浮式风机基础

摘要

本发明提供了一种浮式风机基础，包括：主浮体；副浮体，通过连接臂与所述主浮体连接；调节组件，可拆卸连接于所述副浮体，并通过内部气体的充盈状态调节所述副浮体的吃水量。由此可见，本发明的浮式风机基础整体结构简单，制造以及安装成本较低，且能够通过调节浮力的大小来适应不同港池深度和运输航线的水深，适配性高。

权利要求

1.一种浮式风机基础，其特征在于，包括：主浮体，所述主浮体上端为类柱体结构，下端为类锥形结构，且所述类柱体结构向下延伸并与所述类锥形结构连接；

副浮体，通过连接臂与所述主浮体连接；

调节组件，可拆卸连接于所述副浮体，并通过内部气体的充盈状态调节所述副浮体的吃水量；

其中，主浮体水线面位于所述类柱体结构部位，所述类柱体结构自水线面向下延伸一定距离后，连接下端所述类锥形结构；所述副浮体均匀连接在所述主浮体的周围，以构成三角形或多边形结构，所述副浮体直径尺寸由上端至下端递减，以保证所述副浮体倒圆台结构自水线面向下延伸一定距离。

2.根据权利要求1所述的浮式风机基础，其特征在于，所述调节组件包括：承载件，可拆卸连接于所述副浮体底端；

气囊，设置于所述承载件内；

充排气软管，一端连通所述气囊，另一端设置在所述副浮体的顶端。

3.根据权利要求2所述的浮式风机基础，其特征在于，所述主浮体包括：主体部，其中，所述主体部至少包括高于水线面的安装端，以用于安装塔筒；

压载部，设置于所述主体部并低于水面线，以用于增加主浮体的配重。

4.根据权利要求3所述的浮式风机基础，其特征在于，所述主体部和所述压载部一体成型，所述连接臂至少部分设置在所述压载部。

5.根据权利要求3所述的浮式风机基础，其特征在于，所述主体部和所述压载部分离设置，并通过收放组件使得所述压载部与所述主体部对接或分离，所述连接臂连接在所述主体部。

6.根据权利要求5所述的浮式风机基础，其特征在于，所述收放组件包括：驱动件，设置于所述连接臂；

系缆，一端连接在所述驱动件，另一端连接所述压载部，并通过所述驱动件的驱动带动所述压载部上移与所述主体部对接或下移与所述主体部分离。

7.根据权利要求6所述的浮式风机基础，其特征在于，还包括：锁定件，设置于所述连接臂，且所述系缆穿过所述锁定件以被锁止或脱开。

8.根据权利要求6所述的浮式风机基础，其特征在于，还包括：导向件，设置于所述连接臂，且所述系缆穿过所述导向件。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的浮式风机基础，其特征在于，所述副浮体还包括：垂荡板，设置于所述副浮体的下端，且所述调节组件与所述垂荡板可拆卸连接。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的浮式风机基础，其特征在于，还包括：系泊系统，连接所述副浮体。

说明书

浮式风机基础

技术领域

[0001] 本发明涉及海上风电基础技术领域，具体而言，涉及一种浮式风机基础。

背景技术

[0002] 浮式风机基础是一种漂浮在海面上的浮体结构，主要用于安放风力发电机组，进行海上发电作业，是海上风力发电设备的主要承载构件。

[0003] 目前海上风电开发集中在近海浅水区域，风力发电基础主要采用单桩或者导管架等固定式结构。随着陆地和近海资源的逐渐减少，海上风电资源的开发逐渐走向深水，而传统的固定式基础随着水深的增加，其建造及安装成本均将大幅升高，因此适用于更大水深的浮式基础将成为未来海上风电开发的主要基础形式。

[0004] 国外在浮式风电基础方面已经进行了较深入的研究，并开发了多种浮式基础。但这些基础很大部分还停留在概念阶段，或者不满足我国海域水深及环境要求。我国海岸线较平坦，海域水深多分布在30m～60m，并且海况恶劣，特别是东海。

