一種消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機，包括上部風(fēng)力機構(gòu)、中心立柱結(jié)構(gòu)、多個邊立柱和圓環(huán)狀的套筒，中心立柱結(jié)構(gòu)由塔柱、中心立柱連接艙和水下浮艙構(gòu)成；每個邊立柱經(jīng)由斜撐連接至中心立柱連接艙；套筒沿周向方向被分隔成交替布置的多個控制艙和多個邊艙，每個邊立柱設(shè)置在相應(yīng)的一個控制艙中；控制艙被分隔成位于上部的調(diào)節(jié)艙和位于下部的壓載水艙，邊立柱設(shè)置在調(diào)節(jié)艙內(nèi)，每個壓載水艙內(nèi)設(shè)置有壓載水。本發(fā)明專利技術(shù)通過在風(fēng)力機立柱外設(shè)置消波式邊立柱及環(huán)狀套筒，形成繞中心立柱的立柱群及圍壁結(jié)構(gòu)，以減小風(fēng)力機中心立柱所受波浪載荷，同時套筒內(nèi)設(shè)置壓載系統(tǒng)可實時調(diào)整結(jié)構(gòu)整體吃水及運動姿態(tài)，提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)性，保障風(fēng)力機的正常發(fā)電作業(yè)。

A kind of wave elimination foundation offshore wind turbine

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機
本專利技術(shù)涉及海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，特別涉及一種帶有消波式基礎(chǔ)的海上風(fēng)力發(fā)電機裝置。
技術(shù)介紹
風(fēng)能被譽為“藍天白煤”，已經(jīng)成為21世紀重要的能源形式。我國風(fēng)能資源豐富，風(fēng)電裝機容量已居世界第一位。目前，國內(nèi)現(xiàn)有的海上風(fēng)力機基本采用固定式基礎(chǔ)，安裝在小于50米水深的淺海海域，隨著水深的增加固定式基礎(chǔ)風(fēng)力機建造費用大幅上升，經(jīng)濟性明顯不足，因此針對50米及以上的深水海域，采用漂浮式海上風(fēng)力機。目前海上浮式基礎(chǔ)風(fēng)力機主要有Spar型、張力腿型(TLP)及半潛型等，而浮式結(jié)構(gòu)物在海上主要受波浪載荷影響較大，其中波浪漂移力又是結(jié)構(gòu)物所面臨的主要問題，由于浮式風(fēng)力機系泊系統(tǒng)固有周期長，惡劣海況下，每種型式的浮式風(fēng)力機在二階差頻力作用下，容易發(fā)生低頻慢漂，導(dǎo)致風(fēng)力機運動失去穩(wěn)定性，而降低系泊載荷的關(guān)鍵問題是減小二階波浪漂移力。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機，通過在風(fēng)力機立柱外設(shè)置消波式邊立柱及環(huán)狀套筒裝置，形成繞中心立柱的立柱群及圍壁結(jié)構(gòu)，以減小風(fēng)力機中心立柱所受波浪載荷，特別是波浪衍射和漂移力作用，同時套筒內(nèi)設(shè)置壓載系統(tǒng)可實時調(diào)整結(jié)構(gòu)整體吃水及運動姿態(tài)，提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)性，充分保障風(fēng)力機的正常發(fā)電作業(yè)。