CN116985958A - 一种张力腿式浮式平台及浮式风电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种张力腿式浮式平台及浮式风电系统，所述张力腿式浮式平台包括：若干个浮桥，若干个所述浮桥组成多边形结构，多边形结构的各个拐角处分别设有一浮筒，各相邻的两个所述浮筒之间通过所述浮桥连接；具有浮力的延伸臂，所述延伸臂数量与浮筒一致，各个所述延伸臂分别连接于各个所述浮筒并一一对应，且各个所述延伸臂远离所述多边形结构的一端分别设有张力索；支撑架，所述支撑架的底端连接于各个所述浮筒的顶端并通过各个所述浮筒支撑。本发明通过延伸臂增加张力索与浮筒之间的距离可以降低浮筒受到水流载荷、应力及疲劳度，并减少张力腿式浮式平台的垂荡、横摇和纵摇运动周期，从而提高张力腿式浮式平台的稳定性及整体性能。

Description

一种张力腿式浮式平台及浮式风电系统

技术领域

本发明涉及海上风力发电技术领域，特别涉及一种张力腿式浮式平台及浮式风电系统。

背景技术

张力腿平台(Tension Leg Platform，TLP)是一种垂直系泊的漂浮式结构，通常用于海上石油和天然气的生产，当TLP应用于海上石油开采或天然气生产领域时，由于开采石油或天然气的设备比较庞大、数量多且重量大，所以这些设备占地面广，因此TLP的整体结构也要设计的更大才能容纳多个设备，使用的用钢量要更多才能保证支撑效果，此类TLP与大型设备结合后自身重量大且体型大，在海上抗风浪能力强，自身稳定性高，所以此类TLP上的张力索通常是直接系在浮筒上或浮桥结构的拐角/端部上。

但是TLP应用在海上风力发电领域时，因为风力发电机占地面积小，且重量相比开采石油或天然气的设备小很多，考虑到成本问题，现有技术中一般用于风力发电机的TLP结构都比较小，用钢量也较少，此类TLP与风力发电机结合后自身体型较小且重量较小，在海上抗风浪能力较弱，自身稳定性较差，当这类TLP上的张力索直接系在浮筒上或浮桥浮桥结构的拐角/端部后，会使浮筒或浮桥受到的载荷大、应力大、疲劳度高，导致张力腿平台整体的稳定性及性能变差。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种张力腿式浮式平台及浮式风电系统，旨在解决现有技术中TLP与风力发电机结合后自身体型较小且重量较小，当这类TLP上的张力索直接系在浮筒上或浮桥浮桥结构的拐角/端部后，会使浮筒或浮桥受到的载荷大、应力大、疲劳度高，导致张力腿平台整体的稳定性及性能变差的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种张力腿式浮式平台，包括：

若干个浮桥，若干个所述浮桥组成多边形结构，所述多边形结构的各个拐角处分别设有一浮筒，各相邻的两个所述浮筒之间通过所述浮桥连接；

具有浮力的延伸臂，所述延伸臂数量与所述浮筒一致，各个所述延伸臂分别连接于各个所述浮筒并一一对应，且各个所述延伸臂远离所述多边形结构的一端分别设有张力索；

支撑架，所述支撑架的底端连接于各个所述浮筒的顶端并通过各个所述浮筒支撑。

作为进一步的改进技术方案，所述延伸臂靠近所述多边形结构的一端与所述浮筒的底端侧部连接，且所述延伸臂与所述浮筒垂直。

作为进一步的改进技术方案，各相邻的两个所述延伸臂之间的夹角大小一致。

作为进一步的改进技术方案，所述多边形结构的各条边长一致，且各相邻的两个所述浮桥之间的夹角大小一致。

作为进一步的改进技术方案，所述浮筒呈圆柱形，所述浮桥垂直连接于所述浮筒的底端侧部。

作为进一步的改进技术方案，所述支撑架包括底座、支撑杆及连接件；所述底座及所述支撑杆的数量均与所述浮筒数量一致，各个所述底座分别固定设置在各个所述浮筒上并一一对应，各个所述支撑杆的一端分别与所述连接件的外侧连接，各个所述支撑杆的另一端分别与各个所述底座连接并一一对应。

