CN116588266A - 一种四边形张力腿浮式风电基础平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四边形张力腿浮式风电基础平台，涉及海洋工程技术领域，包括四个角点浮筒，相邻角点浮筒之间均通过外侧水平杆系连接并形成四边形，四边形的中心设置有中心立柱，中心立柱的底部通过内侧水平杆系与各个角点浮筒相连，中心立柱的顶部通过斜撑杆系连接于各个角点浮筒，中心立柱的顶部支撑固定风机塔筒底座；本发明在平台底部采用四个角点浮筒，有效增加平台的自浮稳性，可综合优化浮筒及其连接杆系的结构尺寸，减小平台总体尺寸规模，在保障张力腿平台总体性能及强度的同时，实现了结构简化、减少杆系间连接节点并降低疲劳风险，具有自浮稳性，可实现风机整体集成建造及整体拖航安装，有效降低综合工程成本，适于大型海上风机。

Description

一种四边形张力腿浮式风电基础平台

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体而言，特别是涉及一种四边形张力腿浮式风电基础平台。

背景技术

随着近浅海风资源开发的日益饱和，海上风资源开发日益走向深远海，且海上风机功率日益向大型化发展，16兆瓦和18兆瓦等大功率海上风机机型不断涌现。深远海大容量浮式风电平台技术是海上风电技术发展方向。深远海有着更为恶劣的海况条件，同时海上风机的大型化也意味着更大的风机重量、更高的重心以及更大的风载荷，由此对浮式风机提出了更为苛刻的要求。张力腿（以下简称“TLP”）式浮式风电平台概念从海上TLP油气平台延伸而来，因其更小的系泊半径，在规模化风场开发中具有用海面积需求上的天然优势，如何设计结构简易以降低用钢料、并实现便捷安装从而降低综合工程成本是TLP型浮式风电平台所面临的问题。

现有的TLP型浮式风电基础平台概念中，以三角桁架型结构形式较为简洁，通过角点浮筒可以实现自浮稳性，以及风机整体集成建造与海上运输；通过桁架结构实现浮筒间及与风机塔筒间的连接固定，实现结构简化。随着深远海浮式风机的大型化，风机及其塔筒重量显著增加，并且重心更高，对风电基础平台的自浮稳性要求也越来越高，如采用三角桁架型结构，会要求更大的角点浮筒尺寸以及浮筒间距，而增加浮筒尺寸会显著增加用钢量，同时浮筒间距的增加也必然导致更大的桁架连接结构尺寸，以及需设计辅助支撑杆系，进一步增加用钢量，同时也增加了结构节点疲劳风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构更加简易的四个角点浮筒构成四边形的张力腿浮式风电基础平台。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种四边形张力腿浮式风电基础平台，连接于锚固基础，包括四个角点浮筒、外侧水平杆系、中心立柱、内侧水平杆系、斜撑杆系和风机塔筒底座，相邻所述角点浮筒之间均通过外侧水平杆系连接并形成四边形，所述四边形的中心设置有中心立柱，所述中心立柱的底部通过内侧水平杆系与各个角点浮筒相连，所述中心立柱的顶部通过斜撑杆系连接于各个角点浮筒，所述中心立柱的顶部支撑固定风机塔筒底座。

根据本发明优选的一个实施例，每个所述角点浮筒的底部外缘均设置有至少两根张力筋腱，所述张力筋腱连接于锚固基础。

根据本发明优选的一个实施例，所述外侧水平杆系和内侧水平杆系位于同一水平面。

根据本发明优选的一个实施例，所述角点浮筒内部可分隔为压载舱或空舱。

根据本发明优选的一个实施例，所述角点浮筒为水平截面呈圆形或矩形的封闭结构。

根据本发明优选的一个实施例，所述中心立柱为整体圆柱结构、整体圆台结构或者由部分圆柱与部分圆台过渡段进行连接组装而成的结构。

根据本发明优选的一个实施例，所述风机塔筒底座为圆筒形结构。

根据本发明优选的一个实施例，所述外侧水平杆系为截面呈圆形的圆管结构。

根据本发明优选的一个实施例，所述内侧水平杆系为截面呈圆形的圆管结构。

根据本发明优选的一个实施例，所述斜撑杆系为截面呈圆形的圆管结构。

本发明的技术效果在于：

1、本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台，包括四个角点浮筒，相邻所述角点浮筒之间均通过外侧水平杆系连接，角点浮筒的中心连线形成四边形，角点浮筒通过内侧水平杆系与中心立柱连接共同为平台提供主要浮力和稳性，中心立柱的顶部支撑风机塔筒底座，各个角点浮筒通过斜撑杆系连接于风机塔筒底座，风机塔筒底座对风机进行支撑，通过在平台底部边缘角点处使用单个角点浮筒，外侧水平杆系、内侧水平杆系及斜撑杆系之间无需采用杆系间的撑杆结构，在保障强度的同时，减少杆系间的节点设计，简化结构设计，从而实现了提供一种更加简易的四个角点浮筒构成四边形的张力腿浮式风电基础平台的有益效果。

