一种半潜漂浮式风机基础结构

摘要

本发明提供了一种半潜漂浮式风机基础结构，包括海上风力发电组件和漂浮组件，漂浮组件包括中心浮筒和基础浮筒，漂浮组件还包括设置于中心浮筒和基础浮筒上的抗波浪平板，抗波浪平板上设置有通孔。本发明所提供的一种半潜漂浮式风机基础结构在中心浮筒和基础浮筒上均设置有抗波浪平板，抗波浪平板可以破碎波浪并吸收能量，削弱海浪对于漂浮组件的冲刷，消耗波浪中的冲击能量，削弱海浪对于塔柱的冲击力，减少塔柱受到的疲劳损伤；可以大幅减轻海上风力发电组件在风、浪、流耦合作用下的运动响应，增强海上风力发电组件的稳定性，减少海上风力发电组件的中心浮筒和基础浮筒受到海浪冲刷造成的疲劳损伤，延长海上风机整体的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及海上风机防护基础设备技术领域，尤其是涉及一种半潜漂浮式风机基础结构。

背景技术

随着人们对于保护环境认识的不断增加，越来越多的绿色新能源被开发利用，从而减少碳排放。而海上具有丰富的风能资源，是当前新能源开发利用的主要方向。现阶段海上风电开发主要集中于浅水区域，风力发电机组多采用固定式基础。随着开发的深入，海上风电开发将向离岸深水海域发展。随着开发水深的增加，固定式风机基础逐渐失去了优越性，浮式基础成为理想风力发电机支撑基础。

浮式基础的系泊系统对风机整体的约束较弱，风机结构在风、浪、流共同作用下产生较大的运动响应，海浪对浮筒和塔柱的冲刷作用都会严重影响风机结构的稳定性以及风力发电机的效率和使用寿命。现有的半潜漂浮式风机在结构稳定性方面存在以下问题：1、浮式风机基础的约束较弱；2、浮式平台较大，抗波浪能力弱；3、风浪耦合作用与浮式风机结构上会产生较大的动力响应，影响风机整体的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有半潜漂浮式风机存在约束弱、平台大、抗波浪能力弱、风浪耦合作用对风机结构产生较大的动力响应，从而影响风机整体的稳定性的缺点，提供一种半潜漂浮式风机基础结构。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种半潜漂浮式风机基础结构，包括海上风力发电组件和与所述海上风力发电组件固定连接的漂浮组件，所述漂浮组件包括中心浮筒和与所述中心浮筒固定连接的基础浮筒，其特征在于，所述漂浮组件还包括设置于所述中心浮筒和所述基础浮筒上的抗波浪平板，所述抗波浪平板上设置有若干个均匀排布的通孔；所述抗波浪平板活动连接于所述中心浮筒或所述基础浮筒的吃水线处。

具体地，所述中心浮筒和所述基础浮筒均在所述吃水线上设置有若干个沿竖直方向设置的滑轨，每个所述滑轨内均设置有阻尼器，所述抗波浪平板通过所述阻尼器固定于所述滑轨上。

进一步地，所述漂浮组件还包括固定于所述基础浮筒底部的平衡板。

具体地，所述平衡板的直径小于等于所述抗波浪平板的直径。

进一步地，所述通孔的孔径为0.05m-0.25m。

具体地，所述抗波浪平板的厚度与所述通孔的孔径相同。

进一步地，位于所述基础浮筒上的所述抗波浪平板为第一平板，所述第一平板的外径为0.25-0.4倍的所述基础浮筒与所述中心浮筒的间距。

具体地，位于所述中心浮筒上的所述抗波浪平板为第二平板，所述第二平板的外径为0.8-1倍的所述第一平板的外径。

进一步地，所述漂浮组件还包括系泊组件，所述系泊组件包括设置于所述基础浮筒上的连接平台和与所述连接平台连接的系泊链。

进一步地，所述海上风力发电组件包括与所述漂浮组件的中心浮筒固定连接的塔柱、固定于所述塔柱顶部的电机组件和与所述电机组件连接的桨叶组件。

本发明所提供的一种半潜漂浮式风机基础结构的有益效果在于：在中心浮筒和基础浮筒上均设置有抗波浪平板，该抗波浪平板可以破碎波浪并吸收能量，削弱海浪对于漂浮组件的冲刷，并且在抗波浪平板上设置有通孔，当海浪在不同时刻冲击抗波浪平板时，会被抗波浪平板破碎成小的涡流，小的涡流在通过抗波浪平板的通孔时相位发生改变，产生不同的相位差，导致前后冲击的波浪之间相互发生干涉，从而消耗波浪中的冲击能量，削弱海浪对于塔柱的冲击力，减少塔柱受到的疲劳损伤；利用该漂浮组件可以大幅减轻海上风力发电组件在风、浪、流耦合作用下的运动响应，增强海上风力发电组件的稳定性，减少海上风力发电组件的中心浮筒和基础浮筒受到海浪冲刷造成的疲劳损伤，延长海上风机整体的使用寿命。

