桩靴型半潜式海上风电平台的制作方法

文档序号:18948770发布日期:2019-10-23 01:53阅读:319来源:国知局
桩靴型半潜式海上风电平台的制作方法

本发明涉及一种桩靴型半潜式海上风电平台,属于海上浮式风电装备技术领域。



背景技术:

近年来,国家大力提倡海上风电的发展。随着近海风场的充分开发和利用,桩基形式的固定式近海风电平台已经饱和。离岸更远的水域拥有更加优质的风资源,更适合进行海上风电的开发。固定式桩基由于水深的限制,很难适用于水深超过50m的海域,浮式风电平台的概念应运而生。目前主要的浮式风电平台有四种方案:spar类型、tlp类型、半潜类型和驳船类型。spar由于适用水深的限制,只能在特定海域适用;tlp方案由于张力筋腱的成本和技术导致其难以满足工程化需要;驳船类型的大水线面面积又导致其遭受较大的波浪载荷,增加系泊成本;半潜式的方案能有效避开以上缺陷,成为研究热点。

目前常用的半潜式方案如下:

一、专利1(金风科技设计方案,专利号:cn104401458b),该方案包含三个方形外立柱,每个立柱下端与中间立柱相连接,立柱的横截面积在水面以下预设位置向上变大,立柱底部采用制荡板结构,外立柱与机组支撑立柱之间采用横撑和斜撑进行支撑。该方案在一定程度上可改善平台的结构和运动性能,降低生产和安装成本。但是该方案的方形截面会增加波浪载荷;制荡板结构虽然对阻尼有效果,但是未能有效降低平台重心;斜撑结构和横撑结构的交汇也会导致加工难度的增加。

二、专利2(通尼斯新能源设计方案,专利号:cn208089470u),该方案包括三个圆柱形外筒位于等腰三角形上,外筒底部安装制荡板,外筒与机组支撑立柱采用圆管横撑结构,中心立柱平台较外筒要高出一部分,以最大可能性的减少平台重量。该设计方案的稳定性、抵抗外力能力都有一定效果。制荡板结构不能够减低重心,圆管的贯穿结构焊接相对难度较大,另外,外立柱的降低同时也可将中心立柱同步降低。

三、专利3(ppi公司,专利号:cn103786837b),该方案采用三立柱方案,立柱之间通过横撑和斜撑结构进行连接。典型特点为风机直接坐在其中一个立柱上,这将导致平台的重心发生严重的偏移,该方案设计了一套主动压载控制系统,根据运动情况进行不同立柱见的压载调整,以达到降低平台运动幅度的目的。该方案的主动控制系统的稳定性实现困难,另外整个系统的耗能较高,可能发生风机发的电量不能满足主动控制系统电量需求的情况发生。

对比以上三种方案,本设计方案综合考虑平台稳性、运动性能、经济性、加工制造难度以及可靠性等几方面因素,在总结前人的设计经验基础上,结合海洋油气田平台的一些做法,提出了一种新型的半潜式海上风电平台设计方案,在保证性能的基础上,将平台的成本尽可能降低,减少加工难度。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种桩靴型半潜式海上风电平台,该平台的稳性、运动性能能够得到有效改善。另外一个目的是降低平台的成本,减轻平台的重量,通过改变结构型式,降低加工制造的难度。

本发明目的是通过下列技术方案实现的:

桩靴型半潜式海上风电平台包括:海上浮式风电机组、机组支撑立柱、外立柱、横撑结构以及外立柱靴;其连接关系是:三个外立柱位于等边三角形的三个顶点,机组支撑立柱位于等边三角形的中心位置,海上浮式风电机组安装在机组支撑立柱上方,外立柱底部安装有外立柱靴,外立柱之间不进行连接,外立柱和机组支撑立柱之间通过横撑结构进行连接,形成稳定的半潜式海上风电平台结构。

由于采取上述技术方案使本发明具有如下优点及效果:

1.其主要构件都采用圆形截面,有效降低波浪载荷;

