一种半潜式漂浮式风机、风机系统及其失效控制方法

摘要

本申请提出一种半潜式漂浮式风机、风机系统及其失效控制方法，包括基座、设置于所述基座上的风机本体和设置于所述基座周侧的多个锚固基础，多个所述锚固基础分别和所述基座的中心以预定距离等间距设置，所述基座和所述锚固基础通过至少两根以上的的系泊缆进行连接，通过在基座上设置风机本体，多个锚固基础设置在基座周侧，且基座和锚固基础通过至少两根以上的系泊缆连接，达到对风机稳定固定，多个锚固基础分别和基座进行固定，且基座和锚固基础通过至少两根以上的系泊缆进行连接，进而预防单根系泊缆断裂造成风机漂移碰撞的情况发生。

权利要求

1.一种半潜式漂浮式风机系统，其特征在于，包括多个风机，多个所述风机在海面上间隔排列设置；所述风机包括基座(1)、设置于所述基座(1)上的风机本体(2)和设置于所述基座(1)周侧的多个锚固基础(3)，多个所述锚固基础(3)分别和所述基座(1)的中心以预定距离等间距设置，所述基座(1)和所述锚固基础(3)通过至少两根以上的的系泊缆(4)进行连接；所述基座(1)包括多个桁架(11)和多个浮筒(12)，相邻的两所述浮筒(12)之间通过所述桁架(11)固定连接。

2.如权利要求1所述的半潜式漂浮式风机系统，其特征在于，多个所述风机在海面上呈矩形阵列设置。

3.如权利要求2所述的半潜式漂浮式风机系统，其特征在于，在纵向上相邻的所述风机两两对称设置且共用其邻侧的锚固基础(3)。

4.如权利要求1所述的半潜式漂浮式风机系统，其特征在于，多个所述风机呈多行排列设置，且各行所述风机之间交错设置。

5.如权利要求4所述的半潜式漂浮式风机系统，其特征在于，相邻所述风机共用其邻侧的锚固基础(3)，多个所述半潜式漂浮式风机通过共用的锚固基础(3)相互联结。

6.如权利要求1所述的半潜式漂浮式风机系统，其特征在于，多个所述风机呈三角形阵列排列，且相邻风机的锚固基础间(3)的最小距离为所述预定距离的2倍。

7.一种半潜式漂浮式风机系统的失效控制方法，应用于所述风机系统，其特征在于，包括如下步骤，设定全场所有风机的运动圆心位置及各风机的运动半径r1；

监测各所述风机当前位置距离其对应的运动圆心的距离r2；

根据r1和r2的关系对风机进行操作；当r2>r1时，启动所述风机上的破舱装置进行破舱；当r2

8.如权利要求7所述的半潜式漂浮式风机系统的失效控制方法，其特征在于，所述r1的范围为1000‑3000m。

说明书

一种半潜式漂浮式风机、风机系统及其失效控制方法

技术领域

[0001] 本申请涉及风机技术领域，尤其涉及一种半潜式漂浮式风机、风机系统及其失效控制方法。

背景技术

[0002] 随着我国经济的飞速发展，能源环保矛盾日趋严峻，海上风电是一种清洁、安全、可再生的能源，是世界上能源利用增长最快的能源，也是最具大规模商业化开发前景的发电方式，在各国能源战略中地位不断提高。目前，世界上建成的海上风电场绝大多数为近海风电场。未来，海上风电由浅海走向深海将会是必然的发展趋势。半潜漂浮式海上风电机组以其结构稳定、运行可靠、移动灵活、适合深海等特点最具发展前景。在当前的漂浮式风机中，系泊缆容易发送断裂造成系泊缆失效，导致漂浮式风机移动碰撞的情况发生。

发明内容

[0003] 本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

[0004] 为此，本申请的目的在于提出一种半潜式漂浮式风机，通过在基座上设置风机本体，多个锚固基础设置在基座周侧，且基座和锚固基础通过至少两根以上的系泊缆连接，达到对风机稳定固定，多个锚固基础分别和基座进行固定，且基座和锚固基础通过至少两根以上的系泊缆进行连接，进而预防单根系泊缆断裂造成风机漂移碰撞的情况发生。

[0005] 为达到上述目的，本申请提出的半潜式漂浮式风机，包括基座、设置于所述基座上的风机本体和设置于所述基座周侧的多个锚固基础，多个所述锚固基础分别和所述基座的中心以预定距离等间距设置，所述基座和所述锚固基础通过至少两根以上的的系泊缆进行连接。