附图说明

图1是本发明提供的一种半潜漂浮式风机基础结构的立体结构示意图；

图2是本发明提供的一种半潜漂浮式风机基础结构的正视图；

图3是本发明提供的一种半潜漂浮式风机基础结构的俯视图。

图中：100-半潜漂浮式风机基础结构、10-海上风力发电组件、11-塔柱、12-电机组件、13-桨叶组件、20-漂浮组件、21-中心浮筒、22-基础浮筒、23-抗波浪平板、231-第一平板、232-第二平板、24-通孔、25-滑轨、26-阻尼器、27-系泊组件、271-连接平台、272-系泊链、28-平衡板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1-图3，为本发明所提供的一种半潜漂浮式风机基础结构100。本发明所提供的一种半潜漂浮式风机基础结构100可以应用于海上风机向着深海区发展时使用，可以大幅度的提高海上风机的基础抗浪吸性能，减弱海上风力发电机整体在海上风、浪、流作用下的运动响应，尤其是针对海浪的冲击具有较好的防护，能够提高海上风机整体的使用寿命。

如图1所示，为本发明所提供的一种半潜漂浮式风机基础结构100，包括海上风力发电组件10和与海上风力发电组件10固定连接的漂浮组件20。该漂浮组件20设置于海面上，并且通过该漂浮组件20将海上风力发电组件10固定于海平面的上方。

具体地，如图1所示，该海上风力发电组件10包括与漂浮组件20的中心浮筒21固定连接的塔柱11、固定于塔柱11顶部的电机组件12和与电机组件12连接的桨叶组件13。该塔柱11位于整个漂浮组件20的中心处，并与漂浮组件20固定连接，位于塔柱11顶部的电机组件12和桨叶组件13为现有较为成熟的利用海上风能发电的发电装置，由设置于塔柱11上的电机组件12和桨叶组件13组成海上风力发电机。

如图1所示，本发明所提供的一种半潜漂浮式风机基础结构100中的漂浮组件20包括中心浮筒21和与中心浮筒21固定连接的基础浮筒22。该中心浮筒21位于整个漂浮组件20的中心处，多个基础浮筒22分布于中心浮筒21的圆周方向上，并且均匀排布，一般在中心浮筒21的周向上设置有3-6个基础浮筒22。在本实施例中，该中心浮筒21的周边均匀分布有三个基础浮筒22，相邻的基础浮筒22之间通过连接杆固定连接，并且每个基础浮筒22均通过连接杆实现与中心浮筒21的固定连接。在漂浮组件20中的中心浮筒21和基础浮筒22之间实现相对稳定的漂浮结构。

具体地，为了将漂浮组件20固定于一个海域范围内，该漂浮组件20还包括系泊组件27，系泊组件27包括设置于基础浮筒22上的连接平台271和与连接平台271连接的系泊链272。该系泊组件23上系泊链272根据漂浮组件20上基础浮筒22的数量而定，并且一一对应设置。在本实施例中，该中心浮筒21的周围设置有三个基础浮筒22，因此，对应的，该系泊组件27上具有三个系泊链272，系泊链272的一端设置有海底锚(图中未示出)，系泊链272的另一端与基础浮筒22上的练剑平台271固定，从而通过系泊链272将整个漂浮组件20固定于海平面上，并确保漂浮组件20在海域内的相对位置。

进一步地，如图1所示，本发明所提供的一种半潜漂浮式风机基础结构100中，该漂浮组件20还包括设置于中心浮筒21和基础浮筒22上的抗波浪平板23，该抗波浪平板23可以设置于中心浮筒21和基础浮筒22的吃水线处。通过该抗波浪平板23改变海浪冲刷时的相位，使得波浪相互干涉，消耗海浪的能量，达到抗波浪冲击、维持漂浮组件20以及海上风力发电组件10稳定的作用，确保海上风力发电组件10在海上运行时的稳定。本发明中该漂浮组件20中的抗波浪平板23采用轻质复合材料和钢骨架结构组成，即保证了该抗波浪平板23的刚性稳定，也尽量降低该抗波浪平板23的重量。