[0005] 现有的浮式风电基础主要有张力腿式、半潜式、立柱式和驳船式。四种结构形式都有优缺点，相比其他几种形式，半潜式基础通常具有更好的经济性和海域适用性。但现有的半潜式基础要么自身重量大不经济，要么制造安装成本高，或者综合性能较差，对30m～60m的中等水深海域的浮式基础没有针对性设计，不能很好的满足当前海上风电发展的需求。

发明内容

[0006] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

[0007] 为此，本发明提供了一种浮式风机基础。

[0008] 本发明提供了一种浮式风机基础，包括：主浮体；副浮体，通过连接臂与所述主浮体连接；调节组件，可拆卸连接于所述副浮体，并通过内部气体的充盈状态调节所述副浮体的吃水量。本发明提出的浮式风机基础，包括主浮体、副浮体、连接臂和调节组件。其中，主浮体为整个基础的中心，用于连接并承载风机。具体地，主浮体上端为类柱体结构，下端为类锥形结构，主浮体水线面位于类柱体结构部位，类柱体结构自水线面向下延伸一定距离后，连接下端类锥形结构。主浮体类柱体结构自水线面向下延伸一定距离，该部分体积尺寸小，从而减少波浪对主浮体的作用面积，进而改善主浮体的摇摆力和摆动周期。副浮体可以为三个或多个，并均匀连接在主浮体的周围，以构成三角形或多边形结构，此外，副浮体为倒圆台结构，其直径尺寸由上端至下端递减，以保证副浮体倒圆台结构自水线面向下延伸一定距离，且该部分体积尺寸小，从而保证副浮体受到波浪作用的作用面积小，进一步地减小波浪对副浮体的影响，进而改善副浮体波浪载荷效应。副浮体水线面以上可以设置体积增大，以保证在浮式基础倾斜时，能提供更大的浮力差。副浮体在静水状态下浮力和重力处于平衡状态，当浮式基础倾斜时，一侧副浮体排水量增加，浮力会增大；另一侧副浮体向上翘起，排水量减小，浮力会减小。因此，组合力形成的力矩会阻止浮式风机倾斜并能减小浮式基础倾斜角度，使浮式风机恢复到初始平衡位置。连接臂用于连接主浮体和副浮体，具体地，连接臂为多个，并由方形或圆柱形杆件焊接而成，多个连接臂在主浮体和副浮体之间构成多边形桁架结构。优选地，多个连接臂在主浮体和副浮体之间构成梯形结构，其尺寸较宽的一端焊接在主浮体，尺寸较窄的一端焊接在副浮体，以提供较大的抗弯性能。调节组件则通过调节内部气体的充盈状态来改变副浮体的吃水量，从而改变浮力的大小，进一步地的实现副浮体之间的配合，保证浮式基础的稳定性。调节组件可以通过螺栓等连接方式与副浮体连接，方便拆卸以及更换。

[0009] 由此可见，本发明的浮式风机基础整体结构简单，制造以及安装成本较低，且能够通过调节浮力的大小来适应不同港池深度和运输航线的水深，适配性高。

[0010] 根据本发明上述技术方案的浮式风机基础，还可以具有以下附加技术特征：

[0011] 在上述技术方案中，所述调节组件包括：承载件，可拆卸连接于所述副浮体底端；气囊，设置于所述承载件内；充排气软管，一端连通所述气囊，另一端设置在所述副浮体的顶端。

[0012] 在该技术方案中，调节组件包括承载件、气囊和充排气软管。承载件用于承载气囊。具体地，承载件可以为桁架结构，并在内部形成单个或多个放置空间，用于放置气囊，通过充排气软管对气囊充气或排气实现气囊体积的变化。具体地，通过充排气软管对气囊充气，气囊体积增大，浮式基础吃水深度变小；通过充排气软管对气囊放气，气囊体积减小，浮式基础吃水深度变大。因此，通过调整气囊的体积，调整浮式基础的吃水深度，使浮式基础能适应不同的港池深度和运输航线的水深。此外，可以在风机安装完成后拆除调节组件，拆除后主浮体下底面低于副浮体的下底面，在满足浮式基础稳性和动态性能的前提下，能减轻浮式基础钢结构重量，减少浮式基础成本。

