用于支撑近海风力涡轮机的不对称系泊系统和带有水收集板的支柱稳定式近海平台的制作方法
【专利摘要】一种包括浮动框架(105)的浮动风力涡轮机平台，所述浮动框架(105)包括通过水平主梁(115)彼此耦联的三个支柱(102,103)。风力涡轮机塔架(111)安装在塔架支撑支柱(102)上以便简化系统构件并且提高结构强度。涡轮叶片(101)耦联到在塔架(111)之上转动的吊舱(125)上。涡轮机的传动变速箱式发电机和其他电动齿轮可传统地安装在吊舱中，或安装在塔架(111)下端或在塔架支撑支柱(102)的顶部上。浮动框架(105)包括水压载系统，其在支柱(102,103)之间泵送水以便使塔架(111)处于10竖直对准，而不管风速多大。水收集板(107)安装在支柱(102,103)的底部以便使浮动平台(105)由于波而产生的转动运动最小。
【专利说明】用于支撑近海风力涡轮机的不对称系泊系统和带有水收集板的支柱稳定式近海平台
[0001]本申请是发明名称为“用于支撑近海风力涡轮机的不对称系泊系统和带有水收集板的支柱稳定式近海平台”的发明专利申请200980114300.X (PCT/US2009/039692)的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本专利申请要求享有2008年4月23日提交的、名称为“Column-StabilizedOffshore Platform With Water-Entrapment Plates And Asymmetric Mooring SystemFor Support Of Offshore Wind Turbines” 的美国临时专利申请 N0.61/125，241 的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
【背景技术】
[0004]风力涡轮机为一种转动设备，其将风的动能转换成机械能，之后机械能被转换成电能。风力涡轮机已经研发用于陆上设施以及近海设施。陆上风力涡轮机固定在底面上并且位于多风区域中。现有具有竖直布置的主转子轴的竖直轴风力涡轮机，和具有指向风的水平转子轴的水平轴风力涡轮机。水平轴风力涡轮机一般具有塔架和耦联到塔架顶部的发电机。发电机可直接或经由变速箱耦联到毂盘组件和涡轮叶片上。
[0005]风力涡轮机还用于近海应用。单塔架近海系统安装在海床中并且限制于深达30米的浅水。如果涡轮机塔架安装在更宽的基础上，例如栅格结构上，则这种浅的深度要求可扩大到50米。在更深的水中，只有浮动系统是经济可行的。浅水系统的缺点在于，通常只有靠近海岸才是浅的。因此，靠近海岸的风力涡轮机会阻挡海岸视野并且给水上船只和航行器产生导航阻碍以及可能的损害。
[0006]当前，已经提出了许多用于近海浮动风力涡轮机平台的构想。通常，它们分为三个主要类别:帆桅、张力腿平台(TLP’s)和半潜式/混合系统。浮动风力涡轮机平台的例子包括 Statoil Norsk-Hydro 海风帆桅(Statoil Norsk-Hydro Hywind spar)(图1)、Blue H TLP 最新模型(Blue H TLP recent prototype)(图 2)、SWAY 帆桅/TLP 混合系统(SWAY spar/TLP hybrid)(图 3)、Force Technology WindSea 半潜式系统(ForceTechnology WindSea semi submersible)(图 4)和 Trifloater 半潜式系统(Trifloatersemi submersible)(图5)。参照图1,帆桅为在结构底部载有较大压载以及在吃水线附近载有浮力罐的长形结构件。为了稳定的目的，重心必须低于浮力中心。这将确保帆桅将笔直地浮动。使用若干将帆桅保持在位的绳索而将帆桅系泊在海底。概括而言，由于帆桅的深吃水深度以及对竖直波浪激励力的降低的响应性，帆桅型结构比半潜式结构具有更好的升起性能。然而，它们还比其他系统具有更多的倾斜和摇摆运动，这是因为在这种设计中有利于稳定的水平面面积减少了。
[0007]参照图2，TLP具有将浮子直接连接到海床上的竖直张紧的电缆或钢管。除了在安装阶段之外，不必为了稳定性而要求低重心，在安装阶段时可临时增加浮力模块以提供足够的稳定性。TLP具有非常良好的升起及角运动，但是系泊安装的复杂性和成本、由于潮汐变动而引起的钢筋束张力的变化、以及塔架与系泊系统之间的结构频率耦联是TLP系统的
三个主要障碍。
[0008]当比较不同类型的近海风力涡轮机结构时，由波浪和风引发的运动并不是要考虑的唯一一个性能要素。经济性也扮演了一个很重要的角色。因此，仔细研究制造、安装、交付使用/停止使用的成本以及实现维护方法的便利性是很重要的。相比帆桅(由于其吃水深度)，以及相比TLP系统(由于在钢筋束连接之间的低稳定性)，具有浅的吃水深度和在操作和运输情况下的良好稳定性的半潜式构件在拖曳、安装以及交付使用/停止使用方面明显成本较低。
【发明内容】
[0009]这里描述了包括至少三个支柱的半潜式近海浮动风力涡轮机平台。除了至少三个支柱之外，这里所述的风力涡轮机平台还包括改进风力涡轮机平台性能的附加特征。在图6所示的实施方式中，浮动风力涡轮机平台包括在支柱之间使水压载运动以便保持塔架竖直对准的主动压载系统。此外，可将对准传感器耦联到所述平台上以确定风力负载。更进一步地，根据本说明书的风力涡轮机平台可包括一个或多个附加特征，例如不对称的系泊系统和主动压载系统，它们便于形成不但能承受环境负载，而且也比其他平台设计的重量相对更轻，同时还能使发电的经济性更佳的结构。
[0010]包括在这里所述的平台中的支柱可使用具有水平和竖直联结梁的管状桁架系统彼此耦联。水平的水收集板附接到部分或所有支柱的底部。风力涡轮机塔架要经受在结构上高风力负载中的相当大部分，支柱之间的空间实现了稳定性。在一个实施方式中，如图6所示，涡轮机塔架附接到其中一个支柱的顶部，该支柱本身通过主梁耦联到其他支柱上。这种结构改进了浮动风力涡轮机平台的结构效率并且允许结构具有相对较轻的重量。
[0011]在图7所示的其他实施方式中，涡轮机塔架直接耦联在支撑塔架和风力涡轮机部件的重量的浮力支柱之上。在该实施方式中，其他支柱用于稳定平台并且保持塔架竖直对准。此外，主动浮力系统可用于在支柱之间移动压载。在图7所示的实施方式中，由于塔架的重量并不是由外部支柱的浮力来支撑，因此所述平台在外部支柱和中心塔架支柱之间不需要太多的结构支撑。与此相对比，在塔架安置在甲板中心的有些现有设计中，由于塔架和涡轮机的重量以及空气动力力矩，结构必须在长型结构的中间支撑大的负载，因此结构相对较重并且可能经济可行性较低。
