一种直立柱漂浮式风机基础及风力发电机组
阅读说明：本技术 一种直立柱漂浮式风机基础及风力发电机组 (Vertical column floating type fan foundation and wind generating set ) 是由 周昳鸣 郭小江 闫姝 穆延非 郑枫 李华 周国栋 索中举 刁新忠 陆界屹 陈晓路 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种直立柱漂浮式风机基础及风力发电机组,立柱漂浮式风机基础包括系泊系统、基础结构以及设置在海底的锚固基础,系泊系统将基础结构固定在海底的锚固基础上,基础结构包括等截面直立柱和变截面直立柱,等截面直立柱下端连接变截面直立柱上端,变截面直立柱的截面从上到下逐渐增大,变截面直立柱的下部设置减摇水舱；减摇水舱沿周向分为若干分舱,分舱的顶部和底部分别通过管道连通；基础结构的上部结构较细小,下部结构较粗大,用于降低整个结构重心,减少吃水深度,使结构整体重心下移,增大阻尼系数,减小固有频率,增加了基础平台稳性；并且减少了吃水深度,从而扩大了该基础平台结构的适用范围。(The invention discloses an upright post floating type fan foundation and a wind generating set, wherein the upright post floating type fan foundation comprises a mooring system, a foundation structure and an anchoring foundation arranged on the sea bottom, the mooring system fixes the foundation structure on the anchoring foundation on the sea bottom, the foundation structure comprises an equal-section upright post and a variable-section upright post, the lower end of the equal-section upright post is connected with the upper end of the variable-section upright post, the section of the variable-section upright post is gradually increased from top to bottom, and a sway reduction cabin is arranged at the lower part of the variable-section upright post; the anti-rolling water tank is divided into a plurality of sub-tanks along the circumferential direction, and the tops and the bottoms of the sub-tanks are respectively communicated through pipelines; the upper structure of the foundation structure is smaller, and the lower structure is thicker, so that the gravity center of the whole structure is reduced, the draft depth is reduced, the whole gravity center of the structure is moved downwards, the damping coefficient is increased, the natural frequency is reduced, and the stability of a foundation platform is improved; and the draught depth is reduced, so that the application range of the foundation platform structure is expanded.)
技术领域
本发明属于风力发电漂浮式基础设计技术领域，具体涉及一种直立柱漂浮式风机基础及风力发电机组。
