一种针对漂浮式风力机Spar平台的系泊系统的制作方法

本发明涉及一种系泊系统，具体涉及一种针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统。

背景技术

能源是人类社会发展的基础和科技进步最重要的支柱之一，人类社会的发展和日趋严重的环境问题，迫切需要优质能源的不断开发与能源应用技术的创新和提高。风能作为人类社会发展最有前景的替代能源之一，其开发利用越来越受到全世界各国家和地区的重视。随着风能资源的不断开发，未来风电场建设的趋势是由陆向海、由浅向深、由固定基础向漂浮式平台。

如陆海风力机动态响应对比[j](丁勤卫，李春，周国龙等，动力工程学报，2016，36(01)：65-73)中提及的漂浮式风力机spar平台适用于水深300m到3000m的深海，其主要由风力机、平台和系泊系统三部分组成。但是，海上漂浮式风力机spar平台在维持自身稳定性的同时，还需承担上部风力机结构传来的载荷，因此其对稳定性的要求更高。为降低漂浮式风力机spar平台在风波流等载荷作用下的位移，通常需布置系泊系统来将系统的位移和运动响应控制在一定范围内，以维持风力机的正常运转。

原漂浮式风力机spar平台系泊系统为三根成120°张开的锚链，如图1和2所示，其缺点在于极端环境下系泊破损以后，漂浮式风力机系统的安全性很难得到有效的保障，届时必将造成极大财产损失。

现有的一种解决方案如专利号为201620094287.3的一种混合式spar平台体的缆索布置结构提及布置包括锚链式系泊系统和张紧式系泊系统的混合系泊，依悬链线系泊靠自身的重力和惯性力提供浮体的回复力，利用张紧式系泊系统轴向刚度大，限制了系统的纵荡响应，但混合系泊系统结构复杂，成本较高。还有一种解决方案如专利号为200920104815.9的一种混合式spar平台的缆索布置结构和的海上漂浮式风力机spar平台系泊型式及动态响应研究[j](王东华，叶舟，张楠等，热能动力工程，2017，32(2):106-112)均提及是在相同材料的条件下减小系泊半径，增加锚链系泊根数，采用分组布置的形式。分组分布系泊主要应用于多主spar结构，且在相同外部载荷的作用下，系泊系统的安全性较低。

综上所述，现有的系泊系统的安全性较低，稳定性不高，因此，需要设计一种能够解决这些问题的系泊系统。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统。

本发明提供了一种针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统，用于将漂浮式风力机spar平台固定于海底的桩基上，具有这样的特征，包括：三组系泊单元，均匀分布固定于漂浮式风力机spar平台上，其中，每组系泊单元具有三根系泊索，每根系泊索采用锚链-弹性索-锚链的形式。

在本发明提供的针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统中，还可以具有这样的特征：其中，相邻两组系泊单元之间的角度为120°。每组系泊单元的相邻两根系泊索之间的角度为10°。

在本发明提供的针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统中，还可以具有这样的特征：其中，同一组系泊单元的相邻两根系泊索之间的角度为10°。

在本发明提供的针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统中，还可以具有这样的特征：其中，弹性索采用低刚度材料的锚泊，用于减小张力，弹性索的应变包括弹性应变、缓慢恢复的应变以及永久性应变，张力和应变在弹性范围内呈非线性关系。

在本发明提供的针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统中，还可以具有这样的特征：其中，弹性索与锚链之间通过连接环连接。

发明的作用与效果

根据本发明的针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统因为采用的分组分布的锚链-弹性索-锚链的形式具有分组分布系泊形式的优点，所以能够有效的减小漂浮式风力机系统动态响应的范围、增强系统在极端海况下的生产能力；因为采用的分组分布的锚链-弹性索-锚链的形式具有弹性锁系泊的优点，所以能够有效的减小系泊受到的张力，增加漂浮式风力机系统整体的安全性。因此，本发明的针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统可以较平均地抵御外部风、浪、流的载荷，以减小漂浮式风力机spar平台动态响应的范围以及增强系泊破损后的生存能力，还通过采用锚链-弹性索-锚链组合解决了分组分布系泊形式的安全系数过低的问题，另外，还可以应用于驳船平台、半潜平台等顺应式漂浮平台。

附图说明

图1是本发明的背景技术中漂浮式风力机spar平台系统示意图；

图2是本发明的背景技术中漂浮式风力机spar平台系统俯视图；

图3是本发明的实施例中的针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统的俯视图；

图4(a)是本发明的实施例中采用现有的系泊系统的漂浮式风力机spar平台在正常运行海况下的纵荡响应时域历程图；

图4(b)是本发明的实施例中采用针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统的漂浮式风力机spar平台在正常运行海况下的纵荡响应时域历程图；

