8m之间。

上浮筒8位于下浮筒6的上方，为偏心式浮筒，其轴线偏向下浮筒6轴线外侧，其截面尺寸大于下浮筒6截面尺寸，其直径通常在14~20m之间。

上浮筒8具有较大的体积，从而具有更大的储备浮力；偏心式的上浮筒8距离平台中心距离较大，从而使浮力有更大的力臂。当平台发生倾斜时，下沉一侧的上浮筒8可以提供更大的恢复力矩来对抗倾斜力矩，阻止平台的进一步倾斜，从而减小平台的倾斜角度。

连接浮筒7连接上浮筒8与下浮筒6，其直径较小，能够有效降低平台所受波浪载荷。

垂荡浮筒5位于下浮筒6的下方且与下浮筒6同轴，其截面尺寸大于下浮筒6截面尺寸。垂荡浮筒5的直径可以设计为20~28m，对应的高度可以设计为4~8m。

垂荡浮筒5的主要作用是增加半潜漂浮式风力机平台1的横摇、纵摇、垂荡阻尼和附加质量，从而改善半潜漂浮式风机平台1的运动性能。同时，还可以降低半潜漂浮式风机平台1的重心，提高系统稳定性。此外，垂荡浮筒5位于水面以下的深处，能够有效减小波浪作用力。

下浮筒6及垂荡浮筒5中可设置多个舱壁，所述多个舱壁将浮筒内部分割为多个压载舱。通过合理的进行压载舱的分隔，可以使得压载舱的压载调节更为灵活。在浮筒内壁上设置有水平排列和竖直排列的多个加强筋，以加强浮筒的强度，防止浮筒变形。

根据不同部位的压载配重需要或者调节吃水的需要，各个压载舱可以呈空舱状态，也可以加入海水作为压载物。通过对下浮筒6和垂荡浮筒5的各个压载舱辅以大量的压载重量，可以大幅降低平台的重心，提高稳定性。

中心浮筒10安装在由三个下浮筒6形成的正三角形的中心位置，直径约6m，中心浮筒10的顶端法兰与塔架2的塔底法兰连接。

支撑杆件9(直径约2m)可以将中心浮筒10、上浮筒8、垂荡浮筒5等连成一个整体以保证平台的结构强度。此外，还可以在上浮筒8与中心浮筒10间的支撑杆件9上设置人员过道及栏杆，便于运维人员通过此过道对风力机进行维护。

半潜漂浮式风力机平台1是全钢制结构，所有部件可焊接在一起。在岸边拼装时，垂荡浮筒5、下浮筒6和连接浮筒7中加载少量压载水，从而使半潜漂浮式风力机平台1有较小的吃水，吃水深度通常为5m~10m，可实现连同上部风力机组一起整体浮运拖航；在位工作状态下，向垂荡浮筒5、下浮筒6和连接浮筒7中加入压载水，使半潜漂浮式风力机平台1达到设计吃水（通常为15m~25m），从而降低平台重心，提高稳定性。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种具有偏心浮筒的半潜漂浮式风力机平台，包括上浮筒、连接浮筒、下浮筒、垂荡浮筒、中心浮筒、支撑杆件，其中：

所述三个下浮筒呈正三角形等间距排列；

所述上浮筒位于下浮筒的上方，为偏心式浮筒，其轴线偏向下浮筒轴线外侧，上浮筒与下浮筒之间通过连接浮筒相连；

所述垂荡浮筒位于下浮筒的下方且与下浮筒同轴；

所述中心浮筒安装在由三个下浮筒形成的正三角形的中心位置，中心浮筒的顶端法兰与风力机塔架的塔底法兰连接，支撑杆件将各个浮筒连成一个整体。

2.根据权利要求1所述的半潜漂浮式风力机平台，其特征在于，所述上浮筒直径大于下浮筒直径，所述上浮筒的轴线偏向下浮筒轴线外侧。

3.根据权利要求1所述的半潜漂浮式风力机平台，其特征在于，所述连接浮筒直径较小，其直径小于下浮筒直径。

4.根据权利要求1所述的半潜漂浮式风力机平台，其特征在于，所述上浮筒、连接浮筒、下浮筒、垂荡浮筒、中心浮筒均为中空结构。

5.根据权利要求1所述的半潜漂浮式风力机平台，其特征在于，在每个下浮筒和垂荡浮筒中设置有多个舱壁，所述多个舱壁将浮筒的内部分割为多个舱，在浮筒内壁设置有水平排列和竖直排列的多个加强筋。

6.根据权利要求1所述的半潜漂浮式风力机平台，其特征在于，连接浮筒、下浮筒、垂荡浮筒中装有压载水。