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：一種消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機，所述消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機包括：上部風(fēng)力機構(gòu)；中心立柱結(jié)構(gòu)，由自上而下豎直連接在一起的塔柱、中心立柱連接艙和水下浮艙構(gòu)成，所述塔柱的上端連接至所述上部風(fēng)力機構(gòu)，且所述水下浮艙位于水線面以下；多個邊立柱，每個所述邊立柱經(jīng)由一個斜撐連接至所述中心立柱連接艙；圓環(huán)狀的套筒，所述套筒沿周向方向被分隔成交替布置且數(shù)量相等的多個控制艙和多個邊艙，并且所述控制艙的數(shù)量等于所述邊立柱的數(shù)量，每個所述邊立柱設(shè)置在相應(yīng)的一個所述控制艙中；其中，所述控制艙沿豎直方向被分隔成位于上部的調(diào)節(jié)艙和位于下部的壓載水艙，所述邊立柱設(shè)置在所述調(diào)節(jié)艙內(nèi)；其中，每個所述壓載水艙內(nèi)設(shè)置有壓載水，各個所述壓載水艙內(nèi)的壓載水的量能被獨立地調(diào)節(jié)，從而調(diào)整所述消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機的姿態(tài)和吃水。進一步地，所述消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機包括六個所述邊立柱。進一步地，所述邊立柱具有圓柱體形狀，其中，所述控制艙和所述邊艙具有相同的形狀和容積，使得六個所述邊立柱繞所述中心立柱結(jié)構(gòu)呈正六邊形分布，并且其中，在所述邊立柱的頂部一體形成有一錐形部，在所述錐形部的中央設(shè)置有鉸接球，所述斜撐的一端連接至所述鉸接球且另一端連接至所述中心立柱連接艙。進一步地，所述水下浮艙沿豎直方向被分隔成上部浮力艙和下部壓載艙，其中，所述水下浮艙的高度大于所述套筒的高度。進一步地，在圓環(huán)狀的所述套筒的內(nèi)圈與所述水下浮艙之間形成有一半封閉式月池。進一步地，所述套筒的所述內(nèi)圈的外壁上設(shè)置有多個凸塊組，每個所述凸塊組包括沿豎直方向間隔布置的多個梯形凸塊，并且多個所述凸塊組沿周向方向等間隔地布置在所述內(nèi)圈的所述外壁上。進一步地，所述調(diào)節(jié)艙沿徑向方向被分隔成工作艙和舷側(cè)空艙，并且所述工作艙沿豎直方向被分割成上部的邊立柱容置艙和下部的動力艙，其中，所述邊立柱容置艙、所述舷側(cè)空艙、所述動力艙和所述壓載水艙之間均經(jīng)由水密隔板隔開。進一步地，所述邊立柱嵌套在所述邊立柱容置艙內(nèi)，在所述邊立柱與所述邊立柱容置艙側(cè)向接觸面上設(shè)置有多個防撞塊，并且在所述邊立柱的底部設(shè)置有彈性壓墊。進一步地，在所述動力艙中設(shè)置有泵機和進出水閥，并且在所述壓載水艙中設(shè)置有進出水閥和水位監(jiān)測裝置，所述泵機和所述進出水閥用于控制所述壓載水艙內(nèi)的壓載情況，并且所述水位監(jiān)測裝置用于監(jiān)測所述壓載水艙內(nèi)的壓載水的水位。進一步地，在圓環(huán)狀的所述套筒的外圈的外壁上沿周向方向等間隔地設(shè)置有多個第一系泊纜，并且在所述水下浮艙的外壁上沿周向方向等間隔地設(shè)置有多個第二系泊纜。本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)一種消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機，為一種多浮體組合浮式風(fēng)力發(fā)電裝置。基于傳統(tǒng)Spar型基礎(chǔ)浮式風(fēng)力機，通過在風(fēng)力機立柱外設(shè)置消波式邊立柱及環(huán)狀套筒裝置，形成繞中心立柱的立柱群及圍壁結(jié)構(gòu)，依據(jù)波浪相互作用原理，可以有效減小風(fēng)力機中心立柱所受波浪載荷，特別是波浪衍射和漂移力作用；加裝套筒可以增大結(jié)構(gòu)吃水，為結(jié)構(gòu)提供六自由度運動阻尼，提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)性；同時通過控制艙內(nèi)泵機調(diào)節(jié)壓載水，可實時調(diào)整風(fēng)力機姿態(tài)和吃水，使風(fēng)力機基礎(chǔ)適用于不同作業(yè)水深和海況條件。