[0012]可容纳例如斜度控制系统、变速箱、偏航控制器和发电机中的一个或多个的吊舱可安装在塔架之上，并且该吊舱为毂盘和从毂盘延伸的涡轮叶片提供支撑。毂盘可包括允许调节涡轮叶片的斜度从而使涡轮叶片的转速在正常的风速范围内保持恒定的机构。吊舱可耦联到偏航控制系统上，该系统使涡轮叶片直接指向风中以实现最佳效率。通常位于吊舱内的风力涡轮机装置，例如变速箱和发电机，可位于那里，或者可以安置在塔架下部或在支柱之上。不具有变速箱的直接驱动式涡轮机也可以与这里所述的平台一起使用。由于可变化的风速，由发电机产生的电力的频率和幅值可能是随机的。可以用变压器、逆变器和整流器来改变电力，从而产生一致的输出电压和电流。这些电力部件可位于吊舱中、塔架底部或在另一个支柱上。风力涡轮机的电力输出可通过延伸到海底的电力电缆和发电站传输。电缆的一部分不是直接延伸到海底，而是可耦联到提升电缆的该部分的浮力机构上。于是，所述电缆可具有弯曲的路径，这允许浮动风力涡轮机平台随着波浪、水流和潮汐竖直或水平运动而不会在电缆上施加任何明显的附加张力。
[0013]在一个实施方式中，浮动风力涡轮机平台具有为高强度结构的特殊构造。安装在支柱之间的主梁的长度相同并且基本形成等边三角形。水平联结梁在主梁长度的大约三分之一长度处耦联在相邻的主梁之间。水平联结梁和主梁在由主梁形成的三角形的三个角上形成了附加的等边三角形。立起联结梁耦联在支柱的中部和主梁长度的三分之一处之间。由立起联结梁、支柱和主梁形成的三角形基本为直角等腰三角形。这种构造提供了可支撑所需负载力的坚固结构，同时使建造浮动风力涡轮机平台所需的材料量最少。
[0014]在具体的实施方式中，可将这里所述的浮动风力涡轮机平台设计为完全在码头区制造和组装。例如，可使用起重机来组装可在码头区组装现场完成构建的浮动风力涡轮机平台的部件。此外，当需要时，可在码头区组装风力涡轮机部件并使之与平台和子结构集成在一起。一旦完全组装，就可以从浮动风力涡轮机平台的支柱上完全拆除压载，因而，结构可漂出水道到达安装现场。如果需要额外的浮力来减小吃水深度以便离开水道，则可将浮力模块附接到其中一个或多个支柱上以减小吃水深度。当平台已经到达更深的水域之后，可拆除浮力模块，并用水压载部分地填充支柱以稳定平台。
[0015]在将浮动风力涡轮机平台拖到安装现场之前，可将海锚固定到海底。当浮动风力涡轮机平台运动到位之后，可将系泊绳索紧固到支柱上并且将其收紧到预定的张紧度。在一个实施方式中，塔架安装在其中一个支柱上，并且系泊绳索以不对称的方式布置，其中，耦联到支撑涡轮机塔架的支柱上的系泊绳索多于耦联到其他支柱上的绳索。例如，如果使用了四个系泊绳索，则其中两个绳索以大约90度的角度间隔连接到支撑塔架的支柱上，而其余各支柱上各连接一个绳索。通过另一个示例，如果使用了六个系泊绳索，则其中四个绳索以大约60度的角度间隔在大约180度的范围内连接到支撑塔架的支柱上，而各其他支柱则分别耦联到单个绳索上。可将系泊绳索的角度构造为与塔架支柱相交。如果使用了对称的浮动风力涡轮机平台，则系泊绳索可以对称的方式耦联到平台上。例如，可使用总共六个系泊绳索，其中，两个系泊绳索耦联到各支柱。
[0016]系泊绳索可以是由链、钢索和拖动式埋入锚的组合构成的传统悬链式绳索。或者，系泊绳索可以由致密的聚酯段构成，还包括悬挂在系泊系统的部分上的重质量的配重块。在一个实施方式中，锚埋入海底，并且一部分链耦联到锚上。聚酯绳索可附接到链上以便为系泊绳索提供一些弹性。使用时，聚酯绳索的相对端可耦联到链的附加长度上，该附加长度部分附接到各支柱上的一个或多个张紧机构上。沉重的配重块可附接到连接于各支柱上的链，以便减小链与支柱所成的角度，并且系泊绳索可由耦联到各支柱上的机构张紧。
[0017]如果风力涡轮机和塔架安装到三个支柱中的一个上，则无风时一个支柱支撑更多的重量，并且外壳处于不对称的平衡中。然而，吹到涡轮叶片和塔架上的风力产生作用于塔架的力矩，该力矩通常朝远离平台中心的方向推动塔架。该力矩在塔架支撑支柱上施加了向下的力，同时减少了施加在并不支撑塔架的独立支柱上的向下的力。
[0018]当安装风力涡轮机时，风力涡轮机将旋转，并且发电机将发电。然而，风速和风向可频繁变化。因此，在某些实施方式中，在根据本说明书的平台上使用的涡轮机可设有包括风向传感器和偏航控制系统的风向系统。在这种实施方式中，风向传感器将检测风向的变化，偏航控制系统则将转动塔架顶部的吊舱(偏航)以便使涡轮叶片与风向对准。更进一步地，在根据本说明书的平台上使用的涡轮机可设有检测风速变化且耦联到涡轮机斜度控制系统上的风速传感器，所述涡轮机斜度控制系统通过引发涡轮叶片斜度的变化而响应于风速的变化，从而使得输出功率最佳或使涡轮叶片上的风拖曳力最小。可商业得到的风向和风速传感器可从英国的Campbell Scientific有限公司和美国的NovaLynx公司得到。
[0019]当作用于塔架和涡轮叶片的风速增大时，风力可使整个浮动风力涡轮机平台倾斜偏离竖直对准。为了补偿风力(推力)，根据本说明书的风力涡轮机平台设有利用水泵来使水在各支柱中运动的内部压载系统。在一个实施方式中，内部压载系统包括耦联到控制压载系统的水泵的控制器上的一个或多个对准传感器。如果对准传感器检测到浮动风力涡轮机平台朝其中一个支柱倾斜，则内部压载系统可将水泵出低的浮动支柱并泵入其他支柱中以便增加低支柱的浮力并且减少其他支柱的浮力。水的这种运动将升高平台的低的浮动角，从而使塔架返回到竖直对准。当对准传感器检测到竖直对准重新建立时，可停止泵。由于只需要补偿施加在结构上的倾覆力矩，因此在内部压载系统的一个实施方式中，不需要从外部泵入额外的水，并且内部压载系统可以闭循环起作用。
[0020]由于内部压载系统的操作要求泵送相当数量的水，因此实现期望压载调节的响应时间可以长达15-30分钟。在一个实施方式中，对准传感器可以是感测水平面中关于X和Y轴的转动运动的两个陀螺仪。在完美的竖直对准中，X和Y轴陀螺仪将不会检测到平台的任何转动。然而，如果浮动风力涡轮机平台中存在任何倾斜，则X和/或Y轴陀螺仪可检测到转动运动。这种对准传感器可耦联到控制器上，该控制器在必要时通过将水泵送到支柱中而响应于不对准，从而校正竖直对准偏差。在一个实施方式中，压载系统是将压载水与周围海水完全隔绝的封闭系统。在这种实施方式中，由于海水无法进入支柱，因此不会因为压载系统的故障而使支柱被涌入水并且平台不会倾覆。