如图1所示，在抗波浪平板23上设置有若干个均匀排布的通孔24。通过该抗波浪平板23可以有效地提高整个漂浮组件20结构的稳定性，并且利用涡声理论，降低波浪的冲击能量，大大地削弱海浪对于漂浮组件20的冲击，有效地保护位于漂浮组件20上方的海上风力发电组件10。当海浪冲击漂浮组件20时，海浪在拍打该抗波浪平板23时，会被抗波浪平板23破碎成小的涡流，小的涡流在通过抗波浪平板23的通孔24时相位发生改变，产生不同的相位差，导致前后冲击的波浪之间相互发生干涉，从而消耗波浪中的冲击能量，从而当海浪冲击漂浮组件20之后，其冲刷的力度被抗波浪平板23大大削弱，进而可以有效地削弱海浪对于位于中心浮筒21上的塔柱11的冲击力，减少塔柱11受到的疲劳损伤。

进一步地，如图2所示，该抗波浪平板23活动连接于中心浮筒21或基础浮筒22的吃水线处。该抗波浪平板23设置于吃水线处可以更好地吸收波浪冲刷漂浮组件20时的能量，降低海浪对于漂浮组件20的影响。该中心浮筒21和基础浮筒22的吃水线位于同一水平面上，一般位于整个浮筒高度的2/3处，而该抗波浪平板23位于该吃水线处可以随着漂浮组件20在海平面上下波动时，起到对于漂浮组件20的保护作用。

具体地，如图2所示，为了进一步地提高位于吃水线处的抗波浪平板23的抗波浪性能，该中心浮筒21和基础浮筒22均在吃水线上设置有若干个沿竖直方向设置的滑轨25，每个滑轨25内均设置有阻尼器26，抗波浪平板23通过阻尼器26固定于滑轨25上。该滑轨25沿着中心浮筒21和基础浮筒22的轴线设置，并且位于吃水线处。在本实施例中，该中心浮筒21的外壁位于吃水线处设置有四个滑轨25，每个滑轨25之间在周向上间隔90°，中心浮筒21圆周上设置的四个滑轨25同时为一个抗波浪平板23服务，在每个滑轨25内均设置有一个阻尼器26，该阻尼器26的一端固定于该滑轨25的最低端，阻尼器26的另一端固定于抗波浪平板23的底部。通过该滑轨25和阻尼器26维持各个抗波浪平板23之间相移动幅度相近，有效地维持整个漂浮式风机的稳定。

优选地，本实施例中，每个设置于滑轨25内的阻尼器26均采用弹簧阻尼器，通过该阻尼器26可以增大抗波浪平板23的阻尼，耗减抗波浪平板23的运动能量，削弱海浪对于抗波浪平板23的冲击，并且还可以保持该抗波浪平板始终处于同一水平面上，维持漂浮组件20整体的稳定。同理，在本实施例中，该基础浮筒22上也对应设置有四个滑轨25用于平衡其上的抗波浪平板23,并且每个滑轨25内部均设置有阻尼器26用于为抗波浪平板23提供在竖直方式上的阻尼。并且，还可以在基础浮筒22和中心浮筒21上设置有风力和结构运动信息采集和处理系统，可以将信息采集处理后反馈至控制中枢，再由控制中枢控制阻尼器26，从而驱动抗波浪平板23在基础浮筒22或中心浮筒21上的振动，从而达到抑制结构振动的效果。

具体地，在中心浮筒21上所设置的滑轨25沿着中心浮筒21的轴向设置，并且横跨该中心浮筒21的吃水线，该滑轨25的长度为5m-10m。即该抗波浪平板23在中心浮筒21的竖直方向上能够随着波浪的驱动上下移动的距离在5m-10m。优选地，在本实施例中，该滑轨25的设置长度为7m，并且在中心浮筒21平衡状态时，距离该中心浮筒21的底部20米，该抗波浪平板23在阻尼器26的驱动下能够在滑轨25内沿着竖直方向上下滑动。

