[发明专利]一种垂向增阻型组合式海上风力机支撑结构体系

说明书

本发明公开了一种垂向增阻型组合式海上风力机支撑结构，它以现有的张力腿式海上风力机支撑结构为基础，在结构上加装了Spar筒、垂向增阻装置与悬链线式张力键而形成。支撑结构由塔筒、浮筒、Spar筒、垂向增阻装置和张力键组成。其中、悬链线式张力键缓解了结构移动时张力键内力的变化幅度，降低了张力键的失效概率；Spar筒设置在塔筒下方，可进行结构施工扶正和结构重心高度的调整；垂向增阻装置为无底盖的圆筒，倒置在水中用以增加结构的垂向阻尼，减缓垂荡对结构的影响。本发明吸收了悬链线式系泊、Spar筒与垂向增阻装置的各自优点，形成了一种施工便捷、张力键失效概率小、垂向阻尼大、结构稳性高的新型海上浮式风力机支撑结构体系。

技术领域

本发明涉及一种垂向增阻型组合式海上风力机支撑结构体系，具体地说是对传统张力腿式海上风力机支撑结构体系进行了优化改进，吸收了Spar筒与悬链线式张力键的优点，并且与垂向增阻装置组合形成的一种支撑结构体系，这一新型支撑结构体系可更好地保障风力机的安全服役。

背景技术

相比陆上风电而言，海上风电具有如下独特的优势，如，风场广阔、风力稳定、风电机组单机容量大、受噪音标准限制小、可节约土地资源、利于实现规模化等。张力腿式海上风力机(Tension Leg Platform Wind Turbine，TLPWT)由张力腿平台演变而来，适用于中等水深的海域，它采用直立式张力键系泊固定，在风力机的塔筒底部安装3到4个浮筒结构，浮筒截面形状多为圆形或方形，其浮筒可为整体结构提供浮力。张力键两端分别与浮筒的端部和海底相连，正常服役时，张力键处于张紧状态。因为结构简单，张力腿式海上风力机具有广阔的应用和推广前景。但是，张力腿式海上风力机在遇到恶劣海况时，会发生侧向移动，进而导致张力键必须产生足够大的内力才能对风力机进行有效的约束，张力键内力的增大加大了其失效的风险，张力键相继失效后会引发整个风力机的侧翻。海上风力机往往成片分布，形成海上风场，如果倒塌的风力机在发生漂移的过程中与其他风力机发生碰撞，将会连续造成其他风力机的破坏。总体来说，现有海上风力机支撑结构体系基本存在如下几点不足：

1)、垂直的张力键其内力对外部荷载的变化较为敏感，特别是对于横向荷载的变化，结构在恶劣海况的作用下张力键内力极易升高进而存在失效的风险，张力键的失效必将导致风力机整体的倒塌，因此，张力键的安全性将会直接影响整个风力机的服役寿命。

2)、风力机结构的整体稳性较差。风力机的支撑结构体系在较大的风、浪、流载荷作用下，张紧状态的张力键一旦失效，整个结构体系将会发生倾斜侧翻，上部的风力机将会落水失效。而且海上风力机往往大片布置形成风场，单根张力键的破断将导致结构的侧翻进而导致其他张力键的相继破断，结构将会在无约束的情况的下发生漂移，危害风场其他风力机的安全。

3)、风力机服役期间会产生垂荡现象，垂荡的发生将导致张力键的张力变化，垂荡的幅度与张力键张力变化的幅度紧密相关，长期的大幅度垂荡将增加张力键的失效概率，影响风力机的正常服役，因此控制和减缓垂荡的影响也是提高风力机服役寿命的有效措施。

针对上述不足，本发明提出了一种垂向增阻型组合式海上风力机支撑结构，悬链线式张力键(4)采用悬链线形式，利用悬链线可以提供水平方向与竖直方向分力的特点，来降低悬链线式张力键(4)在风力机承受水平荷载与垂荡作用下的内力；同时，在塔筒(2)下方加装Spar筒(5)用来调节结构的重心高度，提高结构的稳性，并方便结构安装过程中的扶正与张力键的安装；防垂荡装置(6)是与spar筒(5)底端连接的无底盖开口圆筒，该装置倒置在水中，通过水体附加质量和水动力阻尼的增加，加大结构的垂向运动阻力，减小结构的垂荡幅度，降低垂荡对悬链线式张力键(4)与整体结构的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种垂向增阻型组合式海上风力机支撑结构，它由传统的张力腿式海上风力机结构改良而成，支撑结构体系是在张力腿式海上风力机的塔筒(2)底部加装Spar筒(5)，在Spar筒(5)下方安装垂向增阻装置(6)，并采用悬链线式张力键(4)进行结构的约束。