CN102865198B - 一种海上风力发电机的浮式基础 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风力发电机的浮式基础，包括至少一个浮式基础单元，所述浮式基础单元包括塔柱、风力发电机、多个浮筒、连接杆、方形撑、第一支撑杆和第二支撑杆，风力发电机安装于塔柱的上端，多个浮筒均匀分布于塔柱的周边，相邻的浮筒下端通过方形撑固定连接，上端通过连接杆固定连接；浮筒上端通过第一支撑杆与塔柱中部固定连接，固定于浮筒下端的方形撑通过第二支撑杆与塔柱的下端固定连接；方形撑位于海水的水面下方，浮筒的下端与海底固定连接。本发明的浮式基础具有良好的稳定性，可调整风力发电机重心位置和谐振频率，减少波浪中浮式基础整体运动的不平衡程度。多个浮式基础实现变化的功率组合满足不同的用电需求。

Description

一种海上风力发电机的浮式基础

技术领域

本发明涉及一种海上风力发电设备，具体涉及一种海上风力发电机的浮式基础。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。目前，风力发电项目大部分是在陆地上的。随着风力发电技术的发展，海上风力发电已逐渐成为风电发展的新领域。因为海上风资源丰富，而且不会受土地使用的限制。由于海上的风力资源远优于陆上的，远海区风力资源又优于海岸带的浅海区，所以风力发电走向远海是必然的方向。现在的海上风电项目多位于近海区域，采用的是固定式基础。发展远海深海区域风力发电，浮式基础则是必然的选择。

现有的浮式基础主要包括Spar结构基础、三浮体结构基础和TLP结构基础三种形式。现有浮式基础大多采用大功率水平轴风力发电机，浮式基础的体形庞大，浮式基础的运输和海上安装难度高、成本大，而且浮式基础的稳定性差，容易发生摇晃、倾斜，甚至翻倒。同时此三种浮式基础无法根据海域风波的特征做出调整，则其在不规则波环境下，作用在风机上的风速波动将引起输出功率的波动。这些大型水平轴风机需准确对风运行，从而令偏航***频繁启动。另外采用大功率风力发电机不易根据用电负荷灵活配置。如在一些较少人居住的岛礁，总的用电量较少，而利用大功率风机发电就造成资源的浪费。

中国专利(201010156412.6)公开了一种海上风力发电机组柔性浮式基础。此专利每个浮筒通过幅杆与塔筒的侧部连接，而浮筒的底部通过锚链与固定在海床上的锚碇连接，同时各个浮式基础之间通过弹性细缆连接，从而提高浮式基础的稳定性。但是此专利的单个浮式基础的稳定性差，且各个单元使用弹性细缆连接，容易发生碰撞，而造成浮式基础容易损坏。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构合理，不容易发生摇晃、倾斜，可调整风力发电机重心位置和谐振频率，减少波浪中浮式基础整体运动的不平衡程度的海上风力发电机的浮式基础。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本海上风力发电机的浮式基础，包括多个浮式基础单元，所述浮式基础单元包括塔柱和风力发电机，风力发电机安装于塔柱的上端，还包括多个浮筒、连接杆、方形撑、第一支撑杆和第二支撑杆，所述多个浮筒均匀分布于塔柱的周边，相邻的浮筒下端通过方形撑固定连接，上端通过连接杆固定连接；浮筒上端通过第一支撑杆与塔柱中部固定连接，而固定于浮筒下端的方形撑通过第二支撑杆与塔柱的下端固定连接；方形撑位于海水的水面下方，浮筒的下端与海底固定连接。

作为一种优选，所述的连接杆、第一支撑杆和第二支撑杆设置为空心圆形管。

作为一种优选，所述方形撑设置为空心的矩形管，方形撑的内部设置有多个隔板，从而增加方形撑的刚性，方形撑的两端分别固定于相邻的两个浮筒。

所述海上风力发电机的浮式基础还包括柔性连接器，所述多个浮式基础单元通过柔性连接器连接形成浮式基础群，浮式基础单元呈水平分布。组合成浮式基础群的方式，使得本海上风力发电机的浮式基础能够适应不同的海况，在海洋风浪环境中具有良好的整体稳定性。

作为一种优选，所述柔性连接器包括弹簧、钢索、2根轴和2个花键套筒，钢索的两端分别固定于2个花键套筒一端，弹簧套于钢索，且弹簧的两端分别固定于2个花键套筒一端；2根轴的一端分别固定安装于2个花键套筒的另一端，轴的另一端安装于相邻浮式基础单元的浮筒的侧部。弹簧在单元间运动中起到阻尼的作用，钢索则保证两个单元在设定的距离内运动，不出现弹簧变形破坏的情况。此设置保证了各个浮式基础之间的不会发生碰撞。

