專利名稱：海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種。特別是涉及一種由沉箱、桁架結(jié)構(gòu)、壓載艙、系泊纜等組成的海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在降低碳排放、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的大背景下，風(fēng)電行業(yè)面臨著較大的市場前景。 我國陸上實(shí)際可開發(fā)風(fēng)能資源儲量為5. 06億千瓦，近海風(fēng)場的可開發(fā)風(fēng)能資源是陸上3 倍，且海上風(fēng)電具有風(fēng)速高、風(fēng)資源持續(xù)穩(wěn)定、發(fā)電量大等特點(diǎn)。海洋風(fēng)力發(fā)電的主要風(fēng)能資源分布在距離海岸線5 50km的海域。該海域水深一般超過20m。在水深超過30m時， 受經(jīng)濟(jì)成本和安全要求的限制，傳統(tǒng)的固定式基礎(chǔ)(如單樁基礎(chǔ)、多樁基礎(chǔ)、混凝土重力基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)等)不再適宜用作海上風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)，海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)的概念應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)階段國內(nèi)外研究的海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)主要借鑒海上石油鉆采平臺，主要有Spar結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、 半潛式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和TLP結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)三種形式。從經(jīng)濟(jì)效益和安全的角度出發(fā)，深水風(fēng)電場宜采用浮式基礎(chǔ)。由于海上風(fēng)力機(jī)葉輪的氣動特性和塔柱的高聳特點(diǎn)，基礎(chǔ)的載荷與石油鉆采平臺的載荷有很大的不同，海上風(fēng)力機(jī)除受到風(fēng)浪流的作用外，還受到葉輪和塔柱產(chǎn)生的氣動載荷，對基礎(chǔ)會產(chǎn)生較大的推力和傾覆彎矩，需要支撐平臺提供較大的穩(wěn)性和回復(fù)力。借鑒現(xiàn)有的石油鉆采平臺，將之運(yùn)用于風(fēng)能資源豐富的水深50米及以上的近海區(qū)域， 為海上風(fēng)力機(jī)的大型化提供新的浮式支撐平臺基礎(chǔ)，成為海洋工程領(lǐng)域新的研究課題。為水深50米左右的海上大型風(fēng)力機(jī)提供一種支撐平臺結(jié)構(gòu)，能使海上風(fēng)力機(jī)在額定風(fēng)況下正常工作，并能在極端條件下自存。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種在水深50米左右的海上能使海上風(fēng)力機(jī)在額定風(fēng)況下正常工作，并能在極端條件下自存的海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)，包括有浮箱、桁架結(jié)構(gòu)和壓載艙，其中，所述的浮箱固定設(shè)置在桁架結(jié)構(gòu)的頂端，所述的桁架結(jié)構(gòu)的底端固定設(shè)置在壓載艙的上面，所述的浮箱的下周邊設(shè)置有多根用于與海底連接的系泊纜。在浮箱的下周邊對稱的設(shè)置有4根系泊纜。所述的浮箱為圓柱體結(jié)構(gòu)，并對稱的設(shè)置在桁架結(jié)構(gòu)的頂端，浮箱內(nèi)設(shè)置艙室，用以填充海水、巖石或者混凝土。所述的壓載艙內(nèi)填充有用于降低該海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)重心，提高穩(wěn)定性的巖石或者混凝土。所述的桁架結(jié)構(gòu)包括有垂直支撐在浮箱和壓載艙之間的多根立柱，平行且等間隔的設(shè)置在浮箱和壓載艙之間的多個垂蕩板，所述的垂蕩板上開有多個與多根立柱相對應(yīng)的通孔，所述的多根立柱是分別對應(yīng)的貫穿各垂蕩板上的通孔后垂直支撐在浮箱和壓載艙之間，并且，所述的垂蕩板通過通孔與立柱固定連接。
