半潜式海上风电平台的制作方法

1.本发明涉及海上风力发电技术领域，具体涉及一种半潜式海上风电平台。


背景技术：

2.风能作为一种不产生任何污染排放的可再生自然能源，是当前技术和经济上最具商业化规模开发条件的新能源。我国拥有1.8万公里的海岸线，海上风能资源储量大且密度高，具有大规模开发的优势。
3.对于水深超过50米的海域，漂浮式风机基础相比于固定式风机基础，在经济性和安全性上具有更显著的优势。而由于漂浮式风电装备一般部署于深远海，因此相比于固定式风电装备所处的环境条件更为恶劣。因受到风浪流的联合作用，漂浮式风电装备会做六自由度运动，其中纵摇和横摇运动会显著提升结构的载荷，降低发电效率，故如何限制漂浮式风电装备的摇摆运动并提高漂浮式风电平台的稳定性，成为了亟待解决的工程问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种半潜式海上风电平台，旨在解决目前的海上漂浮式风电装备在恶劣的海洋环境下产生的摇摆运动将大幅提升结构载荷，导致海上漂浮式风电平台的稳定性不足，从而造成发电效率降低的技术问题。
5.本发明为达到其目的，所采用的技术方案如下：
6.一种半潜式海上风电平台，所述半潜式海上风电平台包括：
7.至少三根立柱，至少三根所述立柱围设形成多边形结构，相邻的两根所述立柱之间通过支撑梁连接；至少一根所述立柱的端面开设有凹腔，所述凹腔沿所述立柱的轴向延伸。
8.进一步地，所述半潜式海上风电平台还包括螺旋结构，所述螺旋结构可转动地连接于所述凹腔中。
9.进一步地，所述螺旋结构包括转轴和螺旋桨；所述转轴沿所述立柱的轴向延伸，所述转轴的第一端连接于所述凹腔的底面，所述螺旋桨可转动地连接于所述转轴的第二端。
10.进一步地，所述转轴的第一端通过法兰密封方式连接于所述凹腔的底面。
11.进一步地，所述螺旋桨与所述凹腔的底面之间的距离为5.8～6.2米。
12.进一步地，所述凹腔中设置有至少两层柔性护板，至少两层所述柔性护板呈环状，所述转轴穿设于至少两层所述柔性护板的内圈中。
13.进一步地，相邻的两层所述柔性护板之间的轴向距离为1米。
14.进一步地，所述凹腔中设置有柔性护板。
15.进一步地，所述柔性护板的材质为橡胶。
16.进一步地，所述凹腔的半径为对应的所述立柱的半径的0.3～0.35倍。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.本发明提出的半潜式海上风电平台，在平台复位过程中，由于凹腔上部的空气具
有被压缩或膨胀的趋势，可提供额外的恢复力矩，从而可提高半潜式海上风电平台的稳定性；本发明方案基于半潜式浮动平台的设计角度提出的半潜式海上风电平台结构，可用于实现针对平台的被动式调节，相比于主动调控方法，本方案结构简单、可靠性高，并且可以在无需能量输入的情况下降低平台摇摆运动的幅度、提高半潜式海上风电平台的稳定性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
20.图1为本发明半潜式海上风电平台一实施例的剖面结构示意图。
21.附图标记说明：
[0022][0023][0024]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0025]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0027]
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0028]
参照图1，本发明实施例提供一种半潜式海上风电平台，该半潜式海上风电平台包括：
[0029]
至少三根立柱1，至少三根立柱1围设形成多边形结构，相邻的两根立柱1之间通过支撑梁2连接；至少一根立柱1的端面开设有凹腔11，凹腔11沿立柱1的轴向延伸。
[0030]
可选地，参照图1，凹腔11的半径为对应的立柱1的半径的0.3～0.35倍。
[0031]
