一種海上風力發電機的浮式基礎的製作方法
2023-10-17 09:28:04
專利名稱：一種海上風力發電機的浮式基礎的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種海上風カ發電設備，具體涉及ー種海上風カ發電機的浮式基礎。
背景技術：
風能作為ー種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。目前，風カ發電項目大部分是在陸地上的。隨著風カ發電技術的發展，海上風カ發電已逐漸成為風電發展的新領域。因為海上風資源豐富，而且不會受土地使用的限制。由於海上的風カ資源遠優於陸上的，遠海區風カ資源又優於海岸帶的淺海區，所以風カ發電走向遠海是必然的方向。現在的海上風電項目多位於近海區域，採用的是固定式基礎。發展遠海深海區域風カ發電，浮式基礎則是必然的選擇。現有的浮式基礎主要包括Spar結構基礎、三浮體結構基礎和TLP結構基礎三種形 式。現有浮式基礎大多採用大功率水平軸風カ發電機，浮式基礎的體形龐大，浮式基礎的運輸和海上安裝難度高、成本大，而且浮式基礎的穩定性差，容易發生搖晃、傾斜，甚至翻倒。同時此三種浮式基礎無法根據海域風波的特徵做出調整，則其在不規則波環境下，作用在風機上的風速波動將引起輸出功率的波動。這些大型水平軸風機需準確對風運行，從而令偏航系統頻繁啟動。另外採用大功率風カ發電機不易根據用電負荷靈活配置。如在ー些較少人居住的島礁，總的用電量較少，而利用大功率風機發電就造成資源的浪費。中國專利(201010156412. 6)公開了ー種海上風カ發電機組柔性浮式基礎。此專利每個浮筒通過幅杆與塔筒的側部連接，而浮筒的底部通過錨鏈與固定在海床上的錨碇連接，同時各個浮式基礎之間通過彈性細纜連接，從而提高浮式基礎的穩定性。但是此專利的單個浮式基礎的穩定性差，且各個単元使用弾性細纜連接，容易發生碰撞，而造成浮式基礎容易損壞。
發明內容
本發明為了克服以上現有技術存在的不足，提供了一種結構合理，不容易發生搖晃、傾斜，可調整風力發電機重心位置和諧振頻率，減少波浪中浮式基礎整體運動的不平衡程度的海上風カ發電機的浮式基礎。本發明的目的通過以下的技術方案實現本海上風カ發電機的浮式基礎，包括至少ー個浮式基礎單元，所述浮式基礎單元包括塔柱和風カ發電機，風カ發電機安裝於塔柱的上端，還包括多個浮筒、連接杆、方形撐、第一支撐杆和第二支撐杆，所述多個浮筒均勻分布於塔柱的周邊，相鄰的浮筒下端通過方形撐固定連接，上端通過連接杆固定連接；浮筒上端通過第一支撐杆與塔柱中部固定連接，而固定於浮筒下端的方形撐通過第二支撐杆與塔柱的下端固定連接；方形撐位於海水的水面下方，浮筒的下端與海底固定連接。作為ー種優選，所述的連接杆、第一支撐杆和第二支撐杆設置為空心圓形管。作為ー種優選，所述方形撐設置為空心的矩形管，方形撐的內部設置有多個隔板，從而增加方形撐的剛性，方形撐的兩端分別固定於相鄰的兩個浮筒。