[0021]在一个实施方式中，耦联涡轮机控制系统和压载系统，因此塔架可以是竖直的，但是压载泵可能仍需要起作用直到涡轮机处于最佳的发电模式中。在这种情况下，改变涡轮叶片斜度以减小推力并保持桅杆竖直。之后，当压载水从一个支柱泵送到下一个支柱时，叶片斜度可缓慢转回其最佳角度。
[0022]这里所述的风力涡轮机平台可用作单独的平台，或者可替代地，这里所述的平台可安置成布置于风力发电场中的多个浮动风力涡轮机平台的一部分。来自各风力涡轮机的电能可进行组合并通过单个电缆向发电站传输，该发电站可以在陆地上或在单独的浮动平台上。在一个这种实施方式中，其中一个平台可用于为工作人员或维修提供现场。这可提供安全的受保护区域，在那里，工人能够不受恶劣的周围天气条件的影响。
[0023]如果这里所述的浮动风力涡轮机平台需要返回码头进行维修或停止使用，则可将平台与系泊绳索和电力电缆断开，并将其拖回码头区组装现场。在浅的水道中，可抽空固定的水压载，因而，可将平台吃水深度减小到其拖运状态吃水。如果要进一步减小拖运状态吃水，则可在需要时将一个或多个浮力模块耦联到支柱上。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1示出了帆桅式浮动风力涡轮机平台；
[0025]图2示出了张力腿式浮动风力涡轮机平台；
[0026]图3示出了张力腿/帆桅式浮动风力涡轮机平台；[0027]图4示出了对称的半潜式浮动风力涡轮机平台；
[0028]图5示出了不对称的半潜式浮动风力涡轮机平台的透视图；
[0029]图6示出了不对称的半潜式浮动风力涡轮机平台；
[0030]图7示出了半潜式浮动风力涡轮机平台的正视图；
[0031]图8示出了半潜式浮动风力涡轮机平台的俯视图；
[0032]图9示出了连接到浮动风力涡轮机平台的底部上的水收集板；
[0033]图10示出了不对称的半潜式浮动风力涡轮机平台的俯视图；
[0034]图11示出了不对称的半潜式浮动风力涡轮机平台的俯视图；
[0035]图12示出了具有张紧式系泊绳索系统的半潜式浮动风力涡轮机平台的正视图；
[0036]图13示出了具有悬链式系泊绳索系统的半潜式浮动风力涡轮机平台的正视图；
[0037]图14示出了压载控制系统的图；
[0038]图15-17示出了响应于风速变化的浮动风力涡轮机平台的正视图；
[0039]图18-20示出了响应于风速变化的浮动风力涡轮机平台的正视图；
[0040]图21-23示出了将浮动风力涡轮机平台从码头区移动到深水中的顺序步骤；
[0041]图24示出了一组不对称的半潜式浮动风力涡轮机平台的布置。
【具体实施方式】
[0042]这里描述了半潜式浮动风力涡轮机平台。这里所描述的平台可用在例如近海风力涡轮机设施中。参照图6，根据本发明的风力涡轮机系统可包括具有至少三个支柱102、103的近海平台105。平坦的水收集板107附接到各支柱102、103的底部。在一个实施方式中，支柱102、103为圆柱形。然而，也可将支柱构造为适于构建风力涡轮机平台的任意形状。风力涡轮机塔架111直接安置在稳定支柱102上方。不支撑涡轮机塔架111的两个独立的稳定支柱103以大约40到90度的角度与塔架支撑支柱102分开。虽然在图中示出的平台105包括三个支柱102、103，但是在其他实施方式中，平台也可包括四个或更多个支柱。
[0043]支柱102、103与由主梁115、联结梁116和横梁117构成的桁架结构互相连接。主梁115连接到支柱102、103的顶部和底部以及耦联连接在主梁115与支柱102、103之间的联结梁116上。横梁连接在相邻的主梁115之间。在一个实施方式中，可将主梁115构造为使它们与三个支柱102、103相互交叉并且形成等边三角形。类似地，可将水平联结梁117和主梁115构造成形成附加的等边三角形。在一个实施方式中，立起联结梁116连接到支柱102、103的大致中间高度处，并且在主梁的大约三分之一的位置处耦联到主梁115上。主梁115、支柱102、103和立起联结梁116可形成直角等腰三角形。在一个实施方式中，主梁115、立起联结梁116和水平联结梁117优选是具有圆形或矩形横截面的中空管结构。或者，主梁115、立起联结梁116和水平联结梁117也可以是实心的I形、H形或T形梁。在其他实施方式中，三个支柱102、103、联结梁116和水平联结梁117可形成适于获得展示出期望强度、重量、负载支承或其他性能特性的平台的任意类型的其他几何构造。
[0044]这里所述的这种浮动风力涡轮机平台设计提供了坚固并且有效的结构。强度可归因于由支柱、主梁、立起联结梁和水平联结梁在平台角部形成的四面体结构。对该结构的负载分析显示，任意变形最可能出现在相邻四面体之间的主梁115的中间部上。虽然该结构的几何条件是很有效的，但是还可以通过增加主梁115、立起联结梁116和水平联结梁117的外径或壁厚来增加该结构的强度。如果主梁115、立起联结梁116和水平联结梁117为管状结构，则可通过增加壁厚来显著延长该结构的疲劳寿命。例如，如果管的壁厚是标称管壁厚的两倍，则该结构的疲劳寿命可比具有标称管壁厚的结构的疲劳寿命增加约10到20倍。在主梁115与立起联结梁116及水平联结梁117的交点处附近的很短的部分中，可增加壁厚。
[0045]在一个实施方式中，涡轮机塔架111的基部的直径或宽度接近但稍小于塔架111安置在其上的支柱102的直径或宽度。这种一致性使得结构的连贯性最大化，并且使得在平台105结构的重要区域中的应力集中最小化。应力集中可能在涡轮机塔架111和涡轮机塔架111安置在其上的支柱102的交界处最高，在该位置，由于风引起的力矩而使得弯曲矩最高，并且主梁115在该位置连接到其他稳定支柱103上。在一个实施方式中，支柱102、103的直径可以一致以便形成笔直的结构，例如笔直的圆柱形结构，而塔架111可以是在基部较大，并逐渐变细到在顶部的较小的直径或宽度。可通过将若干具有一致直径的管状部焊接在一起来构建支柱102、103，并可通过将一系列锥形部螺栓连接和/或焊接在一起来构建塔架111。可使用诸如板、肋和内部凸缘的内部结构来加强支柱102、103和塔架111。
[0046]由于支柱102、103只为浮动风力涡轮机平台提供浮力和稳定性，因此在支柱103的顶部之间只需要最小的甲板空间119。可在上部主梁115之上放置窄通道，连接各支柱