具体地，如图1所示，该漂浮组件20还包括固定于基础浮筒22底部的平衡板28，并且该平衡板28上也设置有通孔。在本实施例中，在基础浮筒22的吃水线处设置有抗波浪平板23，同时在基础浮筒22的底部也设置有平衡板28，该平衡板28和抗波浪平板23的作用相同，均可以增强基础浮筒23的抗波浪能力，从而达到稳定漂浮组件20的作用。并且该平衡板28的直径小于等于位于吃水线处的抗波浪平板23的直径。位于该基础浮筒22底部的平衡板28不仅是可以利用其上的通孔起到破碎波浪、吸收能量的作用，减轻漂浮组件20在风、浪、流耦合作用下的运动响应，还可以增加基础浮筒22底部的配重，有效地降低漂浮组件20和海上风力发电组件10整体的重心，进一步地增强海上风力发电组件10和漂浮组件20的稳定性。

进一步地，如图1所示，该漂浮组件20中的抗波浪平板23上均设置有通孔24，利用该通孔24改变不同时刻海浪的相位，使得前后的海浪之间相互干涉。为了能够使得该抗波浪平板23能够达到其较好的相位干涉效果，根据涡声原理，当海浪的主频f为0.1Hz-0.5Hz时，该抗波浪平板23上的通孔23的孔径D3在0.05m-0.25m时所能产生的效果最好。同时，该抗波浪平板23上所设置的相邻通孔24之间的间距与通孔24的孔径D3比例控制在4-6之间，可以在抗波浪平板23上形成较好的相位差，所以对应的在该抗波浪平板23上开设通孔24的开孔率控制在5％-25％。

具体地，根据涡声原理，为了保证抗波浪平板23能够取得较好的抗波浪效果，当抗波浪平板23的厚度H1与通孔24的孔径D3的比例为1时，可以使得该抗波浪平板23取得较好的吸收波浪能力的能力，因此，在本实施例中，该抗波浪平板23的厚度H1与通孔24的孔径D3相同。

进一步地，如图3所示，位于基础浮筒22上的抗波浪平板23为第一平板231，第一平板231的外径D1为0.25-0.4倍的基础浮筒22与中心浮筒21的间距L1。该第一平板231为固定于基础浮筒22上的抗波浪平板23，位于基础浮筒22上的抗波浪平板23所要承受的波浪相较于位于中心处的中心浮筒21上的抗波浪平板23更大，并且为整个漂浮式风机提供浮力的主要部件为该基础浮筒，在风浪的扰动作用下，该基础浮筒22上的力矩也就更大，因此，该基础浮筒22上所设置的第一平板23对于波浪的抑制效果也就约明显。若该第一平板231的外径D1过小，整个漂浮组件20上所设置的抗波浪平板23所能起到的抑制波浪的效果也就越小，而若该第一平板231的外径D1过大，其自身重力过大，并且容易与相邻的第一平板231或者第二平板232之间产生干涉。因此，该第一平板231的外径D1控制在基础浮筒22与中心浮筒21的间距L1的1/4-2/5之间最为合适。在本实施例中，如图1所示，位于基础浮筒22的吃水线处的第一平板23的外径D1为0.4倍的基础浮筒22与中心浮筒21的间距L1，位于基础浮筒22的底部的第一平板23的外径D1为0.25倍的基础浮筒22与中心浮筒21的间距L1。

具体地，位于中心浮筒21上的抗波浪平板23为第二平板232，位于漂浮组件20中心处的中心浮筒21主要用于将海上风力发动组件10的负载传递至整个漂浮组件20处，并且由于其处于多个基础浮筒22的中心，其自身所需承受风浪扰动较基础浮筒22小。该中心浮筒21上的第二平板232的外径D2也应小于等于位于基础浮筒22上的第一平板231的外径D1，在满足抗波浪效果的同时尽量减少其自身重量。因此，该第二平板232的外径D2为0.8-1倍的第一平板231的外径D1。

本发明所提供的一种半潜漂浮式风机基础结构100在中心浮筒21和基础浮筒22上均设置有抗波浪平板23，该抗波浪平板23可以破碎波浪并吸收能量，削弱海浪对于漂浮组件20的冲刷；还可以在该抗波浪平板23上设置太阳能发电装置，通过该太阳能发电装置为半潜漂浮式风机提供风能和太阳能的耦合利用，提高风机的发电效率；利用该漂浮组件20可以大幅减轻海上风力发电组件10在风、浪、流耦合作用下的运动响应，增强海上风力发电组件10的稳定性，减少海上风力发电组件10的中心浮筒21和基础浮筒22受到海浪冲刷造成的疲劳损伤，延长海上风机整体的使用寿命。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。