TWI780059B - 包含浮子之浮動支撐結構及具有一排孔之起伏板 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種具有主浮子(2)及起伏板(3)之浮動支撐結構(1)。起伏板(3)包含基本上平行於該起伏板之周邊之單排孔(4)。

Description

包含浮子之浮動支撐結構及具有一排孔之起伏板

本發明係關於海上浮動支撐結構領域，特定言之係關於海上風力渦輪領域。 在海上風力渦輪之情況下，浮動支撐結構在已浮現部分中支撐由葉片、轉子、機艙及緊固至浮動支架之塔架組成之風力渦輪。此等浮動支撐結構可藉由拉緊、半拉緊或懸鏈線錨固至海床。浮動支架之目標係提供風力渦輪的浮力及穩定性，以便承受施加在其上之應力並同時限制總成之運動。

許多國家目前正在開發旨在用於安裝海上多兆瓦風力渦輪之各種浮動支撐結構。取決於所考慮之場所之深度，可能有若干設計選項。儘管其等係多樣化的，湧現了若干浮動支援結構系列，其中： -SPAR (單點錨儲存器)型浮子，其特徵在於細長幾何形狀且包含顯著壓載物，以便將整個結構之重心最大程度地降低，且因此提供穩定性(稱為品質穩定性)， -駁船式浮子係非常寬的淺拖曳支撐結構。其等穩定性係由其等寬水面區域提供(稱為外觀穩定性)。然而，此類型的支撐結構對波動非常敏感， -TLP (張力腿平台)型支撐結構，其等具有藉由提供結構穩定性之拉緊電纜停泊至海床之特定特徵， -半潛式浮子係由藉由提供剛度之臂連接之至少三個浮子組成之支撐結構。此等支撐結構通常具有低位移及大的水面區域慣性，因此為其等穩定性提供足夠的恢復力矩。此外，此類型的浮子對於波動的敏感不及駁船。 對於所有浮動支撐系列，主要設計準則係穩定性、由風力引起之推力之反平衡及浮動支撐運動之限制。 為確保浮動支架之穩定性及低運動，一種解決方案在於在浮動支撐結構之浮子處使用亦稱為阻尼板或裙板之起伏板。起伏板自浮子突出以便顯著地阻尼起伏以及浮動支架之滾動及俯仰運動。 專利申請案FR-3,005,698 (WO-2014/184,454)描述了在用於海上風力渦輪之浮動支撐結構之上下文中具有起伏板之浮動支架之此一實例。然而，阻尼對於本專利申請案中提供之組態並非最佳的。 為克服此等缺點，本發明係關於一種具有主浮子及起伏板之浮動支撐結構。起伏板包含基本上平行於該起伏板之周邊之單排孔。此排孔允許增加浮動支撐結構之阻尼。

本發明係關於一種浮動支撐結構，其包含至少一主浮子及至少一起伏板，該起伏板之水平截面之表面面積大於該主浮子之該水平截面之表面面積，該起伏板被緊固至該主浮子，且該起伏板包含複數個孔。該等孔經均勻分佈以便形成單排孔，該排孔平行於該起伏板之外周邊。 根據實施例，該等孔基本上為圓形、梯形或矩形。 根據實施方案，該起伏板在該排孔之區域中之孔隙率在0.1%與10%之間之範圍中。 根據本發明之態樣，該起伏板包含均勻分佈在其外周邊上之複數個凹口及/或突起。 較佳地，該等凹口及/或該等突起基本上為矩形。 有利的是，該起伏板被緊固至該主浮子之基部。 根據特徵，該起伏板包含至少一增強板，該增強板係自該起伏板之中心佈置至該外周邊。 有利的是，該起伏板之水平截面隨深度變化。 根據本發明之實施例，該起伏板係由鋼或混凝土製成。 根據特徵，該起伏板包含基本上圓形、六邊形或正方形水平截面。 此外，本發明係關於一種包含風力渦輪及如前述特徵之任一者之浮動支撐結構之海上風力渦輪。

