一种分体式漂浮风机基座和漂浮风机

技术领域

本发明涉及风机基座的结构领域，尤其涉及一种分体式漂浮风机基座和漂浮风机。

背景技术

如今，能源和环境危机日益严峻。人类迫切需要加大开发清洁可再生能源的力度来实现可持续发展的要求。而随着风电技术的成熟，成本的不断下降，风能发电已成为目前应用规模最大的新能源发电方式之一。且研究表明，我国近海可开发利用的风能约为7.5亿kw，是陆上风能的3倍，远海风能储量更加丰富，因此海洋风能将是我国重要的新能源之一。同时，海上风能资源最丰富的东南沿海地区，毗邻用电需求大的经济发达地区，可以实现用电就近消化，降低输送成本，发展潜力巨大。据估算，海上风能资源的能量效益比陆上风电要高20％至40％。

在具体的风能应用中，包括固定式的风机结构与漂浮式的风机结构两种，对于水深大于40米的深水海洋环境，漂浮式的风机经济性更好，且对于水深小于40米的浅水海洋环境，漂浮式的风机也可以通过将重物沉底的方式来使整体稳固。与海上风机的固定相比，漂浮式的风机具有以下优势：

1.可以适应更深的水深，便于更加灵活地选择风场地址，更适用于风力资源更丰富的远海上；以此可减少近海风机分布，方便船只出行；

2.在海上安装工艺简单，大部分施工可在港口完成；

3.受海床地基条件的影响小，成型方案可移植性高；

目前，依托于石油工业的海洋平台技术，漂浮式的风机主要存在三种浮式风机基座(也即承载风机的结构)的类型：单柱型(Spar)、张力腿型(Tension-Leg Platform,TLP)、半潜型(Semi-Submersible)。

但是海上浮式风机基座的设计并不能完全按照成熟的油气海洋平台设计方法进行。一方面，例如一部5MW风机的重量为700吨，约为一般海洋平台上部结构重量的十分之一甚至更小，因此浮式风机基座在波浪力作用下的动力响应将更大。另一方面，海洋平台的钻井及输油升管无法承受较大的竖向变形，因此对垂荡运动的抑制至关重要，而摇摆对平台的安全运营影响较小；但是海上风机对浮式基座平台的水动力特性要求确恰恰相反，垂荡运动对于风机采能影响不大，摇摆影响很大，只有保持足够小的纵摇及横摇自由度动态响应才能保证风机的高效运转。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种分体式漂浮风机基座和漂浮风机。

本发明提供如下技术方案：

本发明提出了一种分体式漂浮风机基座，包括：第一浮筒、多个第二浮筒、连接杆、多个悬索、配重件；其中，所述配重件包括一个配重子件或多个所述配重子件；所述配重子件之间可拆卸连接；所述第一浮筒的体积大于所述第二浮筒的体积；所述第一浮筒设置有用于连接风机的连接组件；各所述第二浮筒通过所述连接杆连接所述第一浮筒；所述多个第二浮筒等间距分布并呈旋转对称分布，所述第一浮筒位于所述多个第二浮筒的中心位置；各所述第二浮筒和所述配重件通过所述悬索连接。

在一个具体的实施例中，所述第二浮筒的数量为3个，所述三个第二浮筒之间的连线形成正三角形。

在一个具体的实施例中，所述连接组件设置在所述第一浮筒的顶部中心位置，所述连接组件为卡扣装置。

在一个具体的实施例中，所述第一浮筒与各所述第二浮筒在水平方向上的截面均为圆形。

在一个具体的实施例中，所述连接杆包括：横杆与斜杆；各所述第二浮筒均通过所述横杆和所述斜杆连接所述第一浮筒。

在一个具体的实施例中，所述第一浮筒上设置有多个第一连接点与多个第二连接点；所述第一连接点与所述第二连接点位于同一垂直线上；所述第二浮筒上设置有第三连接点；

所述横杆的一端与所述斜杆的一端均连接所述第三连接点；所述横杆的另一端连接所述第一连接点，所述斜杆的另一端连接所述第二连接点，使所述横杆、所述斜杆与所述第一浮筒的外壁之间呈直角三角形。