作为进一步的改进技术方案，所述延伸臂呈柱形结构且内部空心。

作为进一步的改进技术方案，所述张力索一端与所述延伸臂远离所述多边形结构一端的端面连接。

作为进一步的改进技术方案，上述张力腿式浮式平台，还包括：

张力索连接器，所述张力索连接器可旋转式设于所述延伸臂远离所述多边形结构一端的端面，所述张力索一端与所述张力索连接器连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种浮式风电系统，包括风力发电机及上述中任一项所述的张力腿式浮式平台，所述风力发电机的底端与所述支撑架的顶端固定连接。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种张力腿式浮式平台，包括：若干个浮桥，若干个所述浮桥组成多边形结构，所述多边形结构的各个拐角处分别设有一浮筒，各相邻的两个所述浮筒之间通过所述浮桥连接；具有浮力的延伸臂，所述延伸臂数量与所述浮筒一致，各个所述延伸臂分别连接于各个所述浮筒并一一对应，且各个所述延伸臂远离所述多边形结构的一端分别设有张力索；支撑架，所述支撑架的底端连接于各个所述浮筒的顶端并通过各个所述浮筒支撑。本发明通过延伸臂增加张力索与浮筒之间的距离可以降低浮筒受到水流载荷、应力及疲劳度，并减少张力腿式浮式平台的垂荡、横摇和纵摇运动周期，从而提高张力腿式浮式平台的稳定性及整体性能。

附图说明

图1为本发明提供的一种张力腿式浮式平台的第一立体结构示意图；

图2为本发明提供的一种张力腿式浮式平台的第二立体结构示意图；

图3为本发明提供的一种浮式风电系统的立体结构示意图。

图中：1、浮桥；2、浮筒；3、延伸臂；4、张力索；5、支撑架；501、底座；502、支撑杆；503、连接件；6、张力索连接器；7、风力发电机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

如图1-图2所示，所述张力腿式浮式平台，包括：若干个浮桥1，若干个所述浮桥1组成多边形结构，所述多边形结构的各个拐角处分别设有一浮筒2，各相邻的两个所述浮筒2之间通过所述浮桥1连接；具有浮力的延伸臂3，所述延伸臂3数量与所述浮筒2一致，各个所述延伸臂3分别连接于各个所述浮筒2并一一对应，且各个所述延伸臂3远离所述多边形结构的一端分别设有张力索4；支撑架5，所述支撑架5的底端连接于各个所述浮筒2的顶端并通过各个所述浮筒2支撑。

在本实施例中，所述张力腿式浮式平台包括若干个浮桥1、若干个浮筒2、若干个延伸臂3、若干个张力索4及支撑架5；其中，所述浮桥1、浮筒2、延伸臂3及张力索4的数量一致，且各个浮桥1、各个浮筒2、各个延伸臂3、各个张力索4的大小规格一致，若干个所述浮桥1构成所述多边形结构的若干条边，所述多边形结构的各个拐角处分别设有一浮筒2，所述浮桥1与所述浮筒2焊接，且用于提供浮力，各个浮筒2分别与一个延伸臂3连接，各个所述延伸臂3的延长线将交汇于所述多边形结构的中心点，所述张力索4连接于各个延伸臂3远离所述多边形结构的一端，所述支撑架5的底端连接于各个所述浮筒2的顶端，并通过各个所述浮筒2支撑于海面上。在本发明中，通过采用具有浮力的延伸臂3来延伸整个平台的平面范围，可以减少张力腿式浮式平台的平移、旋转运动以及疲劳荷载，同时相对于传统的张力腿平台还能减少用钢量，降低成本；所述延伸臂3将张力索4与浮筒2/浮桥1分离，以优化张力腿式浮式平台在海上运输和安装时的稳定性及使用过程中的整体性能，每根浮筒2括水上部分和水下部分，各个浮桥1及各个浮筒2组成了一个开放的月池区域，便于将电缆或其它零部件固定在月池区域内，加强张力腿式浮式平台整体结构稳定性；通过延伸臂3增加张力索4与浮筒2之间的距离可以降低浮筒2受到水流载荷、应力及疲劳度，并减少张力腿式浮式平台的垂荡、横摇和纵摇运动周期，从而提高张力腿式浮式平台的稳定性及整体性能。同时，通过所述延伸臂3可以优化浮筒2体积与浮桥1体积之间的比例，以改善水动力学抵消效应。所述延伸臂3也有助于在海上安装期间稳定船体，并提高船体的重量效率(与传统的TLP相比)。