本發明係關於一種浮動支撐結構。浮動支撐結構可用作海上風力渦輪之基礎，而且亦可適用於諸如海上採油及海洋能源回收(熱能、波能、海流能量等)等其他領域。 根據本發明之浮動支撐結構可屬於SPAR型、駁船型、TLP型或半潛式(例如三浮型)浮子系列。 浮動支撐結構包含至少一主浮子及至少一起伏板。主浮子提供浮動支撐浮力。浮動支撐結構可包含彼此連接之一或多個主浮子。藉由非限制性實例，主浮子可具有基本上細長形狀：高度(在浮動支架之正常使用條件下，沿垂直軸)可等於或大於主浮子之其他水平尺寸。主浮子可具有任何形狀，特別係平行六面體、圓柱形、棱柱形、圓錐形、截頭圓錐等形狀。主浮子之水平截面之表面面積係由Sc標示。水平截面被理解為當浮動支架處於「正常」使用位置中時(特別係沒有風推力)由水平平面切割之主浮子(或起伏板)之截面。對於其中主浮子具有圓柱形之一個實施例實例，水平截面為圓形。主浮子可由鋼或混凝土製成。為提供浮力，主浮子可包含充滿空氣之內部容積。 根據本發明，起伏板被緊固至主浮子。取決於浮動支架之使用位置，起伏板相對於該板之其他尺寸具有小厚度(當浮動支撐結構處於「正常」使用位置中時沿垂直軸之高度)。根據本發明，起伏板包括複數個孔。當浮動支撐結構處於「正常」使用位置中時(例如沒有風推力)，該等孔基本上垂直。替代地，孔可基本上相對於垂直方向傾斜。該等孔平均分佈在起伏板上以便形成單排孔。此單排孔基本上平行於該起伏板之外周邊。換言之，該排具有與該板之形狀基本上相同之形狀。例如，若起伏板為圓形，則該排孔為圓形，或若起伏板為六邊形，則該排孔為六邊形等。該等孔允許液體（海水）通過起伏板。此外，孔的存在允許限制環形多孔裙板所特有的添加水質量項的降低，並同時保持大幅的阻尼增益。此外，根據本發明之起伏板比在整個表面上具有極多個孔之多孔裙板更容易製造。 起伏板可由混凝土或金屬(特別係鋼)製成。起伏板可包含將主浮子聯接至起伏板之增強件。當起伏板係由金屬製成時，可特別地使用此等增強件(亦稱為增強板)。此等增強件可垂直於起伏板。此外，增強件可具有隨深度變化之厚度。此等增強件允許增加起伏板之阻力。 下文描述之各種實施例可經組合以便組合其等效果。 根據本發明之一個實施例，孔可由延伸穿過起伏板之孔組成。孔可藉由鑽孔或任何其他類似手段製成。 根據替代方案，孔可由兩個環形部分及增強板（增強件）限定。例如，可在主浮子之周邊與起伏板之內輪廓之間提供間距，且此間距可藉由將主浮子聯接至起伏板之增強板分成若干孔。在此情況下，起伏板被稱為環形。增強板可自主浮子之中心定向至起伏板之周邊。增強板可由金屬板組成。此等增強板可垂直於起伏板。 孔可具有各種形狀：圓形、矩形、三角形、六邊形等。較佳地，當孔由延伸穿過起伏板之孔組成時，該等孔可基本上為圓形，且當孔由環形起伏板及增強板限定時，該等孔可基本上為梯形。圓形孔之半徑可在0.1 m與2 m之間之範圍中。此等梯形之尺寸可在0.1 m與2 m之間之範圍中。 根據本發明之實施例，所有孔都具有相同形狀及尺寸。 根據本發明之實施例，起伏板可被緊固至主浮子之基部。此建構使得能夠簡單地設計浮動支撐結構，並同時提供浮動支架之良好阻尼且尤其提供支撐結構之良好穩定性。 替代地，起伏板可被緊固至主浮子之任何點。 根據實施方案選項，浮動支撐結構包含單個起伏板。此建構允許促進浮動支架之設計。 替代地，浮動支撐結構可包含緊固在主浮子之不同高度處之複數個起伏板以便最佳化浮動支架之阻尼。 根據本發明之實施例，起伏板及浮子可相對於彼此居中。 根據實施例，起伏板具有水平截面，其形狀與主浮子之水平截面相同且具有更大尺寸。換言之，起伏板之水平截面可與主浮子之水平截面類似。例如，若主浮子為圓柱形，則起伏板之水平截面可為圓形。根據另一實例，若主浮子為平行六面體，則起伏板之水平截面可為矩形。根據第三實例，若主浮子具有六邊形截面，則起伏板之水平截面可為六邊形。 根據替代方案，起伏板之形狀可不同於主浮子之形狀。例如，主浮子可具有基本上圓柱形，且起伏板具有多邊形，例如六邊形，且反之亦然。 