CN117536792A - 海上漂浮式风机基础及海上风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海上风电技术领域,公开了海上漂浮式风机基础及海上风力发电机,海上漂浮式风机基础包括风电机组、支撑结构和浮体平台,支撑结构包括直立设置的主支撑杆以及至少两根倾斜设置的辅支撑杆,主支撑杆和所有的辅支撑杆的顶端汇集构成安装平台,风电机组连接于安装平台上;浮体平台包括至少三个漂浮装置,漂浮装置一一对应地连接于支撑结构的底端。本发明通过设置支撑结构,对风电机组起到支撑作用,代替了传统直径较大的塔筒结构,支撑结构刚度大,抗变形能力强,顶部加速度小,结构所受惯性力显著下降;且上部结构重量显著下降,则浮体需要提供的浮力下降,下部支撑的浮体平台的重量也随之下降,进一步降低结构的建造成本。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电技术领域,具体涉及海上漂浮式风机基础及海上风力发电机。
背景技术
目前,主流的海上漂浮式风力机主要采用直立圆柱形塔筒的形式支撑上部的风电机组。
这种方案中,在上部风机较重、叶片较长的情况下,因为底部支撑结构的大幅度摇摆,所受载荷非常大,必须要加大圆柱形塔筒的直径,使其能够承受较大的载荷。
这无疑会导致成本过高,且重量增加。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种海上漂浮式风机基础及海上风力发电机,以解决需增大塔筒直径抵抗载荷,导致重量和成本增加,底部支撑结构受载荷大的问题。
第一方面,本发明提供了一种海上漂浮式风机基础,包括风电机组、支撑结构和浮体平台,支撑结构包括直立设置的主支撑杆以及至少两根倾斜设置的辅支撑杆,主支撑杆和所有的辅支撑杆的顶端汇集构成安装平台,风电机组连接于安装平台上;浮体平台包括至少三个漂浮装置,漂浮装置一一对应地连接于支撑结构的底端。
有益效果:通过设置支撑结构,将风电机组连接在支撑结构的顶端,采用至少三根支撑杆对风电机组起到支撑作用,代替了传统直径较大的塔筒结构,支撑结构刚度大,抗变形能力强,顶部加速度小,结构所受惯性力显著下降;且上部结构重量显著下降,则浮体需要提供的浮力下降,下部支撑的浮体平台的重量也随之下降,进一步降低结构的建造成本。
在一种可选的实施方式中,风电机组为上风向风机。
有益效果:采用上风向风机,通过测风系统协同主动偏航控制系统,动态调节机组对准来流风向,能够实现一定角度内的快速主动偏航,避免单点系泊对风速度慢的缺点。
在一种可选的实施方式中,辅支撑杆的长度大于主支撑杆的长度,辅支撑杆间隔分布于主支撑杆的两侧。
有益效果:辅支撑杆采用斜撑方式支撑上部的风电机组,相比单根直立支撑塔筒,能够采用更少的材料,抵抗强大的风推力和运动引起的惯性力。两根或两根以上的辅支撑杆相对于主支撑杆倾斜在两侧分布,从而形成稳定的支持结构,保证辅支撑杆能够分担弯矩,保证支撑结构的强度。
在一种可选的实施方式中,还包括单点系泊装置,单点系泊装置位于风电机组的进风侧。
有益效果:通过设置单点系泊装置,能够实现被动偏航,使得漂浮装置在外部载荷作用下,始终处于受载最小的状态,有利于结构安全及延长疲劳寿命;风电机组在一定角度内能够进行主动偏航,提高偏航效率,避免出现偏航失效,实现最佳对风发电状态。
在一种可选的实施方式中,辅支撑杆采用桁架结构。
有益效果:辅支撑杆采用桁架结构,能够节省材料,减重降本,进一步降低上部结构的重量,下部支撑的浮体平台的重量也随之下降,进一步降低结构的建造成本;且,辅支撑杆采用桁架结构,受力分布更加合理。
在一种可选的实施方式中,单点系泊装置与主支撑杆底部的漂浮装置连接,单点系泊装置的一端适于锚固在海床上。
有益效果:这样设置,可以将单点系泊装置设置在风电机组的进风侧,从而实现上风向风机与偏航控制系统协作。
在一种可选的实施方式中,单点系泊装置包括延长杆,延长杆的一端和主支撑杆底部的漂浮装置连接,延长杆的另一端连接系泊缆。
