專利名稱：適應于水深100米以下小水線面海上風電浮式基礎的制作方法
技術領域：
本發明屬于海上新能源技術領域，涉及一種新型海上風電浮式基礎結構。
背景技術：
風力發電是世界上發展最快的綠色能源技術。在陸地風電場建設快速發展的同時，人們已經注意到陸地風能利用所受到的一些限制，如占地面積大、噪聲污染等問題，而海上風能具有風速高、風資源持續穩定、發電量大等優點，因此隨著海上風電的發展，海洋將成為一個迅速發展的風電市場。在海上風電領域，水深分為三個區域淺海域(水深小于20米)，過渡海域(20米至五十米)，及深海域(大于五十米)。傳統的固定式基礎(如單樁平臺、多樁平臺、混凝土重力平臺、導管架平臺等)適用于淺海域及部分過渡海域。根據歐美海上風能資源分布及發展趨勢分析，淺海域風電場的建設已經遠遠不能滿足風能發展的要求，海上風電場有向深海域發展的趨勢與必要，海上風電浮式基礎應運而生。目前，為了滿足風機發電期間浮式基礎穩定性的需要，海上風電浮式基礎都安裝在150米水深以上，甚至更大的水深，這會使得浮式基礎結構的建造和安裝成本大幅增加，施工難度加大。因此，需要開發適應較小水深的風電浮式基礎，以便降低工程造價和安裝成本，提高風電裝備的經濟性。在海域水深變小時，基礎結構的吃水降低，排水量減少，這不利于風電浮式基礎的穩定性和抵抗風浪的能力。
發明內容
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種適應于水深100米以下小水線面海上風電浮式基礎，該基礎工程造價和安裝成本均較低，經濟性較好，應用于水深80至100米范圍內的5MW大型風機，能使海上風機在額定海況下正常工作，并能在極端海況條件下自存。本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是一種適應于水深100米以下小水線面海上風電浮式基礎，包括位于上部的浮力艙、連接在所述浮力艙下面的主動壓載艙、位于下部的水泥壓載艙和錨泊系統，所述主動壓載艙的截面比所述浮力艙的截面大，所述主動壓載艙和所述水泥壓載艙通過桁架結構連接。所述主動壓載艙內設有若干主動壓載艙室，所述主動壓載艙室內設有壓載主動調節系統。所述浮力艙和主動壓載艙均為圓柱體。所述桁架結構中設有垂蕩板。所述錨泊系統采用懸鏈線式錨鏈，所述錨鏈的導纜孔設置在所述主動壓載艙的底部，所述錨鏈與海底連接。本發明具有的優點和積極效果是一)本發明通過將浮力艙和水泥壓載艙分離設計，使其在保證風機正常發電條件下，吃水深度大幅降低。進而擴大了海上風電浮式基礎的使用范圍。與目前浮式基礎200米水深相比，本浮式基礎可以應用于100米以下水深。二)浮力艙和主動壓載艙均采用圓柱體，上下布置，浮力艙截面較小，能減小水線面面積，使得結構受到的波浪力大大降低，減少結構對強度的要求，因此能夠降低用鋼量；同時使垂蕩自振周期遠離波浪周期，減小運動響應。主動壓載艙截面較大，在主動壓載艙內設置若干主動壓載艙室，通過主動調節壓載量，來補償風力和風速的顯著變化，使基礎保持豎直，保證風機正常工作。三)用桁架結構連接主動壓載艙和水泥壓載艙，桁架結構由弦桿、橫撐、斜撐組成，桁架結構能減輕基礎的重量，同時減小波流穿過時的載荷。在桁架結構中設置垂蕩板，增加垂蕩方向的附加質量和阻尼，以減小垂蕩響應。綜上所述，本發明水線面小，穩定性和抵抗風浪的能力強，工程造價和安裝成本均較低，經濟性較好，施工簡便。解決了水深變小帶來的穩性和耐波性能降低等技術困難，可以安裝在100米以下水域，作為5MW左右大功率風機的浮式基礎。
圖1為本發明的結構示意圖。圖中1、浮力艙,2、主動壓載艙,3、垂蕩板,4、水泥壓載艙,5、祐1架結構,6、錨泊系統。
