專利名稱：適應(yīng)于水深100米以下小水線面海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海上新能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電是世界上發(fā)展最快的綠色能源技術(shù)。在陸地風(fēng)電場建設(shè)快速發(fā)展的同時，人們已經(jīng)注意到陸地風(fēng)能利用所受到的一些限制，如占地面積大、噪聲污染等問題，而海上風(fēng)能具有風(fēng)速高、風(fēng)資源持續(xù)穩(wěn)定、發(fā)電量大等優(yōu)點，因此隨著海上風(fēng)電的發(fā)展，海洋將成為一個迅速發(fā)展的風(fēng)電市場。在海上風(fēng)電領(lǐng)域，水深分為三個區(qū)域淺海域(水深小于20米)，過渡海域(20米至五十米)，及深海域(大于五十米)。傳統(tǒng)的固定式基礎(chǔ)(如單樁平臺、多樁平臺、混凝土重力平臺、導(dǎo)管架平臺等)適用于淺海域及部分過渡海域。根據(jù)歐美海上風(fēng)能資源分布及發(fā)展趨勢分析，淺海域風(fēng)電場的建設(shè)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足風(fēng)能發(fā)展的要求，海上風(fēng)電場有向深海域發(fā)展的趨勢與必要，海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)應(yīng)運而生。目前，為了滿足風(fēng)機發(fā)電期間浮式基礎(chǔ)穩(wěn)定性的需要，海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)都安裝在150米水深以上，甚至更大的水深，這會使得浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的建造和安裝成本大幅增加，施工難度加大。因此，需要開發(fā)適應(yīng)較小水深的風(fēng)電浮式基礎(chǔ)，以便降低工程造價和安裝成本，提高風(fēng)電裝備的經(jīng)濟性。在海域水深變小時，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的吃水降低，排水量減少，這不利于風(fēng)電浮式基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和抵抗風(fēng)浪的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種適應(yīng)于水深100米以下小水線面海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)工程造價和安裝成本均較低，經(jīng)濟性較好，應(yīng)用于水深80至100米范圍內(nèi)的5MW大型風(fēng)機，能使海上風(fēng)機在額定海況下正常工作，并能在極端海況條件下自存。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種適應(yīng)于水深100米以下小水線面海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)，包括位于上部的浮力艙、連接在所述浮力艙下面的主動壓載艙、位于下部的水泥壓載艙和錨泊系統(tǒng)，所述主動壓載艙的截面比所述浮力艙的截面大，所述主動壓載艙和所述水泥壓載艙通過桁架結(jié)構(gòu)連接。所述主動壓載艙內(nèi)設(shè)有若干主動壓載艙室，所述主動壓載艙室內(nèi)設(shè)有壓載主動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所述浮力艙和主動壓載艙均為圓柱體。所述桁架結(jié)構(gòu)中設(shè)有垂蕩板。所述錨泊系統(tǒng)采用懸鏈線式錨鏈，所述錨鏈的導(dǎo)纜孔設(shè)置在所述主動壓載艙的底部，所述錨鏈與海底連接。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是一)本發(fā)明通過將浮力艙和水泥壓載艙分離設(shè)計，使其在保證風(fēng)機正常發(fā)電條件下，吃水深度大幅降低。進(jìn)而擴大了海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)的使用范圍。與目前浮式基礎(chǔ)200米水深相比，本浮式基礎(chǔ)可以應(yīng)用于100米以下水深。二)浮力艙和主動壓載艙均采用圓柱體，上下布置，浮力艙截面較小，能減小水線面面積，使得結(jié)構(gòu)受到的波浪力大大降低，減少結(jié)構(gòu)對強度的要求，因此能夠降低用鋼量；同時使垂蕩自振周期遠(yuǎn)離波浪周期，減小運動響應(yīng)。主動壓載艙截面較大，在主動壓載艙內(nèi)設(shè)置若干主動壓載艙室，通過主動調(diào)節(jié)壓載量，來補償風(fēng)力和風(fēng)速的顯著變化，使基礎(chǔ)保持豎直，保證風(fēng)機正常工作。三)用桁架結(jié)構(gòu)連接主動壓載艙和水泥壓載艙，桁架結(jié)構(gòu)由弦桿、橫撐、斜撐組成，桁架結(jié)構(gòu)能減輕基礎(chǔ)的重量，同時減小波流穿過時的載荷。在桁架結(jié)構(gòu)中設(shè)置垂蕩板，增加垂蕩方向的附加質(zhì)量和阻尼，以減小垂蕩響應(yīng)。綜上所述，本發(fā)明水線面小，穩(wěn)定性和抵抗風(fēng)浪的能力強，工程造價和安裝成本均較低，經(jīng)濟性較好，施工簡便。解決了水深變小帶來的穩(wěn)性和耐波性能降低等技術(shù)困難，可以安裝在100米以下水域，作為5MW左右大功率風(fēng)機的浮式基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、浮力艙,2、主動壓載艙,3、垂蕩板,4、水泥壓載艙,5、祐1架結(jié)構(gòu),6、錨泊系統(tǒng)。