有益效果:通过设置延长杆,能够将系泊点设置在离风电机组较远的位置,这样能够增大结构偏航时的弯矩,改善被动偏航效果。
在一种可选的实施方式中,浮体平台还包括连接基础,漂浮装置连接于连接基础上;支撑结构的底端分别连接于连接基础的角上。
有益效果:这样设置,一方面,能够连接支撑结构,提高海上漂浮式风机基础整个结构的稳定性和结构强度,另一方面,能够将多个漂浮装置连接于一体,保证浮体平台的稳定性。
在一种可选的实施方式中,连接基础为三角形,连接基础包括第一连接边,第一连接边与主支撑杆的底端相对设置,延长杆与第一连接边的中线共线。
有益效果:这样设置,连接基础设为三角形,结构紧凑,稳定可靠,且连接基础的三个角可分别对应连接主支撑杆和两个辅支撑杆的底端,保证结构稳定性。将延长杆与第一连接边的中线共线设置,使得漂浮装置在外部载荷作用下,始终处于受力最小的状态,有利于结构安全及延长疲劳寿命。
第二方面,本发明还提供了一种海上风力发电机,包括以上技术方案中任一项的海上漂浮式风机基础。
有益效果:因为海上风力发电机包括海上漂浮式风机基础,具有与海上漂浮式风机基础相同的效果,在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式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,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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为本发明实施例的一种的海上漂浮式风机基础的立体图;
图2为图1所示的海上漂浮式风机基础的第一侧视视角的示意图;
图3为图1所示的海上漂浮式风机基础的第二侧视视角的示意图;
图4为图1所示的海上漂浮式风机基础的俯视图。
附图标记说明:
1、风电机组;2、支撑结构;201、主支撑杆;202、辅支撑杆;3、浮体平台;301、漂浮装置;302、连接基础;3021、第一连接边;4、单点系泊装置;401、延长杆;402、系泊缆;403、加强杆。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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。
下面结合图1至图4,描述本发明的实施例。
根据本发明的实施例,一方面,提供了一种海上漂浮式风机基础,包括风电机组1、支撑结构2和浮体平台3,支撑结构2包括直立设置的主支撑杆201以及至少两根倾斜设置的辅支撑杆202,主支撑杆201和所有的辅支撑杆202的顶端汇集构成安装平台,风电机组1连接于安装平台上;浮体平台3包括至少三个漂浮装置301,漂浮装置301一一对应地连接于支撑结构2的底端。
通过设置支撑结构2,将风电机组1连接在支撑结构2的顶端,采用直立的主支撑杆201支撑上部的风电机组1,可以较好的承受上部的风电机组1的重力,其余的支撑杆倾斜设置,可以分担弯矩,无需设置较大直径的塔筒,降低建造成本,同时,上部结构重量显著下降,则浮体需要提供的浮力下降,下部支撑的浮体平台3的重量也随之下降,进一步降低结构的建造成本。采用至少三根支撑杆对风电机组1起到支撑作用,代替了传统直径较大的塔筒结构,三根支撑杆能形成三角稳定结构,结构刚度大,抗变形能力强,顶部加速度小,结构所受惯性力显著下降;支撑结构2中,除了主支撑杆201外,其余辅支撑杆202倾斜设置,能够避免塔筒遭受过大弯矩,降低塔筒质量,减少塔筒顶部位移及加速度。
在一个实施例中,风电机组1为上风向风机。
具体的,上风向风机包括主动偏航控制系统。
采用上风向风机,能够实现主动偏航,保证风电机组1可以在叶片气动力和偏航控制系统的协同作用下测量风向,并旋转机头去迎风,在一定角度内独立自动偏航。
在一个实施例中,辅支撑杆202的长度大于主支撑杆201的长度,辅支撑杆202间隔分布于主支撑杆201的两侧。
