一种索加强型组合式海上风力机支撑结构体系的制作方法

本发明涉及一种新型海上风力机支撑结构体系，具体地说是对传统张力腿式海上风力机支撑结构体系的一种结构优化，通过spar筒与加强索的增设，提高了整个支撑结构体系的稳性，也降低了塔筒与浮筒的弯矩改善了结构的受力性能。

背景技术：

相比陆上风电而言，海上风电具有风场广阔、风力稳定、风电机组单机容量大、受噪音标准限制小、可节约土地资源、利于实现规模化等优势。张力腿式海上风力机(tensionlegplatformwindturbine，tlpwt)由张力腿平台演变而来，适用于中等水深的海域，它采用直立式张力键系泊固定，在风力机的塔筒底部安装浮筒结构，一般为3到4个，截面形状多为圆形或方形，起到为整体结构提供浮力的作用。张力键两端分别与浮筒和海底锚固端相连，在正常服役时，张力键处于张紧的状态。因为结构简单，张力腿式海上风力机具有广阔的应用和推广前景。但是，张力腿式海上风力机在浮筒与塔筒连接处由于各自构件均有较大的弯矩存在，所以会产生较大的局部拉应力，使得该部位极易发生破坏。传统张力腿式风力机在风浪流作用下张力键发生断裂失效后，风力机将发生整体侧翻。海上风力机往往成片分布，侧翻的风力机发生漂移后将撞击风场内其他在役的风力机。总体来说，现有海上风力机基本存在如下几点不足之处：

1)、张力腿式海上风力机在浮筒与塔筒连接处产生较大的局部拉应力，使得该部位极易发生破坏。

2)、风力机在较大的风浪流作用下，处于张紧状态的张力键一旦发生破断失效，整个风力机结构将发生整体侧翻，并有可能在风场内发生漂移危及其他在役风力机的正常服役，最终将会对风场造成巨大的损失。

针对上述不足，本发明提出了一种索加强型组合式海上风力机支撑结构体系，改进了传统张力腿式风力机结构中张力键的连接方式，张力键一端与海底锚固结构连接，另外一端与浮筒(5)一端固定连接并向上延伸与塔筒(2)相连形成加强索(3)；加强索(3)的设置可有效平衡张力键(4)的竖向拉力，使得浮筒(5)由受弯构件转变为受压构件，有效提高了浮筒(5)的工作效率，同时也有效降低了浮筒(5)与塔筒(2)连接处的连接应力；加强索(3)将张力键(4)、塔筒(2)与浮筒(5)连接成为整体协调受力体系，从而将塔筒(2)与浮筒(5)的弯矩大幅降低；同时，在塔筒(2)正下方加装spar筒(6)用来调节结构的重心高度，改善结构的稳性，同时方便结构安装过程中的扶正与张力键的装配、张紧施工。

技术实现要素：

本发明提供了一种索加强型组合式海上风力机支撑结构体系。加强索(3)与spar筒(6)的增设改良了风力机支撑结构体系的受力性能，同时提高了整体结构的稳性，结构在风浪流作用下，风力机能够自动进行浮态的调整。

为了达到上述功能，本发明提供了一种索加强型组合式海上风力机支撑结构体系，它由传统的张力腿式海上风力机结构优化形成，在张力腿式海上风力机的塔筒(2)底部加装了spar筒(6)，spar筒(6)内可装载压舱重物。同时，将直立式张力键(4)一端与海底锚固结构连接，另外一端与浮筒(5)一端固定连接并向上延伸与塔筒(2)相连形成加强索(3)，加强索(3)将塔筒(2)、浮筒(5)与张力键(4)形成一个整体受力体系，提高了塔筒(2)与浮筒(5)的工作效率。

上述的索加强型组合式海上风力机支撑结构体系，其加装的spar筒(6)可装压载来调节结构的重心高度，改善结构的稳性；压舱重物能够在结构倾斜时形成一个恢复力矩，阻止结构的侧翻失稳。