[0013] 在上述技术方案中，所述主浮体包括：主体部，其中，所述主体部至少包括高于水线面的安装端，以用于安装塔筒；压载部，设置于所述主体部并低于水面线，以用于增加主浮体的配重。

[0014] 在该技术方案中，主浮体包括主体部和压载部。其中，主体部确保塔筒的安装。具体地，在主体部的上端面焊接安装法兰，通过法兰的连接方式与塔筒实现连接。压载部则用于增加主浮体的配重。具体地，压载部可以为舱体结构，其内部设置多个舱室，浮式风机工作时各个舱室内均装满了压载水，主浮体压载后，能显著降低浮式基础的重心，提高浮式基础的整体稳定性。

[0015] 在上述技术方案中，所述主体部和所述压载部一体成型，所述连接臂至少部分设置在所述压载部。

[0016] 在该技术方案中，主体部和压载部一体成型设置能够提高两者之间的连接力。具体地，可以采用焊接的连接方式。

[0017] 除上述提到的主体部和压载部一体成型技术方案外，所述主体部和所述压载部还可以分离设置，并通过收放组件使得所述压载部与所述主体部对接或分离，所述连接臂连接在所述主体部。

[0018] 在该技术方案中，主体部和压载部还可以分离设置，以提高浮式基础在深水区域的性能。具体地，在主体部和压载部之间设置收放组件，收放组件能够驱动压载部对接在主体部以构成一个整体，或驱动压载部下放并与主体部分离以构成两个独立的主体，从而降低重心高度，提高浮式风机的稳定性。

[0019] 在上述技术方案中，所述收放组件包括：驱动件，设置于所述连接臂；系缆，一端连接在所述驱动件，另一端连接所述压载部，并通过所述驱动件的驱动带动所述压载部上移与所述主体部对接或下移与所述主体部分离。

[0020] 在该技术方案中，收放组件包括驱动件和系缆。驱动件可以为锚机、卷扬机等设备。系缆被驱动件驱动着带动压载部上移或下放。具体地，系缆被驱动件驱动带动着压载部上移到最高位，此最高位为压载部和主体部对接，优选地，在压载部上开设止口，止口套接或嵌装在主体部的下端，以限制压载部的左右晃动，完成主体部和压载部的紧密连接，进一步地减少运输时整机的吃水深度。系缆被驱动件下放，以带动压载部下放并达到指定深度，以适配不同水域工况，从而降低整个重心高度，提高浮式风机的稳定性。此外，驱动件可以设置多组，并布置在多个连接臂上，系缆从连接臂的两侧下放。

[0021] 在上述技术方案中，还包括：锁定件，设置于所述连接臂，且所述系缆穿过所述锁定件以被锁止或脱开。

[0022] 在该技术方案中，还包括锁定件。具体地，锁定件可以为螺栓压紧结构。具体地，在连接臂上设置安装架，安装架上旋接有螺栓杆，螺栓杆通过旋进对系缆施加紧固力以使其锁止，或通过旋出失去对系缆的紧固力以使其脱开。锁定件还可以为其他形式的止锁结构，在此不再做具体限定。

[0023] 在上述技术方案中，还包括：导向件，设置于所述连接臂，且所述系缆穿过所述导向件。在该技术方案中，导向件用于对系缆的运动进行导向。具体地，导向件可以为滑轮组的结构，系缆穿过滑轮组连接在压载件上。当然，导向件还可以为其他形式的导向结构，例如：在系缆是钢丝绳时，沿导向件下放，导向件是滑轮组结构，系缆穿过导向件连接在压载部；或在系缆是锚链时，沿导向件下放，导向件是中间带孔的板状件，导向件固定连接在连接臂的一侧上，系缆穿过导向件连接在压载部。