此外，若浮動支撐結構係多浮子型，例如三浮子，則可在每一浮子(例如三個浮子)之基部處提供起伏板。 可在起伏板之跨度之任何點處提供該排孔。起伏板之跨度被理解為主浮子之周邊端與起伏板之周邊端之間之最小距離。例如，若主浮子及起伏板為圓柱形，則跨度對應於主浮子與起伏板之間之半徑差。根據另一實例，若主浮子及起伏板具有正方形截面，則該跨度對應於主浮子與起伏板之間之側差的一半。根據第一實例，該排孔與起伏板之外周邊相距之距離可接近起伏板跨度之100%。根據第二實例，該排孔與起伏板之外周邊相距之距離可接近起伏板跨度之50%。根據第三實例，該排孔與起伏板之外周邊相距之距離可接近起伏板跨度之10%。 因此，表示相距起伏板之外圓周之跨度之100%之距離對應於主浮子周圍之孔之佈置，其涉及孔遠離起伏板之外周邊。該佈置接近100%(例如基本上在70%與100%之間之範圍中)可適用於由環形起伏板及增強板製成之孔。 根據本發明之實施實例，當孔係延伸穿過起伏板之孔時，孔可基本上佈置在起伏板之中心處，即，與外周邊相距某一距離處，該距離表示起伏板之跨度之基本上40%至60%。 與起伏板跨度之外周邊相距之距離(表示基本上為10%，即，在1%與30%之間)對應於該起伏板之周邊上之孔之佈置。此設計允許達成起伏板之更好的阻力。 根據本發明之實施例，起伏板之孔隙率在0.1%與10%之間之範圍中以便最佳化浮動支撐結構之阻尼。孔隙率對應於允許液體通過之表面面積與總表面面積之比率。可根據主浮子及起伏板之尺寸選擇孔隙率。 根據實施例，起伏板可具有隨深度變化之水平截面，以便增加起伏板之穩定性及阻尼。因此，起伏板包含其厚度隨深度之變化。 此外，起伏板可具有由Sd1標示之水平截面之最小表面面積，其嚴格地大於主浮子之水平截面之表面面積Sc。因此，僅起伏板之周邊可具有深度變化，且起伏板之周邊可具有纖薄端，即厚度減小。具有最小表面面積之此厚度變化自結構觀點來看允許具有耐用起伏板且允許具有有助於流體動力阻尼之纖薄端。 根據本發明之態樣，起伏板可具有隨深度增加之水平截面。因此，在浮動支撐結構之使用位置中，起伏板在其基部具有較大截面，且在其頂部具有較小截面。因此，起伏板隨著深度變薄(厚度降低)。起伏板之水平截面之此增加允許產生流體動力學形狀，有助於起伏、滾動及俯仰阻尼。此建構提供易實施之優點。 在變型中，起伏板可具有隨深度減少之水平截面。因此，在浮動支撐結構之使用位置中，起伏板在其頂部具有較大截面，且具有較小基部。因此，起伏板在其頂部變薄(厚度降低)。起伏板之水平截面之此減少允許產生流體動力學形狀，有助於起伏、滾動及俯仰阻尼。 替代地，起伏板之形狀可由兩個截頭圓錐形容積組成，其等較大表面面積之截面在其中心處並列。兩個截頭容積較佳地具有相同尺寸。因此，起伏板之水平截面在第一高度(對應於起伏板之上部)內隨深度增加，接著其在第二高度(對應於起伏板之下部)內隨深度減少。因此，起伏板在其中心處具有較大截面，且在其基部及頂部處具有較小截面。此起伏板設計允許產生流體動力學形狀，其有助於起伏、滾動及俯仰阻尼。 根據本發明之實施例，為確保浮動支撐結構之良好阻力，起伏板之跨度可在1 m與15 m之間、較佳地在3 m與10 m之間的範圍中。此一跨度確保起伏板相對於主浮子之尺寸的最小尺寸，其容許增加其阻力。出於結構原因，若主缸本身的半徑很大(通常12 m)，則裙板跨度限制在12 m或甚至10 m。 根據非限制性實施實例，在起伏板之根端處，起伏板或可能加強件之厚度可大於或等於1.5 m。換言之，根據此實例，起伏板在主浮子周邊處之厚度可大於或等於1.5 m。該起伏板根端之此厚度允許保證起伏板之最佳化阻力。 根據本發明之實施方案選項，起伏板可包含均勻分佈在其周邊上之複數個凹口及/或突起。因此，其可增加起伏板之周長，其具有增加其中發生渦流脫落之面積而不增加起伏板之表面面積之效果。凹口及/或突起可具有任何形狀，特別係矩形、半圓形、正弦曲線等。透過加工平板可特別地提供凹口。 