在本实施例中，以三根立柱1为例，三根立柱1均沿竖直方向延伸设置，三根立柱1之间通过支撑梁2连接固定，以形成图示的三角形结构，每一立柱1分别位于三角形的一个顶点上；其中，支撑梁2可包括沿竖直方向间隔排列的多根主横梁以及倾斜设置于相邻主横梁之间的加固梁，加固梁用于提高该半潜式海上风电平台的结构强度。可以理解的是，当立柱1的数量为三根以上时，各立柱1之间的连接关系可同理推导得知，此处不作赘述。
[0032]
三根立柱1的底面上均开设有竖直延伸的凹腔11，凹腔11的半径优选为对应立柱1半径的1/3，以在预留可供流体流动的充足空间的同时，避免立柱1的壁厚过薄而影响结构强度。当该半潜式海上风电平台坐落于工作海域后，凹腔11的底面(即上表面)高于标准水线5米，凹腔11内部的流体以水线面高度为界，水线面上部填充标准大气压的空气，水线面下部填充海水。
[0033]
当该半潜式海上风电平台发生倾斜时，下沉方向的立柱1下沉，内部水压强提高，气体被压缩，自由液面上涨；在此过程中，由于凹腔11上部的空腔部分必然存在空气的压缩和膨胀，这部分气体在半潜式海上风电平台进行回复运动时会提供部分恢复力矩，从而增加了半潜式海上风电平台的稳定性。
[0034]
可选地，参照图1，半潜式海上风电平台还包括螺旋结构3，螺旋结构3可转动地连接于凹腔11中。
[0035]
可选地，参照图1，凹腔11中设置有柔性护板4。
[0036]
可选地，参照图1，柔性护板4的材质为橡胶。
[0037]
具体地，仍以图示的三根立柱1为例，三根立柱1的底面上均开设有竖直延伸的凹腔11，凹腔11的底面(即上表面)高于标准水线5米，凹腔11内部的流体以水线面高度为界，水线面上部填充标准大气压的空气，水线面下部填充海水；在水线面下方设置有螺旋结构3，螺旋结构3可在凹腔11中流体的冲击下旋转；在水线面上方的空腔部分设置有橡胶材质的柔性护板4，柔性护板4用于减少流体对空腔部分的砰击，从而减少局部较大的冲击载荷。
[0038]
对于凹腔11上部空腔部分的气体，其体积与压强的关系满足克拉伯龙方程，具体如下：
[0039][0040]
其中，p是气体压强；v是气体体积；m是气体质量；m是气体摩尔质量；r是气体普适恒量，r＝8.31j/mol；t是气体温度，t的单位是开尔文。假定在气体压缩过程中，不考虑温度变化，则气体体积与其所受压强成反比。
[0041]
对于凹腔11下部的自由液面而言，由于连通器效应，其水压强为：
[0042]
`
[0043]
p＝ρhg
[0044]
其中，p
`
是水压强；ρ是海水密度，ρ取1035kg/m3；h是浸没高度；g是重力加速度，g取9.81m/s2。取浸没高度为5米，约合该半潜式海上风电平台倾斜10
°
时，水压约为50.767kpa，大气压强约为101.325kpa，凹腔11上部的气体受到的总压强为152.092kpa，气体体积缩小
为原来的2/3。
[0045]
当该半潜式海上风电平台发生倾斜时，下沉方向的立柱1下沉，内部水压强提高，气体被压缩，自由液面上涨，海水流经螺旋结构3；若海水可引发螺旋结构3旋转，水流的动能将有一部分转化为螺旋结构3旋转的动能，该部分动能经过机械损耗而逐渐消减，从而达到吸收能量、减小运动幅度的目的；若海水未能引发螺旋结构3旋转，由于水流通过螺旋结构3，动能可通过粘性力做功的方式削减部分能量，故同样可起到吸收能量、减小运动幅度的目的。此外，由于凹腔11上部的空腔部分必然存在空气的压缩和膨胀，这部分气体在半潜式海上风电平台进行回复运动时会提供部分恢复力矩，从而增加了半潜式海上风电平台的稳定性。
[0046]
由此可见，上述实施例提供的半潜式海上风电平台，可获得如下有益技术效果：
[0047]
1、在半潜式海上风电平台小幅度倾斜时，可借由凹腔11内部的螺旋结构3消减能量，达到减摇的目的；
[0048]
2、在平台复位过程中，由于凹腔11上部的空气具有被压缩或膨胀的趋势，可提供额外的恢复力矩，从而可提高半潜式海上风电平台的稳定性；
[0049]
3、通过在凹腔11上部布置若干橡胶材质的柔性护板4，可达到减少流体对空腔部分的砰击、减少局部较大的冲击载荷的目的。
[0050]
上述实施例方案基于半潜式浮动平台的设计角度，提出一种可有效降低平台摇摆运动的被动式调节方法，相比于主动调控方法，本方案结构简单、可靠性高，并且可以在无需能量输入的情况下降低平台摇摆运动的幅度。
