半潜型漂浮式风机基础、风机及其施工方法与流程

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种半潜型漂浮式风机基础、风机及施工方法。

背景技术：

随着全球对清洁的可再生能源的日益增长的需求，当前风能已成为商业化程度最高可再生清洁能源技术之一，并呈现蓬勃发展的态势，风电逐渐从陆地走向海洋，从近海走向远海。然而，固定式的海上风机因为技术和经济问题，其运用被限制在50m水深以内的海域，为了获得更优质的风能以及拓展风能发展的空间资源，半潜型漂浮式风机技术近年来得到广泛关注。

但当前的大多数漂浮式风机设计中，浮体的稳性和经济性难以取得较好的平衡、在浅水海域中的锚链悬空长度不足、对不同水深变化的适应性较差、小杆件过多导致制造繁琐和结构疲劳损伤问题突出等。

技术实现要素：

基于此，有必要针对目前传统技术的问题，提供一种半潜型漂浮式风机基础、风机及施工方法。

一种半潜型漂浮式风机基础，包括：

底浮箱；

中心立柱，设置在所述底浮箱的中心上；

多个斜立柱，设置在所述底浮箱上并以所述中心立柱为中心均匀分布；所述斜立柱相对所述中心立柱向外倾斜，且各所述斜立柱与所述中心立柱之间连接有横向支撑件；

垂荡板，设置在所述底浮箱的底部上；及

多组锚链，分别连接多个所述斜立柱的顶端上。

上述半潜型漂浮式风机基础的斜立柱相对中心立柱向外倾斜，有利于增加半潜型漂浮式风机基础垂向的水动力回复力矩和提高半潜型漂浮式风机基础的横倾稳性；锚链与斜立柱的顶端连接，增加了锚链悬空段长度以及锚链的回复力矩的力臂长度，有效提高了锚链对半潜漂型浮式风机基础的约束作用，增强了锚链在浅水海域的适用性；垂荡板增加了半潜型漂浮式风机基础的垂向运动的阻尼，还可以优化半潜型漂浮式风机基础的首摇运动性能。由此，半潜型漂浮式风机基础的结构形式简单，无过多的小构件，结构受力与传递合理，有利于提高半潜型漂浮式风机基础的抗疲劳性能，具有很好的经济性和拓展性。

在其中一个实施例中，还包括配重块，所述配重块连接在所述垂荡板的下方。

在其中一个实施例中，所述斜立柱的数量为三个，所述底浮箱为y字结构，所述斜立柱分别设置在所述底浮箱的端部上。

在其中一个实施例中，所述底浮箱包括三个子浮箱，三个所述子浮箱的一端相连形成中心点，且三个所述子浮箱之间等角度分布；所述斜立柱的底端分别与所述子浮箱远离所述中心点的一端连接，所述中心立柱的底端与所述中心点连接。

在其中一个实施例中，所述子浮箱为中空结构，所述子浮箱内部设置有多个第一舱壁，多个所述第一舱壁将所述子浮箱的内部空间分隔成多个第一舱室。

一种半潜型漂浮式风机，包括风机本体及上述所述的半潜型漂浮式风机基础，所述风机本体安装在所述中心立柱上。

在其中一个实施例中，所述风机本体包括塔筒、机电组件及桨叶组件，所述塔筒的底端与所述中心立柱的顶端连接，所述机电组件安装在所述塔筒的顶端上，所述桨叶组件与所述机电组件连接。