[0024] 在上述任一技术方案中，所述副浮体还包括：垂荡板，设置于所述副浮体的下端，且所述调节组件与所述垂荡板可拆卸连接。

[0025] 在该技术方案中，副浮体还包括垂荡板。垂荡板可以为圆形或多边形板，垂荡板焊接在副浮体下端，垂荡板周围设置有加强肋，加强肋一端焊接在垂荡板外边缘，另一端焊接在副浮体上，从而增加平台附加重量和增大阻尼力，阻尼力最主要是由板的边缘处漩涡脱落产生的，在垂荡运动中，垂荡板的上下缘处的漩涡会产生强烈的相互作用，使漩涡脱落加强，从而使阻尼增大；此外，垂荡板还能够改变结构的自振频率，使垂荡共振周期远离波浪的常见频率，避免发生共振。

[0026] 在上述任一技术方案中，还包括：系泊系统，连接所述副浮体。

[0027] 在该技术方案中，还包括系泊系统。具体地，系泊系统由多根系泊链构成。优选地，系泊链连接在副浮体的顶端，用于辅助副浮体的稳定，考虑中国的海域水深，系在顶端能增加系泊链自重。

[0028] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0029] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0030] 图1是本发明一个实施例的浮式风机基础的立体图(装配风机)；

[0031] 图2是本发明一个实施例的浮式风机基础的立体图之一(隐藏调节组件)；

[0032] 图3是图2的主视图；

[0033] 图4是图2的俯视图；

[0034] 图5是本发明一个实施例的浮式风机基础装配调节组件的结构示意图；

[0035] 图6是图5所示浮式风机基础中承载件的结构图；

[0036] 图7是本发明另一个实施例的浮式风机基础的主视图之一(主体部和压载部对接)；

[0037] 图8是本发明另一个实施例的浮式风机基础的主视图之二(主体部和压载部分离)；

[0038] 图9是本发明另一个实施例的浮式风机基础的俯视图；

[0039] 图10是图9在A处的放大图。

[0040] 其中，图1至图10中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

[0041] 1主浮体，11主体部，12压载部，13收放组件，131驱动件，132系缆， 133锁定件，134导向件，2副浮体，21垂荡板，3连接臂，4调节组件，41 承载件，42气囊，43充排气软管，5系泊系统。

具体实施方式

[0042] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0043] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

[0044] 下面参照图1至图10来描述根据本发明一些实施例提供的浮式风机基础。

[0045] 本申请的一些实施例提供了一种浮式风机基础。

[0046] 如图1至图4所示，本发明第一个实施例提出了一种浮式风机基础，包括：主浮体1；副浮体2，通过连接臂3与所述主浮体1连接；调节组件4，可拆卸连接于所述副浮体2，并通过内部气体的充盈状态调节所述副浮体2的吃水量。

[0047] 本发明提出的浮式风机基础，包括主浮体1、副浮体2、连接臂3和调节组件4。其中，主浮体1为整个基础的中心，用于连接并承载风机。具体地，主浮体1上端为类柱体结构，下端为类锥形结构，主浮体1水线面位于类柱体结构部位，类柱体结构自水线面向下延伸一定距离后，连接下端类锥形结构。主浮体1类柱体结构自水线面向下延伸一定距离，该部分体积尺寸小，从而减少波浪对主浮体1的作用面积，进而改善主浮体1的摇摆力和摆动周期。副浮体2可以为三个或多个，并均匀连接在主浮体1的周围，以构成三角形或多边形结构，此外，副浮体2为倒圆台结构，其直径尺寸由上端至下端递减，以保证副浮体2倒圆台结构自水线面向下延伸一定距离，且该部分体积尺寸小，从而确保副浮体2水线面以下受到波浪作用的作用面积小，进一步地减小波浪对副浮体的影响，进而改善副浮体波浪载荷效应。副浮体2水线面以上可以设置体积增大，以保证在浮式基础倾斜时，能提供更大的浮力差。副浮体2在静水状态下浮力和重力处于平衡状态，当浮式基础倾斜时，一侧副浮体2排水量增加，浮力会增大；另一侧副浮体2向上翘起，排水量减小，浮力会减小。因此，组合力形成的力矩会阻止浮式风机倾斜并能减小浮式基础倾斜角度，使浮式风机恢复到初始平衡位置。连接臂3用于连接主浮体1和副浮体2，具体地，连接臂3为多个，并由方形或圆柱形杆件焊接而成，多个连接臂3在主浮体1 和副浮体2之间构成多边形桁架结构。优选地，多个连接臂3在主浮体
1和副浮体2之间构成梯形结构，其尺寸较宽的一端焊接在主浮体1，尺寸较窄的一端焊接在副浮体2，以提供较大的抗弯性能。调节组件4则通过调节内部气体的充盈状态来改变副浮体2的吃水量，从而改变浮力的大小，进一步地的实现副浮体2之间的配合，保证浮式基础的稳定性。调节组件4可以通过螺栓等连接方式与副浮体2连接，方便拆卸以及更换。

