CN108146588A - 海上漂浮式风电基础结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海上风电技术领域，尤其涉及一种海上漂浮式风电基础结构，包括一竖直放置的浮筒、至少三个与浮筒平行设置的立柱以及将立柱与浮筒连接的桁架，立柱的长度小于浮筒的长度，所有立柱的上端面位于同一水平面上且均匀分布在以浮筒为中心的同一圆周上，浮筒和立柱的内部均具有压载舱，浮筒的上端用于安装风电机组的塔筒。该海上漂浮式风电基础结构在中心位置设置较长浮筒，并在浮筒的***设置多个较短立柱，在浮筒和立柱的压载舱内加入压载水，通过浮筒可以降低该基础结构整体的重心，提高该基础结构的稳性；通过立柱可以提高该基础结构整体的水线面面积，增加水线面刚度，从而有效降低该基础结构的纵荡运动幅度，提高有效发电时间。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电技术领域，尤其涉及一种海上漂浮式风电基础结构。
背景技术
随着水深的增加，从经济性和技术可行性角度考虑，海上风电基础结构的形式从固定式转向了漂浮式。漂浮式海上风电远离陆地，在其服役周期内(通常是20-30年)，必须保证风电机组的安全可靠，特别是在经历风暴等恶劣天气、海况的情况下，确保漂浮式海上风电***的稳性和安全性是至关重要的，并且，漂浮式海上风电的纵荡运动幅度也会影响有效发电时间。
漂浮式的海上风电基础结构是将风电机组支撑在海面上的结构，其稳性和纵荡稳定性能决定了漂浮式海上风电***的稳性、安全性以及有效发电时间。目前，漂浮式的海上风电基础结构的形式有立柱式、半潜式和张力腿形式的平台，这些形式的平台都存在一些缺陷，如立柱式平台无条件稳定，但是平台的纵荡运动对风机的发电效率有不利影响；半潜式平台结构简单，但是稳性通常不易达到要求，在设计阶段要特别对待，或者采用主动式压载来满足平台稳性要求；张力腿平台对水位变化比较敏感，且对安装施工进度要求比较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好的稳定性和纵荡运动性能、能够提高有效发电时间的海上漂浮式风电基础结构，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种海上漂浮式风电基础结构，包括一竖直放置的浮筒、至少三个与浮筒平行设置的立柱以及将立柱与浮筒连接的桁架，立柱的长度小于浮筒的长度，所有立柱的上端面位于同一水平面上且均匀分布在以浮筒为中心的同一圆周上，浮筒和立柱的内部均具有压载舱，浮筒的上端用于安装风电机组的塔筒。
优选地，浮筒的上端内部形成一上端开口的容纳空腔，塔筒可升降地安装在容纳空腔内。
优选地，塔筒的外壁上设有多个齿条，浮筒的上端设有与齿条相啮合的齿轮。
优选地，浮筒的上端沿径向向外延伸出一水平操作平台。
优选地，浮筒的下端与一压载件相连接，压载件内部具有压载浮舱。
优选地，浮筒的压载舱内设有至少一个水平分隔板，水平分隔板将浮筒的压载舱分隔成至少两个分舱。
优选地，立柱的压载舱内设有至少一个水平分隔板，水平分隔板将立柱的压载舱分隔成至少两个分舱。
优选地，相邻两个立柱之间通过杆件相连接。
优选地，所有立柱的直径相同。
优选地，在每个立柱的上端均安装一个风电机组的塔筒。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
本发明的海上漂浮式风电基础结构在中心位置设置较长的浮筒，并在浮筒的***设置多个较短的立柱，在浮筒和立柱的压载舱内加入压载水，通过浮筒可以降低该基础结构整体的重心，提高该基础结构的稳性；通过立柱可以提高该基础结构整体的水线面面积，增加水线面刚度，从而有效降低该基础结构的纵荡运动幅度，提高有效发电时间。
附图说明
图1是本发明实施例的海上漂浮式风电基础结构设有三个立柱时的立体示意图。
图2是本发明实施例的海上漂浮式风电基础结构设有三个立柱时的俯视示意图。
图3是本发明实施例的海上漂浮式风电基础结构设有八个立柱时的俯视示意图。
图中：
1、浮筒 2、立柱 3、桁架
4、塔筒 5、水平操作平台 6、压载件
7、杆件
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1至图3所示，本发明的海上漂浮式风电基础结构的一种实施例。