在一个具体的实施例中，所述配重子件包括圆环；所述圆环上设置有多个均匀分布的连接凸起，所述连接凸起中设置有连接孔；各所述第二浮筒的底部通过一所述悬索连接所述连接孔的方式连接所述配重件。

在一个具体的实施例中，所述圆环为混凝土环。

在一个具体的实施例中，

所述连接孔的圆心轴线穿过所述圆环的圆心；

所述圆环上还设置有多个用于容纳其他配重子件的叠加槽；所述叠加槽的数量与所述连接凸起的数量相同，且所述叠加槽的位置与所述连接凸起的位置一一对应；所述叠加槽中设置有贯穿孔，所述贯穿孔的圆心轴线穿过所述圆环的圆心；

多个所述圆环通过上下叠加，并使位于下部的所述圆环的连接凸起嵌入位于上部的所述圆环的叠加槽，以及所述连接孔与所述贯穿孔之间通过固定销连接的方式实现连接。

本发明实施例还提出了一种漂浮风机，包括上述的分体式漂浮风机基座。

本发明的实施例具有如下优点：

本方案基于一个大的第一浮筒与多个小的第二浮筒的配置，且在多个第二浮筒的底部连接配重件的结构，实现了水线面积小却能提供较大的回复力矩的效果，在保证经济性的前提下，整个分体式漂浮风机基座有着极好的稳定性，能保持足够小的纵摇及横摇自由度动态响应，利于布置漂浮风机。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了一种分体式漂浮风机基座的结构示意图；

图2示出了一种分体式漂浮风机基座中通过横杆与斜杠实现第一浮筒与第二浮筒连接的结构示意图；

图3示出了一种分体式漂浮风机基座中配重件的结构示意图；

图4示出了一种分体式漂浮风机基座中配重子件组成配重件的结构示意图。

主要元件符号说明：

1-第一浮筒；11-卡扣装置；2-第二浮筒；

3-连接杆；31-横杆；32-斜杆；

4-悬索；5-配重件；51-配重子件；

511-连接凸起；512-连接孔；513-叠加槽；514-贯穿孔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本发明实施例1公开了一种分体式漂浮风机基座，如图1所示，包括：第一浮筒1、多个第二浮筒2、连接杆3、多个悬索4、配重件5；其中，所述配重件5包括一个配重子件51或多个所述配重子件51；所述配重子件51之间可拆卸连接；所述第一浮筒1的体积大于所述第二浮筒2的体积；所述第一浮筒1设置有用于连接风机的连接组件；各所述第二浮筒2通过所述连接杆3连接所述第一浮筒1；多个所述第二浮筒2等间距分布并呈旋转对称分布，所述第一浮筒1位于多个所述第二浮筒2的中心位置；各所述第二浮筒2和所述配重件5通过所述悬索4连接。

具体的，本方案通过结合张力腿式与半潜式基座的优点，依靠位于中央的第一浮筒1(可以采用圆台圆柱相叠加的形式形成，内部中空)提供主要浮力，位于第一浮筒1周围的第二浮筒2提供部分浮力同时，第二浮筒2与下方的重物(也即配重件5)采用张力腿连接，本方案因其分散布置为整体提供抗倾覆力矩；从而达到水线面积小(材料省)却能提供较大的回复力矩的效果，在保证经济性的前提下，分体式漂浮风机基座有着极好的稳定性，能保持足够小的纵摇及横摇自由度动态响应，利于布置漂浮风机。

此外，根据所在水域的深浅不同或者环境的不同，可以选择一个配重子件51作为配重件5，也可以组合多个配重子件51作为配重件5，而为了能快速组合，配重子件51之间可拆卸连接，以此可以方便拆装。该分体式漂浮风机基座和风机的施工安装均可在港口完成，拖航至海上风场下锚固定。

