本發(fā)明涉及海上風電領域，尤其涉及一種張力腿單點系泊式浮式風機平臺。

背景技術：

1、隨著能源需求增長和陸地風電的局限，海上風電興起。深海風能資源豐富，傳統(tǒng)固定式平臺難以適用，浮式風機平臺應運而生。浮式風機平臺能拓展海上風電可開發(fā)區(qū)域，獲取更優(yōu)質(zhì)風能，增加風電產(chǎn)能；并且由于浮式風機平臺可靈活安裝在較深海域，減少對近岸土地等資源的占用，為海上風電的持續(xù)發(fā)展提供關鍵支撐，對推動能源轉(zhuǎn)型、應對氣候變化、實現(xiàn)可持續(xù)能源供應有著極為重要的戰(zhàn)略價值。

2、目前已有技術采用可選裝部為三根傾斜桅桿桁架、三個基本水平的浮筒構(gòu)成的四面體結(jié)構(gòu)。浮筒均置于海面，呈現(xiàn)三角形狀，三個頂點各放置一個浮動裝置；每一根桅桿桁架一端與某一個浮動裝置相連，一端與其余兩根交于四面體頂點處，機艙組件安裝在頂點。

3、此已有技術采用著重于實現(xiàn)浮式風機平臺的旋轉(zhuǎn)功能，使旋轉(zhuǎn)部分采用四面體結(jié)構(gòu)，缺乏平臺在耗能、復雜海洋工況適應性方面的考量；并且該技術采用下風式風機設計，前方的平臺結(jié)構(gòu)可能會對風產(chǎn)生阻擋、分流等干擾作用，產(chǎn)生的尾流效應使風機所處位置的風場變得紊亂，影響風機葉片對風能的有效捕獲，降低風機的發(fā)電效率。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種張力腿單點系泊式浮式風機平臺。

2、本發(fā)明巧妙的將張力腿與單點系泊相結(jié)合，使浮體部分可以繞著張力腿的上部連接件360°自由旋轉(zhuǎn)，以靈活適應海上瞬息萬變的風、流、浪等荷載的綜合作用，大幅度提高風能利用效率。

3、本發(fā)明張力腿與單點系泊相結(jié)合可適用于上風型風力發(fā)電機，有利于風機葉片更直接地獲取風能；并且本發(fā)明采用流線型浮體和風機塔架設計，可以極大地減少風機受到的環(huán)境阻力。因此，本發(fā)明在穩(wěn)定性、適應性及降低風機平臺成本等方面具有無法比擬的優(yōu)勢，能夠更高效利用風能并適應復雜海洋工況。

4、本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：

5、一種張力腿單點系泊式浮式風機平臺，包括位于水面上用于搭載風力發(fā)電裝置1的浮體2和安裝在水面下的張力腿機構(gòu)3；

6、所述張力腿機構(gòu)3的上部與浮體2活動連接，張力腿機構(gòu)3的下部與位于水底的錨固點活動相連。

7、所述張力腿機構(gòu)3包括上部連接件31、張力腿32、下部連接件33；

8、所述上部連接件31包括半球鎖定環(huán)311、基座312和旋轉(zhuǎn)主承軸313；

9、所述基座312固定在浮體2上，所述旋轉(zhuǎn)主承軸313位于該基座312內(nèi)，旋轉(zhuǎn)主承軸313的外環(huán)與基座312固定連接，所述半球鎖定環(huán)311?的半球體結(jié)構(gòu)以旋轉(zhuǎn)或滑動的方式被限制在旋轉(zhuǎn)主承軸313的內(nèi)環(huán)內(nèi)部運動；

10、所述下部連接件33的結(jié)構(gòu)與上部連接件31結(jié)構(gòu)相同；所述下部連接件33的基座固定于位于水底錨固點的錨樁34上；

11、所述張力腿32的上端部伸入半球鎖定環(huán)311的內(nèi)部，并與半球鎖定環(huán)311螺紋連接，所述張力腿32的下端部伸入位于水底的半球鎖定環(huán)311的內(nèi)部，并與半球鎖定環(huán)311螺紋連接。