本專利技術(shù)風(fēng)力機基礎(chǔ)采用雙系泊系統(tǒng)，每根系泊纜間隔90°均勻分布，同時內(nèi)外系泊系統(tǒng)間相鄰纜間隔45°分布，為風(fēng)力機系統(tǒng)提供相應(yīng)系泊回復(fù)剛度，可以有效約束升沉、橫搖、縱搖及艏搖方向運動自由度，為風(fēng)力機的正常發(fā)電作業(yè)提供保障。附圖說明圖1：本專利技術(shù)風(fēng)力機的外部結(jié)構(gòu)圖；圖2：本專利技術(shù)風(fēng)力機作業(yè)工況下主剖視圖；圖3：本專利技術(shù)風(fēng)力機自存工況下主剖視圖；圖4：本專利技術(shù)風(fēng)力機俯視圖1；圖5：本專利技術(shù)風(fēng)力機俯視圖2；1——上部風(fēng)力機構(gòu)；11——風(fēng)力機葉片；12——槳轂；13——機艙；2——塔柱；3——中心立柱連接艙；31——斜撐；4——水下浮艙；41——上部浮力艙；42——下部壓載艙；5——邊立柱；6——套筒；61——控制艙；611——邊立柱容置艙；612——舷側(cè)空艙；613——防撞塊；614——彈性壓墊；615——動力艙；616——壓載水艙；617——泵機；618——進出水閥；619——水位監(jiān)測裝置；610——水密隔板；62——邊艙；63——梯形凸塊；7——第一系泊纜；8——第二系泊纜。具體實施方式為能進一步了解本專利技術(shù)的
技術(shù)實現(xiàn)思路
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：本專利技術(shù)基于傳統(tǒng)Spar型基礎(chǔ)浮式風(fēng)力機，整體基礎(chǔ)主要分為三部分：中心立柱結(jié)構(gòu)、消波式邊立柱5和環(huán)狀消波式套筒6；邊立柱5為六個等截面圓柱體，繞中心立柱結(jié)構(gòu)呈正六邊形分布，形成繞中心立柱結(jié)構(gòu)的立柱群結(jié)構(gòu)，作業(yè)海況下，立柱群中各圓柱體正浮于水線面以上，利用SESAM軟件計算結(jié)構(gòu)水動力性能，優(yōu)化圓柱體半徑、吃水、中心立柱與圓柱體之間的距離等參數(shù)，使得在一定波數(shù)下中心立柱結(jié)構(gòu)散射波能和波浪漂移力最小；套筒6加裝在邊立柱5外，可以有效增大排水量，為結(jié)構(gòu)提供六自由度運動阻尼，提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)性；套筒6內(nèi)設(shè)置泵機617、水位監(jiān)測裝置619，可通過調(diào)節(jié)壓載水艙616內(nèi)壓載水情況控制整體套筒6吃水變化，極限海況下，通過排出艙內(nèi)壓載水，整體環(huán)狀套筒6吃水減小，浮出水線面以上，邊立柱5縮于套筒6內(nèi)，形成環(huán)狀套筒6繞中心立柱結(jié)構(gòu)的圍壁結(jié)構(gòu)，利用SESAM軟件WAMIT模塊計算并優(yōu)化環(huán)狀套筒6半徑參數(shù)；中心立柱結(jié)構(gòu)及套筒6外壁各設(shè)置四根懸鏈線系泊纜，形成內(nèi)外雙系泊系統(tǒng)，每根系泊纜間隔90°均勻分布，同時內(nèi)外系泊系統(tǒng)間相鄰纜間隔45°分布。采用此種基礎(chǔ)形式的浮式風(fēng)力機結(jié)構(gòu)，能夠有效減小風(fēng)力機結(jié)構(gòu)所受本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機，其特征在于，所述消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機包括：/n上部風(fēng)力機構(gòu)(1)；/n中心立柱結(jié)構(gòu)，由自上而下豎直連接在一起的塔柱(2)、中心立柱連接艙(3)和水下浮艙(4)構(gòu)成，所述塔柱(2)的上端連接至所述上部風(fēng)力機構(gòu)(1)，且所述水下浮艙(4)位于水線面以下；/n多個邊立柱(5)，每個所述邊立柱(5)