一种半潜型漂浮式风机的施工方法，基于上述所述的半潜型漂浮式风机，所述半潜型漂浮式风机的施工方法包括以下步骤：

将所述底浮箱设置在所述垂荡板上，形成第一半组装体；

将所述中心立柱及多个所述斜立柱安装在所述第一半组装体的底浮箱上，形成第二半组装体；

将所述第二半组装体的所述中心立柱与各所述斜立柱之间分别通过所述横向支撑件连接，形成第三半组装体；

将所述第三半组装体运输至预设部署海域的附近码头；

将所述风机本体安装在所述第三半组装体的中心立柱上，形成组装体，

将所述组装体运输至预设部署海域；

采用预先调节好的多组所述锚链连接所述组装体及海床，以形成半潜型漂浮式风机；

调节所述半潜型漂浮式风机的压载直至所述半潜型漂浮式风机达到预设的吃水深度。

在其中一个实施例中，在所述将所述第三半组装体运输至预设部署海域的附近码头的步骤中，采用拖船将所述第三半组装体湿拖至预设部署海域的附近码头。

在其中一个实施例中，在所述将所述组装体运输至预设部署海域的步骤中，采用拖船将所述组装体湿拖至预设部署海域。

附图说明

图1为本发明第一实施例的半潜型漂浮式风机的结构示意图；

图2为图1半潜型漂浮式风机的半潜型漂浮式风机基础的结构示意图；

图3为本发明第二实施例的半潜型漂浮式风机的结构示意图；

图4至图10为本发明半潜型漂浮式风机的施工方法的流程图。

附图中各标号的含义为：

半潜型漂浮式风机基础100，底浮箱10，子浮箱11，中心立柱20，第一柱体21，第二柱体22，斜立柱30，导缆件31，横向支撑件40，垂荡板50，平板51，弧形部52，锚链60，配重块70，连接链80，风机本体200，塔筒210，机电组件220，桨叶组件230，轮毂240，桨叶250，第一半组装体300，第二半组装体400，第三半组装体500，第四半组装体600，组装体700，半潜型漂浮式风机800。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

请参考图1至图2，为本发明第一实施例的半潜型漂浮式风机，包括半潜型漂浮式风机基础100及安装在半潜型漂浮式风机基础100上的风机本体200。半潜型漂浮式风机基础100包括底浮箱10、中心立柱20、多个斜立柱30、垂荡板50及多组锚链60。中心立柱20设置在底浮箱10的中心上，风机本体200安装在中心立柱20上。多个斜立柱30设置在底浮箱10上并以中心立柱20为中心均匀分布；斜立柱30相对中心立柱20向外倾斜，且各斜立柱30与中心立柱20之间连接有横向支撑件40。垂荡板50设置在底浮箱10的底部上，即底浮箱10设置在垂荡板50的上表面上。多组锚链60分别连接多个斜立柱30的顶端上，锚链60用于连接海床，实现所述的半潜型漂浮式风机一定程度的运动与空间约束。

上述半潜型漂浮式风机，半潜型漂浮式风机基础100的斜立柱30相对中心立柱20向外倾斜，有利于增加半潜型漂浮式风机基础100垂向的水动力回复力矩和提高半潜型漂浮式风机基础100的横倾稳性；锚链60与斜立柱30的顶端连接，增加了锚链60悬空段长度以及锚链60的回复力矩力臂长度，有效提高了锚链60对半潜型漂浮式风机基础100的约束作用，增强了锚链在浅水海域的适用性；垂荡板50可以用于提供浮力，还可以增加垂向运动的阻尼，还可以优化半潜型漂浮式风机基础100的首摇运动性能。由此，半潜型漂浮式风机基础100的结构形式简单，无过多的小构件，结构受力与传递合理，有利于提高半潜型漂浮式风机基础100的抗疲劳性能，具有很好的经济性和拓展性。

底浮箱10可采用钢制材料或预应力钢筋混凝土制成。底浮箱10的结构形式可以为多种，可以根据斜立柱30的数量进行设置；具体到本实施例中，斜立柱30的数量为三个，底浮箱10呈y字形，斜立柱30分别设置在底浮箱10的端部上。具体地，底浮箱10包括三个子浮箱11，三个子浮箱11的一端相连形成中心点，且三个子浮箱11之间等角度分布。进一步地，且三个子浮箱11呈120°分布，即相邻两个子浮箱11之间的角度为120度。斜立柱30的底端分别与子浮箱11远离中心点的一端连接，从而三个斜立柱30环绕中心立柱20等距离间隔排开围成一个正三角形，中心点为正三角形的中心位置，中心立柱20的底端与中心点连接，由此，使得半潜型漂浮式风机基础的整体呈三角体设置，有效提高结构整体的稳定性。

进一步地，子浮箱11为中空结构，子浮箱11内部设置有多个第一舱壁，多个第一舱壁将子浮箱11的内部空间分隔成多个第一舱室，第一舱室内的压载物为液体，如水，第一舱室的压载可调节，从而可根据不同的工作状态，可进行调节第一舱室的压载以半潜型漂浮式风机达到预设的吃水深度。进一步地，每个第一舱壁上设置有第一水平加强筋和第一竖向加强筋，第一水平加强筋及第一竖向加强筋有利于加强子浮箱11的强度。

中心立柱20可采用钢材或预应力钢筋混凝土材料制成。中心立柱20的形状可以为多种形式，如中心立柱20可以是圆柱体、矩形体、三角柱或其他异形体。具体到本实施例中，中心立柱20包括设置在底浮箱10上的第一柱体21及设置在第一柱体21上的第二柱体22；第一柱体21的横截面自底浮箱10朝第二柱体22方向逐渐变小，有利于提高中心立柱20的稳定性，即有利于提高中心立柱20的载荷，同时有利于改善第一柱体21上的载荷传递至底浮箱10的均匀性，有效防止底浮箱10的受力集中。进一步地，第一柱体21为圆台柱，第二柱体22为圆柱体。

