用于深海海面的带吸力式沉箱的平台浮式风电机

摘要

一种海洋风力发电技术领域的用于深海海面的带吸力式沉箱的平台浮式风电机，包括：风电机以及依次设置于其底部的塔筒、带有张力腿的平台机构以及吸力式沉箱。所述的平台机构包括：甲板平台、浮体以及系泊机构，所述的系泊机构包括：吸力式沉箱和连接吸力式沉箱与浮体的系腱。本发明克服了现有技术近海风电机基础安装费用高、噪声污染高、安装周期长、适用水深浅、所安装的单台风电机发电功率小的缺点，具有整个系统的风电机基础安装便捷、安装成本低、安装噪声污染低、不会对海床造成伤害、可安装在距岸更远的深水区域、所安装的单台风电机发电功率更大等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种海上漂浮式风力发电技术领域的装置，具体是一种用于深海海面的 带吸力式沉箱的平台浮式风电机。

背景技术

早期的近海单桩固定式风电机制造费用高，将单桩深插入海底的施工过程复杂，仅限于 在水深小于20米时采用，一般情况下最大仅能发出3.5兆瓦的电力。近年来海上风电开发已逐 渐由浅水区域向深水区域发展，美国麻省理工学院和美国国家可再生实验室首先提出了深水平 台机构式浮式风电机的概念，平台机构式浮式风电机在陆上加工和进行分段安装，在海平面上 进行大合拢，且整个平台机构式浮式风电机在海中是可移动式的，经过计算人们发现同等状况 下平台机构式风电机仅为单桩固定式风电机费用的1/3，研究者估计平台机构式风电机的工作 水深可达100米到200米，可以被布置得离海岸更远，一台平台机构式风电机能发出5兆瓦的 电力。

平台机构的张力腿一般由钢管制成，其上部与平台机构的底脚相连，其下部与固定在海 床内的锚桩相连。将锚桩固定在海床内需要进行水下打桩作业，不但作业成本高，而且作业施 工困难。

水下打桩机很笨重，制造成本高，更换困难，而且按照近海风电规范和标准水下打桩机 产生的高噪声是不能被接受的，而且因为水下打桩作业必须在一年中的特定时段才可进行，这 将导致近海风电场的施工建设严重拖期，成本急剧增加。因而如何降低近海风电机的基础安装 费用和安装时的噪声污染、缩短基础安装周期成了人们急待解决的问题。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103174159A，公开日2013-06-26，公 开了一种海上风力发电机组单管桩基础装置，包括：管桩、过渡段、周向剪力键和灌浆层；所 述过渡段套设在所述管桩的上部，所述管桩的下部能够插设于海床中；所述灌浆层充填在所述 管桩和所述过渡段之间；所述周向剪力键沿所述管桩轴线方向多层间隔固定在所述管桩外壁和 /或所述过渡段内壁上且埋设在所述灌浆层内。由于在管桩的外壁和过渡段内壁上设置有周向剪 力键，该周向剪力键埋设在灌浆层内，因而可以提高管桩与过渡段的连接强度，将过渡段传递 过来的竖向力、水平弯矩和扭转力矩有效传递给管桩再传递给海床，并且可以减低海上风力发 电基础单管桩基础装置的制造成本。但该现有系统的风电机基础安装费用很高、安装周期仍然 很长，安装单桩基础时仍然需要租用非常昂贵的打桩船，打桩过程耗时长，噪声污染高；灌浆 养护也需要几天的时间来完成，而且该现有技术也仅限于在水深小于20米时采用，所安装的 单台风电机一般情况下最大仅能发出3.5兆瓦的电力。

中国专利文献号CN102191767，公开日2011-09-21，公开了一种甲板升降式作业平台， 其包含：平台本体，该平台本体形成从平面视的矩形状；数个支柱，该支柱可任意穿插且向垂 直方向延伸的设在该平台本体的四角落部，且由油压千斤顶顶起系统使该平台本体可任意升降 的移动；行走横梁，该行走横梁于铺设在该平台本体的甲板长轴方向的两个行走轨道上可任意 行走；移动作业台车，该移动作业台车系在该行走横梁上，于铺设在该平台本体的甲板横轴方 向的移动轨道上可任意移动；吊杆旋转台，该吊杆旋转台可任意旋转的架设在该移动作业台车 上；及二吊杆，该二左右的吊杆组成一双吊杆，且装设在该吊杆旋转台上，以提供一种作业效 率、稳定性及安全性较佳的甲板升降式作业平台。但该技术为单桩式风电机，安装单桩基础时 仍然需要打桩作业，打桩过程耗时长，噪声污染高；基础安装费用将很高、安装周期仍将很长， 而且该现有技术也将仅限于在水深小于20米时采用，所安装的单台风电机一般情况下最大仅 能发出3.5兆瓦的电力。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于深海海面的带吸力式沉箱的平台浮 式风电机，克服了现有技术近海风电机基础安装费用高、噪声污染高、安装周期长、适用水深 浅、所安装的单台风电机发电功率小的缺点，具有整个系统的风电机基础安装便捷、安装成本 低、安装噪声污染低、不会对海床造成伤害、可安装在距岸更远的深水区域、所安装的单台风 电机发电功率更大等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：风电机以及依次设置于其底部的塔筒、 带有张力腿的平台机构以及吸力式沉箱。

