浮动式风机系泊系统、海上风力发电机组及其安装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种浮动式风机系泊系统、海上风力发电机组及其安装方法，属于风力发电技术领域。
【背景技术】
[0002]在50米以上深海区域，可开发利用的风资源更多更优质，市场前景也更广阔。要开发这些海域的深海风电场，按照目前近海风电场普遍采用的各种贯穿粧结构固定在海底的做法将不具备优势，因为随着水深的增加，固定式基础成本直线上升，固定式海上风机建造运维成本比浮动式更高。因此，为了使海上风电场的建设可以向深海区发展，需要开发经济实用的浮动式风力发电机，目前，如何开发运动特性优异、结构紧凑、经济实用的浮动式风机基础及其系泊系统成为开发浮动式风机最关键的课题。
[0003]应用于海上风电领域的浮动式风机基础，承受的载荷不同于传统的海油工程中的移动式平台，浮动式海上风机基础除了承受风浪流的联合作用外，还要承受风机这一高耸结构运行时所引起的陀螺回转效应，倾覆力矩Mx、My以及绕垂直轴的扭矩M z，整个风机会产生六个自由度的剧烈运动，包括X、Y和Z轴的轴向移动和绕轴的摆动，给风机的变桨和偏航控制系统带来巨大挑战，会影响到风机的正常运行，影响发电量，甚至会危及整个系统结构的安全性，为控制浮动式风机的运动，除了对浮动式基础自身的运动性进行提高外，还需要匹配性能优异、成本具有竞争力的系泊系统。
[0004]现有的浮动式风机所采用的系泊系统都是继续沿用了海油工程领域的悬链线系泊或者张力腿系泊系统，这些系泊系统的特点是重块与浮动基础之间是刚性连接整体上呈一体结构或者重块内置于浮动基础中，而浮动式基础(或者浮动基础与重块构成的整体)再通过缆索直接连接到海底的第四缆索固定部上。
[0005]现有技术的系泊系统具有如下缺陷:整体重心偏高，抗风浪能力差，整体稳定性差。
【发明内容】
[0006]本发明实施例的目的在于提供一种浮动式风机系泊系统，以降低整体重心，提高抗风浪能力和稳定性，提尚安全性。
[0007]为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种浮动式风机系泊系统，其包括一个刚性重块和浮动基础，所述浮动基础上设置有多个第一缆索固定部，所述刚性重块上设置有多个第二缆索固定部和多个第三缆索固定部，所述多个第一缆索固定部与所述多个第二缆索固定部通过第一缆索对应连接，所述多个第三缆索固定部通过第二缆索与设置于海底的第四缆索固定部连接。
[0008]进一步地，所述第一缆索固定部的数量至少为三个，均位于同一第一平面上且位于同一第一圆周上，所述多个第一缆索固定部均匀分布在所述第一圆周上，
[0009]所述第二缆索固定部的数量与所述第一缆索固定部的数量相等，均位于同一第二平面上且位于同一第二圆周上，所述多个第二缆索固定部均匀分布在所述第二圆周上，
[0010]在所述第一缆索拉紧且所述浮动基础和所述刚性重块呈水平的状态下，所述第一圆周的圆心和所述第二圆周的圆心均位于所述浮动基础的中心轴线上。
[0011]进一步地，第三缆索固定部的数量与所述第一缆索固定部和所述第二缆索固定部的数量相等，多个所述第三缆索固定部均位于同一第三平面上且位于同一第三圆周上，在所述第一缆索拉紧且所述浮动基础和所述刚性重块呈水平的状态下，所述第三圆周的圆心位于所述浮动基础的中心轴线上。
[0012]进一步地，所述第四缆索固定部的数量为多个，与所述第三缆索固定部通过第二缆索对应连接，所述第四缆索固定部均位于同一第四平面上且位于同一第四圆周上，在所述第一缆索和所述第二缆索拉紧且所述浮动基础和所述刚性重块呈水平的状态下，所述第四圆周的圆心位于所述浮动基础的中心轴线上。
[0013]可选地，所述第二缆索与海底呈30-60度角。
[0014]进一步地，所述第一缆索在张紧状态下呈竖直向下状态。
[0015]进一步地，所述第一缆索固定部和所述第二缆索固定部之间连接有多根所述第一缆索，所述多根第一缆索彼此平行。
[0016]进一步地，多个所述第二缆索整体上以径向辐射的形式与所述第四缆索固定部连接。
[0017]优选地，所述刚性重块位于所述浮动基础下方10-20米处。
[0018]进一步地，所述刚性重块的重量为所述浮动基础的设计排水量的25% -35%。
[0019]优选地，所述浮动基础在水平面上的投影整体上呈三角形，三角形的三个顶点处设置有端部立柱，所述第一缆索固定部位于所述端部立柱上。
[0020]进一步地，在所述浮动基础的中心轴线上设置有中心立柱，所述中心立柱与所述立柱之间通过多根杆件连接在一起。
