采用槽型减摇水舱的漂浮式风机基础及风力发电机组
阅读说明：本技术 采用槽型减摇水舱的漂浮式风机基础及风力发电机组 (Floating type fan foundation adopting groove type anti-rolling water tank and wind generating set ) 是由 周昳鸣 郭小江 闫姝 穆延非 郑枫 李华 杨立华 袁辉 张中鼎 孔超 管春雨 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种采用槽型减摇水舱的漂浮式风机基础及风力发电机组,槽型减摇水舱的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,分舱之间通过连通槽连通本发明槽型减摇水舱的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。(The invention discloses a floating type fan foundation adopting a groove-shaped anti-rolling water tank and a wind generating set, wherein the floating type fan foundation of the groove-shaped anti-rolling water tank comprises a mooring system, a foundation structure and an anchoring foundation arranged on the seabed, the mooring system fixes the foundation structure on the anchoring foundation of the seabed, the foundation structure comprises an upright post with a uniform cross section and an upright post with a variable cross section, the lower end of the upright post with the uniform cross section is connected with the upper end of the upright post with the variable cross section, the cross section of the upright post with the variable cross section is gradually increased from top to bottom, the anti-rolling water tank is arranged at the lower part of the upright post with the variable cross section, the anti-rolling water tank is circumferentially divided into a plurality of sub-tanks, and the sub-tanks are communicated with each other through communicating grooves; 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，具体涉及一种采用槽型减摇水舱的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。国内沿海水深较浅，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，本发明提供一种采用槽型减摇水舱的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：一种采用槽型减摇水舱的漂浮式风机基础，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，分舱之间通过连通槽连通，减摇水舱设置有至少一层。
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。
减摇水舱分为4、6或8个分舱。
减摇水舱包括外筒和内筒，内筒和外筒之间形成环形空间，所述环形空间中设置隔板将其等分若干分舱，内筒中设置连通分舱的连通槽，连通槽的数量为分舱数量的一半。
连通槽的高度与减摇水舱的高度相同。
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采用槽型减摇水舱的漂浮式风机基础；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，用于降低整个结构中心，可以使结构整体重心下移，增大阻尼系数，减小固有频率，槽型减摇水舱对波浪频率范围宽，增加基础平台稳性；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。
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，附图中：
图1为常规直立柱漂浮式风机系统。
图2为本发明一种可实施的直立柱漂浮式风力发电机组示意图。
图3为本发明一种可实施的槽型减摇水舱的漂浮式风机直立柱基础结构。
图4为本发明一种可实施的槽型减摇水舱结构示意图。
图5a为本发明一种可实施的槽型减摇水舱正视示意图。
图5b本发明一种可实施的槽型减摇水舱俯视视示意图。
附图中，1-风机，2-塔架，3-基础结构，4-系泊系统，5-连通槽，6-连通槽，31-等截面直立柱，32-变截面直立柱。
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。
参考图1和图2，一种采用槽型减摇水舱的漂浮式风机基础，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，分舱之间通过连通槽6连通。
减摇水舱5设置有至少一层；当减摇水舱5设置多层时，每层减摇水舱5之间相互独立。
减摇水舱5分为4、6或8个分舱。
作为优选的，减摇水舱5设置有三层，通槽6的高度与减摇水舱5的高度相同。
减摇水舱5包括外筒和内筒，内筒和外筒之间形成环形空间，所述环形空间中设置隔板将其等分若干分舱，内筒中设置连通分舱的连通槽6，连通槽的数量为分舱数量的一半。
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采用槽型减摇水舱的漂浮式风机基础；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槽型减摇水舱的直立柱漂浮式风机基础，用于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，深海海域安装风机1和塔架2，风机1安装在塔架2的顶部，通过系泊系统4将基础结构3固定在海底的桩基上。
参考图3，与现有技术相比，本发明包括：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。
如图2和图3所示，本发明提出的一种采用槽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。
本发明提出的一种采用槽型减摇水舱的直立柱漂浮式风机基础，基础结构3的底部设置了若干个分舱的减摇水舱5，分舱之间通过联通槽6相连，连通槽6连接相对的分舱，以实现在不同方向摇动时减摇水舱都能有效。
在减摇水舱的几何尺度确定之后，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的选取。因此，对于具体项目进行设计时，减摇水舱的设置数量、连通槽6的宽度a4,以及水面高度均需要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等要求进行设计。
图2是本发明提出的一种直立柱漂浮式风机系统，包括：在深海海域安装风机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。
图3是采用槽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、图5a和图5b分别给出了槽型减摇水舱结构图、正视图和俯视图，基础结构3的尺寸为：OO”＝50m，OO’＝20m，O’O”＝30m，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，设置3层减摇水舱，减摇水舱高度h＝4m，a＝0.8m。
等截面直立柱31的高度等于变截面直立柱32底面的直径。
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’。ABC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。