本發(fā)明屬于海洋工程，尤其涉及一種融合半潛和立柱式結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、使用方法及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，陸上、海上風(fēng)電資源開(kāi)發(fā)趨于飽和，海上風(fēng)電從近海走向深遠(yuǎn)海是一種必然趨勢(shì)。在深遠(yuǎn)海的環(huán)境條件中，固定式基礎(chǔ)劣勢(shì)明顯，漂浮式基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)突出。常見(jiàn)的海上漂浮式風(fēng)電基礎(chǔ)主要分為張力腿式基礎(chǔ)、立柱式(spar)基礎(chǔ)和半潛式(semi)基礎(chǔ)三大類。

2、立柱式基礎(chǔ)的優(yōu)勢(shì)在于較好的水動(dòng)力性能和對(duì)復(fù)雜海域適應(yīng)能力，其缺點(diǎn)主要有結(jié)構(gòu)尺寸跨度過(guò)大，從而導(dǎo)致無(wú)論是制造還是安裝均較困難，且制造成本較高；半潛式基礎(chǔ)主要包括立柱、浮筒和連接桁架等，浮筒之間用連接桿相互連接成為一個(gè)整體，通過(guò)懸鏈線形式的系泊纜系統(tǒng)完成定位?，F(xiàn)有的半潛式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)大多數(shù)采用“立柱、浮筒和連接桁架”結(jié)構(gòu)，立柱入水較短，風(fēng)機(jī)整體重心較高，主要用來(lái)提供浮力的浮筒的體積較大，這種情況下，作用于基礎(chǔ)上的波浪力也較大，容易產(chǎn)生幅度較大的縱、橫搖運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足。

3、為了解決立柱式和半潛式存在的缺點(diǎn)，目前有技術(shù)進(jìn)行了立柱式和半潛式結(jié)合的相關(guān)研究，然而，立柱的結(jié)構(gòu)尺寸依然需要延伸到水下較深的位置，或設(shè)定配重塊來(lái)降低整個(gè)基礎(chǔ)的重心來(lái)保證穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高；同時(shí)，在一些技術(shù)中對(duì)外圍立柱進(jìn)行了傾斜設(shè)計(jì)來(lái)提高對(duì)海水的阻尼作用，配合向下延伸的中間立柱等結(jié)構(gòu)，降低搖動(dòng)幅度，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，穩(wěn)定性也有待提高；綜上，目前存在的復(fù)合式風(fēng)機(jī)平臺(tái)，不能同時(shí)兼具成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種融合半潛和立柱式結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、使用方法及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，具備了立柱式基礎(chǔ)和半潛式基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，通過(guò)邊立柱與橫撐設(shè)置為中空結(jié)構(gòu)，邊立柱的底端以及橫撐內(nèi)設(shè)置壓載填充物，采用被動(dòng)壓載的方式，使得主立柱的底端面與邊立柱的底端面位于同一平面內(nèi)即可滿足穩(wěn)定性的目的，避免了主立柱向水下過(guò)度延伸或設(shè)置配重設(shè)備增加成本的問(wèn)題；并且，邊立柱與橫撐設(shè)置為中空結(jié)構(gòu)，在滿足設(shè)置壓載填充物和降低成本的基礎(chǔ)上，通過(guò)沿軸向設(shè)置的十字鋼板保證了剛度要求；在傾斜設(shè)置的邊立柱上設(shè)置多個(gè)阻尼板，利用邊立柱傾斜設(shè)置，能夠降低水平方向海水的沖擊影響，同時(shí)，多個(gè)阻尼板能夠降低海水對(duì)邊立柱的沖刷，以及在豎直方向上提高了抗傾斜能力，邊立柱傾斜設(shè)置與多個(gè)阻尼板配合能夠提高在垂蕩、橫搖、縱搖及艏搖等多個(gè)自由度方向上的減搖效果。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種融合半潛和立柱式結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，采用如下技術(shù)方案：

3、一種融合半潛和立柱式結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，包括主立柱，通過(guò)橫撐設(shè)置在所述主立柱周?chē)亩喔吜⒅?/p>

4、所述主立柱的底端面，以及所有邊立柱的底端面位于同一平面內(nèi)；每根邊立柱相對(duì)于所述主立柱均傾斜設(shè)置，每根邊立柱上均設(shè)置有多個(gè)阻尼板；