作为进一步的方案，所述延伸臂3靠近所述多边形结构的一端与所述浮筒2的底端侧部连接，且所述延伸臂3与所述浮筒2垂直。具体地，所述浮筒2应用于海面上时是垂直海面，所述延伸臂3是平行于海面漂浮在海面上，且延伸臂3一端与浮筒2垂直焊接固定。本发明在保持较小的所述张力腿浮式平台尺寸前提下(此处指所述浮筒间的距离)，通过一定长度的延伸臂去增加各个张力索间的距离，从而降低张力腿式浮式平台的垂荡、横摇和纵摇运动，提高所述平台的稳定性、水动力性能、结构强度及疲劳性能。

作为更进一步的方案，各相邻的两个所述延伸臂3之间的夹角大小一致。具体地，所述多边形结构为等边三角形结构，各个延伸臂3分别连接于等边三角形的三个拐角处，且各相邻的两个所述延伸臂3之间的夹角成120°，当各个张力索4的另一端锚定时，各个所述延伸臂3与所述浮筒2的连接处受到的激流载荷一致。所述延伸臂3截面可呈圆形、方形、长方形或任何多边形中的一种，且内部为封闭空间，建造材料可为钢结构，砼结构或钢骨混凝土结构。

在本实施例中，所述多边形结构的各条边长一致，且各相邻的两个所述浮桥1之间的夹角大小一致，即所述多边形结构为等边结构，例如等边三角形、正方形或正六边形等结构，采用等边结构可以使平台各处均匀受力，减小激流载荷带来的影响，增强平衡稳定性。

作为进一步的方案，所述浮筒2呈圆柱形，所述浮桥1垂直连接于所述浮筒2的底端侧部。

作为更进一步的方案，所述支撑架5包括底座501、支撑杆502及连接件503；所述底座501及所述支撑杆502的数量均与所述浮筒2数量一致，各个所述底座501分别固定设置在各个所述浮筒2上并一一对应，各个所述支撑杆502的一端分别与所述连接件503的外侧连接，各个所述支撑杆502的另一端分别与各个所述底座501连接并一一对应。具体地，所述连接件503设于所述多边形结构中心点上方，所述支撑杆502为倾斜设置或水平设置，当所述支撑杆502水平设置时，可以适当降低连接件503重心，增强平台结构的稳定性。

在本实施例中，所述延伸臂3呈柱形结构且内部空心。具体地，所述浮筒2、浮桥1及延伸臂3的具体形状是根据设计标准和选择而定。任何规则或不规则的几何形状都是可接受的，包括但不限于具有圆形横截面、方形横截面、矩形横截面、椭圆形横截面、三角形横截面、五边形横截面或其他截面形状。一般来说，所述浮筒2及所述浮桥1的优选截面为，圆形横截面、方形横截面、五边形横截面或八边形横截面。

作为进一步的方案，所述张力索4一端与所述延伸臂3远离所述多边形结构一端的端面连接。传统的张力腿式平台一般是将张力索4固定在平台底侧上，这样张力索4浸泡在海水中不便更换，因此本发明将所述张力索4固定在所述延伸臂3的侧部端面上，便于进行更换。

