【技術實現步驟摘要】
本技術涉及海上風機，特別是涉及一種工字半潛型漂浮式海上風機系統。
技術介紹
1、隨著海上風電逐步向深遠海發展，深遠海風電場通常采用漂浮式風機基礎的方案，通過錨泊系統將風機基礎固定于海床，成本造價低，廣泛適應于各種地質條件。
2、漂浮式風機基礎主要劃分為spar、semi、tlp和barge這四種基本型式，其中，“semi”又稱半潛型風機基礎，具有適用水深范圍廣、綜合性能優、技術成熟度高等特點。現有半潛型漂浮式風機基礎設計有等邊三角形浮箱+三立柱或四立柱的形式，當風電機組豎立設置在三角形的中心立柱上時，中心立柱對浮體穩性和靜水恢復剛度產生的作用微小，而當風電機組豎立設置在三角形的角點立柱上時，此角點立柱兼具了調節水動力性能和支撐風電機組的雙重作用，不利整體系統的優化設計，導致立柱頂部節點設計、靠船設計、系泊設計和動態海纜設計的難度增大。
3、另外，現有半潛型漂浮式風機基礎通常采用箱梁或圓管支撐結構連接各個立柱，巨大的風機荷載通過這些連接結構進一步傳遞給立柱，對立柱的承載能力要求更高。
4、綜上所述，現有半潛型漂浮式風機基礎在極端海洋環境下的穩性儲備不足，水動力荷載偏高，運動偏轉角度偏大，結構承載能力不強，難以實現兼顧運動性能、支撐能力以及便于整體系統協同設計的目的。因此，亟需提出一種受力傳力更好、低成本、高穩性和便于協同設計的漂浮式風機基礎概念。
技術實現思路
1、本技術要解決的技術問題是：現有半潛型漂浮式風機基礎在極端海洋環境下的穩性儲備不足，水
2、為了解決上述技術問題，本技術提供了一種工字半潛型漂浮式海上風機系統：
3、工字半潛型漂浮式海上風機系統包括浮式風機基礎、塔筒、風電機組和錨泊系統，所述塔筒固定設置在所述浮式風機基礎上，所述風電機組安裝于所述塔筒的上部，所述錨泊系統與所述浮式風機基礎連接；
4、所述浮式風機基礎包括工字形浮箱、中心立柱、至少三個外側立柱、拱形支撐結構和連接圓管，所述中心立柱設置在所述工字形浮箱的一個交點處，所述塔筒與所述中心立柱固定連接；至少三個外側立柱分別設置在所述工字形浮箱的端點處，且所述外側立柱遠離所述拱形支撐結構構成自由端；
5、所述工字形浮箱包括平行間隔設置的第一段浮箱和第二段浮箱，以及固定連接于所述第一段浮箱與所述第二段浮箱之間的中間浮箱，所述拱形支撐結構固定連接于所述第一段浮箱/所述第二段浮箱與所述中心立柱之間，以及所述中間浮箱與所述中心立柱之間，且所述拱形支撐結構相對于所述工字形浮箱的上側方向拱起布置；所述連接圓管分別設置在所述工字形浮箱的左右兩側。
6、進一步的，所述第一段浮箱的長度大于所述第二段浮箱的長度，所述中心立柱設置在所述第一段浮箱與所述中間浮箱的交點處，或者，所述中心立柱設置在所述第二段浮箱與所述中間浮箱的交點處。
7、進一步的，所述拱形支撐結構包括水平撐段和斜撐段，所述水平撐段平行于所述工字形浮箱的上側面布置，所述水平撐段與所述中心立柱的頂部固定連接，所述斜撐段固定連接于所述水平撐段和所述工字形浮箱的上側面之間。當中心立柱設置在所述第二段浮箱與所述中間浮箱的交點處時，也可取消第二段浮箱上的斜撐段，直接將水平撐段連接到外側立柱上。
8、進一步的，所述中心立柱包括中心頂部立柱和中心下部立柱，所述中心下部立柱的直徑小于所述中心頂部立柱的直徑，所述中心下部立柱的上端插接于所述中心頂部立柱的內部，所述中心下部立柱插接安裝于所述工字形浮箱的一個交點內部。
9、進一步的，所述外側立柱包括外側上部立柱和外側底部立柱，所述外側底部立柱的直徑大于所述外側上部立柱的直徑，所述外側底部立柱與所述工字形浮箱固定連接，所述外側上部立柱具有向上延伸凸出水面的伸出部分。
10、進一步的，所述外側上部立柱為單柱結構，所述外側上部立柱沿豎直方向延伸布置或者沿朝外傾斜的方向延伸布置，所述外側上部立柱為上粗下細的變直徑錐臺結構。
11、進一步的，所述外側上部立柱為并列組合的多柱結構，所述外側上部立柱沿豎直方向延伸布置或者沿朝外傾斜的方向延伸布置，所述外側上部立柱的上部多柱數量大于所述外側上部立柱的下部多柱數量。
