CN212454692U - 一种漂浮式风机基础及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种漂浮式风机基础及风力发电机，用于连接并支撑风机塔架的支撑浮体，以及压载组件，其与支撑浮体连接，位于所述支撑浮体下方。支撑浮体包括：中央立柱、若干个水平撑结构和若干个斜撑，中央立柱的第一端与风机塔架进行连接；若干个水平撑结构沿中央立柱周向间隔分布，每一水平撑结构的第一端与中央立柱连接；若干个斜撑沿中央立柱周向间隔分布，且每一斜撑的一端与中央立柱的第二端呈角度连接，其另一端对应与水平撑结构的第二端连接。本实用新型对高耸的上部建筑结构产生的风倾力矩，仍具有良好的恢复能力，工作状态下可以保持足够的稳性，保证风力机发电效率。

Description

一种漂浮式风机基础及风力发电机

技术领域

本实用新型涉及风电技术领域，具体涉及一种漂浮式风机基础及风力发电机。

背景技术

现今，海上风电机组主要是通过单桩或者导管架式基础固定在海床上，两种技术的最大缺陷在于，只能应用于水深不能超过50m的海域。然而，超过这一水深的海域也蕴藏着巨大的开发潜力，有着更高的风速。浮式基础则由于不受水深限制以及能够简化机组吊装，从而使这些海域的风能资源开发成为了可能。典型浮式基础型式主要有3种，分别为：张力腿(TLP)式、半潜(Semi-Sub)式和立柱(Spar)式。

Spar型式的基础是通过压载舱使得整个系统的重心压低至浮心之下来保证整个风机在水中的稳定，再通过辐射式布置的悬链线来保持整个风机的位置。Spar形式基础吃水大，并且垂向波浪激励力小、垂荡运动小，因此Spar形式的基础比半潜式基础有着更好的垂荡性能，但是由于Spar形式的基础水线面对稳性的贡献小，其横摇和纵摇值较大。

TLP型式风机浮式基础主要由圆柱形的中央柱、矩形截面的浮筒、锚固基础组成，TLP型式的基础具有良好的垂荡和摇摆运动特性。缺点是张力系泊系统复杂、安装费用高，张力筋腱张力受海流影响大，上部结构和系泊系统的频率耦合易发生共振运动。

半潜式(Semi-Submersible)风机浮式基础主要由立柱、横梁、斜撑、压水板、系泊线和锚固基础组成，半潜式基础吃水小，在运输和安装时具有良好的稳定性，相应的费用比Spar和TLP型式的基础节省。

浮式风机平台与海洋平台相比，复杂性体现在以下两个方面:1)系统重心太高，稳性难以保证；2)风机产生巨大推力和倾覆力矩，产生较大的纵摇、纵荡运动。

目前，TLP式基础的3个水平自由度运动的固有频率较其他漂浮式基础更接近波浪能量集中的频率范围，因此，其在频率设计方面存在较大难度。其次，由于服务水深的区别，TLP式基础的张力筋腱及其连接装置无法直接采用张力腿石油平台的设计，因此需要进行创新研发，其研发难度和决策风险都较大。另外，TLP式基础的拖航、安装等施工难度也较大，尤其是张力筋腱的安装，需要特殊工艺及精确调节。

以上三种型式中，半潜式基础适应水深范围广，建造运输方便，安装定位灵活性高，通用性强，被普遍认为是开发海上风电资源的下一代重要基础形式。

然而，Semi-Sub式基础的稳定性较差，横摇和纵摇两个自由度的运动较TLP式风电机组更大，影响发电效率，还可能会影响风电机组的设备寿命。现有的半潜式浮式基础为了降低风机的运动幅度，通常需要设置主动压载系统或者阻尼系统，不但增加设计难度，也提高了工程造价。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种漂浮式风机基础及风力发电机，以解决现有技术中所存在的问题。

为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种漂浮式风机基础，包括：用于连接并支撑风机塔架的支撑浮体，以及压载组件，其与所述支撑浮体连接，位于所述支撑浮体下方。所述支撑浮体包括：中央立柱和若干个水平撑结构，所述中央立柱的第一端与所述风机塔架进行连接；若干个所述水平撑结构沿所述中央立柱周向间隔分布，每一所述水平撑结构的第一端与所述中央立柱连接。所述支撑浮体还包括：若干个斜撑，若干个所述斜撑沿所述中央立柱周向间隔分布，且每一所述斜撑的一端与所述中央立柱的第二端呈角度连接，其另一端对应与所述水平撑结构的第二端连接。

