CN115539312A - 一种带斜拉索的漂浮式海上风电机组 - Google Patents

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李旭如
严家涛
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刘鑫
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田峰
王俊伟
刘国峰
曾泽榕
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Abstract

本发明公开了一种带斜拉索的漂浮式海上风电机组，包括：风电机组主体、塔筒、漂浮式基础和系泊系统，还包括：用于连接在塔筒与漂浮式基础之间的斜拉索。在本方案中，通过增设斜拉索将塔筒和漂浮式基础进行连接，以便于为塔筒和漂浮式基础组成的支撑结构提供额外的刚度，从而有助于在整体上降低塔筒和漂浮式基础组成的支撑结构的钢材用量。

Description

一种带斜拉索的漂浮式海上风电机组
技术领域
本发明涉及海上发电技术领域，特别涉及一种带斜拉索的漂浮式海上风电机组。
背景技术
随着海上风电发展从近海走向深远海，为降低单位造价，海上风电机组的容量越来越大，且必然将采用漂浮式基础。漂浮式海上风电机组主要包括风电机组、塔筒和漂浮式基础组成的支撑结构、以及系泊系统。
在现有漂浮式海上风电机组中，塔筒和漂浮式基础之间仍多采用塔筒底部法兰连接，而且塔筒的外壁与漂浮式基础之间还采用钢材进行连接，这不仅加大塔筒和漂浮式基础组成的支撑结构的钢材用量，还使得该支撑结构的刚度难以得到提升。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种带斜拉索的漂浮式海上风电机组，通过增设斜拉索将塔筒和漂浮式基础进行连接，以便于为塔筒和漂浮式基础组成的支撑结构提供额外的刚度，从而有助于在整体上降低塔筒和漂浮式基础组成的支撑结构的钢材用量。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种带斜拉索的漂浮式海上风电机组，包括：风电机组主体、塔筒、漂浮式基础和系泊系统，还包括：
用于连接在所述塔筒与所述漂浮式基础之间的斜拉索。
优选地，所述漂浮式基础包括半潜式基础、张力腿式基础或阻尼池式基础。
优选地，所述半潜式基础包括支撑平台、钢材连接件和多个压载舱；
多个所述压载舱分别设置于所述支撑平台的周围，且相邻两个所述压载舱之间，和每个所述压载舱与所述支撑平台之间均通过所述钢材连接件连接；
所述风电机组主体通过所述塔筒安装于所述支撑平台的顶部；所述系泊系统与多个所述压载舱的底部连接；所述斜拉索的数量为多组，且一一对应连接在所述塔筒与多个所述压载舱的顶部之间。
优选地，每组中所述斜拉索的数量为多个，且多个所述斜拉索的一端均连接于所述压载舱顶部的同一固定端点，另一端由上到下分别连接于所述塔筒不同的固定端点。
优选地，每个所述斜拉索在所述压载舱顶部的固定端点与所述塔筒底部法兰平面位于同一平面，以所述塔筒底部法兰平面的中心为原点，所述风电机组主体叶轮的叶尖与所述原点的水平距离为R1，所述塔筒的外半径为R2，每个所述斜拉索在所述压载舱顶部的固定端点与所述原点的距离为R3，所述风电机组主体叶轮面的底部与所述塔筒底部法兰平面的竖直高度为H1，每个所述斜拉索在所述塔筒的固定端点与所述塔筒底部法兰平面的竖直高度为H2，则需满足以下几何关系：
Figure BDA0003866853240000021
优选地，每组中所述斜拉索的数量为三根，三根所述斜拉索在所述塔筒的固定端点与所述塔筒底部法兰平面的竖直高度由上到下分别为H21、H22和H23，且H21＝0.8L1，H22＝0.6L1，H23＝0.3L1；
其中，
Figure BDA0003866853240000022
优选地，所述压载舱的数量为三个，且呈等边三角形分布；
所述支撑平台分布于所述等边三角形的中心。
优选地，所述压载舱为柱形压载舱。
优选地，还包括：
设置于所述塔筒的外壁的扰流条；
