一种半潜式海上风电基础结构的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种半潜式海上风电基础结构。
【背景技术】
[0002]海上风力风电是绿色清洁和可再生能源，因此，受到世界各国的高度重视，各国政府均采用电价补贴的方式鼓励发展海上风电产业。我国则更是通过政策调控的手段进一步推动海上风电产业的发展，因此，全国沿海省份纷纷规划了近海风电场。由于海上风电场对海洋生态环境会产生一定的影响，各国政府已开始限制近海风电场的开发，而将海上风电产业推向深水(50m)。这意味着浮式海上风电基础结构将是未来海上风电场开发的发展方向。目前，浮式风电基础结构主要来自于浮式海洋石油平台的概念--Spar、TLP和半潜式。
但是海上风电基础结构的受力与海洋平台有较大的区别一一风荷载远远大于浪流荷载，且风荷载的作用点较高，对基础结构产生较大的力矩作用，从而导致浮式结构大幅度的纵、横摇运动，而纵横摇运动将改变叶片的空气动力效应，降低风轮机的风能转换效率。
[0003]水深大于50m后，经济型海上风电基础结构是浮式结构，目前的浮式结构主要有三种形式——Spar、TLP和半潜式，其中Spar和TLP的吃水较大，因此，适用较深水的海上风电场开发，而半潜式的吃水较浅，适用的水深范围较大。但由于风机的风荷载力矩较大，导致半潜式结构的纵、横摇运动幅度较大，从而降低了风力机的风能转换效率，使得半潜式结构的水动力性能远不及Spar和TLP，应用受到限制。
[0004]目前的半潜式海上风电基础结构采用三角形结构，如图1所示，三个立柱连接在星形或三角形浮箱上，浮箱的上半部分是浮力舱，下半部分是压载舱，两种方案中也包括圆形立柱。上述方案不仅造成结构的不对称(结构受到不同方向的风荷载时，其运动性能有较大差异，从而改变了风机的发电效率)，同时，现有结构的底部浮箱使结构的浮心较低，而高耸的风机质量使海上风力发电机组的结构重心较高，这就降低了系统的稳定性，使结构的水动力性能变差，从而产生较大的运动响应，降低风力发电的效率。
[0005]总之，现有技术的缺点:
[0006]1、浮箱不对称，造成不同方向风(浪)荷载作用下的结构运动不同，从而使风机在不同风向时的风能转换效率不同，对电网的波动影响较大。
[0007]2、浮心较低，重心较高，结构的水动力性能较差。
【发明内容】
[0008]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了本发明提出了一种对称性和水动力性能较好的浮式海上风电基础结构，在保持其吃水较浅的优点同时，通过降低重心和提高浮心两个主要措施来改善它的水动力性能。
[0009]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0010]一种半潜式海上风电基础结构，包括压载舱，所述压载舱的边缘垂直设置有多个立柱，压载舱的中心垂直设置有中心立柱，所述多个立柱对称分布在压载舱的边缘，多个立柱及中心立柱均设置在压载舱的同一个平面上，每个立柱均通过水面浮箱与中心立柱相连。
[0011]所述多个立柱中相邻两个立柱之间的压载舱上设置有多个圆孔。
[0012]所述每个立柱与中心立柱之间还设置有起到支撑作用的撑杆，所述撑杆对称分布在水面浮箱的上方及下方。
[0013]所述压载舱为圆盘形压载舱。
[0014]所述立柱为圆柱形立柱。
[0015]所述圆孔的个数为三个。
[0016]所述立柱的个数为三个，三个立柱对称布置在压载舱上。
[0017]所述多个立柱为结构相同的立柱。
[0018]本申请的压载舱采用圆盘形压载舱，因为:如果采用方形压载舱，则应采用四个立柱，即方形的每个角上设置一个立柱，如果采用三立柱，则方形压载舱一定有两个角悬空，易产生弯曲振动。
[0019]本申请的圆柱形立柱，采用圆柱形立柱的水动力荷载优于方形立柱。
[0020]本申请的圆孔数量可以大于三个，但总的开孔面积不能大于压载舱面积的20%。
[0021]安装时，压载舱浮于水面。工作时，压载舱浸于水下，平台吃水满足稳性要求。
[0022]圆盘形压载舱是轴对称的，结构对水动力荷载没有选择性。
[0023]本发明的有益效果:
[0024]本申请的结构的水动力性能对称；浮心高；重心低。圆盘型压载舱的作用是改善结构水动力性能的对称性，降低结构的重心，增加结构的垂荡阻尼；水面浮箱的作用是提高浮心，浮心的提高和重心的降低能够大大提高浮式结构的稳性，结构的对称性和垂荡阻尼能够大大地改善了结构的水动力性能。压载舱上的圆孔是通孔以减小结构升沉运动的阻力，圆形压载舱上表面安装四个立柱，其中三个立柱设置在压载舱的边缘，呈等边三角形布置，中心立柱设置在压载舱中心，三个立柱分别与中心立柱由水面浮箱和撑杆相连，所有构件之间采用焊接连接。