根據設計，浮動支撐結構可包含永久性壓載物構件。此等永久性壓載物構件可佈置在主浮子之基部處，例如在起伏板上方。永久性壓載物允許浮動支撐結構之靜水平衡。其可由混凝土、海水或任何重量的固體或液體物質組成。此等各種材料之質量可經分佈以便滿足靜態及動態穩定性準則，且亦降低浮動支撐結構之製造成本。 根據特徵，浮動支撐結構可包含至少一個且較佳地更多動態壓載物沉箱，其容積可取決於浮動支撐結構之使用條件而進行壓載或卸除壓載。此等沉箱中使用之壓載物可特別為海水。此等動態壓載物沉箱可被包含在主浮子中，例如在起伏板上方，且可能在永久壓載構件上方。動態壓載物沉箱允許校正及調整浮動支撐結構之修整角度，且因此校正及調整佈置在浮動支撐結構上之系統軸。動態壓載物沉箱可被提供在主浮子內、其周邊部分中。 圖1藉由非限制性實例示意性地圖解說明根據本發明之第一實施例之浮動支撐結構。圖1係浮動支撐結構1之截面圖。浮動支撐結構1包含水平截面表面面積Sc之基本上圓柱形主浮子2。浮動支撐結構1亦包含被緊固至主浮子2之基部之起伏板3。起伏板3具有基本上圓柱形形狀。起伏板3之水平截面之表面面積嚴格地大於主浮子之水平截面之表面面積。起伏板3包含複數個孔4。該排孔4亦為圓形。孔4基本上為圓形。孔4係提供在基本上與起伏板3之外周邊相距一定距離之孔，該距離對應於起伏板跨度的三分之二。 圖2藉由非限制性實例示意性地圖解說明根據本發明之第二實施例之浮動支撐結構。圖2係浮動支撐結構之三維部分視圖。浮動支撐結構包含基本上圓柱形主浮子2。浮動支撐結構亦包含被緊固至主浮子2之基部之起伏板3。起伏板3為圓柱形。此外，起伏板3為環形：在主浮子2與起伏板3之間提供環形空間。提供增強板5用於將主浮子2及起伏板3聯接。增強板5相對於主浮子2及起伏板3為徑向的。孔4形成在此空間中，且其等受主浮子2、起伏板3及兩個連續增強板5限制。因此，孔具有基本上梯形形狀。該排孔4因此為圓形。此外，孔4與起伏板3之外周邊之間之距離接近起伏板跨度之100%。 圖3a及3b藉由非限制性實例示意性地圖解說明第一實施例之兩個變體實施例（參見圖1）。圖3a及3b係展示浮動支撐結構的一半之三維視圖。對於該兩個圖式，浮動支撐結構包含基本上圓柱形主浮子2。浮動支架亦包含被緊固至主浮子2之基部之起伏板3。起伏板3基本上為圓柱形。起伏板3之水平截面之表面面積嚴格地大於主浮子之水平截面之表面面積。起伏板3包含一排孔4。孔4基本上為圓形。該排孔4為圓形。孔4基本上佈置在起伏板3之跨度中間。在圖3a中，孔4比在圖3b之間隔開得更大。因此，對於圖3b之變型，起伏板3之孔隙率相對於圖3a之變型更大。 圖4藉由非限制性實例示意性地圖解說明根據第三實施例之浮動支撐結構。圖4係浮動支撐結構的一半之三維視圖。浮動支架1包含水平截面Sc之基本上圓柱形主浮子2。浮動支架1亦包含被緊固至主浮子2之基部之起伏板3。在此圖式中，未展示起伏板之厚度。起伏板3之水平截面之表面面積嚴格地大於主浮子之水平截面之表面面積。起伏板3基本上為圓柱形(未展示)。起伏板包含一排孔4。孔4基本上為圓形。孔4基本上佈置在起伏板3之跨度中間。此外，起伏板3包含被提供在起伏板3之周邊中之複數個凹口6。凹口6被均勻分佈在此周邊上。凹口基本上具有矩形形狀。起伏板3可包含5個至30個凹口6。 本發明不限於上文圖解說明之實施例，亦可考慮其他設計。例如，圖2之實施例可與圖4之實施例組合。根據另一種設計，對於所圖解說明之所有實施例，主浮子及起伏板可具有矩形、正方形或六邊形形狀等。根據其他特徵，所圖解說明之實施例之起伏板可具有截頭圓錐形。 本發明亦係關於一種在一片水域(例如海)上之風力渦輪裝置。該裝置包含垂直軸或水平軸風力渦輪及根據上述變型組合之任一者之浮動支撐結構。例如，水平軸風力渦輪係由葉片、轉子、機艙及被緊固至浮動支撐結構之塔架製成。浮動支架可藉由拉緊、半拉緊或懸鏈線固定至海床。浮動支撐結構之目標係提供風力渦輪之浮力及穩定性，以便承受施加在其上之應力並抵消由風力引起之推力並同時限制總成之運動。