斜立柱30可采用钢制材料或预应力钢筋混凝土制成。斜立柱30的形状可以为多种形式，如斜立柱30可以是圆柱体、矩形体、三角柱或其他异形体。具体到本实施例中，斜立柱30为圆柱体，斜立柱30朝向中心立柱20的一侧与底浮箱10之间所形成为角为钝角，斜立柱30背离中心立柱20的一侧与底浮箱10之间所形成的角为锐角。在本实施中，斜立柱30朝向中心立柱20的一侧与底浮箱10之间所形成为角为120°，则斜立柱30背离中心立柱20的一侧与底浮箱10之间所形成的角为60°。

在一些实施例中，斜立柱30为中空结构，斜立柱30内部设置有多个第二舱壁，多个第二舱壁将斜立柱30的内部空间分隔成多个第二舱室，位于斜立柱30底层的第二舱室的压载固定，且位于斜立柱30底层的第二舱室的压载物可以是混凝土、矿砂或砂石；位于斜立柱30中层及顶层的第二舱室的压载可调节，位于斜立柱30中层及顶层的第二舱室的压载物为液体，如水。进一步地，每个第二舱壁上设置有第二水平加强筋和第二竖向加强筋，第二水平加强筋及第二竖向加强筋有利于加强斜立柱30的强度。

在一些实施例中，横向支撑件40为圆柱体或矩形体。

垂荡板50的形状与底浮箱10的形状相配，且垂荡板50的面积大于底浮箱10的面积，有利于进一步增加垂向运动的阻尼。具体到本实施例中，垂荡板50也呈y形，且垂荡板50的边侧延伸出底浮箱10。具体地，垂荡板50包括三个平板51，三个平板51的一端重合，且三个平板51的一端相连，且三个平板51相连的一端与中心点对应设置，三个子浮箱11分别设置在三个平板51上，且平板51的两侧延伸出子浮箱11，平板51远离中心点的一端为弧形部52，弧形部52的周侧延伸出子浮箱11远离中心点的一端的端部。在本实施中，垂荡板50与底浮箱10一体成型制成，稳定性好。

在本实施例中，由于斜立柱30的数量为三个，则锚链60的数量也为三组；由于三个子浮箱11呈120°分布，则三组锚链60也呈120°分布。每组锚链60的锚链数量可根据具体工况要求设置，一般地，每组锚链60的锚链数量为1-3根。根据具体水深范围，锚链60可采用重力式悬链线锚泊或张紧式锚泊或混合式锚泊。当半潜型漂浮式风机基础在100m以下的浅水区工作时，可以在锚链60的中部设置悬挂式配重块，以增加锚链60的垂向回复刚度。

在一些实施例中，斜立柱30的顶端设置有导缆件31，导缆件31上设有导缆孔，锚链60的一端与导缆件31上的导缆孔连接，锚链60的另一端连接海床。

风机本体200包括塔筒210、机电组件220及桨叶组件230，塔筒210的底端与中心立柱20的顶端连接；进一步地，塔筒210的底端通过法兰与中心立柱20的顶端固定连接。机电组件220安装在中心立柱20的顶端上，机电组件220可绕塔筒210的中心轴线旋转进行偏航运动。桨叶组件230与机电组件220连接，桨叶组件230包括连接机电组件220的轮毂240及连接轮毂240的桨叶250，桨叶250在海风的吹动下旋转以捕获风能。

在一些实施例中，斜立柱30的外周测上设置有爬梯和防撞件，可进行运维船舶的停靠和运维人员的登陆。横向支撑件40上设有走廊通道，登船人员可通过斜立柱30的爬梯登至斜立柱30的顶端上，并通过横向支撑件40上的走廊通道进入塔筒210。

请参考图3(图3的底部显示不清，有线段未显示出来)，为本发明第二实施例的半潜型漂浮式风机，包括半潜型漂浮式风机基础100及安装在半潜型漂浮式风机基础100上的风机本体200。半潜型漂浮式风机基础100包括底浮箱10、中心立柱20、多个斜立柱30、垂荡板50及多组锚链60。中心立柱20设置在底浮箱10的中心上，风机本体200安装在中心立柱20上。多个斜立柱30设置在底浮箱10上并以中心立柱20为中心均匀分布；斜立柱30相对中心立柱20向外倾斜，且各斜立柱30与中心立柱20之间连接有横向支撑件40。垂荡板50设置在底浮箱10的底部上，即底浮箱10设置在垂荡板50的上表面上。多组锚链60分别连接多个斜立柱30的顶端上。本实施例与第一实施例的不同点在于，半潜型漂浮式风机基础还包括配重块70，配重块70连接在垂荡板50的下方，通过配备配重块70，可有效降低半潜型漂浮式风机的重心，从而提高半潜型漂浮式风机的稳性，使得该半潜型漂浮式风机可以在100m以上的深水区工作。可以理解地，而当半潜型漂浮式风机基础在100m以上的深水区工作时，可以通过配备配重块70增加整体重量，以降低半潜型漂浮式风机的重心。当半潜型漂浮式风机基础在100m以下的浅水区工作时，无需配备配重块70，可以通过调节子浮箱11的第一舱室的压载和斜立柱30中层及顶层的第二舱室的压载，以使半潜型漂浮式风机达到预设的吃水深度。

