本發(fā)明屬于海上風力發(fā)電，特別涉及一種張力腿螺旋錨組系統(tǒng)及全潛式海上風機平臺。

背景技術：

1、當前已有的漂浮式海上風機系泊系統(tǒng)主要存在空間利用率低、系泊成本高的問題。例如，三峽引領號所處海域水深約40米，但其懸鏈線長度為600-800米，不僅浪費空間，而且提高了成本。此外，當前浮式風機采用的懸鏈線系泊方式無法限制平臺的豎向位移，使得風機在潮位變化較大海域的豎向平動及轉動過大，不利于風機設備的穩(wěn)定運行。

2、張力腿系泊方式可有效限制平臺的豎向平動及轉動。然而，傳統(tǒng)張力腿系泊大多采用半潛式浮式平臺。在潮位變化下，半潛式平臺豎向位移較大，導致張力腿張力劇烈變化。在高潮位時，張力腿存在被拉斷的風險；在低潮位時，張力腿張力可能變?yōu)榱慊蜃優(yōu)閴毫Γ沟脧埩ν却嬖谇Х€(wěn)的風險。

3、張力腿系泊對錨固基礎的抗拔承載力要求較高，但傳統(tǒng)的板錨、大抓力錨、吸力錨、魚雷錨、樁錨等均無法滿足要求。如果通過增加尺寸提高傳統(tǒng)錨固基礎的抗拔承載力，不僅導致成本過高，而且安裝困難，難以實現(xiàn)。

4、因此，有必要提出一種適合水位變化較大海域的海上風機漂浮式平臺及系泊錨固系統(tǒng)的一體化設計方案，以期經濟、合理、有效地解決上述問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種張力腿螺旋錨組系統(tǒng)，使得水位變化較大海域的浮式風機平臺穩(wěn)定性好、系泊系統(tǒng)的空間利用率高、錨固系統(tǒng)的承載力提高且成本降低，并實現(xiàn)一種全潛式海上風機平臺。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

3、本發(fā)明的第一方面，為一種張力腿螺旋錨組系統(tǒng)，包括張力腿組和螺旋錨組；

4、所述張力腿組的上部用于裝載浮式平臺，下部與螺旋錨組相連；所述螺旋錨組包括多對反向旋轉的螺旋錨對，每個螺旋錨包括無底鋼管樁和若干螺盤，相鄰兩個螺旋錨的螺盤方向相反，構成一對反向旋轉的螺旋錨對；所述張力腿組為限制浮式平臺的水平和豎向運動響應提供拉力，所述螺旋錨組為固定張力腿底端提供拉力。

5、由于螺旋錨布置有螺盤，因而其抗拔承載力被大幅提高。同時采用反向旋轉的螺旋錨對設計，利于海下施工。

6、在一個實施例中，所述浮式平臺可以為全潛式或半潛式平臺，也即，本發(fā)明張力腿螺旋錨組系統(tǒng)對半潛式平臺和全潛式平臺均適用，充分說明其能夠確保在張力變化下的錨固基礎穩(wěn)固性能。

7、在一個實施例中，所述張力腿組包括多條張力筋以及與張力筋配套的連接鍵和球鉸；每條張力筋通過連接鍵與浮式平臺、通過球鉸與螺旋錨組相連，所述球鉸僅限制張力筋底端和無底鋼管樁頂端的平動，不限制張力筋底端無底鋼管樁頂端的轉動。

8、在一個實施例中，所述螺盤為鋼制，并至少焊接于無底鋼管樁的中部和下部。

9、本發(fā)明的第二方面，為一種全潛式海上風機平臺，也是第一方面張力腿螺旋錨組系統(tǒng)的一種具體應用。該全潛式海上風機平臺包括浮式風機設備和全潛式平臺以及本發(fā)明第一方面所述的張力腿螺旋錨組系統(tǒng)；所述全潛式平臺設置在海平面以下，上部與浮式風機設備相連為浮式風機設備提供浮力，下部與張力腿組相連，所述螺旋錨組埋置于海床中，其頂部露出海床一定距離并與張力腿組連接。