12、當浮體2受風浪外力作用產(chǎn)生向上或向下的位移趨勢時，張力腿32對浮體2產(chǎn)生相反方向的拉力平衡；即：浮體2向上運動時，張力腿32拉緊阻止浮體2的上升高度，向下運動時，張力腿32張力抵抗浮體2的下沉幅度。

13、位于上部連接件31的半球鎖定環(huán)311?的半球體結(jié)構(gòu)的球面與位于下部連接件33的半球體結(jié)構(gòu)的球面彼此相對。

14、所述浮體2包括一個主浮體21和分別位于其兩側(cè)的副浮體22；所述副浮體通過平衡連桿23與主浮體21固定連接；所述風力發(fā)電裝置1固定于主浮體21上。

15、所述主浮體21和兩個副浮體22均呈流線型；兩個副浮體22具體是與主浮體21的端側(cè)固定連接。

16、所述基座312固定在主浮體21端部甲板的安裝工位316上。

17、所述主浮體21內(nèi)部設有多塊隔板24，將主浮體21內(nèi)部分成多個獨立艙室。

18、所述張力腿32內(nèi)部為間隔分布有多塊橫板315的筒狀結(jié)構(gòu)，在橫板315上開設有用于穿過電纜314的通孔；在張力腿32位于最上層的橫板315上安裝有電滑環(huán)317，用于傳遞電纜314上的電能或者電信號。

19、所述主浮體21上開設有風力發(fā)電裝置1的支撐塔的安裝工位25；所述主浮體21大于副浮體22；所述風力發(fā)電裝置1為上風型風力發(fā)電機。

20、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下的優(yōu)點及效果：

21、本發(fā)明基座312固定在浮體2上，所述旋轉(zhuǎn)主承軸313位于該基座312內(nèi)，旋轉(zhuǎn)主承軸313的外環(huán)與基座312固定連接，所述半球鎖定環(huán)311?的半球體結(jié)構(gòu)以旋轉(zhuǎn)或滑動的方式被限制在旋轉(zhuǎn)主承軸313的內(nèi)環(huán)內(nèi)部運動；所述下部連接件33的結(jié)構(gòu)與上部連接件31結(jié)構(gòu)相同；所述下部連接件33的基座固定于位于水底錨固點的錨樁34上；所述張力腿32的上端部伸入半球鎖定環(huán)311的內(nèi)部，并與半球鎖定環(huán)311螺紋連接，所述張力腿32的下端部伸入位于水底的半球鎖定環(huán)311的內(nèi)部，并與半球鎖定環(huán)311螺紋連接。采用上述方案，不僅使整個平臺具備張力腿與單點系泊相結(jié)合的獨特設計特性，浮體部分能夠繞著張力腿上部連接件實現(xiàn)360°度的自由旋轉(zhuǎn)，而且當浮體2受風浪外力作用產(chǎn)生向上或向下的位移趨勢時，張力腿32對浮體2產(chǎn)生相反方向的拉力平衡；即：浮體2向上運動時，張力腿32拉緊阻止浮體2的上升高度，向下運動時，張力腿32張力抵抗浮體2的下沉幅度。

22、本發(fā)明所述的平臺在海洋環(huán)境中，這樣的多角度或多維度的旋轉(zhuǎn)功能可依據(jù)風、浪、流的綜合荷載方向動態(tài)調(diào)整浮體自身姿態(tài)，使平衡方向與之精準契合，不僅使平臺在復雜海洋環(huán)境中能有效捕獲風能并轉(zhuǎn)化為電能，而且有效降低外力對整個平臺穩(wěn)定性與安全性造成的不利影響。