背景技术
随着风能资源开发的不断扩大，尤其在深海处的开发，使得漂浮式风力机的研究备受重视。常用的漂浮式基础有直立柱基础、张力腿基础和半潜式基础等。沿海水深较浅，考虑平台的水深适用性和系泊结构的造价，直立柱风机基础由于结构简单，稳定性好等优点受到广泛关注。
如图1所示，常规直立柱漂浮式风机适用于水深80m的深海，其主要由风机(1)、塔架(2)、基础结构(3)和系泊系统(4)四部分组成。但是，直立柱漂浮式风机基础需要同时考虑风载荷、波浪载荷、水动力载荷和系泊载荷，因此其对稳定性要求更高，要求的吃水深度更大。由于中国离岸距离在100km以内的海域内满足水深大于80m的很少，因此无法满足直立柱漂浮式风机基础对水深的要求(一般要求水深大于80m)，因此还未受到国内广大学者的研究。现有的常规直立柱漂浮式风机基础的适用水深要求较高，在当前中国临海海域的适用性不广泛。
此外，对于直立柱漂浮式风机基础结构，因其动力特性与船舶相似，因此可以考虑使用减摇水舱来增加基础结构的稳定性。
减摇水舱的缺点包括：只有减摇水舱达到一定的容积，才能使其产生足够的横摇复原力矩，减摇才能起到一定的效果；另外，减摇水舱的自摇频率必须高于浮式基础平台的自摇频率才能实现横摇减摇，否则甚至会产生增大横摇作用。
综上所述，为了解决直立柱漂浮式风机基础结构的适用水深范围且增加直立柱漂浮式基础的稳定性，需要对常规的直立柱漂浮式风机基础的结构进行优化。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供直立柱漂浮式风机基础及风力发电机组，设置减摇水舱设计，降低结构的中心，减少吃水深度，以使得直立柱漂浮式风机基础可以适用于水深仅大于50m以上的海域。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：直立柱漂浮式风机基础结构，包括系泊系统、基础结构以及设置在海底的锚固基础，系泊系统将基础结构固定在海底的锚固基础上，基础结构包括等截面直立柱和变截面直立柱，等截面直立柱下端连接变截面直立柱上端，变截面直立柱的截面从上到下逐渐增大，变截面直立柱的下部设置减摇水舱；减摇水舱沿周向分为若干分舱，分舱的顶部和底部分别通过管道连通，减摇水舱设置至少一层。
减摇水舱包括内筒和外筒，内筒和外筒形成环形空间，环形空间中设置隔板将其等分为若干分舱，关于减摇水舱纵向中心面对称的分舱之间通过管道连通。
所述管道上设置有监测流量的传感器，减摇水舱中设置水位监测传感器。
减摇水舱设置有三层，每层减摇水舱之间相互独立。
分舱个数为偶数，所述分舱中相对的两个分舱上部通过上连通管连通，所述分舱中相对的两个分舱下部通过下连通管连通。
减摇水舱设至少四个分舱。
基础结构采用钢筒节段沿轴向焊接拼成，所述钢筒节段采用钢板卷制。
等截面直立柱和变截面直立柱的连接处平滑过渡。
系泊系统和基础结构的表面设防腐蚀涂层。
一种直立柱漂浮式风力发电机组，包括风机、塔架和基础，风机设置在塔架的顶端，塔架设置在基础上，所述基础采用本发明所述直立柱漂浮式风机基础；基础结构的顶端端面不小于与塔架底部端面直径。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
基础结构的上部结构较细小，下部结构较粗大，用于降低整个结构重心，减少吃水深度，使结构整体重心下移，增大阻尼系数，减小固有频率，增加基础平台稳性；在谐摇频率范围内具有良好的减摇效果，并且减少吃水深度，从而扩大了该基础平台结构的适用范围。
附图说明
下面结合附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的以上和其它特点及优点将变得更加清楚。
图1常规直立柱漂浮式风机系统示意图。
图2本发明一种可实施的直立柱漂浮式风机系统示意图。
图3本发明一种可实施的采用减摇水舱的漂浮式风机直立柱基础结构示意图。
图4本发明一种可实施的减摇水舱结构示意图。
图5本发明一种可实施的减摇水舱正视示意图。
附图中，1-风机，2-塔架，3-基础结构，4-系泊系统，5-减摇水舱，6-连通管，31-等截面直立柱，32-变截面直立柱，61-第一上连通管，62-第二上连通管，63-第一下连通管，64-第二下连通。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细叙述，在附图中示出了本发明的实例性实施例。
本发明提供一种直立柱漂浮式风机基础结构，包括系泊系统4、基础结构3以及设置在海底的锚固基础，系泊系统4将基础结构3固定在海底的锚固基础上，基础结构3包括等截面直立柱31和变截面直立柱32，等截面直立柱31下端连接变截面直立柱32上端，变截面直立柱32的截面从上到下逐渐增大，变截面直立柱32的下部设置减摇水舱5；减摇水舱5沿周向分为若干分舱，分舱的顶部和底部分别通过管道连通。
