一种基于悬挂式减振装置的漂浮式风机平台

1.本发明涉及船舶与海洋工程领域，具体涉及海洋风能的开发利用以及海洋结构物的耐波性，尤其涉及一种基于悬挂式减振装置的漂浮式风机平台。


背景技术：

2.风能是一种可再生的清洁能源，我国海上风能储量巨大，在5m
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50m水深、70m高度处的海上风电，预计可开发资源达到5亿千瓦。但随着水深的增加以及近岸资源开发趋于饱和，固定式基础的劣势明显，漂浮式基础便成为最佳选择。但是发展漂浮式风机面临许多技术上的挑战，欧洲早在十多年前就进行了海上浮式样机试验，积攒了丰富的设计经验，可现在仍没有大批量的投产。漂浮式风机采用系泊系统将其固定在海床上，在风和波浪的作用下，风机平台在一定范围内运动，然而我国东海、南海漂浮式项目普遍面临水深浅，工程海域海洋环境恶劣、台风频发等诸多不利因素，加剧了平台的运动响应，严重影响风机的工作效率和安全性。因此，研究如何减小风机、平台在波浪和风作用下的运动响应幅值是进行漂浮式风机设计研发的关键技术。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提出一种适用于我国东海、南海中等水深区域，并且能够抵抗台风的干扰，降低漂浮式风机在风、浪下运动响应的基于悬挂式减振装置的漂浮式风机平台，该漂浮式风机平台具有优异的运动性能和明显的减摇效果，可以有效提高风机的工作效率和安全性。
4.本发明的技术方案：一种基于悬挂式减振装置的漂浮式风机平台包括风电机组1、塔架2、浮式平台和系泊系统8；浮式平台包括弹簧阻尼装置3、上双叉臂4、下双叉臂5、平台中心结构6和浮筒7；平台中心结构6为三棱柱结构，在上表面安装基座；塔架2固定于基座上；上双叉臂4一端共同铰接于浮筒7上端，另一端分别铰接于平台中心结构6上端两顶点处，两顶点处为靠近所铰接浮筒7侧；下双叉臂5一端共同铰接于浮筒7下端，另一端分别铰接于平台中心结构6下端两顶点处，两顶点处为靠近所铰接浮筒7侧；上双叉臂4和下双叉臂5上下摆动，进而使得浮筒7上下运动，同时限制浮筒7在水平面内的位移及转动；弹簧阻尼装置3位于水面以上；塔架2与浮筒7上方间通过弹簧阻尼装置3铰接；浮式平台通过系泊系统8锚固于海床上。
5.所述漂浮式风机平台包括三个及以上浮筒7，三个浮筒的连接方式由以往焊接形成一个整体方式变为铰接使其各自独立运动，每个浮筒独立运动可以减小浮筒与浮筒之间的互相影响；每个浮筒7与塔架2之间通过机构和弹簧阻尼装置3连接，减小平台与塔架2之间的位移传递，从而实现吸能、缓冲，减小风机的运动响应，实现减摇的目的。
6.考虑浮式风机实际所处的海洋环境恶劣，将弹簧阻尼装置3一端由下叉臂位置5向上移动到上叉臂4位置，然后再将与塔架2连接的另一端也向上移动，这样避免了弹簧阻尼装置3与海水的接触，减缓腐蚀，并且将连接点升高增加了对塔架2的支撑性。
7.本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于悬挂式减振装置的漂浮式风机平台，通过将现有的半潜式平台的结构重新设计，使每个浮筒可以独立运动，从而减小浮筒之间的相互影响，增强了平台的运动性；其次，浮筒与平台中心结构之间采用双叉臂悬挂结构进行连接，由于在每个浮筒和塔架之间加装了弹簧阻尼装置，因而可以实现耗能、缓冲的作用，减小每个浮筒与塔架之间的位移传递，提高风机的稳定性。本发明原理简单，结构设计巧妙，使用方便，可以有效降低漂浮式风机在环境荷载下的运动响应，提高发电效率和安全性，在海上风能的开发利用领域可以起到很重要的作用。
附图说明
8.图1是本发明一种基于悬挂式减振装置的漂浮式风机平台的整体三维图。
9.图中：1风电机组；2塔架；3弹簧阻尼装置；4上双叉臂；5下双叉臂；6平台中心结构；7浮筒；8系泊系统
具体实施方式
10.为了加深对本发明的理解，下面结合附图和技术方案，对本发明作进一步说明。
11.本发明的结构设计说明：一种基于悬挂式减振装置的漂浮式风机平台，如图1所示，包括风电机组1、塔架2、浮式平台以及系泊系统8。浮式平台包括弹簧阻尼装置3、上双叉臂4、下双叉臂5、平台中心结构6和浮筒7。平台中心结构6为三棱柱结构，在上表面安装基座；塔架2固定于基座上，塔架2和平台中心结构6形成一个整体；上双叉臂4一端共同铰接于浮筒7上端，另一端分别铰接于平台中心结构6上端两顶点处，两顶点处为靠近所铰接浮筒7侧；下双叉臂5一端共同铰接于浮筒7下端，另一端分别铰接于平台中心结构6下端两顶点处，两顶点处为靠近所铰接浮筒7侧；上双叉臂4和下双叉臂5上下摆动，进而使得浮筒7上下运动，同时限制浮筒7在水平面内的位移及转动；弹簧阻尼装置3位于水面以上；塔架2与浮筒7上方间通过弹簧阻尼装置3铰接；浮式平台通过系泊系统8锚固于海床上
12.本发明的工作过程：这里提出的一种基于悬挂式减振装置的漂浮式风机平台的工作原理简单明了，首先，该平台的每个浮筒7可以独立的上下自由运动，各浮筒之间无相互影响，并且限制浮筒7在其他方向的位移与转角；当波浪经过平台时，假如某个浮筒位于波峰，另一个浮筒位于波谷，对于现有一体式半潜平台势必会发生明显的倾斜。而本发明提出的平台，由于每个浮筒7彼此独立的上下运动，因此最大程度的减小了平台在波浪作用下的倾斜角度；其次，每个浮筒7与塔架2之间采用弹簧阻尼装置3连接，这是整个平台设计的关键部分，当浮筒7在波浪中上下运动时，由于弹簧阻尼器3的存在减少浮筒7对塔架2的冲击，起到吸能、减振的目的，减小因平台倾斜而引起的风机上部结构的摇摆；此外，当湍流风场引起的非恒定推力作用于风电机组1和塔架2上时，由于弹簧阻尼装置3的存在，塔架2对平台的冲击力被吸收掉一部分，从而降低风机上部结构摇摆引起的平台倾斜。
13.综上，本发明的作用就是能够明显的降低海上漂浮式风机在风、浪作用下的运动响应，提高其稳定性。将浮式平台设计为多刚体形式并且采用弹簧阻尼器进行连接，增加了风机平台的运动阻尼，提高了平台的运动性能，有效的减小漂浮式风机平台在波浪下的运动响应，使风机处于更加稳定的工作状态，提高风机的工作效率和安全性。本发明也适用于海洋平台等其他类型的海洋结构物。