102、103。平台105上的附加区域可用于支撑次级结构，例如辅助太阳能电池或波浪能转换器的支撑件，以及用于在风力涡轮机塔架111周围提供通路。在一个实施方式中，甲板119位于一个或多个稳定支柱102、103之上，并且将稳定支柱和甲板119构造成使得所预计的最高波峰将不会达到或损坏甲板设备或涡轮叶片101。楼梯和船入坞结构可附接到任意支柱102、103上。可通过附接到支柱102、103底部的系泊绳索131-141将平台105固定到海
。
[0047]涡轮叶片101长度方向较长，宽度方向较窄，具有很高的纵横比。涡轮叶片101在它们的基部连接到毂盘上，电机和致动器可改变叶片101的斜度。可将叶片101的斜度设定成最优化发电机的电能输出。这可通过调节叶片的斜度以便在一定的风速范围内保持恒定的转速来实现。在较低的风速下，涡轮叶片的斜度较小，从而它们能保持最大的转速。对比而言，在较高的风速下，增大斜度以便防止转动超过最佳转速。为了感测真实风速，风力涡轮机可包括检测风速的风力计，控制器可根据检测到的风速来将涡轮叶片101的斜度调节到合适的倾斜角。商用的涡轮叶片斜度控制系统可从德国的LTi REEnergy公司和德国的Bosch Rexroth公司获得。
[0048]将涡轮叶片101精确对准在垂直于风向的取向上致使产生最大的电能。为了便于这种定位，风力涡轮机可包括偏航控制系统和具有例如检测任意错位的风向传感器的风向系统。商用倾度传感器可从德国的Pepper+Fuches公司和美国的MicroStrain公司获得。如果风向传感器检测到角偏移，则控制器可启动使吊舱、毂盘和涡轮叶片101转动的偏航电机。在一个实施方式中，涡轮叶片101和毂盘耦联到变速箱上，该变速箱将涡轮叶片101的转速增大到适于发电的速度。变速箱增大了传动轴的转速，该传动轴耦联到发电的发电机上。在另一个实施方式中，使用了直接式驱动涡轮机。其没有变速箱，并且传动轴直接耦联到发电机上，而发电机可位于吊舱中或塔架中。
[0049]电输出一般随着风速的增大而增加。然而,通常需要每秒大约3米的最小风速来促使涡轮叶片转动。对于典型的风力涡轮发电机来说，随着风速增大到高达大约12米每秒，功率输出都将持续增大，在每秒6-12米的风速范围中，使涡轮叶片倾斜来使电能产量最佳。在高于12米每秒的风速下，调节典型风力涡轮发电机的涡轮叶片来控制上升力并且使涡轮机在其最佳速度下转动，从而保持最大功率输出。5兆瓦的涡轮发电机可在每秒大约12米的风速下达到最大的功率输出。在每秒大约12到25米的更高风速下，发电机将产生5兆瓦的电能，但是涡轮叶片在更高的倾角下转动以便降低涡轮叶片上的风力负载，并且保持最佳的转速。在大于每秒大约25米的风速下，可关闭风力涡轮机系统并将其搁置起来。调节涡轮叶片以使风力最小，并且也可将其锁定(locked down)直到风速降低，以便防止超速以及对风力涡轮机的损坏。
[0050]虽然至此已经以不对称的塔架布局说明了浮动风力涡轮机平台，但是在其他实施方式中，塔架对称地设置在支柱之间。参照图7和8，示出了塔架111对称地位于支柱103之间的浮动风力涡轮机平台106。图7图示了浮动风力涡轮机平台106的正视图，图8图示了浮动风力涡轮机平台106的俯视图。在这个实施方式中，塔架111安装在浮力支柱104上。浮力支柱可以是中空的结构，其提供支撑塔架111、吊舱125、涡轮叶片101和其他系统部件的重量所需浮力的一部分或全部。由于浮力支柱104大部分是中空的并且开了大量的水，因此它是不稳定的。为了稳定浮动风力涡轮机平台106，将浮力支柱104耦联到更多个稳定支柱103中的其中三个上，所述稳定支柱103包括稳定塔架111的压载系统。浮动风力涡轮机平台106可具有在稳定支柱103和浮力支柱104之间延伸的支撑梁108，以及在稳定支柱103和浮力支柱104之间延伸的联结支撑梁112。浮动风力涡轮机平台的其他结构细节与前面参照图6所描述的相同。
[0051]这里描述的风力涡轮机平台包括一个或多个水平的水收集板107，其附接到平台支柱中的每一个或多个支柱的基部。将该一个或多个水收集板107安置成使得它们被浸没。参照图9，水收集板107的作用是提供水附加质量以及阻尼。沿其正常方向运动的边长为λ的正方形板“收集”的水量大致等于P λ 3，其中，P为水的密度。因此，还公知为水附加质量的大量的收集水与具有大尺寸(substantialdimension)竖向地运动的正方形板相关联。具有大的纵横比的矩形板将收集相对于其面积而言要少得多的水。
[0052]将水收集板107的形状和尺寸形成为使得它们致使上升时的平台附加质量以及摇晃和倾斜时的附加惯性力矩大幅度增大。由于平台吃水深度相对较浅，通常为100英尺或更少，因此不能忽略水收集板上的波浪激励力。应该进行水动力计算以确定平台的响应，同时将附加质量的增加和波浪激励力考虑进来。可使用商用衍射-辐射软件，例如WAMIT，来计算浮动平台响应。在假想的例子中，对于这些响应计算，考虑承载超过7，000吨有效负载的15，000吨排水量的平台。如果没有水收集板，则平台的自然周期是大约12秒，其对应于大风暴期间具有相当可观能量的频率带。最终的共振响应产生了无法接受的平台运动，从而导致对平台结构的损坏。通过增加一个或多个水收集板，在一个实施方式中，所述一个或多个水收集板从支柱基部径向向外延伸大约20到30英尺，则可将平台的自然上升周期大大地延伸到大约20秒,这就产生了可接受的运动响应。
[0053]因此，如这里所述设置在平台中的一个或多个水收集板107可使竖向的附加质量大幅度增加，同时使波浪激励力的增加最小化，从而导致平台运动有利地减少。这种稳定效果对于小平台来说尤其有利，这是因为对于小平台来说无法仅通过调节支柱尺寸和间隔就能得到合适的性能。可调节该一个或多个水收集板107的定位，例如板与给定支柱102、103的中心的径向距离，以及该一个或多个水收集板107的构造，例如总体板面积，以便实现例如竖直附加质量的期望增加和波浪激励力增加量的减少或最小化。
[0054]由于其尺寸,水收集板107吸引了较大的水动力负载,包括附加质量和波浪辐射效应、波浪激励力以及由于旋涡脱离板107的边缘而产生的粘性效应。板107必须由附加的结构构件来支撑，以便经受极大的波浪加载以及由于其所经历的大量波浪周期而引起的疲劳损坏。在一个实施方式中，径向加强件179从支柱103向板的外边缘延伸，以便支撑板107。连接到支柱103上的主梁115也提供了对水收集板107的结构支撑，以及对于总体结构的刚性支撑。用于强化部件的附加板107可包括，例如，由径向加强件179支撑的梁架181、在梁架181之间的梁条177、和安装在支柱102与加强件179之间的水收集板支杆121。这些结构构件支撑形成水收集板107的面板。这里描述的收集板可由任意合适的材料，例如钢制成。