10、由于全潛式平臺處于海平面以下，因而浮式風機設備和全潛式平臺的整體結構具有極小的水線面面積，該情況下，可以使得平臺所受到海上波浪力大幅減小，增加平臺穩(wěn)定性，也使得水位變化對浮力的影響極小，平臺不易產生豎向位移，且張力腿張力變化幅度極小，可大大提升設備各部分的穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命。

11、在一個實施例中，所述全潛式平臺包括一個中心柱、三個壓載立柱、三根壓載橫管和一個中心壓載筒；所述中心柱上部與浮式風機設備相連，下部與中心壓載筒相連，所述三個壓載立柱通過三根壓載橫管與中心壓載筒相連。

12、在一個實施例中，所述全潛式平臺還包括：三根斜撐，所述三根斜撐一端與中心柱相連，另一端分別與三個壓載立柱相連，且與中心柱相連的一端高于與立柱相連的一端。

13、在一個實施例中，所述三個壓載立柱位于等邊三角形的三個頂點，中心壓載筒位于等邊三角形的中心位置。

14、在一個實施例中，所述三個壓載立柱、三根壓載橫管和一個中心壓載筒內部空間聯(lián)通，并存儲一定量的壓載水，通過調節(jié)壓載水的質量，保證最低水位下全潛式平臺仍處于海平面以下，水線面面積僅為中心柱的外徑截面。

15、在一個實施例中，所述壓載水通過壓載水泵進行注入和排出，通過設置在連接鍵的張力監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測張力筋受到的張緊力，當張緊力不在設置閾值范圍內時，通過壓載水泵調節(jié)壓載水的質量從而調節(jié)平臺的重量，達到調節(jié)張力筋的張緊力的效果，使得張力筋張力變化在設定范圍內。

16、在一個實施例中，所述全潛式平臺為混凝土結構，以提供自重。

17、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

18、本發(fā)明提出張力腿組系泊系統(tǒng)與螺旋錨組錨固系統(tǒng)相結合的方案，螺盤的存在大幅提高螺旋錨的抗拔承載力，確保了張力變化下錨固基礎的安全性；同時螺旋錨尺寸較小，可降低錨固基礎的材料成本。

19、本發(fā)明提出螺旋錨對以同時反向旋轉與壓入相結合的安裝方式，不僅減小了安裝阻力，而且消除了施工設備的扭矩反力，可降低錨固基礎的施工成本、實現(xiàn)錨固基礎的降本增效。

20、本發(fā)明提出的全潛式平臺通過調節(jié)壓載水量保證平臺始終處于海平面以下，水線面面積僅為中心柱外徑截面，因此平臺所受到海上波浪力大幅減小，增加了平臺穩(wěn)定性，同時也使得水位變化導致的浮力改變較小，平臺豎向位移較小。

21、本發(fā)明提出全潛式平臺與張力腿組系泊系統(tǒng)相結合的方案，使得張力腿張力變化幅度較小，保證了張力腿的安全性，也保證了風機在潮位變化較大海域的豎向穩(wěn)定性。

技術特征：

1.一種張力腿螺旋錨組系統(tǒng)，其特征在于，包括張力腿組(3)和螺旋錨組(4)；

2.根據權利要求1所述張力腿螺旋錨組系統(tǒng)，其特征在于，所述浮式平臺為全潛式或半潛式平臺。

3.根據權利要求1所述張力腿螺旋錨組系統(tǒng)，其特征在于，所述張力腿組(3)包括多條張力筋(302)以及與張力筋(302)配套的連接鍵(301)和球鉸(303)；每條張力筋(302)通過連接鍵(301)與浮式平臺、通過球鉸(303)與螺旋錨組(4)相連，所述球鉸(303)僅限制張力筋(302)底端和無底鋼管樁(401)頂端的平動，不限制張力筋(302)底端無底鋼管樁(401)頂端的轉動。