可选地，所述支撑浮体还包括：若干个滑轮装置，每一所述滑轮装置对应设置于所述水平撑结构的第二端的端部。

可选地，所述压载组件包括：压载箱和若干个悬挂拉索，每一所述悬挂拉索的一端与所述风机塔架连接，其另一端对应穿过所述滑轮装置与所述压载箱连接。

可选地，还包括：若干个系泊索，每一所述系泊索的一端与所述水平撑结构的第二端连接，其另一端用于与漂浮式风机基础的待系泊处连接，用于固定所述漂浮式风机基础。

可选地，若干个水平撑结构位于海平面下方。

可选地，所述风机塔架与所述支撑浮体一体化设置。

可选地，所述压载箱包括上下叠加的第一层和第二层，所述第一层根据风机系统的重量和重心高度配置需要的压载量，所述第二层采用浇灌钢筋混凝土形成。

另一方面，本发明还提供一种风力发电机，包括：风机、如上文所述的漂浮式风机基础，所述风机设置在所述漂浮式风机基础上。本实用新型至少具有以下优点之一：

本实用新型漂浮式风机基础包括用于连接并支撑风机塔架的支撑浮体(风机基础)，以及压载组件，其与所述支撑浮体连接，位于所述支撑浮体下方。所述支撑浮体提供浮力，所述支撑浮体下方悬挂有压载组件，极大的降低了整个海上风机系统的重心，保证了良好的自身稳定性。解决了现有的浮式基础为了降低风机的运动幅度，通常需要设置主动压载系统或者阻尼系统的问题。

所述支撑浮体同时具备半潜式和Spar式平台的优点。中央立柱和水平撑结构提供浮力，在拖航和安装时为半潜式型式，水线面较大具有良好的稳定性，有利于降低拖航和安装成本。在风机工作位置时下潜为Spar式平台，因而具有良好的运动响应性能。

所述风机塔架与所述支撑浮体采用集成一体化的设计。通过悬挂拉索直接连接风机塔架和压载组件或压载箱。悬挂配重压载箱的悬挂拉索通过滑轮装置将拉力直接传递到风机的塔架部分，拉索张力可以平衡风机工作时产生的巨大推力，减少塔架基础的受力，有利于进一步优化风机塔架的设计。

该方案为漂浮式风机基础的设计提供了新的设计思路，可推动漂浮式基础在海上风电工程领域的应用推广。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的一种漂浮式风机基础的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的一种风力发电机的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图1～2和具体实施方式对本实用新型提出的一种漂浮式风机基础及风力发电机作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施方式的目的。为了使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

结合图1和图2所示，本实施例提供一种漂浮式风机基础，包括：

用于连接并支撑风机塔架400的支撑浮体，以及压载组件，其与所述支撑浮体连接，位于所述支撑浮体下方。

所述支撑浮体包括：中央立柱300和若干个水平撑结构201，所述中央立柱300的第一端与所述风机塔架400进行连接；若干个所述水平撑结构201沿所述中央立柱300周向间隔分布，每一所述水平撑结构201的第一端与所述中央立柱300连接。具体的，在本实施例中，所述中央立柱300的第一端采用过渡连接台200与所述风机塔架400进行固定连接。

以中央立柱300为中心发射状布置3～4个水平撑结构201，水平撑结构201可以支撑中央立柱300并为所述支撑浮体提供浮力。

所述支撑浮体还包括：若干个斜撑301，若干个所述斜撑301沿所述中央立柱300的周向间隔分布，且每一所述斜撑301的一端与所述中央立柱300的第二端呈角度连接，其另一端对应与所述水平撑结构201的第二端连接。在本实施例中，所述斜撑301的数量与所述水平撑结构201的数量相同。

若干个水平撑结构201位于海平面700下方。所述中央立柱300为圆形截面，水平撑结构201和斜撑301可具有圆形或多边形横截面。

支撑浮体的整体尺度约60mx60m，高约35m，吃水约27m，海平面700上只露出中央立柱基础和上面的风力发电机，便于运维人员上下。

该新型漂浮式风机的总排水量约为4000-6000ton，适用水深为60m～100m以上。

所述支撑浮体还包括：若干个滑轮装置202，每一所述滑轮装置202对应设置于所述水平撑结构201的第二端的端部。所述滑轮装置202的数量与所述水平撑结构201的数量相同。

所述压载组件包括：压载箱800和若干个悬挂拉索500，每一所述悬挂拉索500的一端与所述风机塔架400连接，其另一端对应穿过所述滑轮装置202与所述压载箱800连接。具体的，本实施例还设有一风机塔架400的套筒100，其设置在所述风机塔架400上，所述每一所述悬挂拉索500的一端与所述套筒100连接，进而实现与所述风机塔架400的连接目的。