辅支撑杆202采用斜撑方式支撑上部的风电机组1,相比单根直立支撑塔筒,能够采用更少的材料,抵抗强大的风推力和运动引起的惯性力。两根或两根以上辅支撑杆202相对于主支撑杆201倾斜在两侧分布,从而形成稳定的支持结构,保证辅支撑杆202能够分担弯矩,保证支撑结构的强度。
在一个实施例中,辅支撑杆202设置两根,两根辅支撑杆202相对地分布于主支撑杆201的两侧。
具体的,两根辅支撑杆202相对于主支撑杆201倾斜的角度可以相同也可以不同。在一个实施例中,两根辅支撑杆202相对于主支撑杆201倾斜的角度相同,从而,保证两个辅支撑杆202能够尽量均匀分担弯矩,保证支撑结构2的强度。
具体的,两个辅支撑杆202和主支撑杆201之间的夹角应根据具体的设计要求来选择,以平衡风机的稳定性、性能和结构强度,可通过相关的工程分析和模拟,以确定最佳的夹角范围。
在一个实施例中,辅支撑杆202采用桁架结构。
辅支撑杆202采用桁架结构,能够节省材料,减重降本,进一步降低上部结构的重量,下部支撑的浮体平台3的重量也随之下降,进一步降低结构的建造成本;且,辅支撑杆202采用桁架结构,受力分布更加合理。
在相关技术中,存在一种技术方案,将单点系泊设置在背风侧,属于下风向风机,下风向风机是指,风机叶片位于风向的下风侧,也就是风向从风机的背风侧吹向风机,风力推动风机叶片旋转,从而驱动发电机产生电能。在风力的作用下实现整个风机的被动偏航,但是偏航系统速度慢,在极端海况下容易发生对不准现象,导致结构损坏;且现实海洋环境中存在风-浪不共线的工况,有可能导致该方式的偏航失效。
为了解决上述技术问题,在一个实施例中,还包括单点系泊装置4,单点系泊装置4位于风电机组1的进风侧。
通过设置单点系泊装置4,能够实现被动偏航,使得漂浮装置301在外部载荷作用下,始终处于受载最小的状态,有利于结构安全及延长疲劳寿命。且单点系泊装置4设置在风电机组1的进风侧,风电机组1在一定角度内能够进行主动偏航,提高偏航效率,避免出现偏航失效,实现最佳对风发电状态。
采用单点系泊装置4与上风向风机结合的技术方案,这样的优势在于,单点系泊可实现浮式平台的整体被动偏航,避免叶片扫塔;同时使结构整体处于受载荷较小的位置,降低结构疲劳载荷,也降低极端海况下结构极限载荷,避免破坏。相较于风机整体的被动偏航而言,上部的风电机组1的主动偏航可提高偏航速度,同时当风浪不共线时,可避免单点系泊被动偏航造成的对风不准现象,避免偏航失效,实现漂浮式风电机组1最佳发电状态。
在一个实施例中,单点系泊装置4与支撑杆底部的漂浮装置301连接,单点系泊装置4的一端适于锚固在海床上。
这样设置,可以将单点系泊装置4设置在风电机组1的进风侧,从而实现上风向风机与偏航控制系统协作。
在一个实施例中,单点系泊装置4包括延长杆401,延长杆401的一端和主支撑杆201底部的漂浮装置301连接,延长杆401的另一端连接系泊缆402。
通过设置延长杆401,能够将系泊点设置在离风电机组1较远的位置,这样能够增大结构偏航时的弯矩,改善被动偏航效果。
具体的,延长杆401的长度应根据具体的风机设计和环境条件进行优化,以确保风机的稳定性和性能。可通过工程分析和模拟,以确定最佳长度。
在一个实施例中,单点系泊装置4还包括加强杆403,加强杆403倾斜设置,加强杆403的两端分别连接漂浮装置301和延长杆401。
这样设置,能够减少漂浮装置301在上下晃动过程中,分担受力,减少延长杆401所受的弯矩,使受力分布更加合理。
具体的,系泊缆402可以设置单根,也可以设置多根。当设置多根系泊缆402时,多根系泊缆402的第一端均和延长杆401连接,多根系泊缆402的第二端间隔分布,并锚固在海床上。
在一个实施例中,浮体平台3还包括连接基础302,漂浮装置301连接于连接基础302上;支撑结构2的底端分别连接于连接基础302的角上。
通过设置连接基础302,一方面,能够连接支撑结构2,提高海上漂浮式风机基础整个结构的稳定性和结构强度,另一方面,能够将多个漂浮装置301连接于一体,保证浮体平台3的稳定性。