减摇水舱5包括内筒和外筒，内筒和外筒形成环形空间，环形空间中设置隔板将其等分为若干分舱，关于减摇水舱5纵向中心面对称的分舱之间通过管道连通。
减摇水舱5设置至少一层，减摇水舱5设置多层时，每层减摇水舱5之间相互独立。
减摇水舱5设置有三层。
分舱个数为偶数，所述分舱中相对的两个分舱上部通过上连通管连通，所述分舱中相对的两个分舱下部通过下连通管连通。
减摇水舱5设至少四个分舱。
基础结构3采用钢筒节段沿轴向焊接拼成，所述钢筒节段采用钢板卷制。
等截面直立柱31和变截面直立柱32的连接处平滑过渡。
系泊系统4和基础结构3的表面设防腐蚀涂层。
作为本发明的一个实施例，一种直立柱漂浮式风力发电机组，包括风机1、塔架2和基础，风机1设置在塔架2的顶端，塔架2设置在基础上，所述基础采用本发明所述直立柱漂浮式风机基础；基础结构3的顶端端面不小于与塔架2底部端面直径。
本发明提供了一种采用U型减摇水舱的直立柱漂浮式风机基础，将直立柱漂浮式基础结构用于水深在仅大于50m的海域，如图2所示，具有这样的特征，包括：深海海域安装的风机1和塔架2，并通过系泊系统4将基础结构3固定在海底的桩基上。本发明将传统等截面直立柱结构分成两部分，等截面直立柱31和变截面直立柱32。
参考图2，本发明提出的一种采用U型减摇水舱的直立柱漂浮式风机基础的基础结构3，等截面直立柱31的上截面AA’和下截面BB’都相等，变截面直立柱32的上截面BB’与等截面直立柱31的下截面相等，下截面CC’要明显大于上截面BB’，整体呈开口向下的喇叭状。
参考图3，基础结构3的底部设置了若干个分舱的减摇水舱5，减摇水舱5中设置内筒，内筒与外筒之间形成环形空间，环形空间中设置隔板将其等分为四等分，分舱之间通过连通管6相连，具体的，其中相对的分舱上部分别通过第一上连通管61和第二上连通管62，关于减摇水舱5纵向中心面对称的分舱上部分别通过第一下连通管63和第二下连通管64连通，以实现在不同方向摇动时减摇水舱都能有效。第一上连通管61、第二上连通管62、第一下连通管63和第二下连通管64的高度分别为h1,h2,h3,h4,在减摇水舱的几何尺寸确定之后，其减摇效果主要取决于垂直位置的布置、边舱液位高度和阻尼系数等参数的选取；h1,h2,h3,h4,以及水面高度均根据具体项目的场址环境条件、风机型号尺寸、基础平台大小、压舱重量以及基础平台稳定性指标要求进行设计。
本发明提出的一种采用U型减摇水舱的直立柱漂浮式风机基础，基础结构3的上部结构较细小，下部结构较粗大，用于降低整个结构重心，减少吃水深度。所述漂浮式风机基础结构不限于开口向下的喇叭状，也包括其他“上小下大”的结构形式；减摇水舱不限于上下连通管相连的结构形式，也包括通过槽型相连的结构形式。
通过本发明提出的一种采用U型减摇水舱的直立柱漂浮式风机基础，可以使结构整体重心下移，增大阻尼系数，减小固有频率，增加了基础平台稳性；并且减少了吃水深度，从而扩大了该基础平台结构的适用范围。
图2是本发明提出的一种新型直立柱漂浮式风机系统，包括风机1和塔架2，风机1设置在塔架2的顶端，塔架2设置在基础结构3上，并通过系泊系统4将基础结构3固定在海底的桩基上。
图3是采用U型减摇水舱的直立柱漂浮式风机基础，将传统等截面直立柱结构分成两部分，等截面直立柱31和变截面直立柱32，等截面直立柱31的上截面AA’和下截面BB’都相等，变截面直立柱32的上截面BB’与等截面直立柱31的下截面相等，下截面CC’要明显大于上截面BB’，整体呈开口向下的喇叭状。
图4和图5分别给出了U型减摇水舱结构图和正视图，基础结构3的尺寸为：OO”＝50m，OO’＝20m，O’O”＝D＝30m，d＝6m，BC和B’C’通过直线连接，AB与BC、A’B’与B’C’相连处进行倒角连接，倒角半径为5m，AA’＝BB’＝7m，CC’＝50m，减摇水舱高度h＝4m，设置3层减摇水舱，h1＝2.5m，h2＝2.4m，h3＝0.5m，h4＝0.4m。
基础结构3通过高度在2.0m-3.0m高度的钢板卷制成圆筒，通过环焊缝焊接连接成直立柱漂浮式基础。
基础结构3的上截面AA’与塔架2底部直径相同或者略大，基础结构3的下截面CC’直径明显大于上截面AA’，A、B和C的截面直径呈递增。
基础结构3通过系泊结构4与海底锚固基础连接，防止其移动。
上述实施方式及参数选取为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：采用槽型减摇水舱的漂浮式风机基础及风力发电机组