[发明专利]一种具有高度自平衡性的浮式风机平台

说明书

本发明公开了一种具有高度自平衡性的浮式风机平台，包括风机、平衡舱、压力舱和系泊系统，平衡舱与风机之间连接有连接段，连接段为圆柱，风机固定于连接段的顶部，连接段的底部与平衡舱的顶部固定。平衡舱为顶部直径大于底部直径的空心圆台，压力舱为实心圆盘；平衡舱通过其形状，提高了浮式风机平台的浮心，压力舱布置于平衡舱以下，降低了平台的重心进而减小了压力舱重量，同时圆盘形的压力舱减小了平台的垂荡响应和纵摇响应，通过连接段可与任意型号的浮式风机相连。本发明的浮式风机平台增加了平台的自平衡性，其既能在恶劣海况中具有优秀的响应性能，又具有优良的经济性，在任意水深下皆可适用。

技术领域

本发明涉及一种风能发电设施，尤其涉及一种具有高度自平衡性的浮式风机平台。

背景技术

随着人类开发能源的步伐逐渐迈向海洋领域，涌现出了很多新型的浮式海洋平台，目前平台已经被广泛应用于人类开发海洋资源的事业中，担负了钻探、生产、海上原油处理、风力发电等各种工作。现有技术的平台使用范围受限于相应的水深条件，单类型的平台难以推广至任意水深。为了解决上述困难，需要开发一款适用于任意水深的、同时平衡性优良的新型浮式风机平台。

发明内容

现有的单一类型的浮式风机平台受限于相应的水深条件，不具备普适性。针对现有技术存在的这一问题，本发明提出一种适用于任意水深的具有高度自稳性的浮式风机平台。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种具有高度自平衡性的浮式风机平台，包括风机、平衡舱、压力舱和系泊系统，所述平衡舱设置在所述压力舱的上方，所述风机设置在所述平衡舱的上方，所述平衡舱与所述风机之间连接有连接段，所述连接段为圆柱，所述风机固定于所述连接段的顶部，所述连接段的底部与所述平衡舱的顶部固定；

所述平衡舱为顶部直径大于底部直径的圆台；所述压力舱为圆盘，圆盘型的压力舱通过其形状增加了平台的垂向阻尼和纵摇阻尼，减小了平台的垂荡响应和纵摇响应；所述连接段的底面与所述平衡舱的顶面贴合，所述平衡舱顶部直径大于所述连接段的直径，提高了浮式风机平台的浮心；所述平衡舱的底面与所述压力舱的顶面贴合，所述压力舱的直径大于所述平衡舱底部的直径，使得平台的重心降低；所述连接段、平衡舱和压力舱的中心轴线重合，所述系泊系统的系泊缆绳的一端固定于压力舱的底部，其另一端固定于海底；

所述风机的总质量为m₂，所述风机中心所受水平风力为F_w，所述风机最大风倾力矩为M_w，风机重心距塔柱底部的距离为H₄，浮式风机平台的倾斜角度为α，浮式风机平台整体浮心至平衡舱底部的距离为PK；连接段的高度为H₁，平衡舱的高度为H₂，浮式风机平台总体质量m₁满足：

其中，ρ_c为混凝土密度，ρ_w为海水密度；连接段的高度H₁满足：其中，h_f为浮式风机平台的垂荡幅值；连接段的直径D₁大于风机底部的直径；平衡舱的高度H₂满足：H₂≤h-H₁-H₃-h_f-h_k-0.25h，其中，h为水深；h_k为压力舱倾斜时的垂向变化高度，h_k＝0.5D₂sinα；D₂为压力舱的直径，H₃为压力舱的高度；平衡舱顶部直径d₁与底部直径d₂之比为Q；浮式风机平台纵摇固有频率ω为：

根据目标海域的波浪谱参数，从中选出浮式风机平台纵摇固有频率较小的设计方案作为备选方案，即可确定混凝土压力舱(4)的直径D₂和高度H₃的取值范围。