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一种变截面型三浮体式海上 风电基础

阅读：279发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种变截面型三浮体式海上风电基础专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及海上风电开发领域，特别是涉及一种变截面型三浮体式海上风电基础，包括三个呈三角形排列的变截面型柱状浮体，三个变截面型柱状浮体结构相同，三个变截面型柱状浮体通过上水平撑杆和下水平撑杆连接；每个变截面型柱状浮体由上至下包括上水平撑杆连接段、近水面段、下水平撑杆连接段以及压载段，上水平撑杆连接段和下水平撑杆连接段的直径均大于近水面段的直径，压载段直径小于下水平撑杆连接段的直径，压载段的底部设有垂荡板，浮体近水面段的直径较小，有效地减小了作用于基础上的波浪外载荷；从本质上降低了基础的波浪运动响应，提高风力发电机的运行效率和使用寿命。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种变截面型三浮体式海上风电基础专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种变截面型三浮体式海上风电基础，其特征在于：包括三个呈三角形排列的变截面型柱状浮体，三个变截面型柱状浮体结构相同，三个变截面型柱状浮体通过上水平撑杆和下水平撑杆连接；每个变截面型柱状浮体由上至下包括上水平撑杆连接段、近水面段、下水平撑杆连接段以及压载段，上水平撑杆连接段和下水平撑杆连接段的直径均大于近水面段的直径，压载段直径小于下水平撑杆连接段的直径，压载段的底部设有垂荡板。
2.按照权利要求1所述的一种变截面型三浮体式海上风电基础，其特征在于：上水平撑杆连接段和下水平撑杆连接段的直径相同，压载段的直径大于近水面段的直径。
3.按照权利要求2所述的一种变截面型三浮体式海上风电基础，其特征在于：每个变截面型柱状浮体的上水平撑杆连接段、近水面段、下水平撑杆连接段、压载段之间均采用圆台型过渡段进行连接。
4.按照权利要求1所述的一种变截面型三浮体式海上风电基础，其特征在于：三个变截面型柱状浮体呈等边三角形排列，任意两个上水平撑杆连接段之间设有上水平撑杆，任意两个下水平撑杆连接段之间设有下水平撑杆。
5.按照权利要求1所述的一种变截面型三浮体式海上风电基础，其特征在于：压载段的内部设有压载舱，压载舱内填充有固体压载物。
6.按照权利要求1所述的一种变截面型三浮体式海上风电基础，其特征在于：垂荡板为圆形的垂荡板。
7.按照权利要求1所述的一种变截面型三浮体式海上风电基础，其特征在于：近水面段的直径与下水平撑杆连接段的直径比值为0.47～0.5，高度比为0.3～0.35。
8.按照权利要求1所述的一种变截面型三浮体式海上风电基础，其特征在于：压载段的直径与下水平撑杆连接段的直径比值为0.58～0.65，高度比为0.6～0.66。
9.按照权利要求1所述的一种变截面型三浮体式海上风电基础，其特征在于：上水平撑杆及下水平撑杆的直径与长度比均为0.05～0.07。

说明书全文

一种变截面型三浮体式海上风电基础

技术领域

[0001] 本实用新型涉及海上风电开发领域，特别是涉及一种变截面型三浮体式海上风电基础。

背景技术

[0002] 发展海上风力发电是我国海洋经济战略的重要支撑点，也是解决常规能源危机、开发新能源的一个主要措施。近海及深海区域蕴藏的风资源十分丰富，是将来一段时期内我国海上风电开发的主战场。随着开发海域水深的增加，固定式风电基础渐渐失去了优越性，浮式风电基础成为了近海及深海区域风电开发的不二选择。

[0003] 目前投入使用的三浮体式基础，其浮体都是等截面的圆柱型结构，为了提供足够的排水量浮体的直径大都达到了10m左右。因此，这类浮式基础一般都具有较大的水线面，波浪中的运动响应较大，进而影响和限制了风力发电机的效率和使用寿命。如何从本质上减小浮式基础在波浪中的运动响应，此技术难点已成为了近海及深海区域风电开发的瓶颈。发明内容

[0004] 针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是：提供一种变截面型三浮体式海上风电基础，其能够从本质上减小浮式基础在波浪中的运动响应，提高风力发电机的运行效率和使用寿命。

[0005] 为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

[0006] 一种变截面型三浮体式海上风电基础，包括三个呈三角形排列的变截面型柱状浮体，三个变截面型柱状浮体结构相同，三个变截面型柱状浮体通过上水平撑杆和下水平撑杆连接；每个变截面型柱状浮体由上至下包括上水平撑杆连接段、近水面段、下水平撑杆连接段以及压载段，上水平撑杆连接段和下水平撑杆连接段的直径均大于近水面段的直径，压载段直径小于下水平撑杆连接段的直径，压载段的底部设有垂荡板。