1‧‧‧浮動支撐結構/浮動支架2‧‧‧主浮子3‧‧‧起伏板4‧‧‧孔5‧‧‧增強板6‧‧‧凹口Sc‧‧‧水平截面Sd‧‧‧最小表面面積

在參考隨附圖式閱讀藉由非限制性實例給定之實施例之以下描述之後，根據本發明之裝置之其他特徵及優點將係顯而易見的，其中： -圖1圖解說明根據本發明之第一實施例之浮動支撐結構， -圖2圖解說明根據本發明之第二實施例之浮動支撐結構， -圖3a及3b圖解說明根據本發明之第一實施例之浮動支撐結構之兩個變型實施例，及 -圖4圖解說明根據本發明之第三實施例之浮動支撐結構。

1‧‧‧浮動支撐結構

2‧‧‧主浮子

3‧‧‧起伏板

4‧‧‧孔

Sc‧‧‧水平截面

Sd‧‧‧最小表面面積

Claims (9)

1. 一種海上風力渦輪，其包含風力渦輪及浮動支撐結構(1)，其中該浮動支撐結構(1)包含至少一主浮子(2)及至少一起伏板(3)，該起伏板(3)之水平截面之表面面積大於該主浮子(2)之該水平截面之表面面積Sc，該起伏板(3)被緊固至該主浮子(2)，且該起伏板(3)包含複數個孔(4)，其特徵在於該等孔(4)係經均勻分佈以便形成單排孔(4)，該排孔(4)係平行於該起伏板(3)之外周邊，且該起伏板(3)在該排孔之區域中之孔隙率係在0.1%與10%間之範圍中。
2. 如請求項1之海上風力渦輪，其中該等孔(4)基本上為圓形、梯形或矩形。
3. 如請求項1或2之海上風力渦輪，其中該起伏板(3)包含均勻分佈在其外周邊上之複數個凹口(6)及/或複數個突起。
4. 如請求項3之海上風力渦輪，其中該等凹口(6)及/或該等突起基本上為矩形。
5. 如請求項1或2之海上風力渦輪，其中該起伏板(3)係被緊固至該主浮子(2)之基部。
6. 如請求項1或2之海上風力渦輪，其中該起伏板(3)包含至少一增強板 (5)，該增強板(5)係自該起伏板(3)之中心佈置至該外周邊。
7. 如請求項1或2之海上風力渦輪，其中該起伏板(3)之該水平截面隨深度變化。
8. 如請求項1或2之海上風力渦輪，其中該起伏板(3)係由鋼或混凝土製成。
9. 如請求項1或2之海上風力渦輪，其中該起伏板(3)包含基本上圓形、六邊形或正方形水平截面。

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