一种海上漂浮式风电机组的制作方法

本技术涉及一种风力发电设备，具体而言，涉及一种海上漂浮式风电机组。

背景技术：

1、随着全球工业化进程的快速推进，人类对能源的需求不断提高，但长期以来，依靠煤、石油、天然气等传统不可再生资源不仅成本高，而且在开采及使用过程中产生大量有害物质，对环境安全和人类生存造成巨大危害。近年来，人们加大了对可再生能源的探索力度和研究深度，风能作为一种可持续发展的可再生能源，拥有节能环保、清洁无污染等优势，从而在全球范围内引起了极大的重视。

2、风力发电需要建造和发展大型风电场，在电力需求较高的大都市地区，由于陆上土地资源稀缺、风力资源有限、风速不平稳以及噪声扰民等诸多问题，且大都市区域往往集中在沿海地区，使得当前全球风电能研究热点已从陆地转移到海上。海上风电具有风速大、风垂直切变小、湍流强度小、有稳定的信号主导方向、年利用小时长等显著优势，使得海上风机的效率远高于陆地风机，海上风电的前景具有更大的潜能。

3、根据基础类型的不同可以将海上风机大体上分为两大类：一类是定桩式海上风机，适用于水深低于60米的近海海域；另一类是基于漂浮式平台的海上风机，适用于深海海域。近年来随着海上风机的单机功率大型化和海上风电场逐渐走向深海和远海，漂浮式风机技术成为热点研究方向之一，正不断地涌现出新的形式。然而，漂浮式风机相比陆上风机和定桩式海上风机存在更多的技术难题，一是在海洋环境中，同时受到风、浪、流等环境荷载的作用，使得风电机组产生纵摇和横摇运动，从而导致风机入流风速波动较大，气动荷载明显加大，引起发电机和机舱较大的简谐振动响应；二是由于波浪和洋流作用，导致塔架和漂浮式基础的共振，从而造成塔架和漂浮平台的结构疲劳与荷载响应。

4、目前，为了减小漂浮式风机的荷载影响并优化结构设计，通常选择在机舱中安装阻尼器，利用主动或被动结构控制，实现荷载优化控制。其中现有技术中常用的调谐质量阻尼器是一种由弹簧、质量块和阻尼器组成的常用减振系统，属于结构被动控制领域的常用装置。tmd具有恒定的参数且无能量输入，其被设计用来吸收整个结构在某一自然频率下的能量，基本原理就是通过结构间的相互运动来提供惯性力，反作用在结构上，达到结构的减振控制目的。

5、专利cn110155260a公开了一种适用于半潜式风力发电机的调谐质量阻尼器平台，该平台包括发电机结构、支撑组件及调谐质量阻尼器结构，发电机结构设置在支撑组件上，支撑组件为双层框架结构，发电机结构设置在支撑组件上，调谐质量阻尼器结构设置在支撑组件内。该方案设计的浮式平台结构较为复杂，且未提及在机舱内减振装置的设置情况。

6、专利cn104421107a公开了一种深海悬浮式风力发电机组，包括从上到下依次设置的风机结构、塔架和悬浮平台，风机结构包括横向依次连接的风机叶片、风机轴和风机机舱，在风机机舱和悬浮平台内均设有两组减振控制装置。该方案需安装的调谐质量阻尼器数量较多，占据了机舱和平台内的较多空间，造成安装难度较大；且阻尼器的体积和质量较小，减振效果非常有限，尤其对于漂浮平台的减振效果不明显。

7、鉴于以上技术问题，特推出本实用新型。

技术实现思路

1、本实用新型的主要目的在于提供一种海上漂浮式风电机组,用于减轻海上漂浮式风机的整体振动载荷，保证整机稳定，为风机正常运行及功率的稳定输出提供保障。

2、为了实现上述目的，本实用新型一种海上漂浮式风电机组，包括依次连接的风轮、机舱、塔架和漂浮平台，风电机组还包括宽频广域减振系统，宽频广域减振系统包括第一减振装置和第二减振装置，第一减振装置设置于漂浮平台内，第二减振装置设置于机舱内。