如图1和图2所示，本实施例的海上漂浮式风电基础结构包括浮筒1、立柱2和桁架3。浮筒1呈竖直放置，立柱2设有至少三个，所有立柱2均与浮筒1平行设置，即所有立柱2 也均呈竖直放置。桁架3将立柱2与浮筒1连接，每个立柱2各通过至少一个桁架3与浮筒 1连接。各个立柱2的尺寸均相同，且立柱2的长度小于浮筒1的长度。所有立柱2的上端面位于同一水平面上，且所有立柱2均匀分布在以浮筒1为中心的同一圆周上，即所有立柱 2与浮筒1之间的间隔距离均相等，从而浮筒1位于所有立柱2所在圆周的中心位置，且相邻两个立柱2之间的间隔距离也均相等。浮筒1和立柱2的内部均具有压载舱，用于盛放压载物，例如水，从而实现本实施例的海上漂浮式风电基础结构在海面上的稳定。浮筒1的上端用于安装风电机组的塔筒4，实现对风电机组的支撑。
本实施例的海上漂浮式风电基础结构在中心位置设置较长的浮筒1，并在浮筒1的***设置多个较短的立柱2，在浮筒1和立柱2的压载舱内加入压载水，通过浮筒1可以降低该基础结构整体的重心，提高该基础结构的稳性；通过立柱2可以提高该基础结构整体的水线面面积，增加水线面刚度，从而有效降低该基础结构的纵荡运动幅度，提高有效发电时间。
进一步，本实施例中，浮筒1的上端内部形成一容纳空腔，且该容纳空腔的上端开口，风电机组的塔筒4可升降地安装在浮筒1上端的容纳空腔内。正常工作时，风电机组的塔筒 4伸出浮筒1的上端端面，在风暴天气下，风电机组的塔筒4则可下降到浮筒1上端的容纳空腔内部，由此可进一步降低本实施例的海上漂浮式风电基础结构整体的重心，保证其在风暴天气下的稳性和安全性。
优选地，本实施例中风电机组的塔筒4可升降地安装在浮筒1上端的容纳空腔内可以通过齿轮齿条的配合来实现。例如，本实施例可以在塔筒4的外壁上设有多个齿条，在浮筒1 的上端设有与齿条相啮合的齿轮，并配置有锁紧机构和驱动机构，驱动机构能够驱动锁紧机构动作，使锁紧机构能够锁紧或放松齿轮，当锁紧机构将齿轮锁紧在齿条上时，可实现风电机组的塔筒4在浮筒1上端的锁紧定位，保证其正常工作性能；当锁紧机构将齿轮放松时，风电机组的塔筒4则可下降到浮筒1上端的容纳空腔内部；驱动机构还能够驱动齿轮旋转，由齿轮的旋转带动齿条随之上升，从而实现下降到浮筒1上端容纳空腔内部的塔筒4重新上升至伸出浮筒1的上端端面。所述锁紧机构和驱动机构可以采用现有技术中已有的齿轮齿条锁紧机构和驱动机构，本文不予赘述。
进一步，本实施例中，浮筒1的上端沿径向向外延伸出一水平操作平台5，用于放置其它物品或工作人员的站立，提供相应的海上作业空间。该水平操作平台5的尺寸并不局限，可以根据实际需要进行设计。
进一步，本实施例中，浮筒1的下端与一压载件6相连接，压载件6内部具有压载浮舱，向压载件6的压载浮舱内加入压载水，可以进一步降低本实施例的海上漂浮式风电基础结构整体的重心，提高该基础结构的稳性。优选地，压载件6的尺寸相较浮筒1宽度较大、高度较小。压载件6的外形可以为方形，也可以为圆形。
进一步，本实施例中，浮筒1的压载舱内设有至少一个水平分隔板，水平分隔板将浮筒1 的压载舱分隔成至少两个分舱，由此可根据实际需要调节浮筒1内的压载水量。
进一步，本实施例中，立柱2的压载舱内设有至少一个水平分隔板，水平分隔板将立柱2 的压载舱分隔成至少两个分舱，由此可根据实际需要调节立柱2内的压载水量。
本实施例中，每个立柱2与浮筒1之间的连接桁架3的布置形式和数量均不局限，应该根据立柱1与浮筒1之间的连接强度要求来进行设计。桁架3可以设有多个，多个桁架3可以均呈水平且平行间隔地设置，也可以均呈倾斜且平行间隔地设置，或者相互交叉地设置。进一步，本实施例中，相邻两个立柱2之间可以通过杆件7(参见图3)相连接，由此可加强立柱1之间、立柱1与浮筒1之间的连接强度，进一步增加本实施例的海上漂浮式风电基础结构的整体性和稳定性，降低其纵荡运动幅度。
本实施例中，立柱2与浮筒1的外径尺寸并不局限。优选地，所有立柱2的直径相同，立柱2与浮筒1的外径相等。桁架3和杆件7的外径则均小于立柱2和浮筒1的外径。
本实施例中立柱2的数量并不局限于图1和图2中示出的三个，可以根据实际海上作业要求进行设计，例如图3所示，立柱2也可以设置八个，八个立柱2在在以浮筒1为中心的同一圆周上均匀分布。优选地，增加立柱2的数量，并增加立柱2与浮筒1之间的间隔距离，可以在保证所述海上漂浮式风电基础结构整体稳性和纵荡运动性能的前提下，在每个立柱2的上端均安装一个风电机组的塔筒4，实现多立柱多风电机组的***，从而有效提高***工作效率。为保证漂浮基础的强度，可通过杆件7连接相邻的立柱2，以保证整体强度。桁架3和杆件7的具体形式以满足基础整体强度要求为宜。