和/或，设置于所述塔筒的外壁的鳍板。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的带斜拉索的漂浮式海上风电机组，通过增设斜拉索将塔筒和漂浮式基础进行连接，以便于为塔筒和漂浮式基础组成的支撑结构提供额外的刚度，从而有助于在整体上降低塔筒和漂浮式基础组成的支撑结构的钢材用量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的带斜拉索的漂浮式海上风电机组结构示意图；
图2为本发明实施例提供的斜拉索固定位置需要满足的几何关系示意图。
其中，1为风电机组主体，2为塔筒，3为半潜式基础，31为压载舱，32为支撑平台，33为钢材连接件，4为系泊系统，5为斜拉索。
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。
本发明实施例提供的带斜拉索的漂浮式海上风电机组，如图1所示，包括：风电机组主体1、塔筒2、漂浮式基础和系泊系统4，该带斜拉索的漂浮式海上风电机组还包括：
用于连接在塔筒2与漂浮式基础之间的斜拉索5。
需要说明的是，风电机组主体1安装于塔筒2的顶部，塔筒2的底部与漂浮式基础的顶部连接，系泊系统4与漂浮式基础的底部连接，在此基础上上，本方案通过在塔筒2的外壁与漂浮式基础(浮体)之间增设有或连接有斜拉索5，以便于为塔筒和漂浮式基础组成的支撑结构提供额外的刚度，从而有助于降低支撑结构整体钢材用量。
从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的带斜拉索的漂浮式海上风电机组，通过增设斜拉索将塔筒和漂浮式基础进行连接，以便于为塔筒和漂浮式基础组成的支撑结构提供额外的刚度，从而有助于在整体上降低塔筒和漂浮式基础组成的支撑结构的钢材用量。
在本方案中，如图1所示，漂浮式基础包括半潜式基础3、张力腿式基础或阻尼池式基础。也就是说，本方案提供的斜拉索结构，可适用于多种漂浮式基础。其中，半潜式基础3、张力腿式基础或阻尼池式基础的平台较大，以便于为风电机组提供更为稳定的支撑，同时也便于斜拉索在塔筒2与漂浮式基础之间形成大跨度的补强连接，从而有助于进一步提升塔筒2和漂浮式基础组成的支撑结构的刚度。
具体地，如图1所示，半潜式基础3包括支撑平台32、钢材连接件33和多个压载舱31；其中，钢材连接件33可以是截面为圆形或方形等的钢管，也可以是工字钢；
多个压载舱31分别设置于支撑平台32的周围，且相邻两个压载舱31之间，和每个压载舱31与支撑平台32之间均通过钢材连接件33连接；
风电机组主体1通过塔筒2安装于支撑平台32的顶部，其中，风电机组主体1安装于塔筒2的顶部，塔筒2的底部与支撑平台32的顶部连接；系泊系统4与多个压载舱31的底部连接，以便于将该漂浮式海上风电机组系泊于海床上；斜拉索5的数量为多组，且一一对应连接在塔筒2的外壁与多个压载舱31的顶部之间。也就是说，本方案在每个压载舱31(相当于半潜式基础3的浮体)与塔筒2之间均连接有斜拉索5。本方案如此设计，有助于进一步提升塔筒2与半潜式基础3组成的支撑结构的刚度。
进一步地，如图1所示，每组中斜拉索5的数量为多个，且多个斜拉索5的一端均连接于压载舱31顶部的同一固定端点，另一端由上到下分别连接于所述塔筒2不同的固定端点。其中，压载舱31顶部的固定端点可为设置于压载舱31顶部的吊环，塔筒2的固定端点可为设置于塔筒2外壁的吊环。也就是说，本方案的多个斜拉索5的一端均连接于压载舱31顶部的同一处，另一端由上到下分别连接于所述塔筒2不同处，如此一来，可使得塔筒2和半潜式基础3组成的支撑结构更加平稳和可靠。
再进一步地，如图2所示，每个斜拉索5在压载舱31顶部的固定端点与塔筒2底部法兰平面位于同一平面，以塔筒2底部法兰平面的中心为原点，风电机组主体1叶轮的叶尖与原点的水平距离为R1，塔筒2的外半径(外壁半径)为R2，每个斜拉索5在压载舱31顶部的固定端点与原点的距离为R3，风电机组主体1叶轮面的底部与塔筒2底部法兰平面的竖直高度为H1，每个斜拉索31在塔筒2的固定端点与塔筒2底部法兰平面的竖直高度为H2，为了防止叶尖与斜拉索31发生接触，则使得H2需满足以下几何关系：
Figure BDA0003866853240000051
为了进一步优化上述技术方案，如图1所示，每组中斜拉索5的数量为三根，也就是说，本方案在每个压载舱31与塔筒2之间均连接有三根斜拉索5，三根斜拉索5在塔筒2的固定端点与塔筒2底部法兰平面的竖直高度由上到下分别为H21、H22和H23，为了使得三根斜拉索5上的受力分布更为均衡，且H21＝0.8L1，H22＝0.6L1，H23＝0.3L1；
