CN115230891A - 具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，包括风力发电机和用于将风力发电机承托于海上的浮动平台；所述浮动平台包括平台基体和用于连接平台基体的系泊***；所述平台基体上开设有贯穿平台基体的月池；所述平台基体的外周设置用于增加平台基体稳定性的垂荡板。本发明可实现无能耗的涡激振动抑制，并且减小系泊缆载荷，降低对锚泊***的性能要求，同时提高平台的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，属于海上风力发电技术领域。
背景技术
随着能源匮乏、环境恶劣等问题的日益严重，可再生能源愈发收到重视，其中风能由于其具有诸多优势受到广泛关注。我国三北地区以及海上区域风能资源比较丰富，而随着三北地区电力消纳不足，风电建设向中东部和南部的低风速区和海上区域转移。海上风能相较于陆上风能具有诸多优势，包括可用海域面积大、风速高、湍流度小、靠近能源消费中心等等。
随着水深增加，支撑结构上的水动力和间接的空气动力学载荷将增长。当水深超过50m时，固定式基础结构的造价将大幅增加，且目前技术难以实现；因此为了适应更深的水深，且浮式风机基础结构具有机动性好、易拆卸等优势，深海浮式风电场将是海上风电场发展的新趋势。
浮式风机与固定式风机相比，下部平台是***的，同时外部环境不断变化，运行环境十分复杂。除了像传统固定式风机一样受到作用在风机叶片与塔架上的气动力载荷之外，海上浮式风机下部平台和系泊***还会受到波浪和海流作用下的水动力载荷。因此提高浮式风机平台的耐波性能，使浮式风机尽量稳定地工作，是目前结构工程师努力的方向之一。
海上浮式风机水动力响应研究需要考虑风剪切、波浪、海流等因素，各型式平台平动与转动方向响应受波浪入射角改变影响较大，其中横荡与横摇的幅值响应算子最大增幅可达5~8倍。因此风机运行中应尽量保证波浪正向流入，有利于避免侧向产生过大波浪力。然而目前技术只能将波浪入射角度调整在30°范围左右，漂浮式海上风电技术领域急需平台降载的手段。
系泊***将浮式风机系泊在海面上，并吸收作用在风机上的环境载荷。处于深海中的浮式风机不仅要承受常规的波浪载荷，还要承受强风引起的风载荷和倾覆力矩，因此降低对锚泊***的性能要求十分重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，本发明可实现无能耗的涡激振动抑制，并且减小系泊缆载荷，降低对锚泊***的性能要求，同时提高平台的稳定性。
为达到上述目的，本发明提供一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，包括风力发电机和用于将风力发电机承托于海上的浮动平台；
所述浮动平台包括平台基体和用于连接平台基体的系泊***；
所述平台基体上开设有贯穿平台基体的月池；
所述平台基体的外周设置用于增加平台基体稳定性的垂荡板。
进一步地，所述平台基体为仿生鱼型的纺锥状流线型结构，所述平台基体的尾部设置用于分割水体流动空间在水体冲击下通过旋转调整攻角的分隔平板。
进一步地，所述月池设置于平台基体中部，所述月池呈椭圆形。
进一步地，所述垂荡板与平台基体之间设置若干肋板，用于加固垂荡板与平台基体之间的强度。
进一步地，所述系泊***包括调整***、锚和系泊缆，所述调整***设置于平台基体，所述调整***通过系泊缆连接锚。
进一步地，所述调整***包括设置于平台基体的圆形导轨和滑动设置于圆形导轨的滑块组件，所述滑块组件连接系泊缆。
进一步地，所述滑块组件至少包括两个滑块；
所述圆形导轨上设置有端止***，所述端止***至少包括3个端止块，所有端止块沿圆形导轨均匀分布；
各相邻的所述端止块之间均设置滑块组件。
进一步地，所述系泊缆连接滑块组件的一端设置多个系泊支缆，各所述系泊缆中系泊支缆的数量和与其配套设置的滑块组件中滑块的数量相同。
本发明所达到的有益效果：
1. 平台基体尾部分隔平板有助于平台在海流冲击下通过旋转调整攻角，具有抑制旋涡的形成与发展、减小流动阻力与升力以及实现无能耗的涡激振动抑制的作用。
2. 调整组件构成的可旋转系泊***使浮式风机平台具有自动偏航控制能力，可以减小系泊缆载荷，降低对锚泊***的性能要求。
3. 调整组件构成的可旋转系泊***在平台由于海流发生偏转时，系泊缆可保持原位；并且可在水位突然不均匀下降时通过滑块移动的方式尽可能使系泊缆上端节点处于相近水平高度，进而防止发生侧翻，提高了平台稳定性。