[0055]为了使水收集板加强件的尺寸适当，必须适当产生在板上发生的各种水动力效应。这些效应包括:环绕水收集板的流体的惯性，产生与平台的加速度相反的力，尤其是在竖直方向上；当平台移动时由平台产生的辐射波浪，导致能量从平台上消除；与平台外壳相互作用的入射波，产生力；以及粘性效应，其主要是由于旋涡脱离板边缘引起的，这还导致能量从平台转移到水中。除粘性力之外的所有力都可根据忽略了流体粘性的衍射-辐射理论来建立模型，并且需要拉普拉斯方程的数解。粘性效应由使用小规模实验室实验结果而建立的经验模型来确定。水动力可转换成包括水收集板的平台浸没部上的压力场，然后可运行结构有限元模型来确定包括加强件和板的所有结构构件中的应力。有限元模型需要将外壳离散成可对其应用横梁和/或板理论的小单元。可得到数值解，提供了船体上的应力水平。之后，就可以确认包括水收集板的外壳的合适尺寸。关于水收集板的附加信息公开在美国专利N0.7，086, 809和7，281，881中，这些文献在此通过引用将其全部内容而结合进来。
[0056]参照图10，图示了浮动风力涡轮机平台105的俯视图。为了将浮动风力涡轮机平台保持在期望的位置，可使用传统系泊绳索将平台105锚定到海床上。例如，在一个实施方式中，使用不对称的系泊系统将浮动风力涡轮机平台固定到海底。在图10中，图示了六个系泊绳索131-141。四个系泊绳索131-137连接到承载风力涡轮机125的支柱102上，单个系泊绳索139-141连接到各个其他支柱103上。系泊绳索131-141的角度间隔在各相邻绳索之间为大约60度。绳索131-141朝支撑风力涡轮机125的支柱102的中心会聚。风也将使连接到迎风支柱上的迎风系泊绳索中的张力高于其他绳索中的张力。
[0057]参照图11，图示了具有其他系泊构造的浮动风力涡轮机平台105的俯视图。在这个实施方式中，使用了四个系泊绳索151-157来将平台固定在位。两个绳索151、153耦联到支撑塔架111的支柱102上，系泊绳索155、157各耦联到其中一个其他支柱103上。在这个实施方式中，系泊绳索151-157彼此间隔大约90度角。
[0058]参照图12，图示了这里所述的浮动风力涡轮机平台105的一个实施方式和其正面图。在图12所示的构造中，各系泊绳索131-141从浮动风力涡轮机平台105向下向外倾斜到海底，并且单独固定及张紧。可将系泊绳索131-141张紧成使得支柱102、103的浮力在无风时在各系泊绳索131-141上提供相同的张力。当风吹向塔架111和涡轮叶片101时，风加载力将转移到系泊绳索131-141，并且抵抗风支撑该结构的迎风绳索将比顺风的绳索处于更大的张力下。可将系泊绳索131-141张紧成使得这些系泊绳索在任何时间都不会闲搁在海床上，从而使得它们在基本笔直的路径上延伸。在另一种构造中，系泊绳索可以类似的不对称的方式布置在平台周围，但是只被拉紧到特定半拉紧的张力，因此绳索在弯曲的路径上延伸到海底。由于半拉紧的张紧系统，系泊绳索不会在无风、无浪或无潮流时以其静力平衡位置闲搁在海床上。
[0059]在又一个实施方式中，如图13所示，结构件105可使用悬链系泊系统而固定在位，其中链绳402铺设在海底。系泊绳索可包括任意合适的材料，诸如例如，金属链、金属丝、聚酯或它们的组合。在该示例中，将大抓力机动拖拉埋入锚401安放在海床中。锚401附接到铺设于海床上的笨重的链402的部分上。链402的水平取向帮助将锚401保持固定在海床内。链402连接到长度较长的聚酯绳索403上，该聚酯绳索403提供了大部分系泊长度。聚酯绳索403为系泊绳索提供了足够的延展性，以便防止高张紧的道钉从平台105转移到锚401。聚酯绳索403耦联到另一个长度的链405，该链405附接于平台105。聚酯绳索403保持悬浮在水中，并且在安装之后永远不会与海床相接触。配重块404可安放在链405和聚酯绳索403之间的连接点上，从而在系泊绳索中形成更尖锐的弯曲，以便进一步减少道钉的张力并且确保绳索403对锚401水平地拉拽。配重块404 —般由诸如钢和混凝土的密度大的材料制成，并且附接到顶部链404的底部。配重块404在水中的重量显明大于其附接的链405的重量。
[0060]链405可穿过支柱102、103到达张紧装置407，该张紧装置407允许单独调节系泊绳索张力。张紧装置407可以是安装在支柱102、103顶部、沿着支柱102、103安装或安装在支柱102、103内的，例如链式顶重器、辘轳、绞盘或其他张紧装置。为了防止由于摩擦而导致损坏，可将导缆器或弯曲靴406安置在支柱102、103的基部，允许系泊绳索穿过水收集板107。在适当地设定张力之后，可锁定系泊绳索。
[0061]风力涡轮机通常设计为在正常的风速和风向范围内操作。吹向涡轮叶片101和塔架111的风将产生拖曳力，该拖曳力将易于使浮动风力涡轮机平台105远离风向倾斜。如果风在如图15所示的方向上从支柱102之间到达支柱103上，则由涡轮叶片101和塔架111产生的转矩将趋向于将下风处的支柱102推入水中，并且将上风处的支柱103提升出水面。由于风并不总是在相同的方向上吹，正如这里已经描述的那样，因此风力涡轮机可装备有允许偏航机构，该偏航机构允许吊舱125、毂盘和叶片101围绕塔架111的顶部转动到与风向对准。然而，当风向改变时，塔架111的倾斜方向也将变化。图12中在支柱102、103上的水平绳索161指示所设计的浮动水线。当风速和风向改变时，风力涡轮机可利用内部主动压载系统来抵消风引发的力和力矩，并且使在设计的浮动水线161处的结构件105保持在全部稳定的操作条件下。
[0062]因此，这里描述的风力涡轮机平台可包括内部主动压载系统。这种系统的一个例子可参照图14来描述和说明。在一个这种实施方式中，支柱102、103是中空的并且容纳主动压载系统201，该主动压载系统201在支柱102、103内的水箱之间转移水，以便将平台105保持为竖直直立对准，用于最佳的功率轮换效率。例如，当风吹向塔架支柱102时，传感器127可检测风力涡轮机的转动。传感器127耦联到控制器123上，该控制器123控制泵221来将水从塔架支柱102移开以增加浮力，并且将水增加到其他支柱103中以增加它们的重量。在一个实施方式中，在各支柱中可有多个泵，来控制通往其他支柱的独立水路。工业轴向流动水泵可从韩国现代公司和丹麦的Glynwed公司获得。