所述轴的一端设置有卡块，花键套筒包括壳体和锁紧块，轴的一端***壳体，锁紧块套于轴，并固定于壳体内。当轴的一端***壳体内时，再利用锁紧块对轴进行锁紧。

所述每个浮式基础单元的浮筒的数量为3个；所述浮式基础群包括多个浮式基础组单元，每个浮式基础组单元包括6个浮式基础单元，此6个浮式基础单元排列成六边形，且相邻两个浮式基础单元之间通过柔性连接器连接；相邻的两个浮式基础组单元通过柔性连接器连接。各个浮式单元通过方形撑和连接杆固定连接成三角形的结构，因三角形具有高稳定性，不容易变形，从而为浮式基础提供非常稳定的框架。浮式基础群的数量根据使用需要的电量而决定，各个浮式基础单元之间利用有阻尼特征的柔性连接器连接，且浮式基础单元在海平面上呈水平分布。利用多个小功率的风力发电机组合，以满足不同的用电需求，为海洋平台和岛礁提供电力补给时，可组成局域网，免去费用高昂的长距离海底输电和并网。

所述风力发电机为小功率的垂直轴风力发电机。垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，高度也低于水平轴风机，而且结构简单、维护成本低。同时，由于减少了风轮对风时的陀螺力以及减少了风机受风和运行对基础的作用力，从而降低了浮式基础的摇晃、倾斜的程度，进而保证此浮式基础比水平轴风机浮式基础具有更好的稳定性。

所述海上风力发电机的浮式基础还包括锚链，所述浮式基础群通过锚链与海底连接，所述浮筒的下端设置有压载舱，浮筒的下端通过锚链与海底固定连接，压载舱装有配重物。合理调整配重物也可进一步提高浮式基础的稳定性。而配重物可以使用海水、铁砂等。

所述海上风力发电机的浮式基础还包括张力索，所述浮式基础群通过张力索与海底固定连接，所述浮筒的下端通过张力索与海底固定连接。

所述浮式基础群还可以使用张力索和锚链的有效组合以实现更好的锚固稳定效果。

所述海上风力发电机的浮式基础还包括加强杆，所述第二支撑杆的一端固定连接于方形撑的中部，另一端固定于塔柱的下端，加强杆的两端分别固定连接于相邻的两根方形撑的中部；所述第一支撑杆上安装有工作台，塔柱穿过工作台的中心；工作台的下面设置有6根固定杆和加强筋，固定杆呈现六边形排列连接，同时固定杆的两端分别固定连接于相邻的第一支撑杆；加强筋的一端固定于塔柱，另一端固定于固定杆。加强杆与方形撑和第二支撑杆组成多个三角形，利用三角形的稳定性特点可大大提高浮式基础单元的结构稳定性。

作为一种优选，所述的工作台呈正六边形，而固定杆设置为空心圆形管，加强筋使用T型钢材。工作台用于支撑修理和安装风力电机的工作人员，将大大方便对于浮式基础和风力发电机的安装与维护。固定杆和加强筋增强工作台的刚性，从而令工作台提供足够的支撑力，提高工作人员在工作台上工作的安全性。工作台也可设置呈圆形。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、本发明的海上风力发电机的浮式基础的浮式基础中的浮筒下端通过方形撑进行刚性连接，而方管形的方形撑位于水线以下，从而利用方形撑在水下的粘滞力，从而对浮式基础单元的摇晃和倾斜起到抑制的作用，提高了整个浮式基础单元的稳定性。

2、本发明的海上风力发电机的浮式基础单元之间通过柔性连接器连接组成浮式基础群，从而可以提高整体的稳定性。而且此海上风力电机的浮式基础可以灵活连接浮式基础单元的数量，如根据岛上居住的人的用电量而决定浮式基础单元的数量，减少成本，提高效益。

3、本发明的海上风力发电机的浮式基础采用小功率垂直轴风力发电机，小功率的垂直轴风力发电机组成的群与同等功率的单台大功率发电机相比，小功率的风力发电机及浮式基础群的建造及安装成本远低于单台大功率风力发电机及其浮式基础。