23、采用本發(fā)明張力腿單點系泊式浮式風機平臺，可以充分發(fā)揮上風型風力發(fā)電機的優(yōu)勢，有利于風機葉片更直接地獲取風能；

24、本發(fā)明浮體部分分為主副浮體，即由三體船形設計賦予平臺更好的橫搖穩(wěn)定性并分散海浪的沖擊力，有效地抑制平臺的橫搖運動、更好地抵抗海浪的破壞、減少結(jié)構(gòu)損壞的風險；浮體部分的兩端采用具有良好水動力性能的流線型設計，有效減少在風浪流中的阻力，降低平臺位移與運動幅值。

25、綜上所述，本發(fā)明在效益性、穩(wěn)定性、安全性、適應性及降低風機本臺成本等方面具有無法比擬的優(yōu)勢，能夠更高效利用風能并適應復雜海洋工況。

技術特征：

1.一種張力腿單點系泊式浮式風機平臺，包括位于水面上用于搭載風力發(fā)電裝置（1）的浮體（2），其特征在于，還包括安裝在水面下的張力腿機構(gòu)（3）；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述張力腿單點系泊式浮式風機平臺，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述張力腿單點系泊式浮式風機平臺，其特征在于，當浮體（2）受風浪外力作用產(chǎn)生向上或向下的位移趨勢時，張力腿（32）對浮體（2）產(chǎn)生相反方向的拉力平衡；即：浮體（2）向上運動時，張力腿（32）拉緊阻止浮體（2）的上升高度，向下運動時，張力腿（32）張力抵抗浮體（2）的下沉幅度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述張力腿單點系泊式浮式風機平臺，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述張力腿單點系泊式浮式風機平臺，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述張力腿單點系泊式浮式風機平臺，其特征在于，所述主浮體（21）和兩個副浮體（22）均呈流線型；兩個副浮體（22）具體是與主浮體（21）的端側(cè)固定連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述張力腿單點系泊式浮式風機平臺，其特征在于，所述基座（312）固定在主浮體（21）端部甲板的安裝工位（316）上。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述張力腿單點系泊式浮式風機平臺，其特征在于，所述主浮體（21）內(nèi)部設有多塊隔板（24），將主浮體（21）內(nèi)部分成多個獨立艙室。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述張力腿單點系泊式浮式風機平臺，其特征在于，所述張力腿（32）內(nèi)部為間隔分布有多塊橫板（315）的筒狀結(jié)構(gòu)，在橫板（315）上開設有用于穿過電纜（314）的通孔；在張力腿（32）位于最上層的橫板（315）上安裝有電滑環(huán)（317），用于傳遞電纜（314）上的電能或者電信號。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述張力腿單點系泊式浮式風機平臺，其特征在于，所述主浮體（21）上開設有風力發(fā)電裝置（1）的支撐塔的安裝工位25；所述主浮體（21）大于副浮體（22）；所述風力發(fā)電裝置（1）為上風型風力發(fā)電機。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種張力腿單點系泊式浮式風機平臺；包括位于水面上用于搭載風力發(fā)電裝置的浮體和水面下的張力腿機構(gòu)；張力腿機構(gòu)上部與浮體活動連接，張力腿機構(gòu)下部與位于水底的錨固點活動相連；當浮體受風浪外力作用產(chǎn)生向上或向下位移趨勢時，張力腿對浮體產(chǎn)生相反方向的拉力平衡；即浮體向上運動時，張力腿拉緊阻止浮體的上升高度，向下運動時，張力腿張力抵抗浮體的下沉幅度。本發(fā)明風機平臺在海洋環(huán)境中，具備多角度或多維度的旋轉(zhuǎn)功能可依據(jù)風、浪、流的綜合荷載方向動態(tài)調(diào)整浮體自身姿態(tài)，使平衡方向與之精準契合，不僅使平臺在復雜海洋環(huán)境中能有效捕獲風能并轉(zhuǎn)化為電能，而且有效降低外力對整個平臺穩(wěn)定性與安全性造成的不利影響。

技術研發(fā)人員：徐志栓,姜琴,黃志明,羅穎,童精中,陳家慧,馮茹鳴
受保護的技術使用者：華南理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15