一种双风轮浮式风力机和多体桁架式平台

1.本发明属于海上浮式风电装备技术领域，特别是涉及一种双风轮浮式风力机和多体桁架式平台。


背景技术：

2.海上优质风能资源丰富，近海海域资源趋于饱和，深远海风能资源开发潜力巨大。传统固定基础风力机已不能适应复杂海洋环境，浮式风力机是未来风能技术发展的必然趋势。常规的海上风电场必须建立在相对较浅、靠紧陆地的水域，若在水深超过一百米的海域建立固定式平台，将会大大提高平台的建筑成本。为克服这一局限性，浮式平台能够极大地拓展风力机安装海域，能够最大程度开发海上风能资源，开拓可开发海域的同时，浮式平台具有开发周期短、对环境更友好的特点。
3.浮式风电平台适用于远海、深海等多种海域，可以拆解，易于运输、安装。可极大地降低了成本，更具有经济性优势。
4.现今市面上投入使用的海上浮式风电平台多为钢结构平台。钢结构平台总体积大而笨重，且建造的费用高昂。此外，钢材正在潮湿的环境容易锈蚀，耐腐蚀性差且在使用期间需要定期进行维护因而产生大量运维费用。然而，混凝土浮体与传统钢制浮体相比，成本可降低四分之三，减少平台构建总成本。混凝土外壳和内部蜂窝结构有效减小浮体重量，这也是自然界中最坚固的结构之一，并且大部分原材料将在当地采购，浮体可拖曳到安装现场，大大提升了安装效率。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的问题是：克服现有半潜式平台技术的不足和单风轮风力机效率低的缺点，提供一种结合双风轮风力机和多体桁架式平台的深远海浮式风力机解决方案，它利用混泥土结构和稳定装置降低了浮式风力机整体重心，提高了整机的稳定性、可靠性和耐久性。具有效率高、可靠性高、重量轻、成本低、耐腐蚀性能好、稳定性强等特点，并能有效适应海上复杂环境。
6.为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种双风轮浮式风力机和多体桁架式平台，它包括用于对整个风力机进行漂浮式支撑的桁架式浮动支撑平台；所述桁架式浮动支撑平台的中心部位固定有中间立柱，中间立柱的顶端固定安装有风力机支撑塔筒；风力机支撑塔筒的顶端固定有风力机双风轮和机舱；中间立柱的底端固定有用于对整个平台进行稳定的风力机稳定装置；所述桁架式浮动支撑平台上连接有系泊装置。
7.所述桁架式浮动支撑平台包括三组成对布置的上浮筒和抗垂荡浮筒；三个所述上浮筒分别位于等边三角形的三个顶点，中间立柱位于此等边三角形中心位置，采用圆柱形式；三个上浮筒之间分别用第一横撑结构连接，中间立柱与三个周边上浮筒之间分别用斜撑结构连接。
8.所述抗垂荡浮筒位于上浮筒下方；三个抗垂荡浮筒与中间立柱之间分别用第二横
撑结构进行连接；所述第一横撑结构、斜撑结构和第二横撑结构构成三角桁架结构，进而形成九个三角形稳定结构。
9.所述风力机支撑塔筒与中间立柱之间通过基础法兰固定相连。
10.所述上浮筒和抗垂荡浮筒为混凝土浮体；所述第一横撑结构、第二横撑结构和斜撑结构所用材料为高强铝合金。
11.所述风力机双风轮为双风轮结构，且两个风轮叶片尺寸相同，相邻两叶片间呈一百二十度安装排列，用于捕获来自不同方向的入流风；前后两个风轮的叶片呈六十度安装排列。
12.所述系泊装置分别安装在桁架式浮动支撑平台的上浮筒上，共六根锚链以两根为一组，分别连接在三个上浮筒的上表面中心位置，且每个上浮筒上的两根锚链之间呈六十度放置。
13.所述风力机稳定装置包括固定在中间立柱底端的桁架结构，桁架结构上固定有多块不同高度的垂荡板，最下方的垂荡板底端固定有压载舱。
14.所述桁架结构、垂荡板和压载舱所用材料为高强铝合金；所述压载舱的高度低于桁架式浮动支撑平台的抗垂荡浮筒的高度。
15.所述上浮筒直径小于抗垂荡浮筒直径。
16.本发明有如下有益效果：1、本发明所用海上浮式风电机组为双风轮结构，有效增加了风力机捕风面积，提高了风力机发电效率和容量。
17.2、本发明的主要构件都采用圆形截面，有效降低波浪载荷和减小水线面积，提高了多体桁架式平台的水动力稳定性。
18.3、本发明采用钢混结构，既保证了平台的结构强度，又降低了平台重量和建造成本，还增强了平台的耐腐蚀性，极大地延长了风力机的服役寿命。