所述海上風カ發電機的浮式基礎還包括柔性連接器，所述多個浮式基礎單元通過柔性連接器連接形成浮式基礎群，浮式基礎單元呈水平分布。組合成浮式基礎群的方式，使得本海上風カ發電機的浮式基礎能夠適應不同的海況，在海洋風浪環境中具有良好的整體穩定性。作為ー種優選，所述柔性連接器包括彈簧、鋼索、2根軸和2個花鍵套筒，鋼索的兩端分別固定於2個花鍵套筒一端，彈簧套於鋼索，且彈簧的兩端分別固定於2個花鍵套筒ー端；2根軸的一端分別固定安裝於2個花鍵套筒的另一端，軸的另一端安裝於相鄰浮式基礎単元的浮筒的側部。彈簧在単元間運動中起到阻尼的作用，鋼索則保證兩個単元在設定的距離內運動，不出現彈簧變形破壞的情況。此設置保 證了各個浮式基礎之間的不會發生碰撞。所述軸的一端設置有卡塊，花鍵套筒包括殼體和鎖緊塊，軸的一端插入殼體，鎖緊塊套於軸，並固定於殼體內。當軸的一端插入殼體內時，再利用鎖緊塊對軸進行鎖緊。所述每個浮式基礎單元的浮筒的數量為3個；所述浮式基礎群包括多個浮式基礎組單元，每個浮式基礎組單元包括6個浮式基礎單元，此6個浮式基礎單元排列成六邊形，且相鄰兩個浮式基礎單元之間通過柔性連接器連接；相鄰的兩個浮式基礎組單元通過柔性連接器連接。各個浮式単元通過方形撐和連接杆固定連接成三角形的結構，因三角形具有高穩定性，不容易變形，從而為浮式基礎提供非常穩定的框架。浮式基礎群的數量根據使用需要的電量而決定，各個浮式基礎單元之間利用有阻尼特徵的柔性連接器連接，且浮式基礎單元在海平面上呈水平分布。利用多個小功率的風カ發電機組合，以滿足不同的用電需求，為海洋平臺和島礁提供電カ補給時，可組成區域網，免去費用高昂的長距離海底輸電和併網。所述風カ發電機為小功率的垂直軸風カ發電機。垂直軸風カ發電機在風向改變的時候無需對風，高度也低於水平軸風機，而且結構簡單、維護成本低。同時，由於減少了風輪對風時的陀螺カ以及減少了風機受風和運行對基礎的作用力，從而降低了浮式基礎的搖晃、傾斜的程度，進而保證此浮式基礎比水平軸風機浮式基礎具有更好的穩定性。所述海上風カ發電機的浮式基礎還包括錨鏈，所述浮式基礎群通過錨鏈與海底連接，所述浮筒的下端設置有壓載艙，浮筒的下端通過錨鏈與海底固定連接，壓載艙裝有配重物。合理調整配重物也可進ー步提高浮式基礎的穩定性。而配重物可以使用海水、鐵砂等。所述海上風カ發電機的浮式基礎還包括張カ索，所述浮式基礎群通過張カ索與海底固定連接，所述浮筒的下端通過張カ索與海底固定連接。所述浮式基礎群還可以使用張カ索和錨鏈的有效組合以實現更好的錨固穩定效
果O所述海上風カ發電機的浮式基礎還包括加強杆，所述第二支撐杆的一端固定連接於方形撐的中部，另一端固定於塔柱的下端，加強杆的兩端分別固定連接於相鄰的兩根方形撐的中部；所述第一支撐杆上安裝有工作檯，塔柱穿過工作檯的中心；工作檯的下面設置有6根固定杆和加強筋，固定杆呈現六邊形排列連接，同時固定杆的兩端分別固定連接於相鄰的第一支撐杆；加強筋的一端固定於塔柱，另一端固定於固定杆。加強杆與方形撐和第二支撐杆組成多個三角形，利用三角形的穩定性特點可大大提高浮式基礎單元的結構穩定性。
作為ー種優選，所述的工作檯呈正六邊形，而固定杆設置為空心圓形管，加強筋使用T型鋼材。工作檯用於支撐修理和安裝風カ電機的工作人員，將大大方便對於浮式基礎和風カ發電機的安裝與維護。固定杆和加強筋增強工作檯的剛性，從而令工作檯提供足夠的支撐力，提高工作人員在工作檯上工作的安全性。工作檯也可設置呈圓形。本發明相對於現有技術具有如下的優點I、本發明的海上風カ發電機的浮式基礎的浮式基礎中的浮筒下端通過方形撐進行剛性連接，而方管形的方形撐位於水線以下，從而利用方形撐在水下的粘滯力，從而對浮式基礎單元的搖晃和傾斜起到抑制的作用，提高了整個浮式基礎單元的穩定性。2、本發明的海上風カ發電機的浮式基礎單元之間通過柔性連接器連接組成浮式基礎群，從而可以提高整體的穩定性。