一种设置抗垂荡立柱的浅海风电半潜平台

1.本发明专利涉及一种设置抗垂荡立柱的浅海风电半潜平台，属于海洋工程领域。


背景技术：

2.随着环境污染问题的恶化和不可再生能源的枯竭，清洁环保的风能受到人们广泛关注。然而，由于地面空间有限、海上风资源优良等因素，风电的开发逐渐从陆地向海洋发展。目前，海上浮式风电的安装区域主要集中在60m左右的浅海区域，针对某些浅海区域地质条件不满足固定式风机的安装要求，实际工程中一般会选择浮式风机。现有的海上风机浮式基础主要有四种：立柱式、张力腿式、驳船式和半潜式。spar型浮式基础吃水大，垂向波浪激励力小、垂荡运动小，比半潜式的基础有着更好的垂荡性能，但是横摇和纵摇响应较大；tlp 张力腿型浮式基础，具有良好的垂荡和摇摆运动特性，但是，张力系泊系统复杂，受海流影响大，上部结构和系泊系统的频率耦合易产生共振；驳船型浮式基础在远洋大风浪海域中的横摇和纵摇响应剧烈，因而一般布置在风浪较小的海域；半潜型浮式基础的成本低，移动方便，适用于水深广泛，一般为圆形的三立柱或四立柱式，该种形式的基础也存在吃水较深、波浪载荷较大，以及多自由度运动耦合等问题。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种适用于浅海风电平台的抗垂荡立柱。安装有抗垂荡立柱的半潜风电平台与一般圆筒型立柱式半潜风电平台相比，在平台入水体积增加时，减小了平台吃水，可以较好适用于浅海区域。
4.本发明采用的技术方案是：一种设置抗垂荡立柱的浅海风电半潜平台，它包括一体式阻尼板，所述一体式阻尼板采用桥连板连接相邻的立柱底板，立柱底板上焊接抗垂荡立柱；所述抗垂荡立柱自下而上设置下柱体、上台体和顶面，相邻的下柱体之间通过t型材加固连接，下柱体与立柱底板之间设置柱肘板，t型材与桥连板中间设置桥肘板；相邻的上台体之间通过横撑连接，斜撑支撑连接在上台体与t型材之间；所述上台体为倒置结构，它的顶面面积大于底面面积；上台体为直圆台、凸弧圆台、凹弧圆台或棱台，下柱体为圆柱或棱柱。
5.所述抗垂荡立柱为柱体凸弧台柱、柱体凹弧台柱、柱体直台柱、柱体棱台柱、棱体凹弧台柱、棱体凸弧台柱、棱体直台柱或棱体棱台柱。
6.所述下柱体为棱体，上台体为直圆台、凹弧圆台或凸弧圆台时，凹弧圆台或凸弧圆台的底面圆为棱体顶面的内切圆；下柱体为圆柱，上台体为棱台时，圆柱顶面为棱台底面的外接圆。
7.抗垂荡立柱由位于同一轴线上的上下两部分对接组成，上部形式包含上凸弧圆台、上凹弧圆台和上棱台，下部形式包含圆柱和棱柱，下部圆柱或棱柱分别与上凸弧圆台、上凹弧圆台和上棱台的朝下小端连接，对接处的连接面即为该半潜式海上风电平台在正常工作情况下的水线面；抗垂荡立柱从中间部分逐渐向顶部扩张，从而形成一种防上浪结构。
8.当抗垂荡立柱应用在浮式风电平台上时，浮式风电平台的多个抗垂荡立柱大小相同，两个斜撑的一端固定连接在t型梁中部位置的两侧，另一端与相应斜撑同一侧的上台固定连接，t型梁腹板与抗垂荡立柱下部底面平齐，并与三角形一体式阻尼板连接，阻尼板与t型材、抗垂荡立柱通过肘板加固；所述风电平台的多个抗垂荡立柱上下部分连接处所在的平面为工作水线面。
9.下部圆柱与上凸弧圆台构成柱体凸弧台柱，下部圆柱与上凹弧圆台构成柱体凹弧台柱，下部圆柱与上直圆台构成柱体直台柱，下部圆柱与上棱台构成柱体棱台柱。下部棱柱与上凹弧圆台构成棱体凹弧台柱，下部棱柱与上凸弧圆台构成棱体凸弧台柱，下部棱柱与上直圆台构成棱体直台柱，下部棱柱与上棱台构成棱体棱台柱。
10.采用抗垂荡立柱的浮式风电平台，风机放置在其中一个抗垂荡立柱上，其余抗垂荡立柱加压载水即可保持整体平衡。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该抗垂荡立柱由位于同一轴线上的上下两部分对接组成，下部为下柱体，上部为上台体，上台体朝下小端与下柱体连接，对接处形成的连接面即为该半潜式海上风电平台在正常工作情况下的水线面。上台体的顶面可放置风力发电机塔架，下柱体浸没于水中，为风电平台提供一定的浮力。应用抗垂荡立柱的半潜式海上风电平台与一般立柱式半潜平台相比，具有较好的水动力性能，从中间向上扩张的立柱结构能有效防止平台甲板上浪，也可以减小平台垂荡运动响应，降低其系泊系统在浅水工作海域因吃水变化较大引起的系泊松弛，甚至触底的问题，从而提高浅海风电平台的安全性和耐久性。