具體實施例方式為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下請參閱圖1，一種適應于水深100米以下小水線面海上風電浮式基礎，包括位于上部的浮力艙1、連接在所述浮力艙I下面的主動壓載艙2、位于下部的水泥壓載艙3和錨泊系統，所述主動壓載艙2的截面比所述浮力艙I的截面大，所述浮力艙和所述水泥壓載艙4通過祐1架結構5連接。所述浮力艙I和所述主動壓載艙2均為圓柱體，所述主動壓載艙2內設有若干主動壓載艙室，所述主動壓載艙室內設有壓載主動調節系統。所述桁架結構5中設有垂蕩板3。所述錨泊系統6采用懸鏈線式錨鏈，所述錨鏈的導纜孔設置在所述主動壓載艙2的底部，所述錨鏈與海底連接。本發明在設計的過程中，考慮到海上風機的機艙和葉片的較大的重量在水面以上SO-1OOm,并受到較大的風載荷，為使風機正常發電，必須保證基礎風浪中的穩性和抵抗風浪載荷的能力。為此，設置水泥壓載艙，使基礎重心下移。同時為使基礎適用IOOm內水深，避免結構過大的吃水，在基礎上部設置浮力艙，以增加浮力，提高浮心位置。浮力艙采用圓柱體，并在其下面連接主動壓載艙，浮力艙截面較小，能夠減小水線面面積，使得結構受波浪力大大降低，減少結構對強度的要求，因此能夠降低用鋼量；同時使垂蕩自振周期遠離波浪周期，減小運動響應。主動壓載艙截面較大，內部設置主動壓載艙室，通過主動調節壓載功能，補償風力和風速的顯著變化，使浮式基礎保持豎直，保證風機正常發電作業。桁架結構由弦桿、橫撐、斜撐組成，能減輕整個基礎的重量，同時減小波流穿過時的載荷。在桁架結構中設置垂蕩板，增加垂蕩方向的附加質量和阻尼，以減小垂蕩響應。基礎下部采用水泥壓載艙,能夠降低整個基礎的重心,使重心低于浮心,提高基礎的穩性，同時增加整體結構的橫搖阻尼和縱搖阻尼。在發生橫搖和縱搖運動時，水泥壓載艙能顯著減小運動響應，并增加回復力。在本發明中，錨泊系統采用六根懸鏈線形式錨鏈，依靠自身的重力限制基礎的橫蕩和縱蕩運動，同時能夠提供基礎結構的回復力，錨鏈導纜孔設置在主動壓載艙底部并與海底連接。本發明用于為海上大型風機提供支撐基礎，可保證風機在正常工作狀況下的穩性，在風浪流作用下發生較小的運動響應，在風暴自存狀態條件下，能保證風機的安全。在具體實施過程中，首先需要把基礎拖航至預定地點，再用系泊系統進行定位，最后安裝浮式基礎及風機。盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的專業人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種適應于水深100米以下小水線面海上風電浮式基礎，其特征在于，包括位于上部的浮力艙、連接在所述浮力艙下面的主動壓載艙、位于下部的水泥壓載艙和錨泊系統，所述主動壓載艙的截面比所述浮力艙的截面大，所述主動壓載艙和所述水泥壓載艙通過桁架結構連接。
2.根據權利要求1所述的適應于水深100米以下小水線面海上風電浮式基礎，其特征在于，所述主動壓載艙內設有若干主動壓載艙室，所述主動壓載艙室內設有壓載主動調節系統。
3.根據權利要求1所述的適應于水深100米以下小水線面海上風電浮式基礎，其特征在于，所述浮力艙和主動壓載艙均為圓柱體。
4.根據權利要求1或2所述的適應于水深100米以下小水線面海上風電浮式基礎，其特征在于，所述桁架結構中設有垂蕩板。
5.根據權利要求1所述的適應于水深100米以下小水線面海上風電浮式基礎，其特征在于，所述錨泊系統采用懸鏈線式錨鏈，所述錨鏈的導纜孔設置在所述主動壓載艙的底部， 所述錨鏈與海底連接。
全文摘要
本發明公開了一種適應于水深100米以下小水線面海上風電浮式基礎，包括位于上部的浮力艙、連接在所述浮力艙下面的主動壓載艙、位于下部的水泥壓載艙和錨泊系統，所述主動壓載艙的截面比所述浮力艙的截面大，所述主動壓載艙和所述水泥壓載艙通過桁架結構連接。本發明水線面小，穩定性和抵抗風浪的能力強，工程造價和安裝成本均較低，經濟性較好，施工簡便。解決了水深變小帶來的穩性和耐波性能降低等技術困難，可以安裝在100米以下水域，作為5MW左右大功率風機的浮式基礎。
文檔編號B63B35/44GK103010417SQ20121057471
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者唐友剛, 李嘉文, 張若瑜, 王涵 申請人:天津大學