5、所述邊立柱與所述橫撐設(shè)置為中空結(jié)構(gòu)，所述邊立柱的底端以及所述橫撐內(nèi)設(shè)置壓載填充物；所述邊立柱與所述橫撐內(nèi)，沿軸向設(shè)置有十字鋼板。

6、進(jìn)一步的，所述主立柱與所述邊立柱之間還設(shè)置有撐桿和斜撐，所述撐桿位于所述主立柱與所述邊立柱的上端，所述橫撐位于所述主立柱與所述邊立柱的下端；所述斜撐中間位置，與所述主立柱下端之間還連接有橫撐；相鄰邊立柱之間通過(guò)連桿連接，所述連桿為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有壓載填充物；所述連桿內(nèi)沿軸向設(shè)置有十字鋼板。

7、進(jìn)一步的，所述阻尼板沿所述邊立柱的軸向傾斜設(shè)置，所述阻尼板遠(yuǎn)離所述邊立柱的變?yōu)榛⌒蚊妫凰鲎枘岚迮c所述邊立柱之間，沿周向設(shè)置有多個(gè)加強(qiáng)筋。

8、進(jìn)一步的，所述主立柱包括電纜艙，與所述電纜艙連接的過(guò)渡艙，以及與所述過(guò)渡艙連接的壓載艙。

9、進(jìn)一步的，所述過(guò)渡艙為空艙，所述壓載艙內(nèi)灌裝壓載物。

10、進(jìn)一步的，所述電纜艙上設(shè)置電纜孔。

11、進(jìn)一步的，所述壓載填充物為鐵礦砂和混凝土。

12、進(jìn)一步的，所述主立柱周?chē)刂芟蚓鶆蚍植级喔吜⒅?，每根邊立柱上設(shè)置有系泊纜系統(tǒng)，所述系泊纜系統(tǒng)包括與所述邊立柱連接的系泊纜，以及設(shè)置在所述系泊纜上的系泊錨。

13、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第二方面，本發(fā)明還提供了一種融合半潛和立柱式結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)使用方法，采用如下技術(shù)方案：

14、一種融合半潛和立柱式結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)使用方法，使用了如第一方面中所述的融合半潛和立柱式結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，包括：借助主立柱的浮力將整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)置在海水平面；通過(guò)壓載填充物提供被動(dòng)壓載，以及通過(guò)傾斜設(shè)置的邊立柱和阻尼板進(jìn)行減搖。

15、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第三方面，本發(fā)明還提供了一種風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，采用如下技術(shù)方案：

16、一種風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，包括塔筒，以及設(shè)置在所述塔筒上的風(fēng)機(jī)組件，所述風(fēng)機(jī)組件設(shè)置在如第一方面中所述的融合半潛和立柱式結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

18、1、本發(fā)明具備了立柱式基礎(chǔ)和半潛式基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，通過(guò)邊立柱與橫撐設(shè)置為中空結(jié)構(gòu)，邊立柱的底端以及橫撐內(nèi)設(shè)置壓載填充物，采用被動(dòng)壓載的方式，使得主立柱的底端面與邊立柱的底端面位于同一平面內(nèi)即可滿足穩(wěn)定性的目的，避免了主立柱向水下過(guò)度延伸或設(shè)置配重設(shè)備增加成本的問(wèn)題；并且，邊立柱與橫撐設(shè)置為中空結(jié)構(gòu)，在滿足設(shè)置壓載填充物和降低成本的基礎(chǔ)上，通過(guò)沿軸向設(shè)置的十字鋼板保證了剛度要求；在傾斜設(shè)置的邊立柱上設(shè)置多個(gè)阻尼板，利用邊立柱傾斜設(shè)置，能夠降低水平方向海水的沖擊影響，同時(shí)，多個(gè)阻尼板能夠降低海水對(duì)邊立柱的沖刷，以及在豎直方向上提高了抗傾斜能力，邊立柱傾斜設(shè)置與多個(gè)阻尼板配合能夠提高在垂蕩、橫搖、縱搖及艏搖等多個(gè)自由度方向上的減搖效果；綜上，本發(fā)明中的風(fēng)機(jī)平臺(tái)能夠兼?zhèn)涑杀镜?、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度強(qiáng)和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

