悬挂压载式海上风机浮式基础结构的制作方法

本发明涉及海上风力发电技术领域，具体涉及一种悬挂压载式海上风机浮式基础结构。

背景技术：

目前海上风电项目以开发近海海上风电资源为主，随着海上风电的技术发展，向深远海挺进是发展的必然趋势。目前近海海域所用基础主要为固定式支撑基础，但它们对水深有着严格的要求。随着水深的增加，传统固定式基础的自重和工程造价将大幅度增加，固定式基础结构在深海区域的造价远超漂浮式基础结构。漂浮式基础突破了水深的限制，工程造价随水深的增加不敏感。此外，漂浮式风电能让风电机组摆脱不同海床条件的束缚，使基础的设计标准化，最大限度地减少海上作业；不同于传统的海上风电机组将基座固定在海床上，漂浮式基础在需要维修或是躲避台风时，可以轻易地解除固定的锚索返回港口，具有良好的机动性、实现重复利用和重复部署；相对于传统的海床固定式海上风电机组，漂浮式海上风电机组可以接触到远洋深处的强风，因此风能利用率大大提升。综上，漂浮式基础有望成为下一代海上风电基础的主力类型。

海上风电漂浮式基础设计理念主要从海洋石油平台沿袭而来。单柱式、半潜式和张力腿式作为海洋石油平台广泛使用的主要型式也被海上风电浮式基础所沿用。但两者最大的区别是石油利润远高于风电，直接套用石油平台的浮式基础为海上风电所用，往往造成基础用钢量太大成本太高，这也是目前限制海上浮式风电发展的主要限制因素之一。

目前全球漂浮式海上风电的发展百花齐放，不少项目已经完成了理论分析和模型试验阶段，进入小规模样机运行阶段，甚至有些已经进入商业化项目阶段。而我国尚未开始建设漂浮式海上风电设施。因此，为了充分开发我国海域广阔的海洋风能资源，建造适用于深海海域的漂浮式海上风电设施，需要提出一种兼具经济性与安全性的新型海上风机浮式基础结构体系。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提出了一种悬挂压载式海上风机浮式基础结构，具有稳性高、用钢量省、成本低、抗倾覆能力强、结构受力合理、浮态调节裕度大、垂荡运动性能优异的优点。

本发明采用的技术方案是：一种悬挂压载式海上风机浮式基础结构，包括风力机、浮式支撑基础和系泊缆，其特征在于：所述浮式支撑基础包括连接钢支架、浮筒、悬挂链绳和悬挂压载结构，所述悬挂链绳上部与连接钢支架连接，下部与悬挂压载结构连接，将上部钢支架和下部悬挂压载结构连成一个整体；所述系泊缆上部与连接钢支架连接，下部与海底连接，对浮式系统起到定位和提供稳性的作用；所述浮筒均布在连接钢支架上。

作为优选，所述连接钢支架包括中央钢支架、斜撑钢支架和径向钢支架，所述中央钢支架、斜撑钢支架和径向钢支架连接为一个整体；所述中央钢支架竖直布置，顶部与风机塔筒底部连接；所述径向钢支架沿中央钢支架的径向与中央钢支架垂直布置，径向钢支架两两之间夹角为120度；所述斜撑钢支架与中央钢支架成一定角度布置，使得所述中央钢支架上的弯矩转化为斜撑钢支架上的拉压力。

作为优选，所述径向钢支架直接穿过浮筒，采用栓钉和环向钢筋浇筑混凝土进行锚固；所述系泊缆和悬挂链绳固定在径向钢支架上，所述浮筒和径向钢支架之间只传递静水回复力/力矩载荷。

作为优选，所述浮筒为中空分舱结构，所述浮筒被浮筒竖向分舱板和浮筒横向分舱板分割成多个独立舱室。

作为优选，所述径向钢支架的贯穿位置位于浮筒上部，静水时，浮筒大部分体积浸入水中，静水面位于浮筒上部。

作为优选，所述悬挂压载结构为中空分舱结构，被悬挂压载结构竖向分舱板和悬挂压载结构横向分舱板分割成多个独立舱室，所述悬挂压载结构自身不具备悬浮或漂浮的能力，即在不灌入任何压载水的情况下重力也大于浮力。

作为优选，所述悬挂压载结构为扁平圆柱体设计。

作为优选，所述悬挂链绳和系泊缆为一种材料，所述悬挂链绳和系泊缆为锚链或复合材料。

本发明取得的有益效果是：

(1)将传统单刚体浮式基础设计改为上部浮体、下部悬挂压载结构，中间用悬挂链绳连接的双刚体型式。实现提高浮心、降低重心的同时节约了中部结构钢材用量，使得成本大幅降低；

(2)浮筒采用整体型式且具有较大水线面面积，能获得更大的垂荡回复力，增大抗倾覆能力，使用钢筋混凝土材料较纯钢结构成本更低，浮筒中部中空分舱，能通过调节独立舱室的压载水量来调节浮式系统的浮态，且有效防止渗漏；

(3)径向钢支架直接穿过浮筒，系泊缆固定在径向钢支架上，悬挂链绳也固定在径向钢支架上，浮筒和径向钢支架之间只传递静水回复力/力矩载荷，受力更合理，有效缓解浮筒和钢支架之间的应力破坏；