經(jīng)由一個斜撐(31)連接至所述中心立柱連接艙(3)；/n圓環(huán)狀的套筒(6)，所述套筒(6)沿周向方向被分隔成交替布置且數(shù)量相等的多個控制艙(61)和多個邊艙(62)，并且所述控制艙(61)的數(shù)量等于所述邊立柱(5)的數(shù)量，每個所述邊立柱(5)設(shè)置在相應(yīng)的一個所述控制艙(61)中；/n其中，所述控制艙(61)沿豎直方向被分隔成位于上部的調(diào)節(jié)艙和位于下部的壓載水艙(616)，所述邊立柱(5)設(shè)置在所述調(diào)節(jié)艙內(nèi)；/n其中，每個所述壓載水艙(616)內(nèi)設(shè)置有壓載水，各個所述壓載水艙(616)內(nèi)的壓載水的量能被獨立地調(diào)節(jié)，從而調(diào)整所述消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機的姿態(tài)和吃水。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機，其特征在于，所述消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機包括：
上部風(fēng)力機構(gòu)(1)；
中心立柱結(jié)構(gòu)，由自上而下豎直連接在一起的塔柱(2)、中心立柱連接艙(3)和水下浮艙(4)構(gòu)成，所述塔柱(2)的上端連接至所述上部風(fēng)力機構(gòu)(1)，且所述水下浮艙(4)位于水線面以下；
多個邊立柱(5)，每個所述邊立柱(5)經(jīng)由一個斜撐(31)連接至所述中心立柱連接艙(3)；
圓環(huán)狀的套筒(6)，所述套筒(6)沿周向方向被分隔成交替布置且數(shù)量相等的多個控制艙(61)和多個邊艙(62)，并且所述控制艙(61)的數(shù)量等于所述邊立柱(5)的數(shù)量，每個所述邊立柱(5)設(shè)置在相應(yīng)的一個所述控制艙(61)中；
其中，所述控制艙(61)沿豎直方向被分隔成位于上部的調(diào)節(jié)艙和位于下部的壓載水艙(616)，所述邊立柱(5)設(shè)置在所述調(diào)節(jié)艙內(nèi)；
其中，每個所述壓載水艙(616)內(nèi)設(shè)置有壓載水，各個所述壓載水艙(616)內(nèi)的壓載水的量能被獨立地調(diào)節(jié)，從而調(diào)整所述消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機的姿態(tài)和吃水。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機，其特征在于，所述消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機包括六個所述邊立柱(5)。


3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機，其特征在于，所述邊立柱(5)具有圓柱體形狀，其中，所述控制艙(61)和所述邊艙(62)具有相同的形狀和容積，使得六個所述邊立柱(5)繞所述中心立柱結(jié)構(gòu)呈正六邊形分布，并且其中，在所述邊立柱(5)的頂部一體形成有一錐形部，在所述錐形部的中央設(shè)置有鉸接球，所述斜撐(31)的一端連接至所述鉸接球且另一端連接至所述中心立柱連接艙(3)。


4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消波式基礎(chǔ)海上風(fēng)力機，其特征在于，所述水下浮艙(4)沿豎直方向被分隔成上部浮力艙(41)和下部壓載艙(42)，其中，所述水下浮艙(4)的高度大于所述套筒(6)的高度。

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：章培，李焱，曲曉奇，唐友剛，楊樹耕，趙治民，
申請(專利權(quán))人：天津大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：天津;12