CN219176493U - 一种海上半潜式风机基础 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海上半潜式风机基础，包括外围立柱(1)、中心立柱(5)、撑杆(4)，所述外围立柱安装在所述中心立柱的外围，并经所述撑杆连接所述中心立柱，所述外围立柱向外倾斜安装，倾斜角度为10‑30°；所述外围立柱和所述中心立柱安装在底座浮体上，且所述中心立柱竖直安装在所述底座浮体的中心，所述外围立柱均布在所述底座浮体的周边。所述底座浮体为具有三个分支的Y型结构，各分支与其上安装的外围立柱、撑杆独立成组，各组之间无连接构件。本实用新型兼顾漂浮式风机的建造、调试、运输、安装和运维等施工方案，实现漂浮式风电场的降本增效。

Description

一种海上半潜式风机基础

技术领域

本实用新型涉及海上漂浮式风电，特别是一种海上半潜式风机基础。

背景技术

为实现碳中和的目标，我国正积极向清洁能源转型，海上风电是大力发展的新能源之一。随着近浅海可开发区域机位的逐渐饱和，由浅到深、由固定式到漂浮式转型成为海上风电发展的必然趋势。目前世界上80％的海上风资源位于水深超过60m的海域，深远海风能密度是近海的将近4倍，潜在的开发空间非常广阔。

漂浮式风机基础包括单立柱式、半潜式、张力腿式、驳船式。半潜式风机基础适用于50m以上水深，它通过多根立柱提供稳性，水线面面积相对较小。半潜式风机基础在垂直面内运动的固有周期较大，能够避开波浪的主要能量范围，因此相应运动的幅值较小。在水平面内的运动主要通过系泊系统来限制。半潜式风机基础的吃水具有更大的灵活性，可在码头或船坞完成风机安装，再一同拖运到风场，这可以降低海上安装成本。

海上风电即将进入平价时代，当前最现实的问题依然是降低海风成本。业内普遍认为，面向深远海的漂浮式风电将成为继风机大型化之后，海上风电的主要降本方式。由于深远海的水深限制和离岸距离增加，风机基础在运输和安装方面遭遇了极大的挑战，这也加剧了漂浮式海上风电成本的居高不下。另外，大功率漂浮式风机基础的构型与尺寸设计，不能简单对已有适用于较小功率的浮式基础进行放大，而是应当考虑全生命周期的建造、调试、运输、安装和运维等要求，并兼顾发电效率，进一步促进降本增效。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有大型化漂浮式风机的投资成本高的不足，本实用新型提供一种海上半潜式风机基础，其能在满足浮体稳性和运动性能要求的前提下，兼顾漂浮式风机的建造、调试、运输、安装和运维等施工方案，实现漂浮式风电场的降本增效。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：一种海上半潜式风机基础，包括外围立柱、中心立柱和撑杆，所述外围立柱安装在所述中心立柱的外围，并经所述撑杆连接所述中心立柱，且：

所述外围立柱向外倾斜安装，倾斜角度为10-30°；

所述外围立柱和所述中心立柱安装在底座浮体上，且所述中心立柱竖直安装在所述底座浮体的中心，所述外围立柱均布在所述底座浮体的周边。

优选地，所述底座浮体为具有三个分支的Y型结构，所述分支包括连梁和垂荡板，各分支的连梁一端连接成一体，另一端向外辐射并连接所述垂荡板，所述中心立柱设立在各连梁的连接点，各分支的垂荡板上分别安装所述外围立柱，且各分支与其上安装的外围立柱、撑杆独立成组，各组之间无连接构件，以便为漂浮式风机的建造、运输、安装和运维提供很大的便利。

优选地，相邻所述分支的夹角为120°。

优选地，相邻所述垂荡板的中心距离在58.0至72.0m之间。

优选地，所述外围立柱包括一直立段和一倾斜段，直立段的下端与所述垂荡板垂直对接，直立段的上端连接倾斜段的下端，且所述倾斜段整体向外倾斜。

优选地，所述中心立柱的顶端承载风机，所述风机的塔筒轴线与所述中心立柱的轴线重合，且所述风机的塔筒直径与所述中心立柱的直径之比为0.8至1.0。

优选地，所述风机的功率大于或等于12.0MW。

优选地，所述垂荡板的直径与所述外围立柱的直径之比为1.2至2.0。

优选地，所述连梁的宽度与所述垂荡板的直径之比为0.3至0.8，且所述连梁的高度与所述垂荡板的高度之比为1.0至3.0。

优选地，所述连梁为矩形体，在靠近中心立柱一端，所述连梁的相邻表面之间倒圆角，所述圆角的半径为1.0至2.5m，在靠近垂荡板的一端，所述连梁的相邻表面垂直相交。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型半潜式风机基础整体为或近似为中心对称构型，易于通过调整压载水达到正浮状态；