所述的吸力式沉箱由钢板焊接而成，沉箱底部为开口式，在吸力式沉箱的顶部设有排水 短管和法兰，整个吸力式沉箱是一个完整的单元。

所述的平台机构包括：甲板平台、浮体以及系泊机构，其中：甲板平台的底部与浮体相 连，浮体的底部与系泊机构相连。

所述的平台机构所受的浮力大于自身重力，且两者之差通过系泊机构的张力实现平衡， 其中：平台机构的浮力由其排水体积乘以海水比重获得，重力由其各个分项的重量加和计算得 到。

所述的浮体为长方体型浮箱，长方体浮箱的顶部与甲板平台相连，长方体浮箱的底部由 水平撑材连成一体。

所述的长方体浮箱内充空气。

所述的系泊机构包括：吸力式沉箱和连接吸力式沉箱与浮体的系腱。

所述的风电机包括：叶片、机舱、轮毂和塔筒，其中：塔筒的底部与甲板平台相连，顶 部连接机舱，叶片设置于轮毂上。

所述的机舱包括：依次连接的低速轴、齿轮箱、高速轴和发电机，其中：低速轴由叶片 驱动。

技术效果

本发明与现有技术相比，采用吸力式沉箱作为平台机构浮式风电机的海底基础，吸力式 沉箱结构简洁，制作方便，安装便捷、安装成本低、安装噪声污染低、不会对海床造成伤害。 平台机构浮式风电机可安装在距岸更远的深水区域，这里海面上的风速高且稳定、所安装的单 台风电机发电功率会更大。

附图说明

图1为本发明结构图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：风电机、连接于其底部的塔筒、平台机构以及吸力式沉箱 14，其中：

所述的吸力式沉箱14由钢板焊接而成，其底部为敞开式的；在吸力式沉箱的顶部设有 排水短管和法兰12，整个吸力式沉箱形成一个完整的单元。

所述的吸力式沉箱的数量为4个，结构由高强度钢板焊接而成，每个吸力式沉箱的直径 为20m；高度为25m。

所述的系腱9的数量为4个，结构由Φ219mm×12mm的钢管制成。所述的系腱10的数 量为4个，结构由Φ219mm×12mm的钢管制成。

所述的长方体浮箱6与甲板平台5相连，其底部与系泊机构相连。

塔筒4为空心结构。

所述的风电机包括：叶片1、机舱3和轮毂2，其中：塔筒4的顶部连接机舱3，叶片2 设置于轮毂2上。

所述的机舱内设有依次连接的低速轴、齿轮箱、高速轴和发电机，其中：低速轴由叶片 2驱动。

本装置通过以下方式进行现场安装布置：

第一步、安装时吸力式沉箱14和平台机构连成一体，先由一台起重机将它们吊于海水 中，初始阶段依靠重力的作用吸力式沉箱的四周裙板会插入海床15一定的深度；

第二步、利用临时的排水泵和排水管路将吸力式沉箱内部的海水排出，这时由于吸力式 沉箱内部形成空隙而导致内部压力急剧降低，但由于吸力式沉箱外部水压力并没有变化，这就 在吸力式沉箱的顶板内外产生了很大的压力差（方向向下，即产生了吸力），从而驱使吸力式 沉箱的四周裙板继续更深地插入海床15；

第三步、当排水泵将吸力式沉箱内部的海水排净时，吸力式沉箱顶部已被埋入海床内， 此时开始进行固定操作，并最终形成海底基础以支撑上部的平台机构和风电机。

本装置工作时通过深海海面上的湍流风驱动叶片1低速旋转，叶片1带动发电机舱3内 的一根低速轴低速旋转，该低速轴与发电机舱3内的一只齿轮箱相联接，该齿轮箱的作用是将 低速轴的转动转化为驱动一根高速轴转动，该高速轴带动发电机舱3内的一台发电机发电。该 浮式风电机系统通过海底电缆与陆上电网相联，所发出的电能被输送到沿岸的用电单位使用。

本实施例采用三叶式结构，每幅叶片的转动直径为125米。发电机功率为4.5MW，轮 毂2距海平面的高度为94米。