CN210526798U - 多立柱漂浮式风力发电装置 - Google Patents

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吴浩宇
赵永生
阳杰
陈哲
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Abstract

本实用新型提供了一种多立柱漂浮式风力发电装置,包括风力发电机组、立柱装置、桁架构件、横撑以及系泊系统,其中:立柱装置分为边立柱和中心立柱,边立柱和中心立柱之间主要通过横撑连接;风力发电机组设置在中心立柱装置上;所述桁架构件设置在所述立柱装置上,并对立柱装置进行连接和支撑;所述系泊系统连接所述立柱装置的边立柱。本实用新型采用位于水线面以下倾斜的圆柱形横撑,用来提供一定的浮力和使得整体浮心上移,并减小边立柱的排水体积需求,从而减小边立柱直径和获得良好的水动力性能。边立柱下端采用较大直径的柱靴作为固定压载舱,具有使整体重心降低到低于浮心和增加垂荡阻尼的功能。

Description

多立柱漂浮式风力发电装置
技术领域
本实用新型涉及浮式基础领域,具体地,涉及一种多立柱漂浮式风力发电装置。
背景技术
目前常见的浮式基础主要包括Spar(单柱)型浮式基础、半潜型浮式基础以及TLP(张力腿)型浮式基础。与本专利最接近的技术是Spar型浮式基础和半潜型浮式基础。Spar型浮式基础为圆柱体形状,结构简单,通过压载使重心低于浮心,水动力性能较好。半潜型浮式基础具备间距较大的立柱,可提供一定的复原力矩,且吃水较小。
现有技术的不足之处是:Spar型浮式基础吃水较大,一般达到80m以上,所以不适合用于水深相对较浅的海域,而且其较小的水线面积导致水线面惯性矩较小,无法贡献横摇和纵摇的稳性。半潜型浮式基础结构相对Spar型浮式基础较复杂,而且立柱直径通常较大,这就导致波浪载荷和运动响应均较大。
经对现有技术的文献检索发现,根据文献“Fukushima Floating Offshore WindFarm Demonstration Project(Fukushima FORWARD)Construction of Phase II”(可从http://www.fukushima-forward.jp/engli sh/pdf/pamphlet5.pdf下载),为解决Spar型浮式基础由于吃水较大而无法应用于50m水深的问题,日本福岛风电场设计团队设计了一种吃水为33m的Advanced Spar,然而其水线面处结构直径为51m,水线面积较大,这就导致结构所受波浪载荷较大,影响运动性能,并且不便于制造与安装,也影响了经济效益。
申请号为201110175440.7的实用新型专利公开了一种漂浮于海上的风力发电机,具体涉及一种风力发电机结构的改进。该实用新型就是提供一种使用效率高、节省占地、摆放面积不受限制的漂浮于海上的风力发电机。该实用新型包括立柱,立柱上设置有发电机,发电机的轴上设置有叶片,其结构要点在于立柱设置在底座上。但是上述专利没有采取措施降低重心,水线面形状复杂和面积大,水动力性能差。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷,本实用新型目的是提供一种多立柱漂浮式风力发电装置。
根据本实用新型提供的一种多立柱漂浮式风力发电装置,包括风力发电机组、立柱装置、桁架构件、横撑以及系泊系统,其中:
立柱装置之间通过横撑连接;
风力发电机组设置在立柱装置上;
所述桁架构件设置在所述立柱装置上,并对立柱装置进行固定;
所述系泊系统连接所述立柱装置。
优选地,所述立柱装置包括中心立柱和多个边立柱,所述中心立柱和边立柱之间通过横撑连接,所述多个边立柱等间距分布在所述中心立柱的周向。
优选地,所述风力发电机组设置在所述中心立柱上。
优选地,多个边立柱和所述中心立柱平行设置,且多个边立柱和所述中心立柱的距离相同。