[0006] 进一步地，所述基座包括多个桁架和多个浮筒，相邻的两所述浮筒之间通过所述桁架固定连接。

[0007] 一种半潜式漂浮式风机系统，包括多个所述的风机，多个所述风机在海面上间隔排列设置。

[0008] 本申请中，通过对规模化开发的风机排布进行布置，以达到减小尾流影响，增加发电量，减少锚固基础数量，预防系泊缆失效造成漂浮式风机移动碰撞的效果。

[0009] 进一步地，多个所述风机在海面上呈矩形阵列设置。

[0010] 进一步地，在纵向上相邻的所述风机两两对称设置且共用其邻侧的锚固基础。

[0011] 进一步地，多个所述风机呈多行排列设置，且各行所述风机之间交错设置。

[0012] 进一步地，相邻所述风机共用其邻侧的锚固基础，多个所述半潜式漂浮式风机通过共用的锚固基础相互联结。

[0013] 进一步地，多个所述风机呈三角形阵列排列，且相邻风机的锚固基础间的最小距离为所述预定距离的2倍。

[0014] 一种半潜式漂浮式风机系统的失效控制方法，应用于所述风机系统，包括如下步骤，

[0015] 设定全场所有风机的运动圆心位置及各风机的运动半径r1；监测各所述风机当前位置距离其对应的运动圆心的距离r2；根据r1和r2的关系对风机进行操作。

[0016] 本申请中，通过对风机系统的监测与自沉控制策略结合保障在有漂浮式风机的系泊系统失效时不对风场内其他漂浮式风机造成碰撞破坏。

[0017] 进一步地，所述r1的范围为1000‑3000m。

[0018] 进一步地，根据r1和r2的关系对风机进行操作包括，当r2>r1时，启动所述风机上的破舱装置进行破舱；当r2

[0019] 进一步地，所述预设值的范围为50‑150MPa。

[0020] 本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

[0021] 本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0022] 图1是本申请一实施例提出的半潜式漂浮式风机的立体结构示意图；

[0023] 图2是本申请另一实施例提出的半潜式漂浮式风机的平面结构示意图；

[0024] 图3是本申请另一实施例提出的半潜式漂浮式风机单侧2根系泊缆同时失效后漂浮式风机的活动范围示意图；

[0025] 图4是本申请另一实施例提出的半潜式漂浮式风机两侧4根系泊缆同时失效后漂浮式风机的活动范围示意图；

[0026] 图5是本申请另一实施例提出的半潜式漂浮式风机系统的平面布置示意图一；

[0027] 图6是本申请另一实施例提出的半潜式漂浮式风机系统的平面布置示意图二；

[0028] 图7是本申请另一实施例提出的半潜式漂浮式风机系统的平面布置示意图三[0029] 图8是本申请另一实施例提出的半潜式漂浮式风机系统的平面布置示意图四[0030] 图9是本申请另一实施例提出的半潜式漂浮式风机系统的平面布置示意图五。

具体实施方式

[0031] 下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

[0032] 图1是本申请一实施例提出的半潜式漂浮式风机的结构示意图。

[0033] 参见图1，一种半潜式漂浮式风机，包括基座1、设置于所述基座1上的风机本体2和设置于所述基座1周侧的多个锚固基础3，多个所述锚固基础3分别和所述基座1的中心以预定距离等间距设置，从而可以在不同方向对基座进行均衡施力，保证风机稳定固定在海面上。所述基座1和所述锚固基础3通过至少两根以上的的系泊缆4进行连接。通过两根以上的系泊缆对基座和锚固基础进行连接，能够避免单根系泊缆断裂造成的基座失稳，进而造成风机漂移。

[0034] 所述基座1包括多个桁架11和多个浮筒12，相邻的两所述浮筒12之间通过所述桁架11固定连接，从而加强多个浮筒之间连接的稳固性，形成稳定的分布式结构，便于对风机进行支撑。桁架包括横撑与斜撑，通过横撑与斜撑共同以多个角度实现相邻浮筒的连接，可以保证整个风机装置有更强的连接稳定性。所述横撑与所述斜撑均为钢制管道。具体的，横撑与斜撑均可以为钢管，以此相较于钢柱，可以节约钢材，且可以起到稳定连接的要求。

[0035] 具体地，所述浮筒1为三个，三个所述浮筒1的连线形成正三角形，如图1所示，以此结合桁架2连接这三个浮筒1，可以实现三角稳定，在保证足够的稳定性以及强度的同时，还能最大程度节约材料，最终降低成本。

[0036] 具体地，所述锚固基础4为三个，三个所述锚固基础4分别对应设置在三个所述浮筒1的外侧，三个锚固基础的连线也形成正三角形，各个浮筒外侧分别固定连接锚固基础，在整体对风机装置进行固定的同时，也能够避免单一系泊缆断裂造成风机漂移的情况发生。