4、本发明的海上风力发电机的浮式基础利用小功率风力发电机组的浮式基础群，从而大大降低了浮式基础单元的高度，从传统的150米左右降低到50米左右，从而令重心位置下降，提高了浮式基础单元的稳定性，而且小功率风力发电机的重量轻，重心高度低，风力发电机运转与浮式基础单元运动的相互影响小。

5本发明的各个浮式基础单元通过柔性连接器连接，从而保证各个浮式基础单元之间既保持一定的距离，避免各个浮式基础单元发生碰撞，同时又相互牵制，提高浮式基础群的整体稳定性。

附图说明

图1是本发明的一种海上风力发电机的浮式基础单元的结构示意图。

图2是本发明的一种海上风力发电机的浮式基础单元去掉风力发电机后的俯视图。

图3是本发明的浮式基础单元中方形撑所处平面的构件布置图。

图4是本发明的浮式基础单元中工作台所处平面的构件布置图。

图5是本发明的柔性连接器的结构示意图。

图6是本发明的柔性连接器的***图。

图7是本发明的多个浮式基础单元组合群的结构示意图。

图8是本发明的多个浮式基础单元组合群的俯视图。

图9是本发明的实施例1的浮式基础单元采用锚链与海底连接的结构示意图。

图10是本发明的实施例2的浮式基础单元采用张力索与海底连接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1和图2所示的一种海上风力发电机的浮式基础，包括多个浮式基础单元17，所述浮式基础单元17包括塔柱3和风力发电机4，风力发电机4安装于塔柱3的上端，还包括多个浮筒1、连接杆2、方形撑9、第一支撑杆5和第二支撑杆7，所述多个浮筒1均匀分布于塔柱3的周边，相邻的浮筒3下端通过方形撑9固定连接，上端通过连接杆2固定连接；浮筒1上端通过第一支撑杆5与塔柱3中部固定连接，而固定于浮筒1下端的方形撑9通过第二支撑杆7与塔柱3的下端固定连接；方形撑9位于海水的水面下方，浮筒1的下端与海底固定连接。

如图3，所述方形撑9设置为空心的矩形管，方形撑9的内部设置有多个隔板10，隔板10分布于方形撑9内，从而增加方形撑9的刚性，方形撑9的两端分别固定于相邻的两个浮筒1。

作为一种优选，所述隔板10的数量为3张，均匀固定于方形撑9的内部。

如图5至图8，所述海上风力发电机的浮式基础还包括柔性连接器18，所述多个浮式基础单元17通过柔性连接器18连接形成浮式基础群，浮式基础单元17呈水平分布。组合成浮式基础群的方式，使得本海上风力发电机的浮式基础能够适应不同的海况，具有海洋波浪中的良好整体稳性。而且通过多过浮式基础单元17的组合，以满足不同用电量要求。

所述柔性连接器18包括弹簧16、钢索15、2根轴13和2个花键套筒14，钢索15的两端分别固定于2个花键套筒14一端，弹簧16套于钢索15，且弹簧16的两端分别固定于2个花键套筒14一端；2根轴13的一端分别固定安装于2个花键套筒14的另一端，轴13的另一端安装于相邻浮式基础单元17的浮筒1的侧部。弹簧在单元间运动中起到阻尼的作用，钢索则保证两个单元在设定的距离内运动，不出现弹簧变形破坏的情况。此设置保证了各个浮式基础之间的不会发生碰撞。

所述轴13的一端设置有卡块131，花键套筒14包括壳体142和锁紧块141，轴13的一端***壳体142，锁紧块141套于轴13，并固定于壳体142内。当轴13的一端***壳体142内时，再利用锁紧块141对轴13进行锁紧。

所述每个浮式基础单元17的浮筒1的数量为3个；所述浮式基础群包括多个浮式基础组单元，每个浮式基础组单元包括6个浮式基础单元17，此6个浮式基础单元17排列成六边形，且相邻两个浮式基础单元17之间通过柔性连接器18连接；相邻的两个浮式基础组单元通过柔性连接器18连接。各个浮筒1通过方形撑9和连接杆2固定连接成三角形的结构，因三角形具有高稳定性，不容易变形，从而为浮式基础单元17提供非常稳定的框架。

所述风力发电机4为小功率的垂直轴风力发电机。垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，同时，由于减少了风轮对风时的陀螺力以及减少了风机受风和运行对基础的作用力，从而降低了浮式基础的摇晃、倾斜的程度，进而保证此浮式基础较水平轴风机浮式基础有更好的稳定性。