而且此海上風カ電機的浮式基礎可以靈活連接浮式基礎單元的數量，如根據島上居住的人的用電量而決定浮式基礎單元的數量，減少成本，提聞效益。 3、本發明的海上風カ發電機的浮式基礎採用小功率垂直軸風カ發電機，小功率的垂直軸風カ發電機組成的群與同等功率的單臺大功率發電機相比，小功率的風カ發電機及浮式基礎群的建造及安裝成本遠低於單臺大功率風カ發電機及其浮式基礎。4、本發明的海上風カ發電機的浮式基礎利用小功率風カ發電機組的浮式基礎群，從而大大降低了浮式基礎單元的高度，從傳統的150米左右降低到50米左右，從而令重心位置下降，提高了浮式基礎單元的穩定性，而且小功率風カ發電機的重量輕，重心高度低，風カ發電機運轉與浮式基礎單元運動的相互影響小。5本發明的各個浮式基礎單元通過柔性連接器連接，從而保證各個浮式基礎單元之間既保持一定的距離，避免各個浮式基礎單元發生碰撞，，同時又相互牽制，提高浮式基礎群的整體穩定性。
圖I是本發明的ー種海上風カ發電機的浮式基礎單元的結構示意圖。圖2是本發明的ー種海上風カ發電機的浮式基礎單元去掉風カ發電機後的俯視圖。圖3是本發明的浮式基礎單元中方形撐所處平面的構件布置圖。圖4是本發明的浮式基礎單元中工作檯所處平面的構件布置圖。圖5是本發明的柔性連接器的結構示意圖。圖6是本發明的柔性連接器的爆炸圖。圖7是本發明的多個浮式基礎單元組合群的結構示意圖。圖8是本發明的多個浮式基礎單元組合群的俯視圖。圖9是本發明的實施例I的浮式基礎單元採用錨鏈與海底連接的結構示意圖。圖10是本發明的實施例2的浮式基礎單元採用張力索與海底連接的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進ー步說明。實施例I
如圖I和圖2所示的ー種海上風カ發電機的浮式基礎，包括至少ー個浮式基礎單元17，所述浮式基礎單元17包括塔柱3和風カ發電機4，風カ發電機4安裝於塔柱3的上端，還包括多個浮筒I、連接杆2、方形撐9、第一支撐杆5和第二支撐杆7，所述多個浮筒I均勻分布於塔柱3的周邊，相鄰的浮筒3下端通過方形撐9固定連接，上端通過連接杆2固定連接；浮筒I上端通過第一支撐杆5與塔柱3中部固定連接，而固定於浮筒I下端的方形撐9通過第二支撐杆7與塔柱3的下端固定連接；方形撐9位於海水的水面下方，浮筒I的下端與海底固定連接。如圖3，所述方形撐9設置為空心的矩形管，方形撐9的內部設置有多個隔板10，隔板10分布於方形撐9內，從而增加方形撐9的剛性，方形撐9的兩端分別固定於相鄰的兩個浮筒I。作為ー種優選，所述隔板10的數量為3張，均勻固定於方形撐9的內部。如圖5至圖8，所述海上風カ發電機的浮式基礎還包括柔性連接器18，所述多個浮 式基礎單元17通過柔性連接器18連接形成浮式基礎群，浮式基礎單元17呈水平分布。組合成浮式基礎群的方式，使得本海上風カ發電機的浮式基礎能夠適應不同的海況，具有海洋波浪中的良好整體穩性。而且通過多過浮式基礎單元17的組合，以滿足不同用電量要求。所述柔性連接器18包括彈簧16、鋼索15、2根軸13和2個花鍵套筒14，鋼索15的兩端分別固定於2個花鍵套筒14 一端，彈簧16套於鋼索15，且彈簧16的兩端分別固定於2個花鍵套筒14 一端；2根軸13的一端分別固定安裝於2個花鍵套筒14的另一端，軸13的另一端安裝於相鄰浮式基礎單元17的浮筒I的側部。