本發(fā)明屬于可再生清潔能源和海洋裝備領(lǐng)域，發(fā)明的是一種新型海上風(fēng)力機(jī)浮式平臺(tái)。

背景技術(shù)：

風(fēng)電是在眾多可再生能源中發(fā)展最具規(guī)模，并在經(jīng)濟(jì)效益方面最具能力，能夠與傳統(tǒng)化石能源相媲美的一種高效清潔能源。相對(duì)于陸上風(fēng)能資源，海上風(fēng)能資源更加豐富、穩(wěn)定，且具有低風(fēng)切變、低湍流、無(wú)土地利用限制、無(wú)視覺(jué)沖擊和噪聲干擾等諸多顯著優(yōu)勢(shì)，因此近年來(lái)，海上風(fēng)電的開(kāi)發(fā)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)引起了高度重視。但海洋環(huán)境和海上氣候高度的不確定性，也給海上風(fēng)電項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。為控制風(fēng)險(xiǎn)和降低項(xiàng)目建設(shè)、安裝、運(yùn)行和維護(hù)成本，早期的風(fēng)電場(chǎng)一般都選址在近海淺水水域。然而，隨著海上風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，開(kāi)發(fā)離岸較遠(yuǎn)的深水區(qū)海域的風(fēng)能資源便成為一種必然的趨勢(shì)。尤其在當(dāng)前的海上施工裝備水平和經(jīng)濟(jì)效益的雙重考慮下，開(kāi)發(fā)50至100米水深中近海海域的風(fēng)能資源成為世界各國(guó)未來(lái)大規(guī)模開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電的最佳選擇。

據(jù)目前世界上海上風(fēng)電最大開(kāi)發(fā)商西門(mén)子在近年來(lái)開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電的經(jīng)驗(yàn)表明，在淺水水域，單樁和桁架式固定基礎(chǔ)是最經(jīng)濟(jì)、可靠的海上風(fēng)力機(jī)安裝方式。但隨著水深的不斷增加，建設(shè)和安裝固定基礎(chǔ)的成本也迅速增大。當(dāng)深水達(dá)到50米以上時(shí)，固定基礎(chǔ)的建設(shè)和安裝成本會(huì)更加昂貴，從而會(huì)極大的影響到整個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。于是，為在50至100米水域部署的海上風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)安全可靠的浮式平臺(tái)來(lái)作為其安裝的基礎(chǔ)，便成為一種必然的選擇。與固定基礎(chǔ)相比，浮式平臺(tái)易于運(yùn)輸、安裝，且在服役期滿后，還易于拆裝和恢復(fù)當(dāng)?shù)睾Ｓ蛟?，故?duì)有效降低海上風(fēng)力機(jī)建設(shè)、安裝、運(yùn)輸和拆裝成本，大力提高風(fēng)電產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。但要確保海上風(fēng)力機(jī)的長(zhǎng)期高效工作，其浮式基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性便至關(guān)重要。一旦浮式基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性不足，風(fēng)力機(jī)的發(fā)電效率，甚至機(jī)組本身的安全都會(huì)受到極大的威脅。但要在50米左右水深水域，克服機(jī)組巨大的頂部?jī)A覆力矩以及淺海風(fēng)-波-流耦合作用力的影響，設(shè)計(jì)一個(gè)具有完美運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的海上風(fēng)力機(jī)浮式基礎(chǔ)并非易事。目前，常見(jiàn)的浮式平臺(tái)結(jié)構(gòu)包括單柱式平臺(tái)、張力腿式平臺(tái)和半潛式平臺(tái)。單柱式平臺(tái)垂向波浪激勵(lì)力小，具有較好的穩(wěn)定性能，但由于其細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為滿足足夠的浮力要求，其主要適用于幾百米乃至上千米水深的深海海域，而如此深的水域往往離岸距離遙遠(yuǎn)，不方便接近。為運(yùn)行維護(hù)方便和降低風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)成本起見(jiàn)，海上風(fēng)電場(chǎng)一般不會(huì)在如此遙遠(yuǎn)的水域建設(shè)。故此類(lèi)浮式平臺(tái)在近海風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用因適用性不足而推廣有限；張力腿式平臺(tái)通過(guò)金屬?gòu)埦o系統(tǒng)連接平臺(tái)和海底，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好，但對(duì)張緊系統(tǒng)的力學(xué)性能和抵抗風(fēng)浪載荷的能力要求極高，故其建造和維護(hù)成本高昂，要實(shí)現(xiàn)在海上風(fēng)場(chǎng)的大規(guī)模部署存在困難；半潛式平臺(tái)具有較強(qiáng)的抗風(fēng)浪能力，但因受到巨大的水面截面面積和機(jī)組頂端巨大傾覆力矩的影響，實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的有效控制較為困難，而且該類(lèi)平臺(tái)因體積龐大，需要極大的維護(hù)成本。另外，半潛式平臺(tái)的作動(dòng)方式笨拙，響應(yīng)遲緩，很難應(yīng)對(duì)隨時(shí)改變的波浪載荷。鑒于這些原因，其在海上風(fēng)電場(chǎng)的大規(guī)模應(yīng)用也有待考量。

