包括沖擊吸收裝置組合的浮動(dòng)式裝配件上的海上風(fēng)力渦輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及海上風(fēng)力滿輪的領(lǐng)域，特定而言，設(shè)及在錯(cuò)固到海床上的浮動(dòng)式支承 結(jié)構(gòu)上安裝的風(fēng)力滿輪。本發(fā)明設(shè)法解決的一個(gè)問(wèn)題是風(fēng)力滿輪的穩(wěn)定性使得葉片的平面 保持在最佳條件下供應(yīng)動(dòng)力的最佳位置。
【背景技術(shù)】
[0002] 計(jì)劃用來(lái)安裝海上多兆瓦風(fēng)力滿輪的各種浮動(dòng)式支承結(jié)構(gòu)在許多國(guó)家處于發(fā)展 之中。取決于所考慮的地點(diǎn)的深度，能有若干設(shè)計(jì)選項(xiàng)。盡管運(yùn)些設(shè)計(jì)選項(xiàng)各種各樣，根據(jù) 所用的流體靜力扶正力矩的性質(zhì)，出現(xiàn)了=種主要浮動(dòng)式支承類別。可W提到下面運(yùn)些：
[0003] -SPAR型浮體，其特征在于細(xì)長(zhǎng)的幾何形狀并且包括顯著的壓載物W便在最大程 度上降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的重屯、從而提供穩(wěn)定性，
[0004] -TLP(張力腿平臺(tái)）型支承結(jié)構(gòu)，其具有通過(guò)拉緊纜索而錯(cuò)固到海床上的具體特 征，提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，
[0005] -半浸沒(méi)式浮體，其具有更大的水平面慣性力矩，提供充分的扶正力矩用于其穩(wěn)定 性。
[0006] 在流體靜力扶正方面，駁船型浮體將被歸類到半浸沒(méi)式平臺(tái)，運(yùn)歸因于它們較大 的水平面面積，然而，在其顯著更緊湊方面，它們不同于半浸沒(méi)式平臺(tái)。
[0007] 然而，在特別地具有較高長(zhǎng)細(xì)比的海上風(fēng)力滿輪的領(lǐng)域中，常規(guī)浮動(dòng)式支承結(jié)構(gòu) 并非總是適合于轉(zhuǎn)子的操作約束。海上風(fēng)力滿輪一方面對(duì)于其旋轉(zhuǎn)軸線的傾斜度敏感并且 另一方面對(duì)于機(jī)艙的高加速度敏感，因此對(duì)于浮動(dòng)式支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的所有工作在于滿足 至少運(yùn)兩個(gè)約束同時(shí)避免巨額成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明設(shè)及一種浮動(dòng)式海上風(fēng)力滿輪，組合地包括：
[0009] -主要浮體，其包括基本上圓柱形狀的一部分；
[0010] -混凝±圓形元件，其具有大于主要浮體直徑化的直徑Dd,構(gòu)成浮體基部的靜止 質(zhì)量和阻尼裝置；
[0011] -補(bǔ)充永久壓載裝置，其布置于主要浮體的基部；
[0012] -動(dòng)態(tài)壓載箱，其包括在主要浮體中并W環(huán)狀分布于所述浮體的周圍。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，直徑Dc/吃水深度比范圍在1. 3與1之間。
[0014] 裙部的外徑Dd可W在浮體直徑化的1. 5倍與2倍之間的范圍并且優(yōu)選地接近 L75。
[0015] 裙部可W具有朝向其外徑減小的厚度。
[0016] 在主要浮體基部處的永久壓載物可W由混凝±或水或二者的組合組成。
[0017] 纜車錯(cuò)固系統(tǒng)可W保持風(fēng)力滿輪就位。
[0018] 浮動(dòng)式海上風(fēng)力滿輪可W具有水平軸線葉片。
[0019] 浮動(dòng)式海上風(fēng)力滿輪可W具有豎直軸線葉片。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 參考附圖，通過(guò)在下文中作為非限制性示例給出的優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的 其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)顯然，在附圖中：
[0021] 圖1示意性地示出了在風(fēng)力滿輪組件的浮動(dòng)式支承結(jié)構(gòu)上的風(fēng)力滿輪組件，
[0022] 圖2示出了圓柱形浮動(dòng)式支承結(jié)構(gòu)的縱傾隨著其半徑和吃水深度的演變，
[0023] 圖3示出了直徑Dd對(duì)于升沉共振頻率的影響，
[0024] 圖4示意性地示出了 "裙部"的幾何形狀的截面圖，
[00巧]圖5曰、圖化和圖5c示出了永久壓載物和動(dòng)態(tài)壓載箱的組成的立個(gè)示例，
[0026] 圖6a和圖化示出了壓載箱；化及