彈簧在単元間運動中起到阻尼的作用，鋼索則保證兩個単元在設定的距離內運動，不出現彈簧變形破壞的情況。此設置保證了各個浮式基礎之間的不會發生碰撞。所述軸13的一端設置有卡塊131，花鍵套筒14包括殼體142和鎖緊塊141，軸13的一端插入殼體142，鎖緊塊141套於軸13，並固定於殼體142內。當軸13的一端插入殼體142內時，再利用鎖緊塊141對軸13進行鎖紫。所述每個浮式基礎單元17的浮筒I的數量為3個；所述浮式基礎群包括多個浮式基礎組單元，每個浮式基礎組單元包括6個浮式基礎單元17，此6個浮式基礎單元17排列成六邊形，且相鄰兩個浮式基礎單元17之間通過柔性連接器18連接；相鄰的兩個浮式基礎組單元通過柔性連接器18連接。各個浮筒I通過方形撐9和連接杆2固定連接成三角形的結構，因三角形具有高穩定性，不容易變形，從而為浮式基礎單元17提供非常穩定的框架。所述風カ發電機4為小功率的垂直軸風カ發電機。垂直軸風カ發電機在風向改變的時候無需對風，同吋，由於減少了風輪對風時的陀螺カ以及減少了風機受風和運行對基礎的作用力，從而降低了浮式基礎的搖晃、傾斜的程度，進而保證此浮式基礎較水平軸風機浮式基礎有更好的穩定性。如圖9，所述海上風カ發電機的浮式基礎還包括錨鏈20，所述浮式基礎群通過錨鏈20與海底連接，所述浮筒I的下端設置有壓載艙19，浮筒I的下端通過錨鏈20與海底固定連接，壓載艙19裝有配重物。合理調整配重物也可進ー步提高浮式基礎的穩定性。此配重物可以使用海水。如圖I、圖3和圖4，所述海上風カ發電機的浮式基礎還包括加強杆8，所述第二支撐杆7的一端固定連接於方形撐9的中部，另一端固定於塔柱3的下端，加強杆8的兩端分別固定連接於相鄰的兩根方形撐9的中部；所述第一支撐杆5上安裝有工作檯6，塔柱3穿過工作檯6的中心；工作檯6的下面設置有6根固定杆11和加強筋12，固定杆11呈現六邊形排列連接，同時固定杆11的兩端分別固定連接於相鄰的第一支撐杆5 ;加強筋12的一端固定於塔柱，另一端固定於固定杆11的中部。加強筋12的數量為6根。加強杆8與方形撐9和第二支撐杆7組成多個三角形，利用三角形的穩定性特點可大大提高浮式基礎單元17的穩定性。
作為ー種優選，所述的工作檯6呈正六邊形，而固定杆11設置為空心圓形管，加強筋12使用T型鋼材。工作檯6用於支撐修理和安裝風カ電機的工作人員，將大大方便對於浮式基礎單元17的維護。固定杆11和加強筋12增強工作檯6的剛性，從而令工作檯6提供足夠的支撐力，提高工作人員在工作檯6上工作的安全性。實施例2如圖10，所述海上風カ發電機的浮式基礎還包括張カ索21，所述浮式基礎群通過張カ索21與海底固定連接，所述浮筒I的下端通過張カ索21與海底固定連接。上述具體實施方式
為本發明的優選實施例，並不能對本發明進行限定，其他的任何未背離本發明的技術方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.ー種海上風カ發電機的浮式基礎，包括至少ー個浮式基礎單元，所述浮式基礎單元包括塔柱和風カ發電機，風カ發電機安裝於塔柱的上端，其特徵在幹還包括多個浮筒、連接杆、方形撐、第一支撐杆和第二支撐杆，所述多個浮筒均勻分布於塔柱的周邊，相鄰的浮筒下端通過方形撐固定連接，上端通過連接杆固定連接；浮筒上端通過第一支撐杆與塔柱中部固定連接，而固定於浮筒下端的方形撐通過第二支撐杆與塔柱的下端固定連接；方形撐位於海水的水面下方，浮筒的下端與海底固定連接。