图5(a)是本发明的实施例中采用现有的系泊系统的漂浮式风力机spar平台在正常运行海况下的受力最大系泊张力时域历程图；

图5(b)是本发明的实施例中采用针对漂浮式风力机spar平台的漂浮式风力机spar平台的系泊系统在正常运行海况下的受力最大系泊张力时域历程图；

图6(a)是本发明的实施例中采用现有的系泊系统在百年一遇海况下的纵荡响应时域历程图；

图6(b)是本发明的实施例中采用针对漂浮式风力机spar平台的漂浮式风力机spar平台的系泊系统的漂浮式风力机spar平台在百年一遇海况下的纵荡响应时域历程图；

图7(a)是本发明的实施例中采用现有的系泊系统的漂浮式风力机spar平台在百年一遇海况下的受力最大系泊张力时域历程图

图7(b)是本发明的实施例中采用针对漂浮式风力机spar平台的漂浮式风力机spar平台的系泊系统的漂浮式风力机spar平台在百年一遇海况下的受力最大系泊张力时域历程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

实施例：

图3是本发明的实施例中的漂浮式风力机spar平台的系泊系统的俯视图。

如图3所示，本实施例的一种针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统100，用于将漂浮式风力机spar平台固定于海底的桩基上，包括：三组系泊单元10，均匀分布固定于漂浮式风力机spar平台上，用于平均地抵御外部风、浪、流的载荷，从各个方向为浮式基础提供回复力，以减小漂浮式风力机系统动态响应的范围，且在极端海况下受力最大的每组系泊单元10中的中间的系泊索11断裂以后，仍能保证漂浮式风力机spar平台正常生存。

每组系泊单元10具有三根系泊索11。

相邻两组系泊单元10之间的角度为120°。每组系泊单元10的相邻两根系泊索11之间的角度为10°。

同一组系泊单元10的相邻两根系泊索11之间的角度为10°。

每根系泊索11采用锚链-弹性索-锚链的形式。

弹性索采用低刚度材料的锚泊，用于减小张力。

弹性索的应变包括弹性应变、缓慢恢复的应变以及永久性应变。

张力和应变在弹性范围内呈非线性关系，在平台上所受的水平外荷载确定的情况下，反应更加迅速具有较佳的回复弹性，使锚泊线的张力也随之减小。

弹性索与锚链之间通过连接环连接。

上端的锚链与平台之间通过通过导缆器相连接。

下端的锚链与海底通过抓力锚与海底固定。

图4(a)是本发明的实施例中采用现有的系泊系统的漂浮式风力机spar平台在正常运行海况下的纵荡响应时域历程图，图4(b)是本发明的实施例中采用针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统的漂浮式风力机spar平台在正常运行海况下的纵荡响应时域历程图，图5(a)是本发明的实施例中采用现有的系泊系统的漂浮式风力机spar平台在正常运行海况下的受力最大系泊张力时域历程图，图5(b)是本发明的实施例中采用针对漂浮式风力机spar平台的漂浮式风力机spar平台的系泊系统在正常运行海况下的受力最大系泊张力时域历程图，图6(a)是本发明的实施例中采用现有的系泊系统在百年一遇海况下的纵荡响应时域历程图，图6(b)是本发明的实施例中采用针对漂浮式风力机spar平台的漂浮式风力机spar平台的系泊系统的漂浮式风力机spar平台在百年一遇海况下的纵荡响应时域历程图，图7(a)是本发明的实施例中采用现有的系泊系统的漂浮式风力机spar平台在百年一遇海况下的受力最大系泊张力时域历程图，图7(b)是本发明的实施例中采用针对漂浮式风力机spar平台的漂浮式风力机spar平台的系泊系统的漂浮式风力机spar平台在百年一遇海况下的受力最大系泊张力时域历程图。

如图4(a)-图7(b)所示，本实施例的针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统100在两种海况下均能有效地减小纵荡响应并降低了系泊系统100受到的张力。

实施例的作用与效果

根据本实施例的针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统因为采用的分组分布的锚链-弹性索-锚链的形式具有分组分布系泊形式的优点，所以能够有效的减小漂浮式风力机系统动态响应的范围、增强系统在极端海况下的生产能力；因为采用的分组分布的锚链-弹性索-锚链的形式具有弹性锁系泊的优点，所以能够有效的减小系泊受到的张力，增加漂浮式风力机系统整体的安全性。因此，本发明的针对漂浮式风力机spar平台的系泊系统可以较平均地抵御外部风、浪、流的载荷，以减小漂浮式风力机spar平台动态响应的范围以及增强系泊破损后的生存能力，还通过采用锚链-弹性索-锚链组合解决了分组分布系泊形式的安全系数过低的问题，另外，还可以应用于驳船平台、半潜平台等顺应式漂浮平台。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。