优选地,还包括柱靴,所述柱靴安装在所述边立柱的底部。
优选地,所述桁架构件包括第一桁架构件和第二桁架构件,其中:
第一桁架构件一端连接中心立柱,另一端连接柱靴;
第二桁架构件两端分别连接沿周向相邻的边立柱的柱靴。
优选地,所述横撑、第一桁架构件均与水平面之间存在角度,所述第二桁架构件与水平面平行。
优选地,边立柱、横撑、第一桁架构件、第二桁架构件的数量均为3个;
相邻横撑的夹角为120°;
相邻第一桁架构件的夹角为120°;
相邻第二桁架构件的夹角为60°。
优选地,所述中心立柱的底面高于边立柱的底面。
优选地,所述立柱装置、桁架构件均呈圆柱状设置。
与现有技术相比,本实用新型具有如下的有益效果:
1、本实用新型通过采用结构简单的圆柱形状构件,从而便于制造;又可减小所受波浪载荷,因而适应多种海况;
2、本实用新型通过采用倾斜的第一桁架构件,位于浮式基础整体吃水一半的上方,既可提供一定的浮力,使得整体浮心上移,又可减小边立柱的排水体积需求,从而减小边立柱直径和获得良好的水动力性能;
3、本实用新型通过采用长度较短的立柱,从而既适用于深海,又解决了Spar型浮式基础由于吃水较大,无法适用于50m水深的海域的问题;
4、本实用新型通过采用直径较小的立柱,从而一方面减小水线面面积,进而减小所受波浪力;另一方面减小制造成本,也便于安装;
5、本实用新型通过采用包围中心立柱的边立柱,从而保护了从中心立柱底端引出的电缆。
6、本实用新型通过采用位于最底端的含有压载的柱靴,从而使得重心低于浮心,浮式基础水动力性能良好。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为多立柱漂浮式风力发电装置的立体图;
图2为多立柱漂浮式风力发电装置的主视图;
图3为多立柱漂浮式风力发电装置的俯视图;
图4为多立柱漂浮式风力发电装置的侧视图;
图5为多立柱漂浮式风力发电装置的立柱装置、横撑、以及桁架构件的结构示意图。
图中示出:
1-风力发电机组
2-中心立柱
3-边立柱
4-横撑
5-柱靴
6-桁架构件
7-系泊系统
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型,但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
如图1至图5所示,根据本实用新型提供的一种多立柱漂浮式风力发电装置,包括:风力发电机组1、中心立柱2、边立柱3、横撑4、柱靴5、桁架结构6和系泊系统7。其中,风力发电机组1固定设置于中心立柱2上,边立柱3的中部和底部分别与系泊系统7和柱靴5相连,横撑4的两端分别与中心立柱2和边立柱3相连,桁架结构6分为两组,一组连接中心立柱2和柱靴5,一组连接相邻的柱靴5,系泊系统7一端通过导缆孔与边立柱3连接,一端通过锚泊点与海底连接。
中心立柱2、边立柱3、横撑4、柱靴5构成支持风力发电机组1的浮式基础,它们均为圆柱形状,一方面结构简单,便于制造;另一方面可减小所受波浪载荷,因而适应多种海况。
所述风力发电机组1为水平轴或垂直轴式风力发电机组1,所述中心立柱2用于支撑上方的风力发电机组1。所述边立柱3,个数等于3,外形相同,对称布置于中心立柱周围,相互之间的夹角为60度,主要用于提供浮力,每个边立柱3和系泊系统7相连接以限制所述海上风力发电装置的六自由度运动。边立柱3中间用防水板隔成多个小舱室,以提高抗沉性。
所述中心立柱2和边立柱3的长度均较短,作为优选地,中心立柱2水下长度为25m,边立柱3水下长度为30m。使得浮式基础适用的水深较广,其中中心立柱2长度小于边立柱3长度,以提高浮心。
所述横撑4个数等于3,连接中心立柱2和边立柱3,作为支持结构,增强结构稳定性。三个横撑4相互呈120度角对称布置,均位于浮式基础整体吃水一半的上方,以提高整体浮心。横撑4具备一定的长度,当浮式基础受外力作用倾斜时,可提供一定的复原力矩,促使其回到初始平衡位置。横撑4为倾斜布局,在浮式基础正浮时,连接中心柱一端较高,连接边立柱一端较低,与水平面成一定夹角,为10度左右,以避免因浮式基础发生倾斜而露出水线面,造成整体浮力损失。