目前已有的浮式平臺(tái)存在兩大不足：1)建造和維護(hù)成本高，不便于在海上風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)?；瘧?yīng)用；2)應(yīng)對(duì)風(fēng)浪載荷瞬時(shí)變化的響應(yīng)遲緩，不僅運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性欠佳，而且還存在在極端海況條件下生存能力不足的巨大隱患。因此，為了克服上述浮式平臺(tái)的不足，急需開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，而且具有較高運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，和對(duì)風(fēng)浪載荷瞬時(shí)變化具有快捷響應(yīng)速度的新型海上風(fēng)力機(jī)浮式平臺(tái)。同時(shí)，還需確保浮式平臺(tái)能夠適應(yīng)不同的海上天氣狀況，且在極端海況下具有極強(qiáng)的生存和自保能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于，結(jié)合運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器的應(yīng)用，提供一種經(jīng)濟(jì)、可靠、并適用于在50至100米水深的中近海海域部署的海上風(fēng)力機(jī)浮式平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)控制浮式基礎(chǔ)底部的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器，來(lái)實(shí)現(xiàn)海上浮式風(fēng)力機(jī)對(duì)外界風(fēng)-波-流耦合作用力的快速響應(yīng)，從而最大程度地提高海上風(fēng)力機(jī)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和在極端載荷條件下的自保能力和安全性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是根據(jù)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種新型海上風(fēng)力機(jī)浮式平臺(tái)，其特征在于：包括葉片、機(jī)艙、塔架、浮式基礎(chǔ)、穩(wěn)定器框架和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器，所述葉片、所述機(jī)艙和所述塔架安裝于所述浮式基礎(chǔ)的中心位置，四個(gè)所述運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器通過(guò)所述穩(wěn)定器框架沿圓周方向均勻布放于浮式基礎(chǔ)底部，通過(guò)浮式基礎(chǔ)底部所受外載荷調(diào)整所述運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器的阻尼，提高浮式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

上述技術(shù)方案中，述的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器包括應(yīng)力傳感器、磁流變阻尼控制器、磁流變阻尼器、驅(qū)動(dòng)齒輪、被動(dòng)齒條、穩(wěn)定器浮體和鋼架結(jié)構(gòu)，所述應(yīng)力傳感器、所述磁流變阻尼控制器和所述磁流變阻尼器通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)齒輪和被動(dòng)齒條安裝于所述穩(wěn)定器框架，并通過(guò)鋼架結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定器浮體連接。

上述技術(shù)方案中，所述運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器通過(guò)所述穩(wěn)定器框架固定于所述浮式基礎(chǔ)的外表面，通過(guò)應(yīng)力傳感器測(cè)取外載荷，將所測(cè)載荷輸入磁流變阻尼控制器來(lái)控制磁流變阻尼器的阻尼。

上述技術(shù)方案中，所述運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器浮體呈扁圓柱形。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

本發(fā)明適用于海上風(fēng)能資源較為豐富的50至100米水深的中近海海域，通過(guò)根據(jù)外載荷自主控制運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器的阻尼來(lái)提高浮式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且應(yīng)對(duì)不同圓周方向風(fēng)-浪載荷瞬時(shí)變化的響應(yīng)時(shí)間短；主體裝置采用了浮式基礎(chǔ)，型式簡(jiǎn)單，便于安裝和轉(zhuǎn)移。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。

圖1(a)是本發(fā)明的浮式基礎(chǔ)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1(b)是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的試驗(yàn)縮比模型；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的試驗(yàn)縮比模型在純浪條件下的縱搖運(yùn)動(dòng)時(shí)域圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中的試驗(yàn)縮比模型在浪-流條件下的縱搖運(yùn)動(dòng)時(shí)域圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中的試驗(yàn)縮比模型在風(fēng)-浪-流條件下的縱搖運(yùn)動(dòng)時(shí)域圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例中的試驗(yàn)縮比模型在純浪條件下的垂蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)域圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例中的試驗(yàn)縮比模型在浪-流條件下的垂蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)域圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例中的試驗(yàn)縮比模型在風(fēng)-浪-流條件下的垂蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)域圖；