[0048] 由此可见，本发明的浮式风机基础整体结构简单，制造以及安装成本较低，且能够通过调节浮力的大小来适应不同港池深度和运输航线的水深，适配性高。

[0049] 本发明第二个实施例提出了一种浮式风机基础，且在第一个实施例的基础上，如图5和图6所示，所述调节组件4包括：承载件41，可拆卸连接于所述副浮体2底端；气囊42，设置于所述承载件41内；充排气软管43，一端连通所述气囊42，另一端设置在所述副浮体2的顶端。

[0050] 在本实施例中，调节组件4包括承载件41、气囊42和充排气软管43。承载件41用于承载气囊42。具体地，承载件41可以为桁架结构，并在内部形成单个或多个放置空间，用于放置气囊42，通过充排气软管43对气囊42充气或排气实现气囊42体积的变化。具体地，通过充排气软管43对气囊42充气，气囊42体积增大，浮式基础吃水深度变小；通过充排气软管43对气囊 42放气，气囊42体积减小，浮式基础吃水深度变大。因此，通过调整气囊42 的体积，调整浮式基础的吃水深度，使浮式基础能适应不同的港池深度和运输航线的水深。此外，可以在风机安装完成后拆除调节组件4，拆除后主浮体1 下底面低于副浮体2的下底面，在满足浮式基础稳性和动态性能的前提下，能减轻浮式基础钢结构重量，减少浮式基础成本。

[0051] 本发明第三个实施例提出了一种浮式风机基础，且在上述任一实施例的基础上，所述主浮体1包括：主体部11，其中，所述主体部11至少包括高于水线面的安装端，以用于安装塔筒；压载部12，设置于所述主体部11并低于水面线，以用于增加主浮体1的配重。

[0052] 在本实施例中，主浮体1包括主体部11和压载部12。其中，主体部11 确保塔筒的安装。具体地，在主体部11的上端面焊接安装法兰，通过法兰的连接方式与塔筒实现连接。压载部12则用于增加主浮体1的配重。具体地，压载部12可以为舱体结构，其内部设置多个舱室，浮式风机工作时各个舱室内均装满了压载水，主浮体1压载后，能显著降低浮式基础的重心，提高浮式基础的整体稳定性。

[0053] 本发明第四个实施例提出了一种浮式风机基础，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图4所示，所述主体部11和所述压载部12一体成型，所述连接臂3至少部分设置在所述压载部12。

[0054] 在本实施例中，主体部11和压载部12一体成型设置能够提高两者之间的连接力。具体地，可以采用焊接的连接方式。

[0055] 本发明第五个实施例提出了一种浮式风机基础，且在实施例三的基础上，如图7和图8所示，所述主体部11和所述压载部12分离设置，并通过收放组件13使得所述压载部12与所述主体部11对接或分离，所述连接臂3连接在所述主体部11。

[0056] 在本实施例中，主体部11和压载部12还可以分离设置，以提高浮式基础在深水区域的性能。具体地，在主体部11和压载部12之间设置收放组件13，收放组件13能够驱动压载部12对接在主体部11以构成一个整体，或驱动压载部12下放并与主体部11分离以构成两个独立的主体，从而降低重心高度，提高浮式风机的稳定性。