[0037] 所述浮筒1为中空的柱状结构，具有较好的浮力，能够承载风机立于海面之上。

[0038] 参见图2‑图4，如果单根系泊缆失效的概率为p，则一侧2根系泊缆同时失效造成漂2
浮式风机移动的概率为P＝3p ，若漂浮式风机系泊缆的水平半径为R，则失效后漂浮式风机将在以原位置为圆心，半径为R的圆形范围内活动，如果单根系泊缆失效的概率为p，则两侧
4
4根系泊缆同时失效造成漂浮式风机移动的概率为P＝3p ，若漂浮式风机系泊缆的水平半径为R，则失效后漂浮式风机的最大活动范围将在以原3个锚固基础其中一个为圆心，半径为R的圆形范围内活动。

[0039] 一种半潜式漂浮式风机系统，包括多个所述的风机，多个所述风机在海面上间隔排列设置。

[0040] 参见图5，多个所述风机在海面上呈矩形阵列设置，可以理解地，多个风机在海面上纵向和横向上等间距间隔布置，使其整体呈矩形阵列设置，如果单根系泊缆失效的概率为p＝5％，则按照矩形阵列排布时，单台风机一侧2根系泊缆同时失效导致移动的概率为0.75％，发生可能极低；两侧4根系泊缆同时失效导致移动且存在碰撞可能的概率为
0.002％，几乎可忽略不计。

[0041] 参见图6，在纵向上相邻的所述风机两两对称设置且共用其邻侧的锚固基础3，在不影响系泊缆失效导致移动且存在碰撞可能的概率的情况下，可以减少锚固基础的使用数量，进而降低成本。

[0042] 参见图7，多个所述风机呈多行排列设置，且各行所述风机之间交错设置，在风机发生碰撞概率较低的情况下，这样布置能够降低风机之间的尾流影响，提高发电效率。

[0043] 参见图8，相邻所述风机共用其邻侧的锚固基础3，多个所述半潜式漂浮式风机通过共用的锚固基础3相互联结，降低锚固基础的使用数量，提高风机联结整体的稳固性，改善锚固基础水平受力特性。

[0044] 参见图9，多个所述风机呈三角形阵列排列，且相邻风机的锚固基础间3的最小距离为所述预定距离的2倍，各风机之间较大间隔设置，这样在相邻两台风机必须有四侧共8条系泊缆同时失效时才可能发生碰撞；进一步降低风机失效碰撞概率，此方案设计风机发生系泊缆断裂发生碰撞的概率极低。

[0045] 一种半潜式漂浮式风机系统的失效控制方法，应用于所述风机系统，包括如下步骤，

[0046] S10、设定全场所有风机的运动圆心位置及各风机的运动半径r1；

[0047] 具体地，所述r1的范围为1000‑3000m，符合市场上绝大多数风机的需求。

[0048] S20、监测各所述风机当前位置距离其对应的运动圆心的距离r2；

[0049] 可以理解地，r2范围根据系泊缆状态进行确定，当系泊缆无损时，r2为0，当系泊缆断裂一侧的两根或者两侧的四根时，r2一般小于r1断，当系泊缆断裂三测点六根时，r2的最大可无穷远，当风机出现三侧6根系泊缆同时失效的时候，可启动漂浮式风机破舱程序，引导风机自沉以避免对风场内其他风机造成破坏。

[0050] S30、根据r1和r2的关系对风机进行操作。

[0051] 本申请方案可有效减少用海面积，提高批准需用海域内的风机安装数量，提高单位面积海域的发电量，通过对风机系泊缆健康监测与自沉控制策略结合保障在有漂浮式风机的系泊系统失效时不对风场内其他漂浮式风机造成碰撞破坏。

[0052] 根据r1和r2的关系对风机进行操作包括，当r2>r1时，启动所述风机上的破舱装置进行破舱；本实施例中，破舱装置可以为炸药设备，直接对风机进行炸沉。当r2

[0053] 所述预设值的范围为50‑150MPa，避免对系泊缆的状态发生误判。

[0054] 将本申请所述的一种半潜式漂浮式风机系统的具体施工安装中包括以下步骤：

[0055] 初步完成微观选址。

[0056] 在工厂内制造完成锚固基础。

[0057] 在漂浮式风场钻孔勘测，确定机位点。

[0058] 沉桩安装锚固基础。

[0059] 将风机拖航到机位点，安装系泊缆。

[0060] 需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0061] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

[0062] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0063] 尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。