2、本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台，采用张力腿系泊系统，每个所述角点浮筒的底部外缘均设置有至少两根张力筋腱，所述张力筋腱连接于锚固基础，使得平台具有更佳的运动性能，有利于提高风机发电效率；较采用传统扩展式系泊系统的平台，具有更小的系泊半径而降低用海需求，更适合规模化浮式风场开发。

3、本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台，在平台底部边缘四个角点处使用单个角点浮筒，在平台建造运输阶段，角点浮筒可浮于水面为平台提供足够的自浮稳性，可实现风机整体集成与拖航运输，降低工程投资；在平台海上安装就位后，角点浮筒浸没于水中，减少结构用钢量及波浪载荷，由张力腿系统为平台提供稳性。

4、本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台，采用中心立柱设计，可增加排水体积并提供更大的浮力以支撑风机载荷，并可优化角点浮筒尺寸；连续的立柱结构也更利于风机载荷的传递。

5、本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台，外侧水平杆系、内侧水平杆系及斜撑杆系无需采用杆系间的撑杆结构，减少杆系间的节点设计，降低节点疲劳风险，提高建造效率。同时更大尺寸的杆系结构同样能提供部分浮力，从而可综合优化角点浮筒、中心立柱的尺寸。

6、本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台，采用了四个角点浮筒，较三角桁架型TLP平台具有更佳的稳性特征，可优化浮筒尺寸及其间距，减小连接杆系的尺寸，实现结构简化，特别适于对自浮稳性要求较高的海上大型风机。

附图说明

图1是本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台的立体图；

图2是本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台的主视图；

图3是本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台的俯视图；

图4是本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台中心立柱的结构示意图之一；

图5是本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台中心立柱的结构示意图之二；

图6是本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台中心立柱的结构示意图之三；

图7是本发明一种四边形张力腿浮式风电基础平台中心立柱的结构示意图之四。

附图标记：1-角点浮筒；2-中心立柱；3-外侧水平杆系；4-内侧水平杆系；5-斜撑杆系；6-张力腿系统；7-风机塔筒底座；8-风机塔筒；9-风机；10-锚固基础；21-顶部圆台过渡段；22-底部圆柱体；23-底部圆台过渡段；24-底部浮筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对发明的限定。

如图1至图7所示，一种四边形张力腿浮式风电基础平台，连接于锚固基础10，包括四个角点浮筒1、外侧水平杆系3、中心立柱2、内侧水平杆系4、斜撑杆系8和风机塔筒底座7，相邻所述角点浮筒1之间均通过外侧水平杆系3连接并形成四边形，所述四边形的中心设置有中心立柱2，所述中心立柱2的底部通过内侧水平杆系4与各个角点浮筒1相连，所述中心立柱2的顶部通过斜撑杆系8连接于各个角点浮筒1，所述中心立柱2的顶部支撑固定有风机塔筒底座7。

如图1、图2和图3所示，一种四边形张力腿浮式风电基础平台，包括四个角点浮筒1、中心立柱2、风机塔筒底座7、外侧水平杆系3、内侧水平杆系4、斜撑杆系5、张力腿系统6等七大部分。角点浮筒1与中心立柱2共同为平台提供主要浮力和稳性；中心立柱2顶部对接风机塔筒底座7；外侧水平杆系3及内侧水平杆系4、斜撑杆系5用于连接角点浮筒1与中心立柱2，保障平台强度并提供部分浮力；每个角点浮筒1的外缘分别采用一根张力筋腱构成张力腿系统6，张力腿系统6将角点浮筒1与锚固基础10相连，对平台提供向下的预张力以固定平台。

其中，采用四个角点浮筒1，分别位于平台底部的边缘角点处，其中心连线形成四边形，四个角点浮筒1之间采用外侧水平杆系3相连，角点浮筒1为水平截面呈圆形或矩形的封闭结构，与外部海水相邻，内部可分隔成压载舱或空舱。

其中，中心立柱2位于平台中央，底部通过内侧水平杆系4与角点浮筒1相连，顶部支撑对接风机塔筒底座7并由斜撑杆系3与各个角点浮筒1分别相连。本实施例中心立柱2为底部圆柱体22与顶部圆台形21过渡段进行连接组装而成，顶部尺寸与风机塔筒底座7相匹配根据不同风机塔筒尺寸及上部载荷重量，中心立柱2可以设计成整体圆柱形、整体圆台形或者由部分圆柱形与部分圆台形过渡段进行连接组装而成。