(2)本实用新型半潜式风机基础呈下窄上宽的空间架构，有利于通过运输船实施干拖；

(3)本实用新型底座浮体采用“Y”型结构布局，在运输或拖载时允许多个本实用新型浮式基础的交错布置，可以减少占地面积，尤其是干拖过程的甲板面积；

(4)本实用新型半潜式风机基础的水线面的面积矩随着吃水的增加而增大，在一定倾角下的回复力矩相对于垂直设置的外围立柱更大，故本实用新型稳性性能更佳，并可依据作业需求灵活调整吃水；

(5)本实用新型半潜式风机基础的布局更为紧凑，结构利用率更高，有助于降低漂浮式风机单位功率的用钢量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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为本实用新型结构图。

图2为本实用新型不同吃水状态的示意图。

图3为本实用新型搭载大功率风机的示意图。

图4为半潜式运输船同时运输2台本实用新型示意图。

图5为半潜式运输船同时运输3台本实用新型示意图。

图中：1.倾斜立柱、2.垂荡板、3.连梁、4.撑杆、5.中心立柱、6.风机塔筒、7.半潜式运输船、8.水线面、11.直立段、12.倾斜段。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

为了便于描述，各部件的相对位置关系，如：上、下、左、右等的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本专利的结构起限定作用。

如图1所示，本实用新型海上半潜式风机基础一实施例包括外围立柱1、垂荡板2、连梁3、撑杆4和中心立柱5，其中外围立柱1、垂荡板2、连梁3、撑杆4分成三组结构物安装，每组结构物中的外围立柱1、垂荡板2、连梁3、撑杆4的中心线与中心立柱1的中心线位于同一个垂直面内，且各组结构物呈120°旋转对称或者关于中纵剖面对称，各组结构物之间无大型的连接构件，以便为漂浮式风机的建造、运输和安装和运维提供很大的便利。

三组结构物中的连梁3的一端连接成一体，另一端向外辐射并与垂荡板2对接，使三组结构物中的连梁3和垂荡板2形成Y型结构的底座浮体。两个垂荡板2的中心间距限制在58.0至72.0m之间，该值接近常规大型半潜式运输船7的船宽，因而方便拖航甲板布置以保持拖航时的结构完整性。

外围立柱1包括一直立段11和一倾斜段12，直立段11的下端与水平设置的垂荡板2的中心位置垂直对接，直立段11向上延伸5.0至10.0m后，直立段11的上端连接倾斜段12的下端，倾斜段12整体向外倾斜，倾斜角度在10-30°。

中心立柱5竖直安装在各连梁3的连接处，且中心立柱5的轴线与各连梁3的连接点重合。中心立柱5的顶端承载12.0MW以上风机，风机塔筒6与中心立柱5的轴线重合，两者直径之比为0.8至1.0。如此，通过采用风机中置布局，使得本实用新型易于通过压载水管理维持正浮状态，同时风机对浮体转动不敏感，叶尖高度以及机舱运动和加速度等更容易满足设计要求。

中心立柱5的高度大于或等于外围立柱1的高度，外围立柱1的顶部与中心立柱1通过撑杆4连接。撑杆4的水平夹角为0至5°，横截面为圆形，直径为2.0至4.0m。撑杆4可以提高结构完整性，也可作为人员和物品转移的通道。

进一步的，垂荡板2与外围立柱1的直径之比为1.2至2.0。如此，垂荡板2与外围立柱1连接处的横截面积陡变，可以增加本实用新型运动的附加质量和粘性阻尼，从而进一步减小运动幅值。

进一步的，连梁3的宽度与垂荡板2的直径之比为0.3至0.8，连梁3的高度与垂荡板2的高度之比为1.0至3.0，且连梁高度为5.0至9.0m。连梁3和垂荡板2形成的底座浮体置于本实用新型最底部且排水体积较大，有利于提高本实用新型的稳性，扩大吃水调整范围。连梁3和垂荡板2的尺寸较大，两者作为承受总体波浪载荷的主要构件。