进一步的，所述第二浮筒2的数量为三个，三个第二浮筒2之间的连线形成正三角形。

具体的，出于整个分体式漂浮风机基座的稳定性与节约成本的考虑，可以设置3个第二浮筒2，以此3个第二浮筒2形成正三角形，可以基于三角稳定性，进一步提升整个分体式漂浮风机基座的稳定性，同时，由于第二浮筒2的数量较少，还可以节约物料成本与安装成本。

以此，分体式漂浮风机基座包括：三个圆柱形的小浮筒(也即第二浮筒2，其高度例如可以为6米)，呈正三角形等间距排列；位于中央的大浮筒(也即第一浮筒1，其高度例如可以为15米)，其位置处在所述三个浮筒形成的正三角形的中心位置；可调节高度的圆环形框架的配重件5；三个小浮筒提供小部分浮力，同时在分散布置的前提下又通过柔索实现与下部圆环形框架的配重件5的连接，起到稳固基座的作用。圆环形框架的配重件5有两种布置形式，一是悬垂，可通过调节柔索的长度实现对重心的调节，二是固底，在海水较浅时通过配重件5上的锚(配重件5上可以设置锚，为了方便拆卸，锚与配重件5之间可拆卸连接)固装置将基座锚固在海床上。

在一个具体的实施例中，为了保证所安装的风机的稳定性，所述连接组件设置在所述第一浮筒1的顶部中心位置，所述连接组件为卡扣装置11。此外，基于卡扣装置11与风机(具体的可以是风力发电机的塔筒)连接，方便安装与拆卸，可以有效节约安装时间，提升安装的效率，利于漂浮风机的大规模部署。

在一个具体的实施例中，所述第一浮筒1与各所述第二浮筒2在水平方向上的截面均为圆形。基于圆形截面的设置，可以实现分体式漂浮风机基座在水动力荷载及抗倾覆下的平衡，同时分散了重量的分布，实现了更好的稳定性。

在一个具体的实施例中，所述连接杆3包括：横杆31与斜杆32；各所述第二浮筒2均通过所述横杆31和所述斜杆32连接所述第一浮筒1。具体的横杆31与斜杆32均为中空的圆柱体。进一步的，基于横杆31与斜杆32实现第一浮筒1与第二浮筒2的连接，加强了第一浮筒1与第二浮筒2连接的稳固性，利于整个分体式漂浮风机基座的稳定。

进一步的，如图2所示，所述第一浮筒1上设置有多个第一连接点与多个第二连接点；所述第一连接点与所述第二连接点位于同一垂直线上；所述第二浮筒2上设置有第三连接点；进一步的，所述第一连接点位于所述第二连接点的正上方；

所述横杆31的一端与所述斜杆32的一端均连接所述第三连接点；

所述横杆31的另一端连接所述第一连接点，所述斜杆32的另一端连接所述第二连接点，使所述横杆31、所述斜杆32与所述第一浮筒1的外壁之间呈直角三角形。

具体的，横杆31的一端与斜杆32的一端均连接在第二浮筒2的同一点上，横杆31的另一端与斜杆32的另一段分别连接在第一浮筒1的不同位置点上，具体的为同一垂直线上的不同位置点，以此，特别针对水域的上下波动，基于横杆31与斜杆32形成稳定三角，有效提升了第一浮筒1与第二浮筒2连接的稳固程度。

进一步的，如图3所示，所述配重子件51包括圆环；所述圆环上设置有多个均匀分布的连接凸起511，所述连接凸起511中设置有连接孔512；各所述第二浮筒2的底部通过一所述悬索4连接所述连接孔512的方式连接所述配重件5。

