一种双锥栅板式海上风电浮动式基础结构

1.本发明属于海上风电开发设备技术领域，尤其涉及一种双锥栅板式海上风电浮动式基础结构。


背景技术：

2.我国正处于能源转型的关键阶段，风能作为一种可再生清洁能源，技术日趋成熟，成本不断下降，在我国的新能源开发中扮演着举足轻重的角色。与陆上风力发电相比，海上风力发电具有独特的优势。海上风资源丰富且风速与风向稳定；海上风电场具有不占用土地资源；单机容量大，适合大规模开发。目前，近海固定式风电的开发已经基本实现工业化，一些早期建立的近海风电场正在走入中、后期的开发阶段。但是，对于面向水深超过50米的漂浮式风电开发，无论是国内还是国际都还处于试验研究阶段。从长远来看，随着潮间带及近海区域风电资源的开发的日趋饱和，海上风电开发从近海走向深远海是必然趋势，漂浮式海上风电机组结构的研发与设计势在必行。
3.漂浮式海上风电机组结构是一种多系统联合的复杂工程装备，由多个子系统构成，主要包含上部风机、中部塔筒、下部浮动基础以及系泊系统。海上风机系统属于高耸结构物，水平载荷和垂向载荷数量级相当，水平倾覆力矩作用可能会引起浮动基础产生大幅摇摆运动，甚至发生倾覆。