配重块70的结构可以为圆形块、三角块及方形块等，配重块70内设置有压载舱，压载舱内的压载可以是固定压载，也可以是可调节压载，根据需求进行设计。配重块70与垂荡板50之间连接有连接链80，即配重块70通过连接链80悬挂在垂荡板50的下方。连接链80的数量为多条，以增加配重块70与垂荡板50连接的稳定性，连接链80的一端与配重块70的边侧可拆卸连接，连接链80的另一端与垂荡板50的边侧可拆卸连接。具体到本实施例中，连接链80的数量为六条，配重块70的边侧均匀设有三个连接孔，平板51远离中心点的一端设有安装孔，每个连接孔可与两条连接链80的一端连接，两条连接链80的另一端分别连接相邻两个平板51上的安装孔，即每个安装孔与两条连接链连接。更进一步地，连接链80的两端设置有挂钩，连接链80两端分别通过挂钩与连接孔及安装孔连接，实现连接链80与配重块70及垂荡板50的可拆卸连接。本实施例中，连接链80为钢链材料。

请参考图4至图10，本发明提供一种半潜型漂浮式风机的施工方法，基于上述半潜型漂浮式风机，包括以下步骤：

步骤s10：如图4所示，将底浮箱10设置在垂荡板50上，形成第一半组装体300；

步骤s20：如图5所示，将中心立柱20及多个斜立柱30安装在第一半组装体300的底浮箱10上，形成第二半组装体400；

步骤s30：如图6所示，将第二半组装体400的中心立柱20与各斜立柱30之间分别通过横向支撑件40连接，形成第三半组装体500；

步骤s40：如图8所示，将第三半组装体500运输至预设部署海域的附近码头；

步骤s50：将风机本体200安装在第三半组装体500的中心立柱20上，形成组装体700；

步骤s60：将组装体700运输至预设部署海域；

步骤s70：如图9所示，采用预先调节好的多组锚链60连接组装体700及海床，以形成半潜型漂浮式风机800。

步骤s80：调节半潜型漂浮式风机的压载直至半潜型漂浮式风机达到预设的吃水深度。

需要说明的是，步骤s10至步骤s30均在船坞上进行。在步骤s40中，采用拖船将第三半组装体500湿拖至预设部署海域的附近码头，有效降低运输难度。同理，在步骤s60中，也是采用拖船将组装体700湿拖至预设部署海域，运输方便。

请参考图7及图8，步骤s50的具体步骤为：

步骤s51：将塔筒210的底端与第三半组装体500的中心立柱20的顶端连接，形成第四半组装体600。具体地，塔筒210的底端通过法兰与中心立柱20的顶端固定连接。

步骤s52：将机电组件220安装在第四半组装体600的塔筒210的顶端上，将桨叶组件230与机电组件220连接，形成组装体700。

在步骤s51之前还包括将塔筒210、机电组件220及桨叶组件230运输至预设部署海域的附近码头，通过对风机本体200分三部分运输，有效减少占用面积。

请参考图10，在一些实施例中，若预设部署海域为100m以上的深水区，则在步骤s70与步骤s80之间还包括步骤:将配重块70悬挂在垂荡板50的下方。具体地，配重块70与垂荡板50之间连接有连接链80，连接链80的数量为多条，连接链80的一端与配重块70的边侧可拆卸连接，连接链80的另一端与垂荡板50的边侧可拆卸连接，从而半潜型漂浮式风机可以在100m以上的深水区域与100m以下的浅水区域之间切换，即当半潜型漂浮式风机从100m以上的深水区域转移至100m以下的浅水区域时，可将配重块70拆除；当半潜型漂浮式风机从100m以下的浅水区域转移至100m以上深水区域时，可将配重块70装上，操作方便。

本发明的半潜型漂浮式风机的施工方法，先在船坞上将第三半组装体500组装好，再将第三半组装体500、塔筒210、机电组件220及桨叶组件230运输至靠近预设部署海域的码头上，通过将第三半组装体500、塔筒210、机电组件220及桨叶组件230可分开运输，有效减少占用空间，减少运输难度和运输成本；且通过在靠近预设部署海域的码头上将第三半组装体500、塔筒210、机电组件220及桨叶组件230进行组装，形成组装体700后，再将组装体700运输至预设部署海域，相对在预设部署海域上进行组装，有效减少工作强度、施工时间和降低施工成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。