上述的索加强型组合式海上风力机支撑结构体系，其中，浮筒(5)截面形状为圆形或多边形，浮筒(5)的数量由结构需提供的浮力来确定。

上述的索加强型组合式海上风力机支撑结构体系，其中，张力键(4)一端与海底锚固结构连接，另外一端与浮筒(5)一端连接，对结构的移动起到了很好的约束作用，更好地保障了海上风力机在原位安全工作。

上述的索加强型组合式海上风力机支撑结构体系，其中，加强索(3)将张力键(4)、塔筒(2)与浮筒(5)连接成为整体协调受力体系，加强索(3)可以有效平衡张力键(4)的竖向拉力，降低张力键(4)对浮筒(5)产生的弯矩，使浮筒(5)由受弯构件转变为受压为主构件，提高了浮筒(5)的受力性能；加强索(3)沿塔筒(2)极对称布置，加强索(3)的内力可以相互调整平衡，从而也有效降低了塔筒(2)的最大弯矩值，改善了塔筒(2)的受力性能，此外加强索(3)的存在，极大地改善了塔筒(2)与浮筒(5)连接处的受力性能，进而可以延长整个结构体系的服役寿命。

上述的索加强型组合式的海上风力机支撑结构体系，其中，即使任一根张力键破断失效，结构在spar筒(6)的作用下也能避免侧翻失稳，降低了张力键局部破损对整个结构的影响，也减小了结构损坏对其他风力机的影响。

上述的索加强型组合式海上风力机支撑结构体系，继承了传统张力腿式海上风力机优点的同时，也提高了整个结构的稳性，改善了结构的受力性能。

本发明提供了一种索加强型组合式海上风力机支撑结构体系，结构具有更好的浮性、稳性与抵御失效破坏的能力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：

图1为一种索加强型组合式海上风力机支撑结构体系示意图。

图2为本发明结构体系的组合示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示，本发明的一种索加强型组合式海上风力机支撑结构体系是由风力机(1)、塔筒(2)、加强索(3)、张力键(4)、浮筒(5)和spar筒(6)组成。

本发明为一种索加强型组合式海上风力机支撑结构体系，结构具有更好的浮性与更高的稳性。加强索(3)将张力键(4)、塔筒(2)与浮筒(5)连接成为整体协调受力体系，其中塔筒(2)与浮筒(5)的弯矩将降低，浮筒(5)将成为一个抵抗轴向压力为主的轴向受力构件。

如图1所示，一种索加强型组合式海上风力机支撑结构体系，是由传统的张力腿式海上风力机经过加装spar筒(6)，在张力键(4)的基础上新增连接浮筒(5)与塔筒(2)的加强索(3)，形成的一种受力性能好的新型组合式风力机结构体系；结构具有浮性好、稳性高、施工便捷、适用领域广等优点。

本发明，一种索加强型组合式海上风力机支撑结构体系，具有良好的浮性与稳性，以及施工便捷等优点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种索加强型组合式海上风力机支撑结构体系。它以现有的张力腿式海上风力机概念为基础，加装了Spar筒，并在浮筒与塔筒之间增设了一道加强拉索；索加强型组合式海上风力机支撑结构体系是由塔筒、浮筒、Spar筒、张力键和加强索组成。其中，Spar筒设置在塔筒下方，通过装载压载重量，进行结构施工的扶正与结构重心高度的调整；加强拉索使浮筒、塔筒与张力键形成整体，加强索的存在平衡了张力键产生的竖向拉力，使浮筒的弯矩值得到降低，加强索的成组对称布置也降低了塔筒的最大弯矩值，提高了浮筒与塔筒的工作效率。本发明形成了一种结构质量轻、稳性高、受力性能好、施工安装便捷的组合式海上风力机支撑结构体系。

技术研发人员：郭佳民;陈宁;杨蓉;吴炯良;樊婧;刘光众;熊志鑫;吴恭兴;侯先瑞;黄建永
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：2017.12.15
技术公布日：2019.06.25