进一步的，各个连梁3为矩形体，在靠近中心立柱5一端，连梁3的相邻表面之间倒圆角，截面圆角的半径为1.0至2.5m，以减小流阻力；在靠近垂荡板2的一端，连梁3的相邻表面垂直相交，不设置倒圆角，以增加垂直面内运动的粘性阻尼。

本实用新型使用时，由于采用向外倾斜的外围立柱1，当吃水增加时，水线面远离本实用新型的中心线，水线面面积矩增加，同时本实用新型在一定倾角下的回复力矩相对于垂直设置的外围立柱也更大，故本实用新型可在减小底部尺寸的同时，保证其具备充足的稳性。

如图2所示，本实用新型的吃水范围较广，最小吃水位于垂荡板，最大吃水靠近外围立柱的中部。可见，本实用新型将垂荡板2和连梁3布置于最底部，使得本实用新型排水体积较大，有利于降低重心高度和增加吃水范围：在建造、拖航和安装时采用浅吃水，从而降低水深要求；在作业和自存时采用深吃水，从而减小波浪载荷。

如图3所示，本实用新型具有外倾立柱的半潜式浮式风机基础搭载大兆瓦风机6，且风机6的塔筒与中心立柱4的轴线重合。如此，风机6采用中置布局易于浮体压载水调整，以维持正浮状态。另外，风机6位于中心位置对本实用新型的转动不敏感，因此风机6的叶尖位置以及机舱的运动和加速度更容易满足设计要求。

如图4和图5所示，可运用大型半潜式运输船7(甲板尺寸参考目前国内最大的半潜式运输船)拖航2台或3台本实用新型。由于本实用新型采用外倾设置的外围立柱1，使得本实用新型的底部面积更小，垂荡板2与浮体中心的距离相对于垂直立柱与浮体中心的距离可减少10.0至18.0m，另外，本实用新型的三组结构物(外围立柱1+垂荡板2+连梁3+撑杆4)之间保留较大空间，因此本实用新型可在运输船上实现交错布置，以高效利用有限的甲板面积。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方案，但本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种海上半潜式风机基础，包括外围立柱(1)、中心立柱(5)、撑杆(4)，所述外围立柱安装在所述中心立柱的外围，并经所述撑杆连接所述中心立柱，其特征在于：

所述外围立柱向外倾斜安装，倾斜角度为10-30°；

所述外围立柱和所述中心立柱安装在底座浮体上，且所述中心立柱竖直安装在所述底座浮体的中心，所述外围立柱均布在所述底座浮体的周边。

2.根据权利要求1所述的海上半潜式风机基础，其特征在于，所述底座浮体为具有三个分支的Y型结构，所述分支包括连梁(3)和垂荡板(2)，各分支的连梁一端连接成一体，另一端向外辐射并连接所述垂荡板，所述中心立柱设立在各连梁的连接点，各分支的垂荡板上分别安装所述外围立柱，且各分支与其上安装的外围立柱、撑杆独立成组，各组之间无连接构件。

3.根据权利要求2所述的海上半潜式风机基础，其特征在于，相邻所述分支的夹角为120°。

4.根据权利要求2所述的海上半潜式风机基础，其特征在于，相邻所述垂荡板的中心距离在58.0至72.0m之间。

5.根据权利要求2所述的海上半潜式风机基础，其特征在于，所述外围立柱包括一直立段(11)和一倾斜段(12)，直立段的下端与所述垂荡板垂直对接，直立段的上端连接倾斜段的下端，且所述倾斜段整体向外倾斜。

6.根据权利要求1所述的海上半潜式风机基础，其特征在于，所述中心立柱的顶端承载风机，所述风机的塔筒轴线与所述中心立柱的轴线重合，且所述风机的塔筒直径与所述中心立柱的直径之比为0.8至1.0。

7.根据权利要求1所述的海上半潜式风机基础，其特征在于，所述风机的功率大于或等于12.0MW。

8.根据权利要求2所述的海上半潜式风机基础，其特征在于，所述垂荡板的直径与所述外围立柱的直径之比为1.2至2.0。

9.根据权利要求2所述的海上半潜式风机基础，其特征在于，所述连梁的宽度与所述垂荡板的直径之比为0.3至0.8，且所述连梁的高度与所述垂荡板的高度之比为1.0至3.0。

10.根据权利要求2所述的海上半潜式风机基础，其特征在于，所述连梁为矩形体，在靠近中心立柱一端，所述连梁的相邻表面之间倒圆角，所述圆角的半径为1.0至2.5m，在靠近垂荡板的一端，所述连梁的相邻表面垂直相交。

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