[0057] 本发明第六个实施例提出了一种浮式风机基础，且在实施例5的基础上，所述收放组件13包括：驱动件131，设置于所述连接臂3；系缆132，一端连接在所述驱动件131，另一端连接所述压载部12，并通过所述驱动件131的驱动带动所述压载部12上移与所述主体部11对接或下移与所述主体部11分离。

[0058] 在本实施例中，收放组件13包括驱动件131和系缆132。驱动件131可以为锚机、卷扬机等设备。系缆132被驱动件131驱动着带动压载部12上移或下放。具体地，系缆132被驱动件131驱动带动着压载部12上移到最高位，此最高位为压载部12和主体部11对接，优选地，在压载部12上开设止口，止口套接或嵌装在主体部11的下端，以限制压载部12的左右晃动，完成主体部11和压载部12的紧密连接，进一步地减少运输时整机的吃水深度。系缆 132被驱动件131下放，以带动压载部12下放并达到指定深度，以适配不同水域工况，从而降低整个重心高度，提高浮式风机的稳定性。此外，驱动件 131可以设置多组，并布置在多个连接臂3上，系缆132从连接臂3的两侧下放。

[0059] 本发明第七个实施例提出了一种浮式风机基础，且在实施例6的基础上，如图9和图10所示，还包括：锁定件133，设置于所述连接臂3，且所述系缆132穿过所述锁定件133以被锁止或脱开。

[0060] 在本实施例中，还包括锁定件133。具体地，锁定件133可以为螺栓压紧结构。具体地，在连接臂3上设置安装架，安装架上旋接有螺栓杆，螺栓杆通过旋进对系缆132施加紧固力以使其锁止，或通过旋出失去对系缆132的紧固力以使其脱开。锁定件133还可以为其他形式的止锁结构，在此不再做具体限定。

[0061] 本发明第八个实施例提出了一种浮式风机基础，且在实施例6的基础上，如图10所示，还包括：导向件134，设置于所述连接臂3，且所述系缆132 穿过所述导向件134。

[0062] 在本实施例中，导向件134用于对系缆132的运动进行导向。具体地，导向件134可以为滑轮组的结构，系缆132穿过滑轮组连接在压载件上。当然，导向件134还可以为其他形式的导向结构，例如：在系缆132是钢丝绳时，沿导向件134下放，导向件134是滑轮组结构，系缆134穿过导向件134连接在压载部12；或在系缆132是锚链时，沿导向件134下放，导向件134是中间带孔的板状件，导向件134固定连接在连接臂31的一侧上，系缆132穿过导向件
134连接在压载部12。

[0063] 本发明第九个实施例提出了一种浮式风机基础，且在上述任一实施例的基础上，所述副浮体2还包括：垂荡板21，设置于所述副浮体2的下端，且所述调节组件4与所述垂荡板21可拆卸连接。

[0064] 在本实施例中，副浮体2还包括垂荡板21。垂荡板21可以为圆形或多边形板，垂荡板21焊接在副浮体2下端，垂荡板21周围设置有加强肋，加强肋一端焊接在垂荡板21外边缘，另一端焊接在副浮体2上，从而增加平台附加重量和增大阻尼力，阻尼力最主要是由板的边缘处漩涡脱落产生的，在垂荡运动中，垂荡板21的上下缘处的漩涡会产生强烈的相互作用，使漩涡脱落加强，从而使阻尼增大；此外，垂荡板21还能够改变结构的自振频率，使垂荡共振周期远离波浪的常见频率，避免发生共振。

[0065] 本发明第十个实施例提出了一种浮式风机基础，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图4所示，还包括：系泊系统5，连接所述副浮体2。

[0066] 在本实施例中，还包括系泊系统5。具体地，系泊系统5由多根系泊链构成，系泊链连接在副浮体2的顶端，用于辅助副浮体2的稳定，考虑中国的海域水深，系在顶端能增加系泊链自重。

[0067] 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实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或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。

[0068] 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。