【附图说明】
[0025]图1现有的半潜式海上风电基础结构示意图；
[0026]图2本发明的半潜式海上风电基础结构示意图；
[0027]图中，1、斜撑杆，2、塔筒，3、水平撑杆，4、立柱，5、浮箱，6、撑杆，7、圆柱形立柱，8、中心立柱，9、圆孔，1、压载舱，11、水面浮箱。
【具体实施方式】
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[0028]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0029]现有的半潜式海上风电基础结构，如图1所示，具体包括:斜撑杆1，塔筒2，水平撑杆3，立柱4，浮箱5，立柱4之间通过浮箱5相连，塔筒2设置在多个立柱4围成的中心位置上，立柱4与塔筒之2间通过斜撑杆I以及水平撑杆3进行支撑，现有的浮箱5位于平台的龙骨处，即立柱4的底端。存在的缺点是:浮箱5不对称，造成不同方向风(浪)荷载作用下的结构运动不同，从而使风机在不同风向时的风能转换效率不同，对电网的波动影响较大。浮心较低，重心较高，结构的水动力性能较差。
[0030]本申请的一种半潜式海上风电基础结构，如图2所示，包括压载舱10，所述压载舱10的边缘垂直设置有多个圆柱形立柱7，压载舱10的中心垂直设置有中心立柱8，所述多个圆柱形立柱7对称分布在压载舱10的边缘，多个圆柱形立柱7及中心立柱8均设置在压载舱10的同一个平面上，每个圆柱形立柱7均通过水面浮箱11与中心立柱8相连。
[0031]多个圆柱形立柱7中相邻两个立柱之间的压载舱10上设置有多个圆孔9。
[0032]每个圆柱形立柱7与中心立柱8之间还设置有起到支撑作用的撑杆6，所述撑杆6对称分布在水面浮箱11的上方及下方。压载舱10为圆盘形压载舱。圆孔9的个数为三个。圆柱形立柱7的个数为三个，三个圆柱形立柱7呈等边三角形的顶点布置在压载舱10上。
[0033]本申请的结构的水动力性能对称；浮心高；重心低。圆盘型压载舱的作用是改善结构水动力性能的对称性，降低结构的重心，增加结构的垂荡阻尼；水面浮箱11的作用是提尚浮心，浮心的提尚和重心的降低能够大大提尚浮式结构的稳性，结构的对称性和垂荡阻尼能够大大地改善了结构的水动力性能。压载舱10上的圆孔9是通孔以减小结构升沉运动的阻力，圆形压载舱上表面安装四个立柱，其中三个立柱设置在压载舱10的边缘，呈等边三角形布置，中心立柱8设置在压载舱10中心，三个立柱分别与中心立柱8由水面浮箱11和撑杆6相连，所有构件之间采用焊接连接。
[0034]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种半潜式海上风电基础结构，其特征是，包括压载舱，所述压载舱的边缘垂直设置有多个立柱，压载舱的中心垂直设置有中心立柱，所述多个立柱对称分布在压载舱的边缘，多个立柱及中心立柱均设置在压载舱的同一个平面上，每个立柱均通过水面浮箱与中心立柱相连。
2.如权利要求1所述的一种半潜式海上风电基础结构，其特征是，所述多个立柱中相邻两个立柱之间的压载舱上设置有多个圆孔。
3.如权利要求1所述的一种半潜式海上风电基础结构，其特征是，所述每个立柱与中心立柱之间还设置有起到支撑作用的撑杆，所述撑杆对称分布在水面浮箱的上方及下方。
4.如权利要求1所述的一种半潜式海上风电基础结构，其特征是，所述压载舱为圆盘形压载舱。
5.如权利要求1所述的一种半潜式海上风电基础结构，其特征是，所述立柱为圆柱形立柱。
6.如权利要求2所述的一种半潜式海上风电基础结构，其特征是，所述圆孔的个数为三个。
7.如权利要求1所述的一种半潜式海上风电基础结构，其特征是，所述立柱的个数为三个，三个立柱对称布置在压载舱上。
8.如权利要求1所述的一种半潜式海上风电基础结构，其特征是，所述多个立柱为结构相同的立柱。
【专利摘要】本发明公开了一种半潜式海上风电基础结构，包括压载舱，所述压载舱的边缘垂直设置有多个立柱，压载舱的中心垂直设置有中心立柱，所述多个立柱对称分布在压载舱的边缘，多个立柱及中心立柱均设置在压载舱的同一个平面上，每个立柱均通过水面浮箱与中心立柱相连。圆盘型压载舱的作用是改善结构水动力性能的对称性，降低结构的重心，增加结构的垂荡阻尼；水面浮箱的作用是提高浮心，浮心的提高和重心的降低能够大大提高浮式结构的稳性，结构的对称性和垂荡阻尼能够大大地改善了结构的水动力性能。
【IPC分类】E02D27-52, E02D27-42
【公开号】CN104790426
【申请号】CN201510229649
【发明人】孙文, 刘超, 张平, 张积乐
【申请人】山东电力工程咨询院有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年5月7日