在一个实施例中,连接基础302呈三角形,连接基础302包括第一连接边3021,第一连接边3021与主支撑杆201的底端相对设置,延长杆401与第一连接边3021的中线共线。
第一连接边3021的中线,如图4中的L所示。
这样设置,连接基础302设为三角形,结构紧凑,稳定可靠,且连接基础302的三个角可分别对应连接主支撑杆201和两个辅支撑杆202的底端,保证结构稳定性。将延长杆401与第一连接边3021的中线共线设置,使得漂浮装置301在外部载荷作用下,始终处于受力最小的状态,有利于结构安全及延长疲劳寿命。
在一个实施例中,连接基础302呈等边三角形。
连接基础302设置为等边三角形结构,结构简单,便于设计制造。且,保证连接主支撑杆201和两根辅支撑杆202后,只要保证主支撑杆201直立,则位于主支撑杆201两侧的两个辅支撑杆202则自动对称设置,确保两个辅支撑杆202与主支撑杆201之间形成相同的倾斜角度。
在一个实施例中,连接基础302包括沿竖向设置的至少两层三角形的支撑架,上下相邻的支撑架之间连接有加强筋。
这样设置,使得连接基础302结构更加稳定,保证海上漂浮式风机基础在偏航时整体稳定性高。
根据本发明的实施例,另一方面,还提供了一种海上风力发电机,包括以上技术方案中任一项的海上漂浮式风机基础。
因为海上风力发电机包括海上漂浮式风机基础,具有与海上漂浮式风机基础相同的效果,在此不再赘述。
虽然结合附图描述了本发明的实施例,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型,这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种海上漂浮式风机基础,其特征在于,包括:
风电机组(1);
支撑结构(2),所述支撑结构(2)包括直立设置的主支撑杆(201)以及至少两根倾斜设置的辅支撑杆(202),所述主支撑杆(201)和所有的所述辅支撑杆(202)的顶端汇集构成安装平台,所述风电机组(1)连接于所述安装平台上;
浮体平台(3),所述浮体平台(3)包括至少三个漂浮装置(301),所述漂浮装置(301)一一对应地连接于所述支撑结构(2)的底端。
2.根据权利要求1所述的海上漂浮式风机基础,其特征在于,所述风电机组(1)为上风向风机。
3.根据权利要求1或2所述的海上漂浮式风机基础,其特征在于,所述辅支撑杆(202)的长度大于所述主支撑杆(201)的长度,所述辅支撑杆(202)间隔分布于所述主支撑杆(201)的两侧。
4.根据权利要求1或2所述的海上漂浮式风机基础,其特征在于,所述辅支撑杆(202)采用桁架结构。
5.根据权利要求1或2所述的海上漂浮式风机基础,其特征在于,还包括单点系泊装置(4),所述单点系泊装置(4)位于所述风电机组(1)的进风侧。
6.根据权利要求5所述的海上漂浮式风机基础,其特征在于,所述单点系泊装置(4)与所述主支撑杆(201)底部的漂浮装置(301)连接,所述单点系泊装置(4)的一端适于锚固在海床上。
7.根据权利要求6所述的海上漂浮式风机基础,其特征在于,所述单点系泊装置(4)包括延长杆(401),所述延长杆(401)的一端和所述主支撑杆(201)底部的漂浮装置(301)连接,所述延长杆(401)的另一端连接系泊缆(402)。
8.根据权利要求7所述的海上漂浮式风机基础,其特征在于,所述浮体平台(3)还包括连接基础(302),所述漂浮装置(301)连接于所述连接基础(302)上;所述支撑结构(2)的底端分别连接于所述连接基础(302)的角上。
9.根据权利要求8所述的海上漂浮式风机基础,其特征在于,所述连接基础(302)包括第一连接边(3021),所述第一连接边(3021)与所述主支撑杆(201)的底端相对设置,所述延长杆(401)与所述第一连接边(3021)的中线共线。
10.一种海上风力发电机,其特征在于,包括权利要求1至9中任一项所述的海上漂浮式风机基础。
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