19、2、本發(fā)明中，邊立柱的布置方案相對(duì)主立柱有一定的傾斜，以替代傳統(tǒng)平臺(tái)形式中垂蕩板這一結(jié)構(gòu)的作用，可以大幅降低晃動(dòng)幅值，并明顯提高整個(gè)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的浮體高度，提升風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的穩(wěn)性性能，還可以簡(jiǎn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步減少用鋼量；同時(shí)，傾斜邊立柱的設(shè)計(jì)使得平臺(tái)在產(chǎn)生晃動(dòng)時(shí)，邊立柱排水體積增大的同時(shí)漂心向遠(yuǎn)離主立柱的方向移動(dòng)，使得恢復(fù)力相較于非傾斜邊立柱有較大提升；邊立柱底部安裝系泊纜系統(tǒng)約束裝置，系泊纜系統(tǒng)和系泊纜系統(tǒng)約束裝置相連，兼具立柱式和半潛式兩種浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)勢(shì)，可以有效降低浮式基礎(chǔ)的垂蕩運(yùn)動(dòng)和水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)于不同水深的適應(yīng)性較強(qiáng)，本發(fā)明中的浮式基礎(chǔ)具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、加工便捷、用鋼量低，有利于推動(dòng)深遠(yuǎn)海漂浮式風(fēng)機(jī)的平價(jià)化和商業(yè)化進(jìn)程。

20、3、本發(fā)明中，邊立柱和底部的連桿、斜撐和橫撐，以及撐桿均不分艙，采取空心管結(jié)構(gòu)，同時(shí)在邊立柱和底部連桿中焊接一道十字鋼板，大大增加了邊立柱和底部連桿的剛度，保證了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度；同時(shí)，由于邊立柱和底部連桿的空心結(jié)構(gòu)，向其中全部或部分的灌入鐵礦砂、混凝土等固體壓載填充物，可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的被動(dòng)壓載，省去了傳統(tǒng)使用壓載水平臺(tái)上泵艙等設(shè)施，進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)并降低造價(jià)。

21、4、本發(fā)明中，得益于除主立柱之外其他結(jié)構(gòu)的空心管設(shè)計(jì)，整個(gè)平臺(tái)的用鋼量得以大大減少，使得平臺(tái)建造的材料成本大大降低，同時(shí)可以采用市場(chǎng)上現(xiàn)成的成品管件，至于邊立柱和底部連桿中的十字鋼板，得益于這些構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸，使得工人可以進(jìn)入其中完成焊接作業(yè)；平臺(tái)絕大部分浮力都是主立柱提供的，因此本平臺(tái)與立柱式基礎(chǔ)類似，具有重心低于浮心的特點(diǎn)。邊立柱和連接機(jī)構(gòu)并不提供多少浮力，其作用是提供平臺(tái)晃動(dòng)時(shí)提供額外的恢復(fù)力矩和阻力，使得平臺(tái)的晃動(dòng)幅度顯著減小，明顯提高整個(gè)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的浮體高度，提升風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的穩(wěn)性性能。

22、5、本發(fā)明由于平臺(tái)用鋼量減少，必然導(dǎo)致平臺(tái)總體的重量顯著降低，同時(shí)平臺(tái)的高度相對(duì)傳統(tǒng)半潛式平臺(tái)有所提高，這就使得在添加固體壓載物時(shí)，平臺(tái)重心降低較快且更容易控制，其重心的變化范圍也相較于傳統(tǒng)海洋平臺(tái)有所增大，且壓載所需重量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)平臺(tái)。

23、6、本發(fā)明主立柱分艙中，最底部的壓載艙提供配重以壓低整個(gè)浮式風(fēng)機(jī)的重心高度，過(guò)渡艙是為了彌補(bǔ)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的不足浮力，這些艙室將所有不必要的功能都剔除了，最大程度降低建造成本。

24、7、本發(fā)明主立柱分艙中，最底部的壓載艙提供配重以壓低整個(gè)浮式風(fēng)機(jī)的重心高度，過(guò)渡艙是為了彌補(bǔ)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的不足浮力。這些艙室將所有不必要的功能都剔除了，最大程度降低建造成本。