[0051]
可选地，参照图1，螺旋结构3包括转轴31和螺旋桨32；转轴31沿立柱1的轴向延伸，转轴31的第一端连接于凹腔11的底面，螺旋桨32可转动地连接于转轴31的第二端。
[0052]
可选地，参照图1，转轴31的第一端通过法兰密封方式连接于凹腔11的底面。
[0053]
可选地，参照图1，螺旋桨32与凹腔11的底面之间的距离为5.8～6.2米。
[0054]
可选地，参照图1，凹腔11中设置有至少两层柔性护板4，至少两层柔性护板4呈环状，转轴31穿设于至少两层柔性护板4的内圈中。
[0055]
可选地，参照图1，相邻的两层柔性护板4之间的轴向距离为1米。
[0056]
图示性地，通过螺旋桨32配合转轴31的结构形式，可更便于设置螺旋桨32的高度位置；具体地，螺旋桨32设置在水线面下方约1米的位置，即螺旋桨32与凹腔11底面(即上表面)的竖直距离优选为6米，螺旋桨32的中心与转轴31连接，转轴31经由法兰密封连接于凹腔11的底面(即上表面)；凹腔11上部的空腔部分每隔1米高度布置一层柔性护板4，共设置有三层柔性护板4。基于上述结构形式，可更好地减少流体对空腔的砰击，从而减少局部较大的冲击载荷。
[0057]
需要说明的是，本发明公开的半潜式海上风电平台的其它内容可参见现有技术，在此不再赘述。
[0058]
以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种半潜式海上风电平台，其特征在于，所述半潜式海上风电平台包括：至少三根立柱，至少三根所述立柱围设形成多边形结构，相邻的两根所述立柱之间通过支撑梁连接；至少一根所述立柱的端面开设有凹腔，所述凹腔沿所述立柱的轴向延伸。2.根据权利要求1所述的半潜式海上风电平台，其特征在于，所述半潜式海上风电平台还包括螺旋结构，所述螺旋结构可转动地连接于所述凹腔中。3.根据权利要求2所述的半潜式海上风电平台，其特征在于，所述螺旋结构包括转轴和螺旋桨；所述转轴沿所述立柱的轴向延伸，所述转轴的第一端连接于所述凹腔的底面，所述螺旋桨可转动地连接于所述转轴的第二端。4.根据权利要求3所述的半潜式海上风电平台，其特征在于，所述转轴的第一端通过法兰密封方式连接于所述凹腔的底面。5.根据权利要求3所述的半潜式海上风电平台，其特征在于，所述螺旋桨与所述凹腔的底面之间的距离为5.8～6.2米。6.根据权利要求3所述的半潜式海上风电平台，其特征在于，所述凹腔中设置有至少两层柔性护板，至少两层所述柔性护板呈环状，所述转轴穿设于至少两层所述柔性护板的内圈中。7.根据权利要求6所述的半潜式海上风电平台，其特征在于，相邻的两层所述柔性护板之间的轴向距离为1米。8.根据权利要求1所述的半潜式海上风电平台，其特征在于，所述凹腔中设置有柔性护板。9.根据权利要求6或8所述的半潜式海上风电平台，其特征在于，所述柔性护板的材质为橡胶。10.根据权利要求1所述的半潜式海上风电平台，其特征在于，所述凹腔的半径为对应的所述立柱的半径的0.3～0.35倍。

技术总结
本发明公开了一种半潜式海上风电平台，涉及海上风力发电技术领域，具体包括：至少三根立柱，至少三根立柱围设形成多边形结构，相邻的两根立柱之间通过支撑梁连接；至少一根立柱的端面开设有凹腔，凹腔沿立柱的轴向延伸。本发明公开的半潜式海上风电平台在平台复位过程中，由于凹腔上部的空气具有被压缩或膨胀的趋势，可提供额外的恢复力矩，从而可提高半潜式海上风电平台的稳定性；本方案基于半潜式浮动平台的设计角度提出的半潜式海上风电平台结构，可用于实现针对平台的被动式调节，相比于主动调控方法，本方案结构简单、可靠性高，并且可以在无需能量输入的情况下降低平台摇摆运动的幅度、提高半潜式海上风电平台的稳定性。性。性。


技术研发人员：周舒旎 郝玉恒 王伟龙 邵昌盛 刘昕瑶 赵子晗 陈宁 王强 李朋杰
受保护的技术使用者：广东海装海上风电研究中心有限公司
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/7/25