本实施例的海上漂浮式风电基础结构的装配过程为：在船坞建造完成后，将立柱2和桁架3(还可以包括杆件7)组装在一起，构成船体部分，将浮筒1和压载件6组装在一起，构成浮筒部分，船体部分和浮筒部分可分别从船坞拖航至目标海域，其中浮筒部分可以水平托运，则船体部分和浮筒部分均可干拖或湿拖。到达目标海域后，首先通过压载和浮吊将水平的浮筒部分扶正，使其呈现竖直状态，并通过压载降低其上端露出水面的高度，船体部分则轻载状态下拖航至浮筒部分的上端，并将浮筒部分调整至船体部分的几何中心；然后通过浮筒部分排载、船体部分压载，使得浮筒部分与船体部分之间的相对位置调整到设计位置；再通过焊接或螺栓连接将船体部分和浮筒部分连接为一体。最后将风电机组的塔筒4吊装至浮筒1或立柱2的上端即可。当然，风电机组的塔筒4也可以在船坞里先与浮筒1或立柱2组装在一起，然后随之拖航至目标海域。
综上所述，本实施例的海上漂浮式风电基础结构在中心位置设置较长的浮筒1，并在浮筒 1的***设置多个较短的立柱2，在浮筒1和立柱2的压载舱内加入压载水，通过浮筒1可以降低该基础结构整体的重心，提高该基础结构稳性；通过立柱2可以提高该基础结构整体的水线面面积，增加水线面刚度，从而有效降低该基础结构的纵荡运动幅度，提高有效发电时间。此外，风电机组的塔筒4可升降地安装在浮筒1上端的容纳空腔内。在风暴天气下，风电机组的塔筒4可下降到浮筒1上端的容纳空腔内部，由此可进一步降低本实施例的海上漂浮式风电基础结构整体的重心，保证其在风暴天气下的稳性和安全性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种海上漂浮式风电基础结构，其特征在于，包括一竖直放置的浮筒(1)、至少三个与所述浮筒(1)平行设置的立柱(2)以及将所述立柱(2)与所述浮筒(1)连接的桁架(3)，所述立柱(2)的长度小于所述浮筒(1)的长度，所有所述立柱(2)的上端面位于同一水平面上且均匀分布在以所述浮筒(1)为中心的同一圆周上，所述浮筒(1)和所述立柱(2)的内部均具有压载舱，所述浮筒(1)的上端用于安装风电机组的塔筒(4)。
2.根据权利要求1所述的海上漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述浮筒(1)的上端内部形成一上端开口的容纳空腔，所述塔筒(4)可升降地安装在所述容纳空腔内。
3.根据权利要求2所述的海上漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述塔筒(4)的外壁上设有多个齿条，所述浮筒(1)的上端设有与所述齿条相啮合的齿轮。
4.根据权利要求1所述的海上漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述浮筒(1)的上端沿径向向外延伸出一水平操作平台(5)。
5.根据权利要求1所述的海上漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述浮筒(1)的下端与一压载件(6)相连接，所述压载件(6)内部具有压载浮舱。
6.根据权利要求1所述的海上漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述浮筒(1)的压载舱内设有至少一个水平分隔板，所述水平分隔板将所述浮筒(1)的压载舱分隔成至少两个分舱。
7.根据权利要求1所述的海上漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述立柱(2)的压载舱内设有至少一个水平分隔板，所述水平分隔板将所述立柱(2)的压载舱分隔成至少两个分舱。
8.根据权利要求1所述的海上漂浮式风电基础结构，其特征在于，相邻两个所述立柱(2)之间通过杆件(7)相连接。
9.根据权利要求1所述的海上漂浮式风电基础结构，其特征在于，所有所述立柱(2)的直径相同。
10.根据权利要求1所述的海上漂浮式风电基础结构，其特征在于，在每个所述立柱(2)的上端均安装一个风电机组的塔筒(4)。
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