4. 端止***可有效避免系泊缆之间由于绕垂直轴的扭矩引起的缠绕现象。
5. 采用系泊分缆连接滑块可减小导轨应力，降低导轨强度要求。
6. 自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置具有构造简单、施工方便，适合推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置的立体图（未示出肋板）；
图2是本发明实施例提供的一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置中平台基体和圆形导轨的连接立体图；
图3是本发明实施例提供的一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置中调整***和系泊缆的立体图；
图4是本发明实施例提供的一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置中浮动平台在0°、45°和90°波浪入射角下的横荡响应幅值算子对比图；
图5是本发明实施例提供的一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置中浮动平台在0°、45°和90°波浪入射角下的横摇响应幅值算子对比图。
图中：1、平台基体；2、月池；3、垂荡板；4、圆形导轨；5、系泊***；6、风机塔筒；7、风机机舱；8、风机叶片；9、分隔平板；10、肋板；11、端止***；12、滑块；13、系泊缆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，包括从上到下依次设置的风机叶片8、风机机舱7、风机塔筒6、仿生鱼型的纺锥状流线型的浮动平台和可旋转的系泊***5，所述塔筒安装在浮动平台头部，风机叶片8和风机机舱7安装在风机塔筒6上，风机机舱7内设置偏航***，风机机舱7可由偏航***根据风向自动旋转，浮动平台底部安装有垂荡板3，系泊***5安装在垂荡板3底部。浮动平台为中部设有垂向贯穿浮动平台顶板和底板、截面为椭圆形的月池2，浮动平台尾部加设有分隔平板9，整体类似鱼形。本发明在浮动平台尾部设置分隔板，有助于浮动平台在海流冲击下通过旋转进行攻角的调整，可有效抑制旋涡的形成和发展，减小流动阻力与升力，同时实现无能耗的涡激振动抑制作用。
如图1至图5所示，包括风力发电机和用于将风力发电机承托于海上的浮动平台，可有效达到将风机漂浮承托于海上进行风力发电的效果；所述浮动平台包括平台基体1和用于连接平台基体1的系泊***5；所述平台基体1上开设有贯穿平台基体1的月池2；所述平台基体1的外周设置用于增加平台基体1稳定性的垂荡板3；本实施例中风机机舱7选用带自动偏移***的5MW水平风机机舱7；垂荡板3长9.26m，宽4.6m，4个顶点均有1m×1m的倒角，厚0.08m，与分隔平板9连接处有半径1.5m的倒圆角。
本发明的实施例中，所述平台基体1为仿生鱼型的纺锥状流线型结构，可有效在海水涌动时，减少海流对平台基体1带来的推动力，在海面涌动时，可有效提高本装置的平稳性；同时，本发明在平台基体1的尾部设置分隔平板9，在海平面涌动时，用于分割海水的流动空间，使得平台基体1在海流冲击下可通过旋转进行攻角的调整，可有效抑制涡旋的形成和发展，提高平台基体1在海流涌动时的稳定性；本实施例中，平台基体1由两段长9m，宽5.5m的椭圆弧段围成，长8.7m，宽4m，高0.88m；分隔平板9长4m，宽0.5m，与平台基体1连接处有半径1m的倒圆角。
本发明的实施例中，为保证在天气恶劣、海面涌动时海上工作人员仍具有良好的施工时间和作业窗口，本发明将月池2设置于平台基体1中部，为施工作业提供一个稳定的海平面，并且将月池2设置成椭圆形；本实施例中，月池2长6m，宽2.45m；。
本发明的实施例中，在垂荡板3和平台基体1之间设置若干个肋板10，用于提高垂荡板3和平台基体1的连接强度，同时本发明考虑用料的经济性和平台基体1的重量，肋板10优选设计成三角形，肋板10厚度为0.05m。
本发明的实施例中，所述系泊***5包括调整***、锚和系泊缆13，所述调整***设置于平台基体1，所述调整***通过系泊缆13连接锚。
本发明的实施例中，所述调整***包括设置于平台基体1的圆形导轨4和滑动设置于圆形导轨4的滑块组件，所述滑块组件连接系泊缆13。
本发明的实施例中，所述滑块组件至少包括两个滑块12，在保证功能的同时减轻重量和减少用料，本实施例优选用两个滑块12；