[0063]控制器也可调节不支撑涡轮机塔架111的支柱103中的水量，以便调节风力涡轮机的侧与侧之间的角度。在一个实施方式中，支柱具有检测水量的传感器225，在图14中用各支柱102、103中的不同水深203来表示水量。支柱102、103之间的水压载的主动运动补偿了所引发的风力，从而使平台保持水平。由于主要量的水必须在支柱102、103之间泵送，因此内部主动压载系统的响应时间可在大约15到30分钟之间。由于响应时间可以相当短，因此通常主动压载系统将不会设计为消除由于波浪和其他快速作用力所产生的结构105的快速动力运动。然而，将平台设计为不利用压载系统来经受这些力。将主动压载系统设计为能将平台的平均位置保持为水平，并且通过使涡轮机尽可能地保持直立而使发电量最大。
[0064]在一个实施方式中，主动压载系统可以是闭环系统，其构造为通过将压载系统中的水与周围海水完全隔离来防止浮动风力涡轮机平台105的可能的涌起和沉没。主动压载系统通过促使水流过安装在各支柱102、103之间的主梁115的电动水泵221而使所容纳的水在支柱102、103之间运动。在这种实施方式中，永远不允许周围海水进入王动压载系统中。主动压载系统中的水可以是牵引前在码头区加入或使用供给船只加入的淡水，从而减轻腐蚀问题和其他与海水相关的问题。
[0065]在一个实施方式中，对准传感器127包括沿X轴和Y轴安装的陀螺仪。陀螺仪输出表示转动角速度的信号，其单位可以是度每秒。转动角速度的积分可得到角位置。因此，对准传感器127中的陀螺仪可用于测量平台和塔架的对准的变化。X轴陀螺仪位于水平平面中，并且可与浮动风力涡轮机平台的中心线对准。Y轴加速计也位于水平平面中，但是与X轴陀螺仪垂直。纵倾角Θ是结构关于Y轴的角度，横倾角φ是结构关于X轴的角度。当结构完美对准时，X和Y轴陀螺仪将不会检测到任何加速度。然而，如果结构在任意方向上倾斜，则X轴陀螺仪将检测到纵倾转动(trim rotation), Y轴陀螺仪将检测到横倾转动(listrotation)。根据这些信息，就可以使用已知的数学方程来计算转角。
[0066]参照图15-17，图示了主动压载系统可以如何对风速的变化做出反应的示例。根据对准传感器的信号，压载控制器可控制泵来调节各支柱102、103内的水量191，从而校正竖直对准的角度偏移。当平台105在可接受的水平角度内时，压载系统将停止在支柱102、103之间移动水。
[0067]在图15中，浮动风力涡轮机平台105图示为在平台105中心线上方吹的风垂直对准。已经根据风、当前风速和风向对圆柱体102、103内的水量191进行了适当地调节。在图16中，风速增大并且增大的风力导致浮动风力涡轮机平台105倾斜转动。对准传感器检测到纵倾转动，控制器启动泵来使水从支撑塔架的支柱102移动到其他支柱103中。在图17中，浮动风力涡轮机平台105已经返回水平对准，以便补偿由于增大的风速所引发的力。由于在塔架支撑支柱102中的水量191较少，因此在平台105的塔架端部处的浮力较大。相反地，其他支柱103中的更高的水量191进一步帮助平台105纵向转动为直立对准。
[0068]当风向转变时，主动压载系统也将调节支柱102、103中的水。参照图18_20，图示了浮动风力涡轮机平台105，其中，风以从平台中心线风向转变90的角度吹动，其中风来自平台105的左侧。主动压载系统已经将水从右侧支柱水槽191移动到左侧支柱水槽191，因此平台105基本上是水平的。参照图19，风速已经降低并且平台105的横倾角已经改变。对准传感器检测到平台105的横倾角，因此控制器指示泵221使水从左侧支柱水槽191移动到右侧支柱水槽191。参照图20，主动压载系统已经从左侧支柱水槽191移动水以便增大浮力，并且将更多的水加入到右侧支柱水槽191以便增加支柱的重量。平台105再次变得水平，并且泵已经停止直到对准传感器检测到平台对准的其他变化。
[0069]根据环境条件，这里描述的浮动风力涡轮机平台具有不同的操作模式。可使用由链式顶重器、链和金属丝段制成的锚定系统来永久地系住平台。在这种实施方式中，在极端的天气条件下，浮动风力涡轮机平台将不会与系泊绳索脱开或断开。浮动风力涡轮机平台的主要目的是发电，因此可将其设计为使涡轮机的操作时间最大。
[0070]由于现有的涡轮机在25m/s的风速下停止操作，因此期望风速通常更高的由波浪引发的运动不会与该操作限制干涉。即，参照图6，当结构由于波浪力而运动时，塔架111纵倾转动，这导致塔架111的顶部水平运动并且使吹向涡轮叶片的大风产生了变化。如果结构105迎风转动，则塔架111的顶部将检测到更快的风速，相反地，如果结构105远离风而转动，则塔架111的顶部将检测到更慢的风速。这里描述的涡轮机平台通过利用固定到支柱102、103底部上的水收集板107而降低了滚动，这抵制竖直运动并且抑制平台105的滚动和倾斜运动。
[0071]通常，有三种根据风速来描述的独立涡轮叶片模式用于风力涡轮机。在风速低于每秒12米的第一模式中，对叶片进行优化以便使发电量最大。在风速为每秒12到25米之间的第二模式中，叶片主动转动(倾斜)以便减小叶片上的负载并且保持恒定的最佳转速。在风速高于每秒25米的第三模式中，整个风力涡轮机被锁定，处于“幸存”(survival)模式。在锁定条件下，涡轮叶片可完全停止，并且叶片角消减到相对于风的最小拖曳情况。由于风速和风向可快速变化，因此第三模式可发生得非常快。因此，风力涡轮机必须能够快速并且精确地检测并响应风的变化。
[0072]除了高速的风力关闭过程外，其他条件也可触发意于保护浮动风力涡轮机平台并且使设备损失最小的紧急关闭(ESD)。由于平台通常是无人操纵的，因此自动及远程关闭程序必须在适当位置。各种系统故障或错误条件将触发ESD。例如，主动压载系统故障可由不会降低的较大的平均纵倾角或横倾角和/或泵的异常功率要求来检测到。另一种系统故障可由支柱中的漏水引起。这种故障可通过平台朝泄漏的支柱的纵倾或横倾而检测到，其无法通过起作用的主动压载系统来补偿。如果涡轮叶片承受高于阈值水平的应力，则系统也应该关闭。这种故障可通过安装在叶片上的应变仪来检测。另一种故障是吊舱无法使涡轮叶片迎风转动。这可通过所测得的风向和吊舱指向方向之间的差异来指出。当电源出现故障或浮动风力涡轮机平台和远程操作者之间失去联系时，系统也会关闭。
[0073]将这里描述的风力涡轮机设计为能够经济地制造、安装和交付使用/停止使用。例如，为了使制造成本最小，可将结构件设计为，通过提供支柱的大的预组装圆柱形节段而使装配现场的焊接工作最小，这可在车间使用自动焊接设备来有效地生产。这种制造可在水路附近完成，水路的深度应该足以允许拖曳浮动风力涡轮机平台。可在码头区具有大型起重机的工厂里安装塔架、吊舱和涡轮机。通过在码头区安装所有的部件，则成本能比在开阔水面上将塔架和涡轮机安放在浮动平台上更低，并且损坏的危险性更小。