[0021]进一步地，所述第一缆索固定部包括设置在所述浮动基础上的卷扬机、导缆滑轮以及止链器，所述导缆滑轮设置在所述端部立柱上，所述第一缆索通过所述导缆滑轮与所述卷扬机连接，所述卷扬机用于调整所述第一缆索的长度，所述止链器用于锁定所述第一缆索。
[0022]进一步地，所述浮动基础的中心轴线上设置有中心立柱，所述刚性重块的中心轴线上设置有定位孔，所述刚性重块的中心轴线与所述浮动基础的中心轴线在一条直线上，所述中心立柱能够插入到所述定位孔中。
[0023]进一步地，所述刚性重块整体上呈Y形，并且刚性重块的三条边结构相同，三条边之间的夹角为120度，在所述第一缆索拉紧且所述浮动基础和所述刚性重块呈水平的状态下，所述刚性重块的中心位于所述浮动基础的中心轴线上。
[0024]进一步地，所述第二缆索固定部位于所述刚性重块的Y形的三条边的上表面的端部，所述第三缆索固定部位于所述刚性重块的三条边的下表面的端部。
[0025]进一步地，所述刚性重块包括位于中心处的中心重块和三个第一端部重块，所述中心重块通过连接杆与所述三个第一端部重块分别连接，形成整体上为Y形的刚性重块。
[0026]可选地，所述中心重块为Y形，所述第一端部重块为矩形。
[0027]进一步地，所述刚性重块整体上呈等边三角形，在所述第一缆索拉紧且所述浮动基础和所述刚性重块呈水平的状态下，所述刚性重块的中心位于所述浮动基础的中心轴线上。
[0028]进一步地，所述刚性重块包括三个第二端部重块，所述三个第二端部重块之间通过连接杆连接，形成整体上呈三角形的刚性重块。
[0029]可选地，所述第四缆索固定部为吸力锚或者打粧锚。
[0030]此外，本发明的实施例还提供了一种海上风力发电机组，该风力发电机组具有如上任一所述的浮动式风机系泊系统。
[0031]另外，本发明的实施例还提供了一种海上风力发电机组的安装方法，所述海上风力发电机组包括如上任一所述的浮动式风机系泊系统，所述安装方法包括:
[0032]组装步骤:在陆地上将所述浮动基础与所述刚性重块之间通过所述第一缆索连接，并且收紧所述第一缆索，使所述浮动基础与所述刚性重块能够一体运输，并且将海上风力发电机组的其它部件进行拼装形成完整的海上风力发电机组；
[0033]运输步骤:将所述海上风力发电机组运输到指定的海上位置；
[0034]重块下放步骤:将所述浮动基础放置于海上，并且放开所述第一缆索，使所述刚性重块下降至海平面下指定深度；
[0035]海底固定步骤:将所述刚性重块通过所述第二缆索固定在海底的第四缆索固定部上。
[0036]进一步地，浮动式风机系泊系统为上述的浮动式风机系泊系统，其中，
[0037]在所述组装步骤中，通过设置在所述端部立柱上的卷扬机来收紧所述第一缆索，并且将所述浮动基础的中心立柱插入到所述刚性重块的定位孔中，使所述浮动基础与所述刚性重块连接为一体；
[0038]在所述重块下放步骤中，通过控制所述卷扬机使所述刚性重块下降至海平面下指定深度；
[0039]在所述海底固定步骤之后，微调所述卷扬机，使所述第一缆索以及所述第二缆索达到预紧力的设计值。
[0040]本发明实施例的浮动式风机系泊系统、海上风机及其安装方法，采用了将刚性重块通过缆索连接在浮动基础下方的结构，刚性重块本身能够将多个缆索固定部的受力均衡到整个刚性重块上，使得浮动基础能够在风浪中保持平稳，防止了风机大幅度运动甚至倾覆，同时刚性重块又设置在浮动基础下方的一定的距离处，从而能够降低整个系泊系统的重心，同样能够大幅提高整体抗风浪能力，降低安全隐患。
【附图说明】
[0041]图1为本发明实施例的系泊系统的结构示意图之一；
[0042]图2为本发明实施例的系泊系统的结构示意图之二 ；
[0043]图3为本发明实施例的系泊系统的结构示意图之三；
[0044]图4为本发明实施例的系泊系统的结构示意图之四；
[0045]图5为本发明实施例的系泊系统的结构示意图之五。
[0046]附图标号说明:
[0047]1-刚性重块；11-第二缆索固定部；12-第三缆索固定部；13-定位孔；2_浮动基础；21-第一缆索固定部；22_端部立柱；23_中心立柱；24_杆件；3_第一缆索；4_第二缆索；5_中心重块；6_第一端部重块；7_连接杆；8_第二端部重块；9_风机。
【具体实施方式】
[0048]为了便于区分，在本发明实施例中，将固定在浮动基础以上的部分称为风力发电机组(以下简称风机)，将浮动基础和刚性重块构成的整体称作系泊系统，将包含风力发电机组、浮动基础以及刚性重块在内的整体称作海上风力发电