19.4、本发明采用桁架结构，杆件主要承受拉力和压力，可以充分发挥材料的力学特性，既可以降低风力机整机重量，又可以节约了建造成本。同时，垂荡板作为一种被动抑制装置，能增加浮式支撑平台附加质量，进而降低整机的固有频率和整体重心，从而减小浮式支撑平台的大幅运动，极大地增强了平台稳定性。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
21.图1是本发明的立体结构示意图。
22.图2是本发明的立体结构示意图。
23.图3是本发明的俯视图。
24.图4是本发明的风力机稳定装置主视图。
25.图中：风力机双风轮1、风力机支撑塔筒2、上浮筒3、抗垂荡浮筒4、第一横撑结构5、第二横撑结构6、斜撑结构7、基础法兰8、中间立柱9、桁架结构10、垂荡板11、压载舱12、系泊装置13。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
27.实施例1：参见图1-4，一种双风轮浮式风力机和多体桁架式平台，它包括用于对整个风力机进行漂浮式支撑的桁架式浮动支撑平台；所述桁架式浮动支撑平台的中心部位固定有中间立柱9，中间立柱9的顶端固定安装有风力机支撑塔筒2；风力机支撑塔筒2的顶端固定有风力机双风轮1和机舱；中间立柱9的底端固定有用于对整个平台进行稳定的风力机稳定装置；所述桁架式浮动支撑平台上连接有系泊装置13。通过采用上述的平台能够有效的增强对风机支撑的可靠性，可以实现风力机发电效率高、重量轻、服役可靠性高、稳定性强等，并能有效适应海上复杂环境。通过位于底部的风力机稳定装置，进一步增强了平台的稳定性。
28.进一步的，所述桁架式浮动支撑平台包括三组成对布置的上浮筒3和抗垂荡浮筒4；三个所述上浮筒3分别位于等边三角形的三个顶点，中间立柱9位于此等边三角形中心位置，采用圆柱形式；三个上浮筒3之间分别用第一横撑结构5连接，中间立柱9与三个周边上浮筒3之间分别用斜撑结构7连接。通过采用上述的桁架式浮动支撑平台其采用等边三角形结构，达到的增加了整个平台的稳定性，使其能够尽可能的漂浮在海面。
29.进一步的，所述抗垂荡浮筒4位于上浮筒3下方；三个抗垂荡浮筒4与中间立柱9之间分别用第二横撑结构6进行连接；所述第一横撑结构5、斜撑结构7和第二横撑结构6构成三角桁架结构，进而形成九个三角形稳定结构。
30.进一步的，所述风力机支撑塔筒2与中间立柱9之间通过基础法兰8固定相连。通过上述的基础法兰8保证了两者连接的可靠性。
31.进一步的，所述上浮筒3和抗垂荡浮筒4为混凝土浮体；所述第一横撑结构5、第二横撑结构6和斜撑结构7所用材料为高强铝合金。它利用混凝土结构和稳定装置降低了浮式风力机整体中心，提高了整机的稳定性、可靠性和耐久性。
32.进一步的，所述风力机双风轮1为双风轮结构，且两个风轮叶片尺寸相同，相邻两叶片间呈一百二十度安装排列，用于捕获来自不同方向的入流风；前后两个风轮的叶片呈六十度安装排列。通过上述的结构提高了发电效率。
33.进一步的，所述系泊装置13分别安装在桁架式浮动支撑平台的上浮筒3上，共六根锚链以两根为一组，分别连接在三个上浮筒3的上表面中心位置，且每个上浮筒3上的两根锚链之间呈六十度放置。而且每个上浮筒两根锚链夹角的平分线之间为一百二十度。
34.进一步的，所述风力机稳定装置包括固定在中间立柱9底端的桁架结构10，桁架结构10上固定有多块不同高度的垂荡板11，最下方的垂荡板11底端固定有压载舱12。通过风力机稳定装置，增强了整个平台底部的稳定性。
35.进一步的，所述桁架结构10、垂荡板11和压载舱12所用材料为高强铝合金；所述压载舱12的高度低于桁架式浮动支撑平台的抗垂荡浮筒4的高度。
36.进一步的，所述上浮筒3直径小于抗垂荡浮筒4直径。抗垂荡浮筒浸没在海水中，上浮筒部分露出水面。
37.本发明的工作过程和原理：具体工作过程中，整个桁架式平台通过桁架式浮动支撑平台将整个风力机漂浮支撑在海面，通过风力机稳定装置进一步增强整个平台支撑的稳定性，发电过程中，通过两个
风轮叶片捕获来自不同方向的入流风，提高了发电效率。