[发明专利]一种海上半潜式风机基础及风力发电机组

说明书

本发明提供一种海上半潜式风机基础及风力发电机组，包括主浮筒、斜撑、横撑和垂荡板，主浮筒设置有多个，主浮筒沿正多边形的顶点位置布置，相邻主浮筒之间通过斜撑和横撑连接，垂荡板同轴设置在主浮筒的底端；主浮筒的横截面和垂荡板均为超椭圆形；主浮筒和垂荡板横截面长轴的延长线均通过正多边形的几何中心采用本发明海上半潜式风机基础主浮筒可有效降低主浮筒与斜撑、横撑连接处的应力集中系数，从而降低主浮筒的厚度，起到漂浮式基础减重的效果。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种海上半潜式风机基础及风力发电机组。

背景技术

随着风能资源开发的不断扩大，尤其在深海处的开发，使得漂浮式风力机的研究备受重视。常用的漂浮式基础有Spar基础、TLP基础和半潜式基础等。国内沿海水深较浅，考虑平台的水深适用性和系泊结构的造价，半潜式风机基础凭其良好的稳定性、可制造性和便于湿拖安装等优点，受到了国内的广泛关注。

通常半潜式平台需要把主浮筒的尺寸设计的较大，依靠大吃水保证垂荡固有周期远大于波浪周期。在半潜式平台主浮筒下放设置垂荡板可以避免平台和波浪产生共振，使平台拥有良好的运动性能。垂荡板提高的附加质量能增大平台的垂荡自振周期，使之远离波能集中频段；而提供的额外阻尼可有效降低平台的动态响应，提高平台的运动性能。

如图1所示，半潜式平台基础主浮筒(1)与横撑(4)、斜撑(3)相连的地方会出现应力局部增大的现象(应力集中)。应力集中能使物体产生疲劳裂纹，也能使脆性材料制成的零件发生静载断裂。工程中采用应力集中系数SCF(Stress Concentration Factor)来表示应力集中的程度，可以通过产生应力集中时的最大应力除以平均应力来计算得到SCF值，并且SCF值大于1。工程经验表明截面尺寸改变愈剧烈，SCF值就愈大。

因此，在设计半潜式漂浮式风机的主浮筒时应尽量避免带直角、尖角的外形，目前基本采用的都是圆柱体的设计方案。然而，根据圆柱设计的主浮筒(1)与横撑(4)、斜撑(3)连接处的SCF值仍然较大，一般可以达到3～5，由于主浮筒(1)的壁厚对SCF值的敏感性很大因此，为了使主浮筒的设计符合强度要求，现有的圆柱设计仍需要对有横撑和斜撑部分的壁厚进行加厚，导致主浮筒的质量变大。

考虑到SCF值的大小直接影响主浮筒与斜撑相连处壁厚的大小，因此，需要设计一种能够在现有工艺水平下降低SCF值的主浮筒结构，以减小壁厚并降低浮式基础的重量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种海上半潜式风机基础和垂荡板，可降低主浮筒与横撑、斜撑连接处的SCF，并减小基础结构重量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种海上半潜式风机基础，包括主浮筒、斜撑、横撑和垂荡板，主浮筒设置有多个，主浮筒沿正多边形的顶点位置布置，相邻主浮筒之间通过斜撑和横撑连接，垂荡板同轴设置在主浮筒的底端；主浮筒的横截面和垂荡板均为超椭圆形；主浮筒和垂荡板横截面长轴的延长线均通过正多边形的几何中心。

主浮筒的超椭圆形横截面外轮廓线满足下列公式：与主浮筒相连的垂荡板的横截面外轮廓线满足如下公式：其中，x、y分别代表所述轮廓线上的任意一点在局部坐标系x轴和y轴上的坐标值，a₁代表主浮筒横截面外轮廓线在x轴上的宽度的1/2值，b₁代表所主浮筒横截面外轮廓线在y轴上的高度值；a₂代表所述垂荡板横截面外轮廓线在x轴上的宽度的1/2值，b₂代表所垂荡板横截面外轮廓线在y轴上的高度值a₁/a₂＝b₁/b₂，m₁＝n₁、m₂＝n₂且m₁、n₁、m₂以及n₂均在[1.50，2.20]区间内。

垂荡板与主浮筒焊接。