如图9，所述海上风力发电机的浮式基础还包括锚链20，所述浮式基础群通过锚链20与海底连接，所述浮筒1的下端设置有压载舱19，浮筒1的下端通过锚链20与海底固定连接，压载舱19装有配重物。合理调整配重物也可进一步提高浮式基础的稳定性。此配重物可以使用海水。

如图1、图3和图4，所述海上风力发电机的浮式基础还包括加强杆8，所述第二支撑杆7的一端固定连接于方形撑9的中部，另一端固定于塔柱3的下端，加强杆8的两端分别固定连接于相邻的两根方形撑9的中部；所述第一支撑杆5上安装有工作台6，塔柱3穿过工作台6的中心；工作台6的下面设置有6根固定杆11和加强筋12，固定杆11呈现六边形排列连接，同时固定杆11的两端分别固定连接于相邻的第一支撑杆5；加强筋12的一端固定于塔柱，另一端固定于固定杆11的中部。加强筋12的数量为6根。加强杆8与方形撑9和第二支撑杆7组成多个三角形，利用三角形的稳定性特点可大大提高浮式基础单元17的稳定性。

作为一种优选，所述的工作台6呈正六边形，而固定杆11设置为空心圆形管，加强筋12使用T型钢材。工作台6用于支撑修理和安装风力电机的工作人员，将大大方便对于浮式基础单元17的维护。固定杆11和加强筋12增强工作台6的刚性，从而令工作台6提供足够的支撑力，提高工作人员在工作台6上工作的安全性。

实施例2

如图10，所述海上风力发电机的浮式基础还包括张力索21，所述浮式基础群通过张力索21与海底固定连接，所述浮筒1的下端通过张力索21与海底固定连接。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种海上风力发电机的浮式基础，包括多个浮式基础单元，所述浮式基础单元包括塔柱和风力发电机，风力发电机安装于塔柱的上端，其特征在于：还包括多个浮筒、连接杆、方形撑、第一支撑杆和第二支撑杆，所述多个浮筒均匀分布于塔柱的周边，相邻的浮筒下端通过方形撑固定连接，上端通过连接杆固定连接；浮筒上端通过第一支撑杆与塔柱中部固定连接，而固定于浮筒下端的方形撑通过第二支撑杆与塔柱的下端固定连接；方形撑位于海水的水面下方，浮筒的下端与海底固定连接；

还包括柔性连接器，所述多个浮式基础单元通过柔性连接器连接形成浮式基础群，浮式基础单元呈水平分布；

所述柔性连接器包括弹簧、钢索、2根轴和2个花键套筒，钢索的两端分别固定于2个花键套筒一端，弹簧套于钢索，且弹簧的两端分别固定于2个花键套筒一端；2根轴的一端分别固定安装于2个花键套筒的另一端，轴的另一端安装于相邻浮式基础单元的浮筒的侧部；

所述轴的一端设置有卡块，花键套筒包括壳体和锁紧块，轴的一端***壳体，锁紧块套于轴，并固定于壳体内。

2.根据权利要求1所述的一种海上风力发电机的浮式基础，其特征在于：所述方形撑设置为空心的矩形管，方形撑的内部设置有多个隔板，方形撑的两端分别固定于相邻的两个浮筒。

3.根据权利要求1所述的一种海上风力发电机的浮式基础，其特征在于：所述每个浮式基础单元的浮筒的数量为3个；所述浮式基础群包括多个浮式基础组单元，每个浮式基础组单元包括6个浮式基础单元，此6个浮式基础单元排列成六边形，且相邻两个浮式基础单元之间通过柔性连接器连接；相邻的两个浮式基础组单元通过柔性连接器连接。

4.根据权利要求1所述的一种海上风力发电机的浮式基础，其特征在于：还包括锚链，所述浮式基础群通过锚链与海底连接，所述浮筒的下端设置有压载舱，浮筒的下端通过锚链与海底固定连接，压载舱装有配重物。

5.根据权利要求1所述的一种海上风力发电机的浮式基础，其特征在于：还包括张力索，所述浮式基础群通过张力索与海底固定连接，所述浮筒的下端通过张力索与海底固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种海上风力发电机的浮式基础，其特征在于：还包括加强杆，所述第二支撑杆的一端固定连接于方形撑的中部，另一端固定于塔柱的下端，加强杆的两端分别固定连接于相邻的两根方形撑的中部；所述第一支撑杆上安装有工作台，塔柱穿过工作台的中心；工作台的下面设置有6根固定杆和加强筋，固定杆呈现六边形排列连接，同时固定杆的两端分别固定连接于相邻的第一支撑杆；加强筋的一端固定于塔柱，另一端固定于固定杆。