一种环形连接的四立柱式海上浮式风机平台

1.本发明属于海上风机基础结构技术领域，尤其涉及一种环形连接的四立柱式海上浮式风机平台设计。


背景技术：

2.风电资源是一种可再生的清洁能源，是实现未来“双碳”目标的重要的能源分支，具有传统化石燃料等不可替代的优势。目前陆上风电技术已经走向成熟，我国亟待拓展海上风电的发展空间，拓展已有的风电布局，完善我国能源结构，满足我国逐渐增加的能源需求。
3.由于近海风能资源有限，而深远海的风速更大、更稳定，其发电功率与风速的3次方成正比，具有更大的发电量，故海上浮式风电具有更加广阔的发展潜力。海上浮式风机平台主要形式有半潜式，单立柱式，张力腿式和驳船式，其中半潜式对水深的适应范围较广，适合陆上整体安装和一体化拖航。经目前各国研究与实践，半潜式风机平台以三立柱的形式更具稳定性，所以基于此提出了一种更加可靠的半潜结构形式。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种环形连接的四立柱式海上浮式风机平台，提高浮式风机基础的可靠性和应用的广阔性。该浮式风机平台具有更低的重心设计，与同量级的平台相比具有较轻的质量，整体抵抗垂荡运动的能力更强，上述优点均能够提高浮式风机平台工作的稳定性。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种环形连接的四立柱式海上浮式风机平台，包括平台底座、侧立柱、中立柱和系泊系统，所述平台底座由底板、顶板、扇形框体、连接管组成，所述底板和顶板上分别相对应的均布有若干个扇形通孔，扇形通孔周围均布有圆孔，底板和顶板上相对应的扇形通孔之间通过扇形框体连接，底板和顶板上相对应的圆孔之间通过连接管连接；所述底板和顶板的外圈通过圆形连接板闭合连接形成带有空腔结构的平台底座，所述平台底座的侧壁等间距的开设有三个弧形开口，所述弧形开口与侧立柱连接，所述顶板中部设有与所述中立柱连接的圆形开口，所述侧立柱与中立柱均为中空的圆柱形腔体结构，所述中立柱的底部与所述圆形开口相连通，侧立柱与所述弧形开口相连通，实现所述平台底座的空腔结构与所述侧立柱及中立柱均相互连通；所述侧立柱的底部设有进水口；
7.所述系泊系统包括系泊缆和系泊锚，所述侧立柱上设置有连接件，所述系泊缆的一端通过铰接方式与连接件相连，另一端与位于海底的系泊锚相连。
8.进一步的，所述扇形框体及扇形通孔的夹角处均设有圆弧形倒角。
9.进一步的，所述平台底座、侧立柱及中立柱均为钢制材料制成，平台底座、侧立柱及中立柱之间通过焊接方式连接。
10.进一步的，所述平台底座上各个连接管的通孔构成平台底座的阻荡孔，且均为等
间距排列。
11.进一步的，所述中立柱的中轴线与各个侧立柱中轴线的连线之间的夹角为120
°
。
12.与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
13.1.本发明中平台底座内部形成有多个矩形断面的箱型舱室，各舱室相互连通，存贮大部分压载水，可以有效降低整个浮式风机平台的重心。且平台底座的具体结构设置确保了较大的表面积，很好地减少平台的垂荡、纵摇和横摇运动。
14.2.侧立柱用于提供浮力、增加稳性，可以分散来流的冲击，减少对中立柱的影响。中立柱顶部连接风机塔筒，用于支持海上发电工作。
15.3.扇形框体及扇形通孔的夹角处均设有圆弧形倒角，用于防止平台底座承受横纵弯矩时会出现的应力集中。
16.4.平台底座上各个连接管自带的通孔构成平台底座的阻荡孔，且均为等间距排列。根据核算上述阻荡孔在满足强度的同时可以提高水动力特性，有效减少六自由度的运动响应幅值；连接管即阻荡孔的数量和直径可根据平台尺寸与海域实际要求进行更改，以满足相应的运动响应。
17.5.本发明海上浮式风机平台整体重心较低，稳定性好，拖航期间不用担心倾覆的危险；由于平台底座承担了绝大多数的压载，故又很好地降低了整个浮式风机平台的重心，提高作业的可靠性。