3、进一步的，第一减振装置和第二减振装置均为调谐质量阻尼器，共同作用减轻风电机组的整体振动载荷。

4、进一步的，漂浮平台为半潜式浮式基础，包括中心浮筒，中心浮筒位于漂浮平台的中心位置且与塔架底部连接，第一减振装置位于中心浮筒内。

5、进一步的，第一减振装置包括第一质量块和多个弹性阻尼杆，第一质量块通过多个弹性阻尼杆与中心浮筒的内壁连接。

6、进一步的，多个弹性阻尼杆沿第一质量块周向均匀分布。

7、进一步的，第一质量块吊装在中心浮筒内部的中心位置。

8、进一步的，漂浮平台还包括多个斜管和多个边浮筒，多个边浮筒沿中心浮筒周向均匀分布，每个边浮筒通过一个斜管与中心浮筒连接。

9、进一步的，第二减振装置与机舱的内壁连接，并且位置靠近塔架的中心线。

10、进一步的，第二减振装置在机舱内可沿风轮的轴线方向移动。

11、进一步的，第二减振装置包括第二质量块、弹性元件和阻尼器。

12、应用本实用新型的技术方案，至少实现了如下有益效果：

13、1、本申请通过在漂浮平台内设置第一减振装置，降低海浪导致漂浮平台的低频振动，同时在机舱内设置第二减振装置，降低风导致机舱-塔架的高频振动，从而形成风电机组的宽频广域减振系统，有效的抑制了风电机组的动态振动，提高了风电机组的抗波性能。

14、2、本申请通过在漂浮平台内设置调谐质量阻尼器，有效降低漂浮平台在海洋复杂环境作用下的结构疲劳与荷载响应，使得风机整机的疲劳特性得到了很好的控制，能够有效地延长风机系统的工作时间，具有良好的经济效益。

15、3、本申请通过调节中心浮筒内第一质量块的总质量，可将风机整机的浮心降低到重心以下，当漂浮平台发生倾斜时，重心和浮心之间形成回复力矩，可抵抗漂浮平台的倾斜运动，进而保证风电机组整机的稳定。

16、4、本申请通过设计多个边浮筒与中心浮筒连接，边浮筒内的压载舱室可根据漂浮平台的实时姿态进行压载水闭环调节，从而提高漂浮式风电机组受风荷载时的稳定性。

技术特征：

1.一种海上漂浮式风电机组，包括依次连接的风轮(1)、机舱(2)、塔架(3)和漂浮平台(4)，其特征在于：所述风电机组还包括宽频广域减振系统，所述宽频广域减振系统包括第一减振装置(5)和第二减振装置(6)，所述第一减振装置(5)设置于所述漂浮平台(4)内，所述第二减振装置(6)设置于所述机舱(2)内。

2.根据权利要求1所述的风电机组，其特征在于：所述第一减振装置(5)和所述第二减振装置(6)均为调谐质量阻尼器，共同作用减轻所述风电机组的整体振动载荷。

3.根据权利要求2所述的风电机组，其特征在于：所述漂浮平台(4)为半潜式浮式基础，包括中心浮筒(7)，所述中心浮筒(7)位于所述漂浮平台(4)的中心位置且与所述塔架(3)底部连接，所述第一减振装置(5)位于所述中心浮筒(7)内。

4.根据权利要求3所述的风电机组，其特征在于：所述第一减振装置(5)包括第一质量块(8)和多个弹性阻尼杆(9)，所述第一质量块(8)通过所述多个弹性阻尼杆(9)与所述中心浮筒(7)的内壁连接。

5.根据权利要求4所述的风电机组，其特征在于：所述多个弹性阻尼杆(9)沿所述第一质量块(8)周向均匀分布。

6.根据权利要求5所述的风电机组，其特征在于：所述第一质量块(8)吊装在所述中心浮筒(7)内部的中心位置。

7.根据权利要求3-6中的任一项所述的风电机组，其特征在于：所述漂浮平台(4)还包括多个斜管(10)和多个边浮筒(11)，所述多个边浮筒(11)沿所述中心浮筒(7)周向均匀分布，每个边浮筒(11)通过一个斜管(10)与所述中心浮筒(7)连接。

8.根据权利要求2所述的风电机组，其特征在于：所述第二减振装置(6)与所述机舱(2)的内壁连接，并且位置靠近所述塔架(3)的中心线。

9.根据权利要求8所述的风电机组，其特征在于：所述第二减振装置(6)在所述机舱(2)内可沿所述风轮(1)的轴线方向移动。

10.根据权利要求9所述的风电机组，其特征在于：所述第二减振装置(6)包括第二质量块(12)、弹性元件(13)和阻尼器(14)。

技术总结
本申请公开了一种海上漂浮式风电机组，包括依次连接的风轮、机舱、塔架和漂浮平台，风电机组还包括宽频广域减振系统，宽频广域减振系统包括第一减振装置和第二减振装置，第一减振装置设置于漂浮内，第二减振装置设置于机舱内。第一减振装置和第二减振装置共同作用，有效的抑制了风电机组的动态振动，提高了风电机组的抗波性能。

技术研发人员：马驰,刘震卿
受保护的技术使用者：中广核风电有限公司
技术研发日：20230214
技术公布日：2024/1/13