相鄰2根立柱與垂蕩板、浮箱以及壓載艙之間所圍成的垂直平面上分別設(shè)置有斜支撐。浮箱和壓載艙之間設(shè)置有4根立柱，相應(yīng)的各垂蕩板上也開有4個與4根立柱相對應(yīng)的通孔。本發(fā)明的海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)，具有如下特點(diǎn)1.綜合了 Spar、半潛式和TLP三種浮式基礎(chǔ)的特點(diǎn)，由沉箱、桁架結(jié)構(gòu)、壓載艙、系泊纜等組成，能夠適應(yīng)海50米水深的海域狀況，該支撐結(jié)構(gòu)能顯著降低海上風(fēng)力機(jī)支撐平臺的成本。2.浮箱為圓柱體，除為風(fēng)力機(jī)的塔柱提供支撐外，為整個支撐結(jié)構(gòu)提供大部分浮力。桁架結(jié)構(gòu)連接浮箱和壓載艙艙，由立柱、斜撐、垂蕩板組成，該桁架結(jié)構(gòu)能增加基礎(chǔ)垂蕩附加質(zhì)量和阻尼。壓載艙中填充巖石或者混凝土，能降低整個支撐結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的重心，提高支撐平臺基礎(chǔ)的穩(wěn)性，同時增加整體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)橫搖和縱搖阻尼。系泊纜選擇懸鏈線形式，依靠自身的重力能夠提供支撐平臺基礎(chǔ)在圓柱體橫蕩和縱蕩方向的回復(fù)力，同時能限制支撐平臺的橫蕩和縱蕩運(yùn)動，浮箱的四周設(shè)有四根系泊纜與海底連接。


圖1是本發(fā)明的正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的側(cè)面示意圖；圖3是是圖1的俯視圖。其中1 浮箱2 桁架結(jié)構(gòu)3 壓載艙2-1 立柱2-2:斜支撐 2-3:垂蕩板
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)做出詳細(xì)說明。如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明的海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)，包括有浮箱1、桁架結(jié)構(gòu)2和壓載艙3，其中，所述的浮箱1固定設(shè)置在桁架結(jié)構(gòu)2的頂端，所述的桁架結(jié)構(gòu)2的底端固定設(shè)置在壓載艙3的上面，所述的浮箱1的下周邊設(shè)置有多根用于與海底連接的系泊纜。在浮箱1的下周邊對稱的設(shè)置有4根系泊纜。系泊纜為懸鏈線形式，依靠自身的重力限制支撐平臺的橫蕩和縱蕩運(yùn)動，同時能夠提供支撐平臺結(jié)構(gòu)在圓柱體橫蕩和縱蕩方向的回復(fù)力，浮箱的四周設(shè)有四根系泊纜與海底連接。所述的浮箱1為圓柱體結(jié)構(gòu)，并對稱的設(shè)置在桁架結(jié)構(gòu)2的頂端。浮箱1內(nèi)設(shè)置艙室，用以填充海水、巖石或者混凝土等。將浮箱為圓柱體形狀，使結(jié)構(gòu)保持對稱，在受風(fēng)浪流作用力時保持均衡，浮箱作用主要由兩方面，一為風(fēng)力機(jī)的塔柱提供支撐，保持塔柱和風(fēng)力機(jī)艙的穩(wěn)定，二為整個海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)提供絕大部分的浮力，保持整個海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。所述的壓載艙3內(nèi)填充有用于降低該海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)重心，提高穩(wěn)定性的巖石或者混凝土。壓載艙中填充巖石或者混凝土，占據(jù)整個支撐結(jié)構(gòu)的大部分重量，該壓載艙能顯著降低整個海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的重心，提高支撐平臺基礎(chǔ)的穩(wěn)性，同時增加整體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)橫搖阻尼和縱搖阻尼。在發(fā)生橫搖和縱搖運(yùn)動時，壓載艙能顯著減小支撐結(jié)構(gòu)的運(yùn)動響應(yīng)，在發(fā)生運(yùn)動位移后在壓載艙的重力作用下快速回復(fù)到原位。所述的桁架結(jié)構(gòu)2包括有垂直支撐在浮箱1和壓載艙3之間的多根立柱2-1，平行且等間隔的設(shè)置在浮箱1和壓載艙3之間的多個垂蕩板2-3，所述的垂蕩板2-3上開有多個與多根立柱2-1相對應(yīng)的通孔，所述的多根立柱2-1是分別對應(yīng)的貫穿各垂蕩板2-3上的通孔后垂直支撐在浮箱1和壓載艙3之間，并且，所述的垂蕩板2-3通過通孔與立柱2-1固定連接。