12、進一步的，兩個所述連接圓管關于所述工字形浮箱的中間浮箱左右對稱，所述連接圓管插接于所述第一段浮箱和所述第二段浮箱的內部，或者，所述連接圓管插接于所述外側底部立柱的內部。
13、進一步的，所述工字形浮箱為其寬度大于高度的扁平型浮箱，所述工字形浮箱采用混凝土結構、鋼結構或鋼-混凝土結構制成，所述工字形浮箱的內部、所述中心立柱的內部、所述外側立柱的內部還設有可變式壓載艙、空艙或設備艙。
14、進一步的，所述工字形浮箱的底面還設置有升沉板或固定式壓載體，所述升沉板或固定式壓載體的形狀為沿所述工字形浮箱的外輪廓延伸布置的等腰梯形；
15、所述升沉板為片板結構，或者，所述固定式壓載體為扁平殼體結構，其內部填充有鐵礦砂、混凝土、石塊、沙子或礦石材料，再或者，所述固定式壓載體為扁平實心結構，其密度大于所述可變式壓載艙的密度。
16、本技術的一種工字半潛型漂浮式海上風機系統與現有技術相比，其有益效果在于：該工字半潛型漂浮式海上風機系統采用了浮式風機基礎、塔筒、風電機組和錨泊系統的設計形式，塔筒固定設置在浮式風機基礎上，風電機組安裝于塔筒的上部，錨泊系統與浮式風機基礎連接，其中，浮式風機基礎包括工字形浮箱、中心立柱、至少三個外側立柱、拱形支撐結構和連接圓管。
17、通過工字形浮箱、中心立柱、至少三個外側立柱、拱形支撐結構和連接圓管組成了空間幾何構型簡單、受力傳力明確、承載能力強的基礎架構，工字形浮箱主要用于提供巨大的浮力，在大容量風電機組和極端海洋環境條件下，工字形浮箱可減少鋼材用量并減小波浪力。同時可在工字形浮箱的內部設置可變壓載艙，通過向可變壓載艙中填充水或密度更高的壓載物產生巨大重力作用并降低重心。
18、該浮式風機基礎與傳統的三角形半潛風機基礎不同，在工字形浮箱的交點處設置用于支撐風電機組的中心立柱，在工字形浮箱的外側端點設置至少三個外側立柱，使得中心立柱遠離靜水面中心(也稱“漂心”)，又與外側立柱分開，不僅可以提高浮式風機基礎的穩性，還能通過調節工字形邊長、中心立柱直徑和外側立柱直徑，增大且更靈活地調節浮體各個方向的靜水恢復剛度，優化偏轉自由運動周期，減小浮體的極限偏轉角度。
19、而且，外側立柱遠離拱形支撐結構構成自由端，不會承受上部風機和塔筒傳遞來的巨大風機荷載，便于立柱輕量化設計。外側上部立柱可設計成外傾斜變直徑錐臺的單柱結構或外傾斜并列組合的多柱結構，能進一步增大靜水恢復剛度，提高浮體穩性，改善運動性能。中心立柱與外側立柱各自分開，具有相對獨立的結構功能，便于系泊、動態電纜、靠船系統協同設計，同時中心立柱的位置本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，包括浮式風機基礎、塔筒、風電機組和錨泊系統，所述塔筒固定設置在所述浮式風機基礎上，所述風電機組安裝于所述塔筒的上部，所述錨泊系統與所述浮式風機基礎連接；
2.根據權利要求1所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，所述第一段浮箱的長度大于所述第二段浮箱的長度，所述中心立柱設置在所述第一段浮箱與所述中間浮箱的交點處，或者，所述中心立柱設置在所述第二段浮箱與所述中間浮箱的交點處。
3.根據權利要求1所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，所述拱形支撐結構包括水平撐段和斜撐段，所述水平撐段平行于所述工字形浮箱的上側面布置，所述水平撐段與所述中心立柱的頂部固定連接，所述斜撐段固定連接于所述水平撐段和所述工字形浮箱的上側面之間。
4.根據權利要求1所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，所述中心立柱包括中心頂部立柱和中心下部立柱，所述中心下部立柱的直徑小于所述中心頂部立柱的直徑，所述中心下部立柱的上端插接于所述中心頂部立柱的內部，所述中心下部立柱插接安裝于所述工字形浮箱的一個交點內部。>