作为更进一步的方案，所述张力腿式浮式平台，还包括：

张力索连接器6，所述张力索连接器6可旋转式设于所述延伸臂3远离所述多边形结构一端的端面，所述张力索4一端与所述张力索连接器6连接。所述张力索连接器6可以是橡胶、高强度钢板或高强度锻件中的任一种制成，张力索连接器6与延伸臂3采用铰接的方式，这样就解耦了张力索连接器6与延伸臂3之间的弯矩，张力索连接器6可在延伸臂3上自由转动，降低了两者之间的疲劳度。且所述延伸臂3能最小化施加于所述浮筒2和所述浮桥1的波浪和水流荷载，提高所述张力索连接器6的疲劳寿命。

实施例二：

如图3所示，本发明实施例还提供了一种浮式风电系统，包括风力发电机7及实施例一中任一项所述的张力腿式浮式平台，所述风力发电机7的底端与所述支撑架5的顶端固定连接。

综上，本发明实施例提供了一种张力腿式浮式平台，包括：若干个浮桥1，若干个所述浮桥1组成多边形结构，所述多边形结构的各个拐角处分别设有一浮筒2，各相邻的两个所述浮筒2之间通过所述浮桥1连接；具有浮力的延伸臂3，所述延伸臂3数量与所述浮筒2一致，各个所述延伸臂3分别连接于各个所述浮筒2并一一对应，且各个所述延伸臂3远离所述多边形结构的一端分别设有张力索4；支撑架5，所述支撑架5的底端连接于各个所述浮筒2的顶端并通过各个所述浮筒2支撑。本发明通过延伸臂3增加张力索4与浮筒2之间的距离可以降低浮筒2受到水流载荷、应力及疲劳度，并减少张力腿式浮式平台的垂荡、横摇和纵摇运动周期，从而提高张力腿式浮式平台的稳定性及整体性能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

当然，本发明上述实施例的描述较为细致，但不能因此而理解为对本发明的保护范围的限制，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围，本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种张力腿式浮式平台，其特征在于，包括：

若干个浮桥，若干个所述浮桥组成多边形结构，所述多边形结构的各个拐角处分别设有一浮筒，各相邻的两个所述浮筒之间通过所述浮桥连接；

具有浮力的延伸臂，所述延伸臂数量与所述浮筒一致，各个所述延伸臂分别连接于各个所述浮筒并一一对应，且各个所述延伸臂远离所述多边形结构的一端分别设有张力索；

支撑架，所述支撑架的底端连接于各个所述浮筒的顶端并通过各个所述浮筒支撑。

2.根据权利要求1所述的张力腿式浮式平台，其特征在于，所述延伸臂靠近所述多边形结构的一端与所述浮筒的底端侧部连接，且所述延伸臂与所述浮筒垂直。

3.根据权利要求2所述的张力腿式浮式平台，其特征在于，各相邻的两个所述延伸臂之间的夹角大小一致。

4.根据权利要求1所述的张力腿式浮式平台，其特征在于，所述多边形结构的各条边长一致，且各相邻的两个所述浮桥之间的夹角大小一致。

5.根据权利要求1所述的张力腿式浮式平台，其特征在于，所述浮筒呈圆柱形，所述浮桥垂直连接于所述浮筒的底端侧部。

6.根据权利要求1所述的张力腿式浮式平台，其特征在于，所述支撑架包括底座、支撑杆及连接件；所述底座及所述支撑杆的数量均与所述浮筒数量一致，各个所述底座分别固定设置在各个所述浮筒上并一一对应，各个所述支撑杆的一端分别与所述连接件的外侧连接，各个所述支撑杆的另一端分别与各个所述底座连接并一一对应。

7.根据权利要求1所述的张力腿式浮式平台，其特征在于，所述延伸臂呈柱形结构且内部空心。

8.根据权利要求1所述的张力腿式浮式平台，其特征在于，所述张力索一端与所述延伸臂远离所述多边形结构一端的端面连接。

9.根据权利要求8所述的张力腿式浮式平台，其特征在于，还包括：

张力索连接器，所述张力索连接器可旋转式设于所述延伸臂远离所述多边形结构一端的端面，所述张力索一端与所述张力索连接器连接。

10.一种浮式风电系统，其特征在于，包括风力发电机及如权利要求1-9中任一项所述的张力腿式浮式平台，所述风力发电机的底端与所述支撑架的顶端固定连接。