具體實施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下請參閱圖1，一種適應(yīng)于水深100米以下小水線面海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)，包括位于上部的浮力艙1、連接在所述浮力艙I下面的主動壓載艙2、位于下部的水泥壓載艙3和錨泊系統(tǒng)，所述主動壓載艙2的截面比所述浮力艙I的截面大，所述浮力艙和所述水泥壓載艙4通過祐1架結(jié)構(gòu)5連接。所述浮力艙I和所述主動壓載艙2均為圓柱體，所述主動壓載艙2內(nèi)設(shè)有若干主動壓載艙室，所述主動壓載艙室內(nèi)設(shè)有壓載主動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所述桁架結(jié)構(gòu)5中設(shè)有垂蕩板3。所述錨泊系統(tǒng)6采用懸鏈線式錨鏈，所述錨鏈的導(dǎo)纜孔設(shè)置在所述主動壓載艙2的底部，所述錨鏈與海底連接。本發(fā)明在設(shè)計的過程中，考慮到海上風(fēng)機的機艙和葉片的較大的重量在水面以上SO-1OOm,并受到較大的風(fēng)載荷，為使風(fēng)機正常發(fā)電，必須保證基礎(chǔ)風(fēng)浪中的穩(wěn)性和抵抗風(fēng)浪載荷的能力。為此，設(shè)置水泥壓載艙，使基礎(chǔ)重心下移。同時為使基礎(chǔ)適用IOOm內(nèi)水深，避免結(jié)構(gòu)過大的吃水，在基礎(chǔ)上部設(shè)置浮力艙，以增加浮力，提高浮心位置。浮力艙采用圓柱體，并在其下面連接主動壓載艙，浮力艙截面較小，能夠減小水線面面積，使得結(jié)構(gòu)受波浪力大大降低，減少結(jié)構(gòu)對強度的要求，因此能夠降低用鋼量；同時使垂蕩自振周期遠(yuǎn)離波浪周期，減小運動響應(yīng)。主動壓載艙截面較大，內(nèi)部設(shè)置主動壓載艙室，通過主動調(diào)節(jié)壓載功能，補償風(fēng)力和風(fēng)速的顯著變化，使浮式基礎(chǔ)保持豎直，保證風(fēng)機正常發(fā)電作業(yè)。桁架結(jié)構(gòu)由弦桿、橫撐、斜撐組成，能減輕整個基礎(chǔ)的重量，同時減小波流穿過時的載荷。在桁架結(jié)構(gòu)中設(shè)置垂蕩板，增加垂蕩方向的附加質(zhì)量和阻尼，以減小垂蕩響應(yīng)?；A(chǔ)下部采用水泥壓載艙,能夠降低整個基礎(chǔ)的重心,使重心低于浮心,提高基礎(chǔ)的穩(wěn)性，同時增加整體結(jié)構(gòu)的橫搖阻尼和縱搖阻尼。在發(fā)生橫搖和縱搖運動時，水泥壓載艙能顯著減小運動響應(yīng)，并增加回復(fù)力。在本發(fā)明中，錨泊系統(tǒng)采用六根懸鏈線形式錨鏈，依靠自身的重力限制基礎(chǔ)的橫蕩和縱蕩運動，同時能夠提供基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的回復(fù)力，錨鏈導(dǎo)纜孔設(shè)置在主動壓載艙底部并與海底連接。本發(fā)明用于為海上大型風(fēng)機提供支撐基礎(chǔ)，可保證風(fēng)機在正常工作狀況下的穩(wěn)性，在風(fēng)浪流作用下發(fā)生較小的運動響應(yīng)，在風(fēng)暴自存狀態(tài)條件下，能保證風(fēng)機的安全。在具體實施過程中，首先需要把基礎(chǔ)拖航至預(yù)定地點，再用系泊系統(tǒng)進(jìn)行定位，最后安裝浮式基礎(chǔ)及風(fēng)機。盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的專業(yè)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適應(yīng)于水深100米以下小水線面海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)，其特征在于，包括位于上部的浮力艙、連接在所述浮力艙下面的主動壓載艙、位于下部的水泥壓載艙和錨泊系統(tǒng)，所述主動壓載艙的截面比所述浮力艙的截面大，所述主動壓載艙和所述水泥壓載艙通過桁架結(jié)構(gòu)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)于水深100米以下小水線面海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)，其特征在于，所述主動壓載艙內(nèi)設(shè)有若干主動壓載艙室，所述主動壓載艙室內(nèi)設(shè)有壓載主動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)于水深100米以下小水線面海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)，其特征在于，所述浮力艙和主動壓載艙均為圓柱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適應(yīng)于水深100米以下小水線面海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)，其特征在于，所述桁架結(jié)構(gòu)中設(shè)有垂蕩板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)于水深100米以下小水線面海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)，其特征在于，所述錨泊系統(tǒng)采用懸鏈線式錨鏈，所述錨鏈的導(dǎo)纜孔設(shè)置在所述主動壓載艙的底部， 所述錨鏈與海底連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適應(yīng)于水深100米以下小水線面海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)，包括位于上部的浮力艙、連接在所述浮力艙下面的主動壓載艙、位于下部的水泥壓載艙和錨泊系統(tǒng)，所述主動壓載艙的截面比所述浮力艙的截面大，所述主動壓載艙和所述水泥壓載艙通過桁架結(jié)構(gòu)連接。本發(fā)明水線面小，穩(wěn)定性和抵抗風(fēng)浪的能力強，工程造價和安裝成本均較低，經(jīng)濟性較好，施工簡便。解決了水深變小帶來的穩(wěn)性和耐波性能降低等技術(shù)困難，可以安裝在100米以下水域，作為5MW左右大功率風(fēng)機的浮式基礎(chǔ)。
文檔編號B63B35/44GK103010417SQ20121057471
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者唐友剛, 李嘉文, 張若瑜, 王涵 申請人:天津大學(xué)