4.根據權利要求1所述張力腿螺旋錨組系統(tǒng)，其特征在于，所述螺盤(402)為鋼制，為葉片式螺盤，呈螺旋狀，焊接于無底鋼管樁(401)的中部和下部，相鄰兩個無底鋼管樁(401)上的螺盤(402)方向相反，構成一對反向旋轉的螺旋錨對，安裝時通過同時反向旋轉壓入，消除施工設備的扭矩反力。

5.一種全潛式海上風機平臺，其特征在于，包括浮式風機設備(1)和全潛式平臺(2)以及權利要求1至4任一項所述的張力腿螺旋錨組系統(tǒng)；所述全潛式平臺(2)設置在海平面以下，上部與浮式風機設備(1)相連為浮式風機設備(1)提供浮力，下部與張力腿組(3)相連，所述螺旋錨組(4)埋置于海床中，其頂部露出海床一定距離并與張力腿組(3)連接。

6.根據權利要求5所述全潛式海上風機平臺，其特征在于，所述全潛式平臺(2)包括一個中心柱(201)、三個壓載立柱(203)、三根壓載橫管(204)和一個中心壓載筒(205)；所述中心柱(201)上部與浮式風機設備(1)相連，下部與中心壓載筒(205)相連，所述三個壓載立柱(203)通過三根壓載橫管(204)與中心壓載筒(205)相連。

7.根據權利要求6所述全潛式海上風機平臺，其特征在于，所述全潛式平臺(2)還包括：三根斜撐(202)，所述三根斜撐(202)一端與中心柱(201)相連，另一端分別與三個壓載立柱(203)相連，且與中心柱(201)相連的一端高于與立柱(203)相連的一端。

8.根據權利要求6所述全潛式海上風機平臺，其特征在于，所述三個壓載立柱(203)位于等邊三角形的三個頂點，中心壓載筒(205)位于等邊三角形的中心位置。

9.根據權利要求6所述全潛式海上風機平臺，其特征在于，所述三個壓載立柱(203)、三根壓載橫管(204)和一個中心壓載筒(205)內部空間聯(lián)通，并存儲一定量的壓載水，通過調節(jié)壓載水的質量，保證最低水位下全潛式平臺(2)仍處于海平面以下，水線面面積僅為中心柱(201)的外徑截面。

10.根據權利要求9所述全潛式海上風機平臺，其特征在于，所述壓載水通過壓載水泵進行注入和排出，通過設置在連接鍵(301)的張力監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測張力筋(302)受到的張緊力，當張緊力不在設置閾值范圍內時，通過壓載水泵調節(jié)壓載水的質量從而調節(jié)平臺的重量，達到調節(jié)張力筋的張緊力的效果，使得張力筋張力變化在設定范圍內。

技術總結
本發(fā)明公開了一種張力腿螺旋錨組系統(tǒng)及全潛式海上風機平臺，該張力腿螺旋錨組系統(tǒng)包括張力腿組和螺旋錨組；所述張力腿組的上部用于裝載浮式平臺，下部與螺旋錨組相連；所述螺旋錨組包括多對反向旋轉的螺旋錨對，每個螺旋錨包括無底鋼管樁和若干螺盤，相鄰兩個螺旋錨的螺盤方向相反，構成一對反向旋轉的螺旋錨對；所述張力腿組為限制浮式平臺的水平和豎向運動響應提供拉力，所述螺旋錨組為固定張力腿底端提供拉力。由于螺旋錨布置有螺盤，因而其抗拔承載力被大幅提高。同時采用反向旋轉的螺旋錨對設計，利于海下施工，該全潛式海上風機平臺采用了該張力腿螺旋錨組系統(tǒng)，可大大提升設備各部分的穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命。

技術研發(fā)人員：盧雯珺,李錦輝,歐進萍,周曉斌,任年鑫,李朝,蔡東廷
受保護的技術使用者：哈爾濱工業(yè)大學（深圳）（哈爾濱工業(yè)大學深圳科技創(chuàng)新研究院）
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6