所述柱靴5共有三个,位于相应的边立柱3下方,里面布置矿砂或其他压载,使浮式基础整体的重心低于浮心。柱靴5相较于边立柱,直径较大,可起到类似垂荡板的作用,以增大垂荡阻尼。
所述桁架结构6分为两组,每组各三个。位于上方的一组,每个桁架结构6之间的夹角为120度,两端分别连接中心立柱2最下方和边立柱3最下方,位于下方的一组,每个桁架结构6之间的夹角为60度,两端分别连接相邻的柱靴5。桁架结构6有着连接结构,并且增强结构强度的作用。
所述系泊系统7可为悬链式或斜拉张紧式,在本实施例中,系泊系统7采用三根对称布置,相互呈120度角的悬链线式锚链,用于限制所述海上风力发电装置的六自由度运动。
图5为未加载重物时,多立柱漂浮式风力发电装置的吃水深度示意图,由图5可以看出,未加压载物的多立柱漂浮式风力发电装置仍具备一定吃水深度。
在具体实施过程中,可以先分段预制各结构构件,在干船坞中拼装完毕之后,由于未加压载物的浮式基础仍具备一定吃水和稳性,可由拖轮拖航至目标海域。由于本实施例中,压载物采用密度为4吨每立方米的矿砂,可以在到达安装地点之后再进行灌装,方便浮式基础的运输,也能实现浮式基础下水的扶正。最后进行系泊系统7和风力发电机组1的安装。
本实用新型采用位于水线面以下倾斜的圆柱形横撑4,用来提供一定的浮力和使得整体浮心上移,并减小边立柱3的排水体积需求,从而减小边立柱3直径和获得良好的水动力性能。边立柱3下端采用较大直径的柱靴5作为固定压载舱,具有使整体重心降低到低于浮心和增加垂荡阻尼的功能。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本实用新型并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种多立柱漂浮式风力发电装置,其特征在于,包括风力发电机组、立柱装置、桁架构件、横撑以及系泊系统,其中:
立柱装置的边立柱和中心立柱之间主要通过横撑连接;
风力发电机组设置在立柱装置的中心立柱上;
所述桁架构件设置在所述立柱装置上,并对立柱装置进行固定;
所述系泊系统连接所述立柱装置的边立柱。
2.根据权利要求1所述的多立柱漂浮式风力发电装置,其特征在于,所述立柱装置包括中心立柱和多个边立柱,所述中心立柱和边立柱之间通过横撑连接,所述多个边立柱等间距分布在所述中心立柱的周边。
3.根据权利要求2所述的多立柱漂浮式风力发电装置,其特征在于,所述风力发电机组设置在所述中心立柱上。
4.根据权利要求2所述的多立柱漂浮式风力发电装置,其特征在于,多个边立柱和所述中心立柱平行设置,且多个边立柱和所述中心立柱的距离相同。
5.根据权利要求2所述的多立柱漂浮式风力发电装置,其特征在于,还包括柱靴,所述柱靴安装在所述边立柱的底部。
6.根据权利要求5所述的多立柱漂浮式风力发电装置,其特征在于,所述桁架构件包括第一桁架构件和第二桁架构件,其中:
第一桁架构件一端连接中心立柱,另一端连接柱靴;
第二桁架构件两端分别连接沿周向相邻的边立柱的柱靴。
7.根据权利要求6所述的多立柱漂浮式风力发电装置,其特征在于,所述横撑、第一桁架构件均与水平面之间存在角度,所述第二桁架构件与水平面平行。
8.根据权利要求6所述的多立柱漂浮式风力发电装置,其特征在于:
边立柱、横撑、第一桁架构件、第二桁架构件的数量均为3个;
相邻横撑的夹角为120°;
相邻第一桁架构件的夹角为120°;
相邻第二桁架构件的夹角为60°。
9.根据权利要求2所述的多立柱漂浮式风力发电装置,其特征在于,所述中心立柱的底面高于边立柱的底面。
10.根据权利要求1所述的多立柱漂浮式风力发电装置,其特征在于,所述立柱装置、桁架构件均呈圆柱状设置。
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