18.6.本发明的平台底座也直接承担了垂荡板的作用，整体面积较大，大大减小了浮式风机平台的垂荡效应，同时优良的抗弯矩能力也能够抵抗极端海况对结构的损伤。
附图说明
19.图1是本发明的整体结构示意图；
20.图2是浮式风机平台的俯视图；
21.图3是平台底座的底部视图；
22.图4是浮式风机平台的侧视图。
23.附图标记：1-平台底座，2-中立柱，3-侧立柱，4-系泊缆，5-系泊锚，6-连接管，7-扇形框体，8-海底。
具体实施方式
24.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
25.如图1至图4所示，一种环形连接的四立柱式海上浮式风机平台，包括平台底座1、侧立柱3、中立柱2和系泊系统，平台底座1主要承担平台压载和连接立柱的作用，由底板、顶板、扇形框体7、连接管6组成，底板和顶板上分别相对应的均布有三个扇形通孔，扇形通孔具体数量可根据需要设置3-6个。扇形通孔周围均布有圆孔，底板和顶板上相对应的扇形通孔之间通过扇形框体7连接，底板和顶板上相对应的圆孔之间通过连接管6连接；底板和顶板的外圈通过圆形连接板闭合连接形成带有空腔结构的平台底座1，平台底座1的侧壁等间距的开设有三个弧形开口，弧形开口与侧立柱3连接，顶板中部设有与中立柱2连接的圆形开口，侧立柱与中立柱均为中空的圆柱形腔体结构，中立柱的底部与圆形开口相连通，侧立
柱3与弧形开口相连通，实现平台底座的空腔结构与侧立柱及中立柱均相互连通；侧立柱的底部中间设有进水口，用于增减压载水，通过电动装置可控地抽排海水，使浮式风机平台保持稳定。
26.系泊系统包括系泊缆4和系泊锚5，侧立柱3上设有连接件，系泊缆4的一端通过铰接方式与连接件相连，另一端与位于海底8的系泊锚5相连。
27.具体的，本实施例中整个浮式风机平台均是由钢质材料建造，部分情况下也可以采用钢筋混凝土材质制造。中立柱2、侧立柱3与平台底座4通过焊接连接成一个整体，内部中空结构承担压载水，与平台底座4连通；侧立柱3直径可根据实际需要进行调整，主要用于提供浮力、增加稳性，可以分散来流的冲击，减少对中立柱2的影响。中立柱2顶部连接风机塔筒，用于支持海上发电工作。本实施例中中立柱2的中轴线与3个侧立柱3中轴线的连线之间的夹角为120
°
。
28.本实施例中平台底座1由于扇形框体和连接管的设置，平台底座1内部形成有多个矩形断面的箱型舱室，各舱室相互连通，存贮大部分压载水，可以有效降低整个浮式风机平台的重心。上述平台底座1的结构设置确保了较大的表面积，很好地减少平台的垂荡、纵摇和横摇运动。
29.具体的，扇形框体7及扇形通孔的夹角处均设有圆弧形倒角，用于防止平台底座1承受横纵弯矩时会出现的应力集中。
30.平台底座上各个连接管自带的通孔构成平台底座的阻荡孔，且均为等间距排列。根据核算上述阻荡孔在满足强度的同时可以提高水动力特性，有效减少六自由度的运动响应幅值；连接管即阻荡孔的数量和直径可根据平台尺寸与海域实际要求进行更改，以满足相应的运动响应。
31.所述的系泊系统是由系泊缆4和系泊锚5组成，系泊缆4是钢链结构，其自重可以提供少部分的垂向力，通过铰接的形式连接平台底座4的上缘部分，对称分布；根据海底8土质情况选择不同的系泊锚5进行锚固，主要抵抗浮式风机平台在纵荡、纵摇、横摇和艏摇的运动，使之相对静止在工作区域内。
32.本发明的浮式风机平台可以一体化成型于船坞，并由船舶整体拖航，压载前后的吃水适用于绝大多数的船坞，对于工作水域的水深适应能力极强。
33.本发明的整体重心较低，稳定性好，拖航期间不用担心倾覆的危险；由于平台底座1承担了绝大多数的压载，故又很好地降低了整个浮式风机平台的重心，提高作业的可靠性。
34.本发明的平台底座1也直接承担了垂荡板的作用，整体面积较大，大大减小了浮式风机平台1的垂荡效应，同时优良的抗弯矩能力也能够抵抗极端海况对结构的损伤。
35.本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。