該桁架結(jié)構(gòu)能減輕整個海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)的重量，同時減小波流穿過時的載荷，增加海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)垂蕩方向的附加質(zhì)量和阻尼，減小垂蕩響應(yīng)。相鄰2根立柱2-1與垂蕩板2-3、浮箱1以及壓載艙3之間所圍成的垂直平面上分別設(shè)置有斜支撐2-2。浮箱1和壓載艙3之間設(shè)置有4根立柱2-1，相應(yīng)的各垂蕩板2_3上也開有4個與 4根立柱2-1相對應(yīng)的通孔。本發(fā)明的海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)，為海上大型風(fēng)力機(jī)提供支撐，能為風(fēng)力機(jī)在正常工作狀況下提供足夠的穩(wěn)性，在風(fēng)浪流作用下發(fā)生較小的運(yùn)動響應(yīng)，在風(fēng)暴自存狀態(tài)條件下，能保證風(fēng)力機(jī)的安全。在具體實(shí)施過程中，首先需要把支撐結(jié)構(gòu)(主要包括浮箱、 桁架、壓載艙三部分)拖航至預(yù)定地點(diǎn)，再用系泊系統(tǒng)進(jìn)行定位，然后進(jìn)行風(fēng)力機(jī)的安裝。盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括有浮箱(1)、桁架結(jié)構(gòu)(2)和壓載艙(3)，其中，所述的浮箱(1)固定設(shè)置在桁架結(jié)構(gòu)(2)的頂端，所述的桁架結(jié)構(gòu)(2)的底端固定設(shè)置在壓載艙(3)的上面，所述的浮箱(1)的下周邊設(shè)置有多根用于與海底連接的系泊纜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，在浮箱(1)的下周邊對稱的設(shè)置有4根系泊纜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的浮箱(1)為圓柱體結(jié)構(gòu)，并對稱的設(shè)置在桁架結(jié)構(gòu)(2)的頂端，浮箱(1)內(nèi)設(shè)置艙室，用以填充海水、巖石或者混凝土。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的壓載艙(3)內(nèi)填充有用于降低該海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)重心，提高穩(wěn)定性的巖石或者混凝土。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的桁架結(jié)構(gòu)(2) 包括有垂直支撐在浮箱(1)和壓載艙( 之間的多根立柱，平行且等間隔的設(shè)置在浮箱(1)和壓載艙(3)之間的多個垂蕩板0-3)，所述的垂蕩板(2-3)上開有多個與多根立柱 (2-1)相對應(yīng)的通孔，所述的多根立柱(2-1)是分別對應(yīng)的貫穿各垂蕩板(2- 上的通孔后垂直支撐在浮箱(1)和壓載艙C3)之間，并且，所述的垂蕩板(2- 通過通孔與立柱(2-1) 固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，相鄰2根立柱(2-1) 與垂蕩板0-3)、浮箱(1)以及壓載艙C3)之間所圍成的垂直平面上分別設(shè)置有斜支撐 (2-2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，浮箱(1)和壓載艙 ⑶之間設(shè)置有4根立柱0-1)，相應(yīng)的各垂蕩板0-3)上也開有4個與4根立柱相對應(yīng)的通孔。
全文摘要
一種海上風(fēng)力機(jī)浮式支撐結(jié)構(gòu)，浮箱固定設(shè)置在桁架結(jié)構(gòu)的頂端，桁架結(jié)構(gòu)的底端固定設(shè)置在壓載艙的上面，浮箱的下周邊設(shè)置有多根用于與海底連接的系泊纜。浮箱為圓柱體結(jié)構(gòu)，并對稱的設(shè)置在桁架結(jié)構(gòu)的頂端，浮箱內(nèi)設(shè)置艙室，用以填充海水、巖石或者混凝土。壓載艙內(nèi)填充有巖石或者混凝土。桁架結(jié)構(gòu)有垂直支撐在浮箱和壓載艙之間的多根立柱，平行且等間隔的設(shè)置在浮箱和壓載艙之間的多個垂蕩板，垂蕩板上開有多個與多根立柱相對應(yīng)的通孔，多根立柱是分別對應(yīng)的貫穿各垂蕩板上的通孔后垂直支撐在浮箱和壓載艙之間，垂蕩板通過通孔與立柱固定連接。本發(fā)明能夠適應(yīng)海上50米水深的海域狀況，該支撐結(jié)構(gòu)能顯著降低海上風(fēng)力機(jī)支撐平臺的成本。
文檔編號B63B35/44GK102285429SQ201110139238
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者唐友剛, 張若瑜, 李溢涵 申請人:天津大學(xué)