2.外立柱底部带有桩靴结构,有效降低平台重心,抑制平台垂荡运动,同时也能减低制造和总装过程中与地面接触处的应力集中;

3.外立柱与外立柱之间不设置连接结构,能够降低整个平台的材料使用,降低重量。

4.采用方形截面横撑进行外立柱和机组支撑立柱的连接,降低了加工和焊接难度。

附图说明

图1为本发明的结构图

图2为不带斜撑结构图

图3为带斜撑结构图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明:

桩靴型半潜式海上风电平台如图1所示,包括:海上浮式风电机组1、机组支撑立柱2、外立柱3、横撑结构5以及外立柱靴4;其连接关系是:三个外立柱3位于等边三角形的三个顶点,机组支撑立柱2位于等边三角形的中心位置,海上浮式风电机组1安装在机组支撑立柱2上方,外立柱3底部安装有外立柱靴4,外立柱3之间不进行连接,外立柱和机组支撑立柱2之间通过横撑结构5进行连接,形成稳定的半潜式海上风电平台结构;其特征在于:

所述外立柱如图1所示,三个外立柱3位于等边三角形的三个顶点,立柱截面采用波浪载荷较小的圆形截面,截面面积根据稳性和运动性能的要求来定,外立柱的水线面面积是重要参数,根据稳性要求来确定,外立柱3采用均匀截面或者变截面圆柱;外立柱3之间并不设置连接结构,有利于大幅降低平台重量;

所述机组支撑立柱2如图1所示,位于等边三角形的中心位置,其截面尺寸的增加不会对稳性等产生较大的作用,因此机组支撑立柱2在能够保证结构安全的前提下,其截面尺寸应尽可能小,这样不能能够节省钢结构,还能够减少立柱承受的波浪载荷;采用圆柱形式有利于降低波浪载荷,其横截面直径和长度可以根据机组的重量,从结构安全的角度进行尺度的选取,机组支撑立柱2与海上浮式风电机组1底部设置圆锥过渡段进行连接;

所述外立柱桩靴4的概念借鉴与传统自升式平台的桩腿桩靴设计理念,其连接于外立柱底部,其截面积可以做到外立柱截面积的3-6倍左右,其内部空间用于装载水泥或者钢结构等固定压载,由于浮式风电机组的重心很高,重量很大,通过这种设置外立柱桩靴,能够有效的降低整个浮式风电装置的重心,另外较大面积的外立柱桩靴也能够有效减低整个装置的对地压力,使得建造安装更容易。较大截面积的外立柱桩靴可以起到制荡板的作用,有效抑制平台的升沉运动,由于其位于水线以下深度较深处,虽然其面积较大,其遭受的波浪载荷总体而言仍然很小;

所述横撑结构5如图1所示,采用方形截面横撑设计,直接用于连接外立柱3和机组支撑立柱2,方形截面由于闭环剪力效应,能有效的增加结构的抗载荷能力。整个方案可以根据强度需要决定是否设置斜撑结构。



技术特征:

技术总结
本发明涉及一种桩靴型半潜式海上风电平台,其解决要点是:包括:海上浮式风电机组、机组支撑立柱、外立柱、横撑结构以及外立柱靴;其连接关系是:三个外立柱位于等边三角形的三个顶点,机组支撑立柱位于等边三角形的中心位置,海上浮式风电机组安装在机组支撑立柱上方,外立柱底部安装有外立柱靴,外立柱之间不进行连接,外立柱和机组支撑立柱之间通过横撑结构进行连接,形成稳定的半潜式海上风电平台结构。本发明具有稳性、运动性能更好,重量轻、成本低、加工制造的难度低等优点。

技术研发人员:于斌;李忠刚;冷述栋;常新江;尹勇;白锐利;常远;王子明;魏冬岩;苏佳
受保护的技术使用者:中船重工船舶设计研究中心有限公司
技术研发日:2019.08.14
技术公布日:2019.10.22
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