(4)径向钢支架的贯穿位置位于浮筒上部，静水时浮筒大部分体积浸入水中，该设计能使浮筒尽可能地提供更大的浮力，从而更省用料和成本；

(5)悬挂压载结构为中空分舱结构，能通过调节独立舱室的压载水量来调节浮式系统的浮态，且有效防止渗漏；

(6)悬挂压载结构为扁平圆柱体设计，增加了垂荡阻尼，减小浮体垂荡运动、减小风机机舱加速度，更易满足设计要求、同时减轻系泊负担；

(7)悬挂压载结构使用钢筋混凝土材料较纯钢结构成本更低。

附图说明

图1为悬挂压载式海上风机浮式系统及其静水面示意图；

图2为悬挂压载式海上风机浮式系统示意图；

图3为浮式支撑基础结构示意图；

图4为连接钢支架结构示意图；

图5-6为浮筒结构示意图；

图7-8为悬挂压载结构示意图；

附图标记：风力机w、叶轮w.1、机舱w.2、塔筒w.3、浮式支撑基础f、上部钢支架f.1、中央钢支架f.11、斜撑钢支架f.12、径向钢支架f.13、浮筒f.2、浮筒竖向分舱板f.21、浮筒横向分舱板f.22、悬挂链绳f.3、悬挂压载结构f.4、悬挂压载结构竖向分舱板f.41、悬挂压载结构横向分舱板f.42、系泊缆m。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图和图所示，本发明的一种悬挂压载式海上风机浮式基础结构，包括风力机w、浮式支撑基础f和系泊缆m。静水面s位于浮筒f.2上部。风力机w由叶轮w.1、机舱w.2和塔筒w.3等构成。

如图所示，浮式支撑基础f包括连接钢支架f.1、三个浮筒f.2、悬挂链绳f.3和悬挂压载结构f.4。

悬挂链绳f.3上部与径向钢支架f.13连接，下部与悬挂压载结构f.4连接，将上部钢支架f.1和下部悬挂压载结构f.4连成一个整体。系泊缆m上部与径向钢支架f.13连接，下部与海底连接，对浮式系统起到定位和提供稳性的作用。悬挂链绳f.3和系泊缆m例如可以是用一种材料。悬挂链绳f.3和系泊缆m例如可以是锚链或复合材料。

如图所示，连接钢支架f.1包括中央钢支架f.11、斜撑钢支架f.12和径向钢支架f.13。中央钢支架f.11、斜撑钢支架f.12和径向钢支架f.13连接为一个整体。中央钢支架f.11竖直布置，中央钢支架f.11顶部与风机塔筒w.3底部连接；径向钢支架f.13沿中央钢支架f.11的径向与中央钢支架f.11垂直布置，径向钢支架f.13两两之间夹角为120度；斜撑钢支架f.12与中央钢支架f.11成一定角度布置，让中央钢支架f.11上的弯矩转化为斜撑钢支架f.12上的拉压力，受力更合理；斜撑钢支架f.12和径向钢支架f.13的轴线所形成的平面之间，两两夹角为120度。

径向钢支架f.13直接穿过浮筒f.2，采用栓钉和环向钢筋浇筑混凝土进行锚固。系泊缆m固定在径向钢支架f.13上，悬挂链绳f.3也固定在径向钢支架f.13上，浮筒f.2和径向钢支架f.13之间只传递静水回复力/力矩载荷，受力更合理，有效缓解浮筒f.2和径向钢支架f.13之间的应力破坏。

如图所示，浮筒f.2为中空分舱结构。由浮筒竖向分舱板f.21和浮筒横向分舱板f.22将浮筒f.2分成多个独立舱室。通过调节独立舱室的压载水量来调节浮式系统的浮态。浮筒f.2例如可以是混凝土材料，内部布置钢筋以保证结构强度，比常规钢结构成本更低。

径向钢支架f.13的贯穿位置位于浮筒f.2上部，如图所示静水时浮筒f.2大部分体积浸入水中。相比于贯穿位置位于浮筒中部的前述设计，本发明中的设计能使浮筒f.2尽可能地提供更大的浮力，从而更省用料和成本。

如图所示，悬挂压载结构f.4为中空分舱结构。由悬挂压载结构竖向分舱板f.41和悬挂压载结构横向分舱板f.42将挂压载结构f.4分成多个独立舱室。通过调节独立舱室的压载水量来调节浮式系统的浮态。悬挂压载结构f.4自身不具备悬浮或漂浮的能力，即在不灌入任何压载水的情况下重力也大于浮力。悬挂压载结构f.4例如可以是混凝土材料，内部布置钢筋以保证结构强度，比常规钢结构成本更低。悬挂压载结构f.4例如可以是扁平圆柱体设计，增加了垂荡阻尼，减小浮体垂荡运动、减小风机机舱加速度，更易满足设计要求、同时减轻系泊负担。

本发明提供了一种悬挂压载式海上风机浮式基础结构，具有稳性高、用钢量省、成本低、抗倾覆能力强、结构受力合理、浮态调节裕度大、垂荡运动性能优异的优点，是一种兼具经济性与安全性的新型海上风机浮式基础结构体系。

以上所述仅仅是本发明的优选实施方案，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似的方法替代，这些也应视作本发明的保护范围。

尽管本发明较多地使用了：风力机w、叶轮w.1、机舱w.2、塔筒w.3、浮式支撑基础f、上部钢支架f.1、中央钢支架f.11、斜撑钢支架f.12、径向钢支架f.13、浮筒f.2、浮筒竖向分舱板f.21、浮筒横向分舱板f.22、悬挂链绳f.3、悬挂压载结构f.4、悬挂压载结构竖向分舱板f.41、悬挂压载结构横向分舱板f.42、系泊缆m等术语，但并不能排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明的精神相违背的。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除