其中，风机塔筒底座7为圆筒形结构，上部与风机塔筒8对接，底部与中心立柱2对接。

其中，外侧水平杆系3为截面呈圆形的圆管结构，用于角点浮筒1间的连接。

其中，内侧水平杆系4为截面呈圆形的圆管结构，用于角点浮筒1与中心立柱2底部的连接。

其中，斜撑杆系5为截面呈圆形的圆管结构，用于角点浮筒1与中心立柱2顶部的连接。具有足够的尺寸保障结构强度，彼此间无需撑杆连接。

其中，张力腿系统6采用若干张力筋腱，每一个角点浮筒1外缘处配置两根张力筋腱，其上端连接在所述角点浮筒1的外缘，并与海底的锚固基础10相连。

如图4所示，中心立柱2为整体圆柱形，顶部尺寸与风机塔筒底座7相匹配。

如图5所示，中心立柱2为整体圆台形，顶部尺寸与风机塔筒底座7相匹配。

如图6所示，中心立柱2为底部圆柱体22与顶部圆台形过渡段21进行连接组装而成，中心立柱2顶部尺寸与风机塔筒底座7相匹配。

如图7所示，中心立柱2为底部浮筒24、底部圆台过渡段23、底部圆柱体22与顶部圆台形过渡段21进行依次连接组装而成，中心立柱2顶部尺寸与风机塔筒底座7相匹配。

本实施例在平台底部采用四个角点浮筒1构成四边形，通过中心立柱2及简易连接支撑结构支撑上部风机塔筒8。通过设计四个小尺寸角点浮筒1为平台提供自浮稳性，可综合优化连接杆系的结构尺寸，减小平台总体尺寸规模，在保障张力腿平台总体性能及强度的同时，实现了结构简化、减少杆系间连接节点并降低疲劳风险，具有自浮稳性，可实现风机整体集成建造及整体拖航安装，有效降低综合工程成本，适于大型海上风机。

本实施例四个角点浮筒1的设置有效增大了平台自浮稳性，可综合优化浮筒尺寸及其间距，减小连接杆系的尺寸规模，降低用钢量。主要适用于带塔筒的水平轴或垂直轴风机9。因本发明在平台底部边缘角点处使用单个角点浮筒1，极大地简化了结构设计。在建造运输阶段，角点浮筒1浮于水面，为平台提供足够的自浮稳性，可实现风机9整体集成建造与整体拖航运输，降低在海上安装风机的风险与工程投资。另外采用中心立柱2设计，可增加排水体积并提供更大的浮力以支撑上部风机9载荷，并可优化减小角点浮筒1尺寸；连续的中心立柱2结构也更利于风机9载荷的传递。外侧水平杆系3、内侧水平杆系4及斜撑杆系5具有足够的尺寸，无需采用杆系间的撑杆结构，在保障强度的同时，减少杆系间的节点设计，降低节点疲劳风险，提高建造效率。同时更大尺寸的杆系结构同样能提供部分浮力，从而可综合优化减小角点浮筒1以及中心立柱2的尺寸。本平台采用张力腿系泊系统，海上安装就位后，角点浮筒1位于水面以下，仅斜撑杆系5和中心立柱2穿过水面，可有效降低波浪载荷，通过水下浮体部分提供的浮力以及张力腿系统6提供的张力使得平台保持稳定并具有良好的运动性能，为上部风机9提供稳定的基础，有利于提高风机9发电效率。同时，较采用传统扩展式系泊系统的平台，本发明具有更小的系泊半径而降低用海需求，更适合规模化浮式风场开发。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种四边形张力腿浮式风电基础平台，连接于锚固基础，包括四个角点浮筒、外侧水平杆系、中心立柱、内侧水平杆系、斜撑杆系和风机塔筒底座，其特征在于，相邻所述角点浮筒之间均通过外侧水平杆系连接并形成四边形，所述四边形的中心设置有中心立柱，所述中心立柱的底部通过内侧水平杆系与各个角点浮筒相连，所述中心立柱的顶部通过斜撑杆系连接于各个角点浮筒，所述中心立柱的顶部支撑固定风机塔筒底座。

2.根据权利要求1所述的一种四边形张力腿浮式风电基础平台，其特征在于，每个所述角点浮筒的底部外缘均设置有至少两根张力筋腱，所述张力筋腱连接于锚固基础。

3.根据权利要求1所述的一种四边形张力腿浮式风电基础平台，其特征在于，所述外侧水平杆系和内侧水平杆系位于同一水平面。

4.根据权利要求1所述的一种四边形张力腿浮式风电基础平台，其特征在于，所述角点浮筒内部可分隔为压载舱或空舱。

5.根据权利要求1所述的一种四边形张力腿浮式风电基础平台，其特征在于，所述角点浮筒为水平截面呈圆形或矩形的封闭结构。

6.根据权利要求1所述的一种四边形张力腿浮式风电基础平台，其特征在于，所述中心立柱为整体圆柱结构、整体圆台结构或者由部分圆柱与部分圆台过渡段进行连接组装而成的结构。

7.根据权利要求1所述的一种四边形张力腿浮式风电基础平台，其特征在于，所述风机塔筒底座为圆筒形结构。

8.根据权利要求1所述的一种四边形张力腿浮式风电基础平台，其特征在于，所述外侧水平杆系为截面呈圆形的圆管结构。

9.根据权利要求1所述的一种四边形张力腿浮式风电基础平台，其特征在于，所述内侧水平杆系为截面呈圆形的圆管结构。

10.根据权利要求1所述的一种四边形张力腿浮式风电基础平台，其特征在于，所述斜撑杆系为截面呈圆形的圆管结构。