所述压载箱800包括上下叠加的第一层和第二层，所述第一层根据风机系统的重量和重心高度配置需要的压载量，所述第二层采用浇灌钢筋混凝土形成。

所述压载箱800的悬挂深度约50m，其采用压载介质可采用海水或沙石等。

本实施例还包括：若干个系泊索600，每一所述系泊索600的一端与所述水平撑结构201的第二端连接，其另一端用于与漂浮式风机基础的待系泊处连接，用于固定所述漂浮式风机基础。

所述风机塔架400与所述支撑浮体一体化设置。所述支撑浮体上可设置运维平台，其内安装有绞车，用于系泊索600和悬挂拉索500的收放。

另一方面，基于同一发明构思，本发明还提供一种风力发电机或浮式风机系统，包括：风机、如上文所述的漂浮式风机基础，所述风机设置在所述漂浮式风机基础上。风机包括叶片401和风机塔架400，所述叶片401设置在所述风机塔架400的顶端，所述风机塔架400的底端通过过渡连接台200与所述中央立柱300连接。

本实施例提供的漂浮式风机基础包括用于连接并支撑风机塔架的支撑浮体(风机基础)，以及压载组件，其与所述支撑浮体连接，位于所述支撑浮体下方。所述支撑浮体提供浮力，所述支撑浮体下方悬挂有压载组件，极大的降低了整个海上风机系统的重心，保证了良好的自身稳定性，对高耸的上部建筑结构产生的风倾力矩，仍具有良好的回复能力，工作状态下可以保持足够的稳性，保证风力机发电效率。解决了现有的浮式基础为了降低风机的运动幅度，通常需要设置主动压载系统或者阻尼系统的问题。

所述支撑浮体同时具备半潜式和Spar式平台的优点。中央立柱和水平撑结构提供浮力，在拖航和安装时为半潜式型式，水线面较大具有良好的稳定性，有利于降低拖航和安装成本。在风机工作位置时下潜为Spar式平台，因而具有良好的运动响应性能。

所述风机塔架与所述支撑浮体采用集成一体化的设计。通过悬挂拉索直接连接风机塔架和压载组件或压载箱。悬挂配重压载箱的悬挂拉索通过滑轮装置将拉力直接传递到风机的塔架部分，拉索张力可以平衡风机工作时产生的巨大推力，减少塔架基础的受力，有利于进一步优化风机塔架的设计。

该方案为漂浮式风机基础的设计提供了新的设计思路，可推动漂浮式基础在海上风电工程领域的应用推广。

本实施例所提供的浮式风机系统自身稳定性良好，无需设置主动压载系统或阻尼系统，结构简单，可靠性高，对水深的适应性强，特别适用于水深较大的海域。另外，此浮式基础的部件组成较为简单，钢料用料省，有效降低了平台的建造成本；且浮式基础与风机系统的连接安装可在码头完成，省掉了海上安装的风险和费用，总体经济性较好。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种漂浮式风机基础，其特征在于，包括：

用于连接并支撑风机塔架的支撑浮体，以及

压载组件，其与所述支撑浮体连接，位于所述支撑浮体下方；所述支撑浮体包括：中央立柱、若干个水平撑结构和若干个斜撑，所述中央立柱的第一端与所述风机塔架进行连接；若干个所述水平撑结构沿所述中央立柱周向间隔分布，每一所述水平撑结构的第一端与所述中央立柱连接；若干个所述斜撑沿所述中央立柱周向间隔分布，且每一所述斜撑的一端与所述中央立柱的第二端呈角度连接，其另一端对应与所述水平撑结构的第二端连接。

2.如权利要求1所述的漂浮式风机基础，其特征在于，所述支撑浮体还包括：若干个滑轮装置，每一所述滑轮装置对应设置于所述水平撑结构的第二端的端部。

3.如权利要求2所述的漂浮式风机基础，其特征在于，所述压载组件包括：压载箱和若干个悬挂拉索，每一所述悬挂拉索的一端与所述风机塔架连接，其另一端对应穿过所述滑轮装置与所述压载箱连接。

4.如权利要求1所述的漂浮式风机基础，其特征在于，还包括：若干个系泊索，每一所述系泊索的一端与所述水平撑结构的第二端连接，其另一端用于与漂浮式风机基础的待系泊处连接，用于固定所述漂浮式风机基础。

5.如权利要求1所述的漂浮式风机基础，其特征在于，若干个水平撑结构位于海平面下方。

6.如权利要求1所述的漂浮式风机基础，其特征在于，所述风机塔架与所述支撑浮体一体化设置。

7.如权利要求3所述的漂浮式风机基础，其特征在于，所述压载箱包括上下叠加的第一层和第二层，所述第一层根据风机系统的重量和重心高度配置需要的压载量，所述第二层采用浇灌钢筋混凝土形成。

8.一种风力发电机，其特征在于，包括：风机、如权利要求1～7中任意一项所述的漂浮式风机基础，所述风机设置在所述漂浮式风机基础上。

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