具体的，为了方便连接第二浮筒2与配重件5，在配重件5上设置有连接凸起511，而连接凸起511上设置有连接孔512，第二浮筒2可以通过悬索4与连接孔512连接的方式实现与配重件5的连接，该连接的方式方便快捷，且由于采用悬垂的方式，保障了配重件5的可调节性，从而可以满足不同分体式漂浮风机基座的重浮心要求。

在一个具体的实施例中，所述圆环为混凝土环。具体的没，采用混凝土环，一则混凝土便宜，且易于生产各种形状，二则混凝土比较重，可以起到很好的配重效果，且混凝土的性质比较稳定，能保证长时间的正常工作性能。

进一步的，为了方便叠加多个配重子件51，所述连接孔512的圆心轴线穿过所述圆环的圆心；所述圆环上还设置有多个用于容纳其他配重子件的连接凸起511的叠加槽513；所述叠加槽513的数量与所述连接凸起511的数量相同，且所述叠加槽513的位置与所述连接凸起511的位置一一对应；所述叠加槽513中设置有贯穿孔514，所述贯穿孔514的圆心轴线穿过所述圆环的圆心；多个所述圆环通过上下叠加，并使位于下部的所述圆环的连接凸起511嵌入位于上部的所述圆环的叠加槽513，以及所述连接孔512与所述贯穿孔514之间通过固定销连接的方式实现连接。

具体的，如图4所示的圆环为例来进行说明，图4中的圆环通过三个等间距连接柱体的圆孔与第二浮筒2的底部以绳索相连，圆环的底面上还存在三个与连接柱体相对应的圆孔，用于连接叠加圆环，具体的各个圆环的形状相同，圆环可以采用模块化统一生产，以此生产圆环节省了生产时间，也保障了圆环的可调节性，满足不同风机基座的重浮心要求。连接凸起511(具体的形状可以为圆柱形，其弧形切面与配重件5的表面契合)的作用为固定连接孔512，弧形切面与重物表面契合。

此外，本方案能够基本实现海上浮式风机系统对不同水深和海况的适应，如：针对不同的海况调节配重件5的高度及进行配重子件51的可装卸式叠加改变重浮心和水线位置，保证整体稳性。在较浅海域对配重件5采取固底模式，在较深海域采取悬垂模式，使得本方案具有更加广泛的应用范围。此外，本方案可通过缩放绳索调节配重件5高度，从而调节重心，并在不同水深下采用固底或悬垂。配重件5可通过圆柱销进行组合式叠加，便于装卸，结合对高度的调节可灵活地实现对基座重浮心和水线面的调整。配重件5的连接凸起511可充当锚固点，借助重物自身重力将其压入海床，产生一定锚固效果，减少锚固系统的设计难度。

实施例2

本发明实施例2还公开了一种漂浮风机，包括实施例1中所述的分体式漂浮风机基座。具体的，本发明实施例2还公开有其他相关的技术特征，具体的其他相关的技术特征的内容请参见实施例1中的记载，出于简要的目的，在此不再进行赘述。

本发明实施例公开了一种分体式漂浮风机基座和漂浮风机，包括：第一浮筒1、多个第二浮筒2、连接杆3、多个悬索4、配重件5；其中，所述配重件5包括一个配重子件51或多个所述配重子件51；所述配重子件51之间可拆卸连接；所述第一浮筒1的体积大于所述第二浮筒2的体积；所述第一浮筒1设置有用于连接风机的连接组件；各所述第二浮筒2通过所述连接杆3连接所述第一浮筒1；多个所述第二浮筒2等间距分布并呈旋转对称分布，所述第一浮筒1位于多个所述第二浮筒2的中心位置；各所述第二浮筒2的底部通过一所述悬索4连接所述配重件5。本方案基于一个大的第一浮筒1与多个小的第二浮筒2的配置，且在多个第二浮筒2的底部连接配重件5的结构，实现了水线面积小却能提供较大的回复力矩的效果，在保证经济性的前提下，整个分体式漂浮风机基座有着极好的稳定性，能保持足够小的纵摇及横摇自由度动态响应，利于布置漂浮风机。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。