[0027] 圖7示出了對(duì)于5°的目標(biāo)縱傾角，壓載箱的幾何形狀。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 在圖1中，浮動(dòng)式支承結(jié)構(gòu)由主要浮體1組成，主要浮體1包括圓柱形（圓形）幾 何形狀的至少一部分，阻尼板2,也被稱作"裙部"添加到主要浮體1的下部。各種壓載裝 置的組合（永久和動(dòng)態(tài)）包含在運(yùn)個(gè)圓柱形部分中。主要浮體的上部可W具有適合于流體 動(dòng)力學(xué)流動(dòng)的其它外部形狀，諸如圓錐形、具有不同直徑的圓柱形。流體靜力平衡控制所需 的永久壓載物4布置于浮體底部并且其能由混凝±、海水或任何其它較重固體或液體材料 構(gòu)成。運(yùn)樣的各種材料的質(zhì)量也分布為滿足靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，并且最小化制造成本。 若干隔室3布置于永久壓載物4上方并且布置于圓柱內(nèi)的主要浮體1周圍上，根據(jù)風(fēng)力滿 輪6的操作條件，運(yùn)些隔室3的體積可W被壓載或者未被壓載。與風(fēng)力滿輪的操作有關(guān)的 空氣動(dòng)力學(xué)推力修改平臺(tái)的縱傾角。壓載物3允許校正并且調(diào)整運(yùn)個(gè)縱傾角和因此風(fēng)力滿 輪的軸線。平臺(tái)設(shè)有管和累，允許一定量的液體轉(zhuǎn)移到各個(gè)體積，液體的總體積大體上保持 恒定。
[0029] 主要浮體的尺寸使得直徑dc/吃水深度比保持在1. 3-1的范圍，即，與SPAR浮子 的細(xì)長(zhǎng)形狀相去甚遠(yuǎn)。
[0030] 風(fēng)力滿輪，無(wú)論是水平軸線式（水平軸線風(fēng)力滿輪HAWT)還是豎直軸線式（豎直 軸線風(fēng)力滿輪VAWT)生成由風(fēng)引起的水平推力，伴有在風(fēng)力滿輪的機(jī)艙和塔架上的拖曳 力。運(yùn)些力傾向于造成浮動(dòng)結(jié)構(gòu)傾斜，運(yùn)將被稱作縱傾角變化。支承結(jié)構(gòu)的縱傾角變化可 W通過(guò)修改液體在壓載物中的分布而減小。因此，風(fēng)力滿輪W最佳方式操作并且避免了各 種機(jī)械部件的疲勞的任何風(fēng)險(xiǎn)。
[0031] 大致地，支承風(fēng)力滿輪的平臺(tái)的尺寸設(shè)定需要滿足兩個(gè)主要約束，即：
[0032]-充分浸沒(méi)的體積W承載風(fēng)力滿輪、其錯(cuò)固系統(tǒng)的重量W及其自身重量；
[0033]-充分的扶正力矩，便于控制所考慮的風(fēng)力滿輪的最大空氣動(dòng)力學(xué)推力。
[0034] 考慮低旋轉(zhuǎn)位移，運(yùn)兩個(gè)約束可W利用W下關(guān)系在數(shù)學(xué)上表達(dá)：
[0036] 其中
[0037] P冰密度 〇(g/m3)，
[0038] g:重力（m/s2);
[0039] MtDt:結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量化g);
[0040] V:浸沒(méi)體積（m3);
[0041] Ft:在輪穀處的空氣動(dòng)力學(xué)推力（腳；
[004引 Hhub:輪穀的高度（m);
[0043] Zo;:總體結(jié)構(gòu)的重屯、的豎直位置（m);
[0044] Zb:浮屯、（m);
[004引 D。:浮體的直徑（m);
[004引 Dd:裙部的直徑（m);
[0047] Cssjig。。,:與系泊相關(guān)聯(lián)的縱搖安定性（N.m/rad);
[004引 0 :縱傾角（rad)。
[0049] 圖2示出了當(dāng)圓柱形浮動(dòng)式支承結(jié)構(gòu)經(jīng)受與5-MW水平軸線風(fēng)力滿輪的最大推力 相關(guān)聯(lián)的力矩時(shí)圓柱形浮動(dòng)式支承結(jié)構(gòu)的縱傾角隨著其半徑和其吃水深度的演變。白色區(qū) 對(duì)應(yīng)于其中浮動(dòng)式支承結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)定的配置。運(yùn)種類型的結(jié)果因此允許考慮根據(jù)所希望的 縱傾角而不同的可能配置。
[0050] 添加裙部的目的是為了將浮動(dòng)式支承結(jié)構(gòu)的升沉或豎直振蕩移動(dòng)的共振周期轉(zhuǎn) 變到主涌浪周期之外（運(yùn)些涌浪周期通常包含在3s至20s的范圍內(nèi)），波浪能量主要集中 在主涌浪周期中，從而減小該結(jié)構(gòu)的豎直位移的振幅并且因此提供風(fēng)力滿輪轉(zhuǎn)子的最佳操 作條件。在圓柱形浮體和兩個(gè)圓形裙部的情況下，運(yùn)個(gè)升沉共振周期可W通過(guò)W下關(guān)系來(lái) 計(jì)算：
[0052] 其使升沉的共振周期Tz與該結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量Mtut(系泊、風(fēng)力滿輪、浮體）、無(wú)限頻率 相關(guān)聯(lián)的添加水質(zhì)量％dd( )和升沉方面的流體靜力安定性Khz相關(guān)，其中：
[0054] 其中Dd是"裙部"的直徑。
[00巧]因此，參數(shù)研究在于評(píng)估阻尼板（"裙部"）的直徑對(duì)于升沉共振周期的影響（圖 3)O