2.根據權利要求I所述的ー種海上風カ發電機的浮式基礎，其特徵在於所述方形撐設置為空心的矩形管，方形撐的內部設置有多個隔板，方形撐的兩端分別固定於相鄰的兩個浮筒。
3.根據權利要求I所述的ー種海上風カ發電機的浮式基礎，其特徵在於還包括柔性連接器，所述多個浮式基礎單元通過柔性連接器連接形成浮式基礎群，浮式基礎單元呈水平分布。
4.根據權利要求3所述的ー種海上風カ發電機的浮式基礎，其特徵在於所述柔性連接器包括彈簧、鋼索、2根軸和2個花鍵套筒，鋼索的兩端分別固定於2個花鍵套筒一端，彈簧套於鋼索，且彈簧的兩端分別固定於2個花鍵套筒一端；2根軸的一端分別固定安裝於2個花鍵套筒的另一端，軸的另一端安裝於相鄰浮式基礎單元的浮筒的側部。
5.根據權利要求4所述的ー種海上風カ發電機的浮式基礎,其特徵在於所述軸的一端設置有卡塊，花鍵套筒包括殼體和鎖緊塊，軸的一端插入殼體，鎖緊塊套於軸，並固定於殼體內。
6.根據權利要求3所述的ー種海上風カ發電機的浮式基礎，其特徵在於所述每個浮式基礎單元的浮筒的數量為3個；所述浮式基礎群包括多個浮式基礎組單元，每個浮式基礎組單元包括6個浮式基礎單元，此6個浮式基礎單元排列成六邊形，且相鄰兩個浮式基礎単元之間通過柔性連接器連接；相鄰的兩個浮式基礎組單元通過柔性連接器連接。
7.根據權利要求I所述的ー種海上風カ發電機的浮式基礎，其特徵在於所述風カ發電機為小功率的垂直軸風カ發電機。
8.根據權利要求3所述的ー種海上風カ發電機的浮式基礎，其特徵在於還包括錨鏈，所述浮式基礎群通過錨鏈與海底連接，所述浮筒的下端設置有壓載艙，浮筒的下端通過錨鏈與海底固定連接，壓載艙裝有配重物。
9.根據權利要求3所述的ー種海上風カ發電機的浮式基礎，其特徵在於還包括張カ索，所述浮式基礎群通過張カ索與海底固定連接，所述浮筒的下端通過張カ索與海底固定連接。
10.根據權利要求I所述的ー種海上風カ發電機的浮式基礎，其特徵在於還包括加強杆，所述第二支撐杆的一端固定連接於方形撐的中部，另一端固定於塔柱的下端，加強杆的兩端分別固定連接於相鄰的兩根方形撐的中部；所述第一支撐杆上安裝有工作檯，塔柱穿過工作檯的中心；工作檯的下面設置有6根固定杆和加強筋，固定杆呈現六邊形排列連接，同時固定杆的兩端分別固定連接於相鄰的第一支撐杆；加強筋的一端固定於塔柱，另一端固定於固定杆。
全文摘要
本發明公開了一種海上風力發電機的浮式基礎，包括至少一個浮式基礎單元，所述浮式基礎單元包括塔柱、風力發電機、多個浮筒、連接杆、方形撐、第一支撐杆和第二支撐杆，風力發電機安裝於塔柱的上端，多個浮筒均勻分布於塔柱的周邊，相鄰的浮筒下端通過方形撐固定連接，上端通過連接杆固定連接；浮筒上端通過第一支撐杆與塔柱中部固定連接，固定於浮筒下端的方形撐通過第二支撐杆與塔柱的下端固定連接；方形撐位於海水的水面下方，浮筒的下端與海底固定連接。本發明的浮式基礎具有良好的穩定性，可調整風力發電機重心位置和諧振頻率，減少波浪中浮式基礎整體運動的不平衡程度。多個浮式基礎實現變化的功率組合滿足不同的用電需求。
文檔編號E02D27/44GK102865198SQ20121032785
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月6日 優先權日2012年9月6日
發明者陳超核 申請人:華南理工大學