附图说明
12.图1是一种设置抗垂荡立柱的浅海风电半潜平台的立体图。
13.图2是一种设置抗垂荡立柱的浅海风电半潜平台的主视图。
14.图3是一种设置抗垂荡立柱的浅海风电半潜平台的俯视图。
15.图4是一种适用于浅海风电平台的抗垂荡立柱的外形图。
16.图5是一种带抗垂荡立柱的浅海风电半潜平台的效果示意图。
17.图6是抗垂荡立柱与圆柱型立柱的吃水变化对比图。
18.图中：1、抗垂荡立柱，11、下柱体，12、上台体，13、顶面，1a、柱体凸弧台柱，1b、柱体凹弧台柱，1c、柱体直台柱，1d、柱体棱台柱，1e、棱体凹弧台柱，1f、棱体凸弧台柱，1g、棱体直台柱，1h、棱体棱台柱，2、斜撑，3、横撑，4、一体式阻尼板，41、立柱底板，42、桥连板，5、柱肘板，6、桥肘板，7、t型材，8、风机。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明的目的、技术方案和优点作进一步说明。
20.图1、图2和图3示出了一种设置抗垂荡立柱的浅海风电半潜平台，它包括一体式阻尼板4，它采用桥连板42连接相邻的立柱底板41，立柱底板41上焊接抗垂荡立柱1；所述抗垂荡立柱1分为位于同一轴线上的下柱体11、上台体12和顶面13，下柱体11与上台体12对接处的连接面即为该半潜式海上风电平台在正常工作情况下的水线面；相邻的下柱体11之间通过t型材7加固连接，下柱体11与立柱底板41之间设置柱肘板5，t型材7与桥连板42中间设置
桥肘板6；相邻的上台体12之间通过横撑3连接，斜撑2支撑连接在上台体12与t型材7之间。
21.抗垂荡立柱从中间部分逐渐向顶部扩张，从而形成一种防上浪结构；浮式风电平台的多个抗垂荡立柱大小相同，两个斜撑2的一端固定连接在t型梁6中部位置的两侧，另一端与相应斜撑2同一侧的上台固定连接，t型梁6腹板与抗垂荡立柱1下部底面平齐，并与三角形一体式阻尼板4连接，阻尼板4与t型材6、抗垂荡立柱1通过肘板加固；图4示出了抗垂荡立柱的外形图。柱体凸弧台柱1a由下部圆柱与上凸弧圆台构成，柱体凹弧台柱1b由下部圆柱与上凹弧圆台构成，柱体直台柱1c由下部圆柱与上棱台构成，柱体棱台柱1d由下部圆柱与上棱台构成，棱体凹弧台柱1e由下部棱柱与上凹弧圆台构成，棱体凸弧台柱1f由下部棱柱与上凸弧圆台构成，棱体直台柱1g由下部棱柱和上直圆台构成，棱体棱台柱1h由下部棱柱与上棱台构成。
22.图5示出了一种采用抗垂荡立柱的半潜式海上风电平台的效果示意图。所述采用抗垂荡立柱的浮式风电平台，风机8放置在其中一个抗垂荡立柱1上，其余抗垂荡立柱通过设置在顶面上的加载水口进行加压载水即可保持整体平衡。
23.图6为抗垂荡立柱与圆柱型立柱的吃水变化对比图，抗垂荡立柱与圆柱型立柱相比，当平台在风浪中运动（特别是向下进行垂荡运动）时，其上部的扩张喇叭口结构可以使平台的排水量随着吃水的增加而快速增加，因此，可以有效防止平台甲板上浪，也能降低其系泊系统在浅水工作海域因吃水变化较大引起的系泊松弛，甚至触底的问题，从而提高浅海风电平台的安全性和耐久性。
24.采用上述的技术方案，抗垂荡立柱的上部分小端与下部圆柱或棱柱对接在同一轴线上，对接处形成的连接面即为该半潜式风电平台在正常工作情况下的水线面，立柱的中部直径较小，形成中部向顶端的扩张结构。并且，构成半潜式风电平台的所有抗垂荡立柱，它们的形状和大小都完全一致，使得半潜平台在正常工作时的水线面与各个立柱的水线面（上部结构体面积较小的下端与下部圆柱或棱柱对接形成的连接面）的高度保持一致。由于该半潜平台具有相对较小的水线面面积，可以有效减小波浪载荷。同时，应用抗垂荡立柱的半潜式海上风电平台与一般立柱式半潜平台相比，当平台进行向下的垂荡运动时，可以减小平台垂荡运动响应，降低其系泊系统在浅水工作海域因吃水变化较大引起的系泊松弛，甚至触底的问题，从而提高浅海风电平台的安全性。此外，风机放置在其中一个抗垂荡立柱上，其余抗垂荡立柱加压载水即可保持整体平衡，使得风机
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平台系统的重心保持在同一直线上，而不会偏心，使平台具有更好的稳定性。