技术实现要素：

4.本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种双锥栅板式海上风电浮动式基础结构，能够增加了风浪工况下的水线面，为系统提供足够大的复原力矩，有效地提升浮动结构在深远海恶劣环境下的运动稳定性。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种双锥栅板式海上风电浮动式基础结构，其特征在于：包括连接座和双锥栅板式立柱，双锥栅板式立柱与连接座固定连接，双锥栅板式立柱包括柱筒部和锥台部，锥台部套设于柱筒部的两端。通过双锥栅板式立柱，能够增加了风浪工况下的水线面，为系统提供足够大的复原力矩，有效地提升浮动结构在深远海恶劣环境下的运动稳定性。
7.进一步，两个锥台部相向设置。锥台部的顶面相向设置，使得下部的锥台正向设置，上部的锥台成倒锥体反向设置，通过该种结构的设计，运行工况设计水线位于沙漏型立柱的中段的中间位置，特别的，中段圆柱段长度较短。运行工况设计水线设置于中段相较于在外扩的下段和上段会拥有更小的水线面，进而保证在正常工作状态时，结构所受的波流力较小。同时上部倒锥体的锥台能够有效防止波浪爬升，确保外扩式设计不会有上浪和抨击的额外风险。
8.进一步，锥台部的侧壁设有格栅孔，格栅孔的孔径由内至外逐渐变大。锥台部通过设有单向收缩的格栅孔，使水流易进难出，扰乱流场，达到消能目的，亦可平缓波浪脉动抨击力，减小浮体结构的振动。
9.进一步，柱筒部设有多层翼板，翼板设于锥台部中，每层翼板之间间隔设置。间隔设置的绕柱翼板会因为水的流入产生额外流阻，进而为抑制结构大尺度运动提供额外阻尼，可以有效提高浮体结构稳定性。
10.进一步，翼板的宽度由柱筒部的中心至两端逐渐增大。一般的宽度逐渐变大，能够使得翼板贴合锥台体的内壁，进一步提高浮体结构的稳定性。
11.进一步，双锥栅板式立柱的数量至少为三个且均匀分布在连接座的外侧。通过均匀设置的双锥栅板式立柱，能够有效提高整体稳定性，避免浮体结构倾覆。
12.进一步，柱筒部设有容纳腔。通过容纳腔的设置，使得在柱筒部内能够填充压载材料，如海水、大密度矿石、混凝土等，方便调节浮体结构的吃水状态和水中姿态。可以根据实际的设计需求进行尺寸上的调整和细致的内部分舱划分。
13.进一步，双锥栅板式立柱设有系泊机构，系泊机构包括锚机和系泊缆，锚机与系泊缆相连接，锚机设于柱筒部。通过锚机和系泊缆，能够将浮体结构系泊，提高浮体结构的整体稳定性，避免被风吹走。
14.进一步，上端的锥台部设有拉索。拉索用于连接设置在连接座上的风机塔筒，有效分散传导风机塔筒传导下来的水平荷载，大幅减缓底部节点的受力状况，简化风机塔筒与浮体结构交界面处的结构尺寸。通过调整拉索点的位置，可以调节整体结构的自振频率，防止发生共振破坏。
15.本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
16.1)本发明双锥栅板式立柱设计，增加了浮体结构在发生垂荡、横摇、纵摇时风浪工况下的水线面，在运动中能为系统提供更大的复原力矩，可有效地提升浮动结构在深远海恶劣环境下的运动稳定性；
17.2)本发明锥台部设有单向收缩格栅孔，使水流易进难出，扰乱流场，达到消能目的，亦可平缓波浪脉动抨击力，减小浮体结构的振动。
18.3)本发明锥台部内侧设置的绕柱翼板会使水的流入产生额外流阻，进而为抑制结构大尺度运动提供额外阻尼，可以有效提高基础稳定性。
19.4)相向设置的锥台部，可有效防止波浪爬升，确保外扩式设计不会有上浪和抨击的额外风险。
20.5)风机塔筒与连接座的中心相连接位于结构中心，塔筒无需额外设置过渡段与立柱浮筒。
21.6)本发明将风机塔筒与双锥栅板式立柱通过拉索相连，可有效分散传导上部塔筒传导下来的水平荷载，大幅减缓底部连接节点的受力状况，简化风机塔筒与基础交界面处的结构尺寸。通过调整拉索点的位置，可以调节整体结构的自振频率，防止发生共振破坏。
22.7)本发明结构基础型式为半潜型，水深应用范围广，能够同时适用于浅水和深水海域。
附图说明
23.下面结合附图对本发明作进一步说明：
24.图1为本发明一种双锥栅板式海上风电浮动式基础结构的结构示意图；
25.图2为本发明中双锥栅板式立柱的结构示意图；
26.图3为本发明中柱筒部的结构示意图；
27.图4为本发明中锥台部的结构示意图。
28.图中，1-连接座；2-双锥栅板式立柱；3-柱筒部；4-锥台部；5-格栅孔；6-翼板；7-密封板；8-锚机；9-系泊缆；11-拉索；12-风机塔筒。
具体实施方式
29.如图1至图4所示，为本发明一种双锥栅板式海上风电浮动式基础结构，包括连接座1和双锥栅板式立柱2，双锥栅板式立柱2与连接座1固定连接，双锥栅板式立柱2包括柱筒部3和锥台部4，锥台部4套设于柱筒部3的两端。通过双锥栅板式立柱2，能够增加了风浪工况下的水线面，为系统提供足够大的复原力矩，有效地提升浮动结构在深远海恶劣环境下的运动稳定性。
30.两个锥台部4相向设置。锥台部4的顶面相向设置，使得下部的锥台正向设置，上部的锥台成倒锥体反向设置，通过该种结构的设计，运行工况设计水线位于沙漏型立柱的中段的中间位置，特别的，中段圆柱段长度较短。运行工况设计水线设置于中段相较于外扩的下段和上段会拥有更小的水线面，进而保证在正常工作状态时，结构所受的波流力较小。同时上部倒锥体的锥台能够有效防止波浪爬升，确保外扩式设计不会有上浪和抨击的额外风险。锥台部4的底面为封闭结构，不设置通孔等，能够起到垂荡板的作用。
31.锥台部4的侧壁设有格栅孔5，格栅孔5的孔径由内至外逐渐变大。锥台部 4通过设有单向收缩的格栅孔5，使水流易进难出，扰乱流场，达到消能目的，亦可平缓波浪脉动抨击力，减小浮体结构的振动。
32.柱筒部3设有多层翼板6，翼板6设于锥台部4中，每层翼板6之间间隔设置。间隔设置的绕柱翼板6会因为水的流入产生额外流阻，进而为抑制结构大尺度运动提供额外阻尼，可以有效提高浮体结构稳定性。
33.翼板6的宽度由柱筒部3的中心至两端逐渐增大。一般的宽度逐渐变大，能够使得翼板6贴合锥台体的内壁，进一步提高浮体结构的稳定性。
34.双锥栅板式立柱2的数量至少为三个且均匀分布在连接座1的外侧。通过均匀设置的双锥栅板式立柱2，能够有效提高整体稳定性，避免浮体结构倾覆。
35.柱筒部3设有容纳腔。通过容纳腔的设置，使得在柱筒部3内能够填充压载材料，如海水、大密度矿石、混凝土等，方便调节浮体结构的吃水状态和水中姿态。可以根据实际的设计需求进行尺寸上的调整和细致的内部分舱划分。容纳腔的上下两端设置密封板7封闭
36.双锥栅板式立柱2设有系泊机构，系泊机构包括锚机8和系泊缆9，锚机8 和系泊缆9相连接，锚机8设于柱筒部3。通过锚机8和系泊缆9，能够将浮体结构系泊，提高浮体结构的整体稳定性，避免被风吹走。
37.上端的锥台部4设有拉索11。拉索11用于连接设置在连接座1上的风机塔筒12，有效分散传导风机塔筒12传导下来的水平荷载，大幅减缓底部节点的受力状况，简化风机塔筒12与浮体结构交界面处的结构尺寸。通过调整拉索11 点的位置，可以调节整体结构的自振频率，防止发生共振破坏。
38.本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
39.1)本发明双锥栅板式立柱2设计，增加了浮体结构在发生垂荡、横摇、纵摇时风浪
工况下的水线面，在运动中能为系统提供更大的复原力矩，可有效地提升浮动结构在深远海恶劣环境下的运动稳定性；
40.2)本发明锥台部4设有单向收缩格栅孔5，使水流易进难出，扰乱流场，达到消能目的，亦可平缓波浪脉动抨击力，减小浮体结构的振动。
41.3)本发明锥台部4内侧设置的绕柱翼板6会使水的流入产生额外流阻，进而为抑制结构大尺度运动提供额外阻尼，可以有效提高基础稳定性。
42.4)相向设置的锥台部4，可有效防止波浪爬升，确保外扩式设计不会有上浪和抨击的额外风险。
43.5)风机塔筒13与连接座1的中心相连接位于结构中心，塔筒无需额外设置过渡段与立柱浮筒。
44.6)本发明将风机塔筒13与双锥栅板式立柱2通过拉索11相连，可有效分散传导上部塔筒传导下来的水平荷载，大幅减缓底部连接节点的受力状况，简化风机塔筒13与基础交界面处的结构尺寸。通过调整拉索11点的位置，可以调节整体结构的自振频率，防止发生共振破坏。
45.7)本发明结构基础型式为半潜型，水深应用范围广，能够同时适用于浅水和深水海域。
46.以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。