附圖標(biāo)記，1-葉片，2-機(jī)艙，3-塔架，4-浮式基礎(chǔ)，5-穩(wěn)定器框架，6-運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器，7-應(yīng)力傳感器，8-磁流變阻尼控制器，9-磁流變阻尼器，10-驅(qū)動(dòng)齒輪，11-被動(dòng)齒條，12-穩(wěn)定器浮體，13-鋼架結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

圖1(a)是本發(fā)明浮式基礎(chǔ)的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(b)是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1(a)所示，本發(fā)明的一種新型海上風(fēng)力機(jī)浮式平臺(tái)，包括葉片1、機(jī)艙2、塔架3、浮式基礎(chǔ)4、穩(wěn)定器框架5和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器6，所述葉片1、所述機(jī)艙2和所述塔架3安裝于所述浮式基礎(chǔ)4的中心位置，四個(gè)所述運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器6通過(guò)所述穩(wěn)定器框架5沿圓周方向均勻布放于浮式基礎(chǔ)4底部，通過(guò)控制所述運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器5的阻尼來(lái)提高浮式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

圖1(b)為本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1(b)所示，本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器，包括應(yīng)力傳感器7、磁流變阻尼控制器8、磁流變阻尼器9、驅(qū)動(dòng)齒輪10、被動(dòng)齒條11、穩(wěn)定器浮體12、和鋼架結(jié)構(gòu)13，所述應(yīng)力傳感器7、所述磁流變阻尼控制器8和所述磁流變阻尼器9通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)齒輪10和被動(dòng)齒條11安裝于所述穩(wěn)定器框架5，并通過(guò)鋼架結(jié)構(gòu)13與穩(wěn)定器浮體12連接。

而運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器浮體12呈扁圓柱形。

本發(fā)明的工作原理為：本發(fā)明將四個(gè)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器6分別通過(guò)穩(wěn)定器框架5安裝于浮式基礎(chǔ)4的底部，通過(guò)2個(gè)應(yīng)力傳感器7測(cè)取外部載荷，然后將所測(cè)載荷輸入于磁流變阻尼控制器8來(lái)控制2個(gè)磁流變阻尼器9的阻尼，從而實(shí)現(xiàn)所述運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器6阻尼的控制，進(jìn)而達(dá)到提高浮式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的。安裝運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器之后，浮式機(jī)組的穩(wěn)定性得到了大幅提高。

整體裝置基于浮式基礎(chǔ)，適用于資源較為豐富的50至100米中近海海域。裝置的主體部分可以采用在陸上預(yù)制，利用駁船拖動(dòng)到指定位置，沉入水中后通過(guò)錨鏈固定于海床之上。裝置主要通過(guò)控制運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器的阻尼來(lái)提高浮式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且應(yīng)對(duì)不同圓周方向風(fēng)-浪載荷瞬時(shí)變化的響應(yīng)時(shí)間短。當(dāng)風(fēng)浪條件較為惡劣時(shí)，將穩(wěn)定器阻尼控制到最小，以增加其柔性，從而確保裝置及風(fēng)機(jī)其它結(jié)構(gòu)的安全性。

如圖2所示為本發(fā)明浮式平臺(tái)縮比模型在實(shí)驗(yàn)室水池中進(jìn)行測(cè)試的效果圖。如圖3所示為試驗(yàn)縮比模型在純浪條件下的縱搖運(yùn)動(dòng)時(shí)域圖，如圖4所示為試驗(yàn)縮比模型在浪-流條件下的縱搖運(yùn)動(dòng)時(shí)域圖，如圖5所示為試驗(yàn)縮比模型在風(fēng)-浪-流條件下的縱搖運(yùn)動(dòng)時(shí)域圖，如圖6所示為試驗(yàn)縮比模型在純浪條件下的垂蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)域圖，如圖7所示為試驗(yàn)縮比模型在浪-流條件下的垂蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)域圖，如圖8所示為試驗(yàn)縮比模型在風(fēng)-浪-流條件下的垂蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)域圖，從上述附圖中可以得出：安裝運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定器之后的浮式機(jī)組穩(wěn)定性得到了大幅提高。

盡管上面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。故凡是利用本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思做出的各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其他各種結(jié)構(gòu)，或直接或間接運(yùn)用在相關(guān)工程領(lǐng)域，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。