[0074]图21-23图示了将浮动风力涡轮机平台105从制造现场拖曳到安装现场的方法。参照图21，在制造过程中在码头区将塔架111、吊舱125和涡轮叶片101与平台105完全组装，一经完成，用拖船将平台105拖到安装现场。由于大部分船坞具有相当浅的水道，所以可从支柱102、103上拆除水压载，使得平台105呈现最小的拖运状态吃水。浮动风力涡轮机平台105在其拖运状态吃水下是稳定的。由于塔架支柱102支撑了更多的重量，因此平台105的这一侧将通常具有更深的吃水深度，如果从组装工厂出来的水道较浅这可能会有问题。
[0075]参照图22，在需要时，为了校正塔架支柱102的较深的吃水深度，可将临时浮力模块291附接到塔架支柱102上，因此各支柱102、103具有相同的最小吃水深度。在其他实施方式中，如果需要平台105浮动通过浅的水道，则可将临时浮力模块附接到其他支柱103上以进一步减小吃水深度。
[0076]参照图23，一旦平台105处于较深的水中，就不再需要浮力模块，因此可将其拆除。然后，通过水将支柱向下压载到具有期望吃水深度的平载，例如如大约50英尺(15m)的吃水深度。虽然较深的吃水深度将增大水动力拖曳力，但是通过水压载，平台105变得稳定得多。
[0077]从制造现场到安装现场的运输路线应该尽可能地短。因此，制造现场的位置可以是工程特定的。当包括多个浮动风力涡轮机单元的大型近海风力发电场，并且各外壳必须拖曳很长的距离才能到达风力发电场时，这是特别重要的。合适的安装船的选择对于风力发电场项目的经济性也是最基本的。用于拖曳风力涡轮机的船应该也能进行系泊安装和维修操作。
[0078]相比需要在安装现场组装的系统来说，码头区组装具有许多优点。更具体地，直接附接到海底的固定近海风力设施要求在近海安装现场上安装和维护涡轮机结构，这可能很难并且费用很高。由于拆卸费用非常高昂，因此基本上所有的修理都必须在近海安装现场进行。对比而言，浮动平台构造只需要配置系泊绳索并将其连接到平台105上。当风力涡轮机发生意外故障时，可颠倒安装顺序，将平台105拖回港口进行修理。
[0079]浮动风力涡轮机平台还简化了近海试运行阶段。当将浮动风力涡轮机平台拖到现场时，系泊系统需要进行预铺设并且准备好进行连接。风力涡轮机可通过由锚控制的船来进行系泊。系泊程序可包括恢复从平台附接到系泊绳索上的传信绳索，并且在系泊绳索的链部中进行拖拉。链到绳索的钢索部的连接可在水上完成。可使用链式顶重器来将系泊绳索从平台张紧。由于涡轮机已经安装好，因此所涉及的启动风力涡轮机的程序比需要现场组装的风力涡轮机简单得多，并且也便宜得多。
[0080]由于浮动风力涡轮机平台是动态运动结构，因此使施加在连接发电机与发电站的电力电缆上的负载力最小是很重要的。一旦浮动风力涡轮机平台已经正确系泊好后，就可将先前安装的近海电力电缆连接到浮动风力涡轮机平台上。参照图13，在一个实施方式中，电力电缆501耦联到平台105上的电力配电盘上。电缆沿支柱102的长度方向在保护壳中延伸，并且在支柱102的底部附近退出。也可将开关装置从塔架111移到甲板119上。在这种情况下，电力电缆沿支柱103延伸。海底的电缆501需要是稳定的，并且需要用诸如套子和/或掩槽的遮盖物的保护以便防止损坏。比电缆501直接延伸到海底更好的是，可对电缆501进行围绕，即将靠近平台105最低部以及在平台105最低部下方的一部分电缆501由多个浮动机构505围绕。电缆的这部分应该在水中足够低，以便防止与在该区域中行驶的船只有任何可能的接触。虽然使用系泊绳索来固定平台105，但是平台也可不绝对地固定在一个位置。平台可响应于各种外力运动，所述外力包括大风、强水流和涨潮/退潮。懒波浮动机构505允许电缆501和平台105运动，而不会损坏电缆501。电缆501从懒波浮动机构505延伸到海底，并且可埋在海底内，或者可围绕电缆501设置(一个或多个)保护壳。
[0081]在一个实施方式中，可将多个浮动风力涡轮机平台布置成阵列。参照图24，其图示了 “风力发电场”中的不对称的浮动风力涡轮机平台105的示例性排列。由于当风流过风力涡轮机时风速减小并且产生涡流，因此，在一个实施方式中，风力涡轮机以大约等于或大于10个涡轮机转子直径的半径355间隔开，并且布置在垂直于最常见风向335的多个交错线329、331、333上。在图示的实施方式中，风力涡轮机105与六个相邻的风力涡轮机105间隔开10倍的涡轮机直径。由于这种交错构造，在第一列329中的两个浮动风力涡轮机平台105之间吹来的风将具有到达第二列331中的浮动风力涡轮机平台105的无阻路径。即使风向已经偏离优选方向高达30度，这种风路也将是无阻的。第三列333中的浮动风力涡轮机平台105可与第一列329中的浮动风力涡轮机平台105对齐，然而，由于它们之间存在大约17个涡轮机转子直径的间隔，因此可以忽略由于逆风涡流导致的功率损失。即使风向转到使相邻浮动风力涡轮机平台105对准的角度上，10个涡轮机转子直径的间隔也将对功率的输出具有最小的作用。
[0082]为了使浮动风力涡轮机平台105使用的电力电缆最短，第一电缆341耦联第一列329中的浮动风力涡轮机平台105，第二电缆343耦联第二列331中的浮动风力涡轮机平台105，第三电缆345耦联第三列中的浮动风力涡轮机平台105。然后，将这三个电缆341、343、345连接到将所有电能传输到发电站351的第四电缆347上，发电站353根据需要分配电能。在一个实施方式中，其中一个平台349可用作电力分配单元，提供工作人员和维护岗位。这可提供一个安全的受保护的区域，在那里工人可临时生活并且得到保护以防止受到恶劣的周围天气条件的影响。
[0083]在另一个实施方式中，来自各涡轮机的独立电缆耦联到海床上的接线盒。每个接线盒都可以有一定数量的连接。将来自所有连接盒的较大的电缆耦联到主毂盘上，该主毂盘使用单个电源线而连接到岸上。在发生故障时可将多余的电缆加到电力网基础设施上。