5.根據權利要求1所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，所述外側立柱包括外側上部立柱和外側底部立柱，所述外側底部立柱的直徑大于所述外側上部立柱的直徑，所述外側底部立柱與所述工字形浮箱固定連接，所述外側上部立柱具有向上延伸凸出水面的伸出部分。
6.根據權利要求5所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，所述外側上部立柱為單柱結構，所述外側上部立柱沿豎直方向延伸布置或者沿朝外傾斜的方向延伸布置，所述外側上部立柱為上粗下細的變直徑錐臺結構。
7.根據權利要求5所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，所述外側上部立柱為并列組合的多柱結構，所述外側上部立柱沿豎直方向延伸布置或者沿朝外傾斜的方向延伸布置，所述外側上部立柱的上部多柱數量大于所述外側上部立柱的下部多柱數量。
8.根據權利要求5所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，兩個所述連接圓管關于所述工字形浮箱的中間浮箱左右對稱，所述連接圓管插接于所述第一段浮箱和所述第二段浮箱的內部，或者，所述連接圓管插接于所述外側底部立柱的內部。
9.根據權利要求1所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，所述工字形浮箱為其寬度大于高度的扁平型浮箱，所述工字形浮箱采用混凝土結構、鋼結構或鋼-混凝土結構制成，所述工字形浮箱的內部、所述中心立柱的內部、所述外側立柱的內部還設有可變式壓載艙、空艙或設備艙。
10.根據權利要求9所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，所述工字形浮箱的底面還設置有升沉板或固定式壓載體，所述升沉板或固定式壓載體的形狀為沿所述工字形浮箱的外輪廓延伸布置的等腰梯形；
...【技術特征摘要】
1.一種工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，包括浮式風機基礎、塔筒、風電機組和錨泊系統，所述塔筒固定設置在所述浮式風機基礎上，所述風電機組安裝于所述塔筒的上部，所述錨泊系統與所述浮式風機基礎連接；
2.根據權利要求1所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，所述第一段浮箱的長度大于所述第二段浮箱的長度，所述中心立柱設置在所述第一段浮箱與所述中間浮箱的交點處，或者，所述中心立柱設置在所述第二段浮箱與所述中間浮箱的交點處。
3.根據權利要求1所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，所述拱形支撐結構包括水平撐段和斜撐段，所述水平撐段平行于所述工字形浮箱的上側面布置，所述水平撐段與所述中心立柱的頂部固定連接，所述斜撐段固定連接于所述水平撐段和所述工字形浮箱的上側面之間。
4.根據權利要求1所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，所述中心立柱包括中心頂部立柱和中心下部立柱，所述中心下部立柱的直徑小于所述中心頂部立柱的直徑，所述中心下部立柱的上端插接于所述中心頂部立柱的內部，所述中心下部立柱插接安裝于所述工字形浮箱的一個交點內部。
5.根據權利要求1所述的工字半潛型漂浮式海上風機系統，其特征是，所述外側立柱包括外側上部立柱和外側底部立柱，所述外側底部立柱的直徑大于所述外側上部立柱的直徑，所述外側底部立柱與所述工字形浮箱固定連接，所述外側上部...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊敏冬，尹梓煒，黃俊輝，范永春，李偉科，馬兆榮，周冰，劉東華，王洪慶，任灝，王金璽，鄭燦，
申請(專利權)人：中國能源建設股份有限公司，
類型：新型
國別省市：
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