技术特征：
1.一种基于悬挂式减振装置的漂浮式风机平台，其特征在于，本漂浮式风机平台包括风电机组(1)、塔架(2)、浮式平台和系泊系统(8)；浮式平台包括弹簧阻尼装置(3)、上双叉臂(4)、下双叉臂(5)、平台中心结构(6)和浮筒(7)；平台中心结构(6)为三棱柱结构，在上表面安装基座；塔架(2)固定于基座上；上双叉臂(4)一端共同铰接于浮筒(7)上端，另一端分别铰接于平台中心结构(6)上端两顶点处，两顶点处为靠近所铰接浮筒(7)侧；下双叉臂(5)一端共同铰接于浮筒(7)下端，另一端分别铰接于平台中心结构(6)下端两顶点处，两顶点处为靠近所铰接浮筒(7)侧；上双叉臂(4)和下双叉臂(5)上下摆动，进而使得浮筒(7)上下运动，同时限制浮筒(7)在水平面内的位移及转动；弹簧阻尼装置(3)位于水面以上；塔架(2)与浮筒(7)上方间通过弹簧阻尼装置(3)铰接；浮式平台通过系泊系统(8)锚固于海床上。2.根据权利要求1所述的一种基于悬挂式减振装置的漂浮式风机平台，其特征在于，所述漂浮式风机平台包括三个及以上浮筒(7)，每个浮筒(7)间独立运动。

技术总结
本发明属于船舶与海洋工程领域，提供了一种基于悬挂式减振装置的漂浮式风机平台，该漂浮式风机平台包括风电机组、塔架结构、漂浮式平台及系泊系统；漂浮式平台主要由独立运动的浮筒、上双叉臂、下双叉臂、弹簧阻尼装置以及平台中心结构组成。本发明可增强漂浮式平台的运动性能，减小浮式风机在风和波浪作用下的运动响应；减小浮筒之间的相互影响，在波浪作用下可以减小漂浮式风机平台对塔架的冲击，湍流风作用下可以减小塔架的摇摆。本发明可以有效地减小漂浮式风机平台在波浪下的整体运动响应，降低塔架的摇摆幅度，使风机处于更加平稳的工作状态，从而提高风机的发电效率和安全性。从而提高风机的发电效率和安全性。从而提高风机的发电效率和安全性。


技术研发人员：施伟 张雨 李昕 李东升 王文华 赵海盛
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2021.08.12
技术公布日：2021/9/24