[0084]在某些具体的实施方式中，这里所述的风力涡轮机平台和现有技术中的那些之间的区别在于，涡轮机塔架直接安装在其中一个支柱上的不对称的构造。这种构造使风力涡轮机的大部分质量压在结构的外边缘上而不是结构的中心上。例如，图4所示的"ForceTechnology WindSea"式浮动风力涡轮机结构具有各安装在不同圆柱体上的三个塔架和涡轮叶片。正如上面所讨论的，公知的是，当由其他近距离间隔开的涡轮叶片引起涡流时，风力涡轮机的效率降低。涡流和不均匀的空气流也可将在风力涡轮机系统中引发振动，这可阻止风力涡轮机的正常操作。这里所述的不对称的风力涡轮机平台通过利用单个塔架和涡轮叶片结构而防止了这些问题。另一种现有的浮动风力涡轮机系统是图5所示的“Tr1-Floater”，其图示了安装在三个支柱中心处的塔架。为了支撑这种重量，在结构的中心需要相当大数量的材料。这增加了生产这种浮动风力涡轮机平台设计所需的制造时间、成本和材料，并且增大了结构中心处的重量。通过将更多的质量处于中心而不是外边缘，则需要更小的惯性力来使浮动风力涡轮机平台摆动。对比而言，这里所述的不对称的浮动风力涡轮机平台通过将所有的风力涡轮机部件安装在其中一根支柱上，因此无需附加的支撑结构，从而简化了构建。同样，在这种实施方式中通过将质量向外移动，改善了惯性稳定性。
[0085]这里所述的安装在风力涡轮机平台的其中一个支柱上的单个塔架导致了平台的不对称负载，因为在大部分情况下将来自风力涡轮机的支配力分布施加在相应的支柱上，而不是靠近平台的质心。不对称的系泊系统可与这些负载不对称加载的平台一起使用，其中，连接到具有塔架的支柱上的系泊绳索的数量明显大于连接到其他支柱上的绳索的数量。
[0086]随着风力涡轮机技术的改进，风力涡轮机的尺寸已经增大。在一个实施方式中，这里所述的风力涡轮机平台意于支撑驱动5兆瓦发电机的直径为400英尺的风力涡轮机转子。这种风力涡轮机的估计部件重量在下面的表1中列出。
[0087]
【权利要求】
1.一种用于半潜式平台的系泊系统，包括: 多个浮力结构，所述多个浮力结构为所述半潜式平台提供浮力； 多组系泊绳索，每组系泊绳索耦联到所述多个浮力结构之一上； 埋在海底中的多个锚，每个锚耦联到所述系泊绳索之一上； 其中，附接到所述多个浮力结构中的一个浮力结构上的一组系泊绳索中的系泊绳索的数量与附接到其它多个浮力结构中的各个浮力结构上的多组系泊绳索中的系泊绳索的数量不同。
2.如权利要求1所述的系泊系统，其中，多个相邻的系泊绳索之间的角度基本上相等。
3.如权利要求1所述的系泊系统，其中，各所述系泊绳索包括: a)耦联到其中一个所述浮力结构上的链或钢索的第一部； b)附接到链或钢索的所述第一部上的重块； c)耦联到链或钢索的所述第一部上的聚酯部；和 d)耦联到所述聚酯部和其中一个所述锚上的钢索或链的第二部。
4.如权利要求3所述的系泊系统，其中，所述重块的负浮力大于链或钢索的所述第一部的负浮力。
5.如权利要求1所述的系泊系统，其中，附接到所述一个浮力结构上的系泊绳索的数量大于系泊绳索的总数量的一半。
6.如权利要求1所述的系泊系统，其中，所述多个浮力结构包括第一浮力结构、第二浮力结构和第三浮力结构，所述多个系泊绳索包括第一系泊绳索、第二系泊绳索、第三系泊绳索、第四系泊绳索、第五系泊绳索和第六系泊绳索， 所述第一系泊绳索、第二系泊绳索、第三系泊绳索和第四系泊绳索附接到所述第一浮力结构上， 所述第五系泊绳索附接到所述第二浮力结构上，并且 所述第六系泊绳索附接到所述第三浮力结构上。
7.如权利要求1所述的系泊系统，其中，所述多个浮力结构包括第一浮力结构、第二浮力结构和第三浮力结构，所述多个系泊绳索包括第一系泊绳索、第二系泊绳索、第三系泊绳索和第四系泊绳索， 所述第一系泊绳索和第二系泊绳索附接到所述第一浮力结构上， 所述第三系泊绳索附接到所述第二浮力结构上，并且 所述第四系泊绳索附接到所述第三浮力结构上。
8.如权利要求1所述的系泊系统，其中，其它浮力结构中的每个浮力结构上附接有单个系泊绳索。
9.如权利要求1所述的系泊系统，其中，所述一个浮力结构上附接有至少三个系泊绳索。
10.如权利要 求1所述的系泊系统，其中，附接到所述一个浮力结构上的系泊绳索的数量大于附接到其它浮力结构中的每个浮力结构上 的系泊绳索的数量，以将风力涡轮机支撑在所述一个浮力结构上方。
11.如权利要求1所述的系泊系统，其中，附接到所述一个浮力结构上的系泊绳索的数量是两个，附接到其它浮力结构中的每个浮力结构上的系泊绳索的数量是一个。
12.如权利要求1所述的系泊系统，其中，附接到所述一个浮力结构上的第一系泊绳索和第二系泊绳索之间的角度为大约90度。
13.一种用于浮动风力涡轮机平台的压载控制系统，其中所述浮动风力涡轮机平台具有:多个稳定支柱，每个稳定支柱具有用于容纳压载的内部容积；和附接有涡轮机转子的塔架，所述塔架在其中一个支柱上方竖直对准地安装，所述压载控制系统包括: 传感器，所述传感器构造成检测所述塔架的转动；以及 耦联到所述传感器上的控制器，所述控制器构造成当所述传感器检测到所述塔架的转动时，将压载从其中一个支柱的内部容积转移到其它支柱中的至少一个支柱的内部容积。
14.如权利要求13所述的压载控制系统，其中，所述压载控制系统是闭环系统。
15.如权利要求13所述的压载控制系统，其中，所述传感器包括多个陀螺仪。
16.如权利要求15所述的压载控制系统，其中，所述陀螺仪包括: 沿X轴方向安装的X轴陀螺仪，所述X轴陀螺仪构造成检测纵倾(倾斜)转动， 沿Y轴方向安装的Y轴陀螺仪，所述Y轴陀螺仪构造成检测横倾(摇摆)转动。
17.如权利要求16所述的压载控制系统，其中， 所述陀螺仪构造成输出表示转动角速度的信号，并且 所述控制器构造成将所述转动角速度转化为所述塔架的角位置。
18.如权利要求13所述的压载控制系统，其中，所述传感器包括多个加速计。
19.一种调节浮动风力涡轮机平台的竖直对准的方法，其中所述浮动风力涡轮机平台具有:多个稳定支柱，每个稳定支柱具有用于容纳压载的内部容积；和附接有涡轮机转子的塔架，所述塔架在其中一个支柱上方竖直对准地安装，所述方法包括: 通过传感器检测所述塔架的转动；以及 当检测到时，将压载从其中一个支柱的内部容积转移到其它支柱中的至少一个支柱的内部容积。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述压载是闭环系统。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述检测转动包括: 检测纵倾(倾斜)转动，以及 检测横倾(摇摆)转动。
【文档编号】B63B35/00GK103786837SQ201410012663
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2009年4月6日 优先权日:2008年4月23日
【发明者】多米尼克·罗迪耶, 克里斯蒂安·切尔梅利 申请人:原理动力有限公司