[0007] 进一步，上水平撑杆连接段和下水平撑杆连接段的直径相同，压载段的直径大于近水面段的直径。

[0008] 进一步，每个变截面型柱状浮体的上水平撑杆连接段、近水面段、下水平撑杆连接段、压载段之间均采用圆台型过渡段进行连接。

[0009] 进一步，三个变截面型柱状浮体呈等边三角形排列，任意两个上水平撑杆连接段之间设有上水平撑杆，任意两个下水平撑杆连接段之间设有下水平撑杆。

[0010] 进一步，压载段的内部设有压载舱，压载舱内填充有固体压载物。

[0011] 进一步，垂荡板为圆形的垂荡板。

[0012] 进一步，近水面段的直径与下水平撑杆连接段的直径比为0.47～0.5，高度比为0.3～0.35。

[0013] 进一步，压载段的直径与下水平撑杆连接段的直径比值为0.58～0.65，高度比为0.6～0.66。

[0014] 进一步，上水平撑杆及下水平撑杆的直径与长度的比值均为0.05～0.07。

[0015] 总的说来，本实用新型具有以下优点：

[0016] (1)、本变截面型三浮体式海上风电基础整体重心较低，具有较大的横摇和纵摇刚度；

[0017] (2)、在纵荡、横荡和艏摇自由度上具有较大的附加质量；

[0018] (3)、在垂荡、横摇、纵摇、横荡、纵荡和艏摇自由度上具有较大的辐射阻尼；

[0019] (4)、浮体近水面段的直径较小，有效地减小了作用于基础上的波浪外载荷；

[0020] (5)、从本质上降低了基础的波浪运动响应，可以大大提高风力发电机的运行效率和使用寿命。附图说明

[0021] 图1为本实用新型一种变截面型三浮体式海上风电基础连同塔架、风力发电机一起的总体立体结构示意图。

[0022] 图2为本实用新型一种变截面型三浮体式海上风电基础立体结构示意图。

[0023] 图3为本实用新型一种变截面型三浮体式海上风电基础平面结构示意图。

[0024] 其中图1、图2、图3中包括有：

[0025] 1——变截面型柱状浮体、11——上水平撑杆连接段、12——第一过渡段、13——近水面段、14——第二过渡段、15——下水平撑杆连接段、16——第三过渡段、17——压载段；

[0026] 2——垂荡板；

[0027] 3——上水平撑杆、4——下水平撑杆；

[0028] 5——塔架；

[0029] 6——风力发电机。

具体实施方式

[0030] 下面对本实用新型做详细说明：

[0031] 如图1、图2、图3所示，一种变截面型三浮体式海上风电基础，主要由呈等边三角形排列的三个相同的变截面型柱状浮体1构成，每个变截面型柱状浮体1由上至下可分为上水平撑杆连接段11、近水面段13、下水平撑杆连接段15以及压载段17，任意两个上水平撑杆连接段11之间设有上水平撑杆3，任意两个下水平撑杆连接段15之间设有下水平撑杆4，三个变截面型柱状浮体1通过上水平撑杆3和下水平撑杆4固接在一起，上水平撑杆连接段11和下水平撑杆连接段15的直径相同，上水平撑杆3和下水平撑杆4的尺寸相同，便于加工和安装；塔架5及风力发电机6位于本基础的几何中心位置处；各浮体上水平撑杆连接段11的直径为8.5m、高度为2m，上水平撑杆连接段11高度与直径的比值较小，使变截面型柱状浮体1在水线面以上的部分高度较矮，稳定性好，近水面段13的直径为4m、高度为7m，下水平撑杆连接段15的直径为8.5m、高度为23m，压载段17的直径为5m、高度为15m，压载段17的直径小于下水平撑杆连接段15的直径，使变截面型柱状浮体1的浮心尽可能向上移，且在压载段17内的压载舱中填充密度为4.5～4.7t/m3的固体压载物，使变截面型柱状浮体1的重心尽可能向下移，形成浮心高于重心一定距离的状态，从而提高了整个基础的抗倾覆能力；各浮体的上水平撑杆连接段11与近水面段13之间设有第一过渡段12其高度为2m，近水面段13与下水平撑杆连接段15之间设有第二过渡段14其高度为2m，下水平撑杆连接段15与压载段17之间设有第三过渡段16其高度为4m；第一过渡段12由上水平撑杆连接段11向近水面段13逐渐减小直径，第二过渡段14由近水面段13向下水平撑杆连接段15逐渐增加直径，第三过渡段16由下水平撑杆连接段15向压载段17逐渐减小直径；每个变截面型柱状浮体1的压载段17内设有压载舱用于填充固体压载物，可以有效地降低基础的重心，使基础具有足够的初稳性，有利于提高基础的横摇和纵摇刚度。另外，在每个变截面型柱状浮体1的底部也就是压载段17的底部设有圆形的垂荡板2，有利于提高基础的垂荡性能。

[0032] 如图2所示，三个相同的变截面型柱状浮体1呈等边三角形排列，布置对称、稳定性好。各浮体近水面段13的直径仅为4m，与现有技术中大直径浮体基础相比能较大程度地减小波浪外载荷对基础的冲击作用，利于改善基础在风浪中的运动响应。

[0033] 本实用新型涉及的一种变截面型三浮体式海上风电基础其优点可以概述如下：

[0034] (1)、本变截面型三浮体式海上风电基础浮心高于重心，具有足够的初稳性，横摇和纵摇刚度大；并且，在纵荡、横荡和首摇自由度上具有较大的附加质量，在垂荡、横摇、纵摇、横荡、纵荡和首摇自由度上具有较大的辐射阻尼；

[0035] (2)、浮体近水面段的直径较小，有效地减小了作用于基础上的波浪外载荷；

[0036] (3)、从本质上降低了基础的波浪运动响应，其垂荡、横摇、纵摇、横荡、纵荡和首摇运动幅度都得到减小，利于上部风力发电机工作。这对提高风机工作效率、减小环境载荷对风机的影响、提高风机寿命等都具有现实意义。

[0037] (4)、结合我国近海及深海区域(尤其是南海区域)风浪普遍较大的特点，本变截面型三浮体式海上风电基础具有很大的适用性。

[0038] 上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

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