其中，
Figure BDA0003866853240000052
在本方案中，如图1所示，压载舱31的数量为三个，且呈等边三角形分布，即三个压载舱31采用等边三角形布置；
支撑平台32分布于等边三角形的中心。也就是说，本方案的三个压载舱31是以支撑平台32为圆心且间隔为120度的轴对称布置。本方案如此设计，以使得半潜式基础3的支撑稳定性更好。当然，张力腿式基础也可采用这种浮体布置方式，阻尼池式基础稍作修改也亦能采用这种浮体布置方式。
具体地，为了提高半潜式基础3的支撑稳定性，如图1所示，作为优选，压载舱31为柱形压载舱；相应地，支撑平台32也为柱形支撑平台。
再进一步地，本方案中的塔筒2采用高塔筒结构，为了降低塔筒2的风振效应，相应地，本发明实施例提供的带斜拉索的漂浮式海上风电机组还包括：
设置于塔筒2的外壁的扰流条；
和/或，设置于塔筒2的外壁的鳍板。
当然，斜拉索5的另一端在塔筒2外部的固定端点可以单独部署连接，也可以结合扰流条、鳍板等共同部署，其中，扰流条或鳍板的末端设置成吊环形式，方便与斜拉索5共同布置，以便于进一步提高漂浮式海上风电机组的结构稳性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种带斜拉索的漂浮式海上风电机组，包括：风电机组主体(1)、塔筒(2)、漂浮式基础和系泊系统(4)，其特征在于，还包括：
用于连接在所述塔筒(2)与所述漂浮式基础之间的斜拉索(5)。
2.根据权利要求1所述的带斜拉索的漂浮式海上风电机组，其特征在于，所述漂浮式基础包括半潜式基础(3)、张力腿式基础或阻尼池式基础。
3.根据权利要求2所述的带斜拉索的漂浮式海上风电机组，其特征在于，所述半潜式基础(3)包括支撑平台(32)、钢材连接件(33)和多个压载舱(31)；
多个所述压载舱(31)分别设置于所述支撑平台(32)的周围，且相邻两个所述压载舱(31)之间，和每个所述压载舱(31)与所述支撑平台(32)之间均通过所述钢材连接件(33)连接；
所述风电机组主体(1)通过所述塔筒(2)安装于所述支撑平台(32)的顶部；所述系泊系统(4)与多个所述压载舱(31)的底部连接；所述斜拉索(5)的数量为多组，且一一对应连接在所述塔筒(2)与多个所述压载舱(31)的顶部之间。
4.根据权利要求3所述的带斜拉索的漂浮式海上风电机组，其特征在于，每组中所述斜拉索(5)的数量为多个，且多个所述斜拉索(5)的一端均连接于所述压载舱(31)顶部的同一固定端点，另一端由上到下分别连接于所述塔筒(2)不同的固定端点。
5.根据权利要求4所述的带斜拉索的漂浮式海上风电机组，其特征在于，每个所述斜拉索(5)在所述压载舱(31)顶部的固定端点与所述塔筒(2)底部法兰平面位于同一平面，以所述塔筒(2)底部法兰平面的中心为原点，所述风电机组主体(1)叶轮的叶尖与所述原点的水平距离为R1，所述塔筒(2)的外半径为R2，每个所述斜拉索(5)在所述压载舱(31)顶部的固定端点与所述原点的距离为R3，所述风电机组主体(1)叶轮面的底部与所述塔筒(2)底部法兰平面的竖直高度为H1，每个所述斜拉索(31)在所述塔筒(2)的固定端点与所述塔筒(2)底部法兰平面的竖直高度为H2，则需满足以下几何关系：
Figure FDA0003866853230000021
6.根据权利要求5所述的带斜拉索的漂浮式海上风电机组，其特征在于，每组中所述斜拉索(5)的数量为三根，三根所述斜拉索(5)在所述塔筒(2)的固定端点与所述塔筒(2)底部法兰平面的竖直高度由上到下分别为H21、H22和H23，且H21＝0.8L1，H22＝0.6L1，H23＝0.3L1；
其中，
Figure FDA0003866853230000022
7.根据权利要求3所述的带斜拉索的漂浮式海上风电机组，其特征在于，所述压载舱(31)的数量为三个，且呈等边三角形分布；
所述支撑平台(32)分布于所述等边三角形的中心。
8.根据权利要求3所述的带斜拉索的漂浮式海上风电机组，其特征在于，所述压载舱(31)为柱形压载舱。
9.根据权利要求1所述的带斜拉索的漂浮式海上风电机组，其特征在于，还包括：
设置于所述塔筒(2)的外壁的扰流条；
和/或，设置于所述塔筒(2)的外壁的鳍板。
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