所述圆形导轨4上设置有端止***11，所述端止***11至少包括3个端止块，所有端止块沿圆形导轨4均匀分布，本实施例中，优选设置3个端止块；
各相邻的所述端止块之间均设置滑块组件。
本发明的实施例中，所述系泊缆13连接滑块组件的一端设置多个系泊支缆，各所述系泊缆13中系泊支缆的数量和与其配套设置的滑块12组件中滑块12的数量相同，本实施例中为配合滑块12的数量每个系泊缆13优选设置两个系泊支缆。
系泊缆13的系泊方式为悬链式或张紧式，采用合成纤维材质的悬链线，两端分别与滑块12和锚连接；锚与海底连接。其中系泊缆13在平台基体1由于海流发生偏转时通过转动保持原位，同时在水位突然不均匀下降时通过滑块12移动的方式尽可能使系泊缆13上端节点处于相近水平高度，进而减小系泊缆13载荷，防止发生侧翻，降低对系泊***5的性能要求的同时也提高了平台稳定性。
仿生鱼型的平台基体1与海流的流动方向存在攻角时，在海流的冲击下，所述仿生鱼型浮式平台带动塔筒旋转，直至平台尾部分隔平板9绕至背流侧，风机机舱7根据风向自动调整位置，滑块12受到转矩而运动，使得系泊缆13尽可能保持原位。如图4和图5所示，平台基体1在海流冲击下通过旋转调整攻角，减小了平台纵荡与横摇响应，具有抑制旋涡的形成与发展、减小流动阻力与升力以及实现无能耗的涡激振动抑制的作用。同时可旋转系泊***5使浮式风机平台具有自动偏航控制能力，减小系泊缆13载荷。本发明可提升浮式风机平台水动力性能，同时具有构造简单、施工方便等优点。
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变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：包括风力发电机和用于将风力发电机承托于海上的浮动平台；
所述浮动平台包括平台基体(1)和用于连接平台基体(1)的系泊***(5)；
所述平台基体(1)上开设有贯穿平台基体(1)的月池(2)；
所述平台基体(1)的外周设置用于增加平台基体(1)稳定性的垂荡板(3)。
2.根据权利要求你1所述的一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：
所述平台基体(1)为仿生鱼型的纺锥状流线型结构，所述平台基体(1)的尾部设置用于分割水体流动空间在水体冲击下通过旋转调整攻角的分隔平板(9)。
3.根据权利要求1所述的一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：
所述月池(2)设置于平台基体(1)中部，所述月池(2)呈椭圆形。
4.根据权利要求1所述的一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：
所述垂荡板(3)与平台基体(1)之间设置若干肋板(10)，用于加固垂荡板(3)与平台基体(1)之间的强度。
5.根据权利要求1所述的一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：
所述系泊***(5)包括调整***、锚和系泊缆(13)，所述调整***设置于平台基体(1)，所述调整***通过系泊缆(13)连接锚。
6.根据权利要求5所述的一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：
所述调整***包括设置于平台基体(1)的圆形导轨(4)和滑动设置于圆形导轨(4)的滑块组件，所述滑块组件连接系泊缆(13)。
7.根据权利要求6所述的一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：
所述滑块组件至少包括两个滑块(12)；
所述圆形导轨(4)上设置有端止***(11)，所述端止***(11)至少包括3个端止块，所有端止块沿圆形导轨(4)均匀分布；
各相邻的所述端止块之间均设置滑块组件。
8.根据权利要求7所述的一种具有自适应海流仿生鱼型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：
所述系泊缆(13)连接滑块组件的一端设置多个系泊支缆，各所述系泊缆(13)中系泊支缆的数量和与其配套设置的滑块组件中滑块(12)的数量相同。
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2022
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