具有波浪载荷和风载荷的优化传递的浮式风力涡轮机平台结构制造技术

本发明专利技术提供了一种浮式、半潜式风力涡轮机平台的结构。所述浮式风力涡轮机平台包括三个细长稳定立柱，每一细长稳定立柱具有顶端、龙骨端和包含内轴的外壳。每一稳定立柱进一步包括位于其龙骨处的夹水板，所述夹水板被悬臂式支撑在垂直于所述稳定立柱的纵向轴的平面中。所述浮式风力涡轮机平台还包括三个桁架构件，每一桁架构件包括两个水平主管状构件和两个对角管状构件。所述桁架构件连接所述稳定立柱，以形成三角形横截面。细长风力涡轮机塔架安置在所述三个稳定立柱中的一个的所述顶端上方，以使得所述塔架的所述纵向轴大致上平行于所述稳定立柱的所述纵向轴。

Floating wind turbine platform structure with optimal transfer of wave load and wind load

The invention provides a structure of a floating and semi submersible wind turbine platform. The floating wind turbine platform consists of three slender vertical columns, each of which has a top, a keel end and an outer shell containing the inner shaft. Each stable column further includes a water clamping plate located at the keel, and the water clamping plate is supported by a cantilever in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the stable column. The floating wind turbine platform also includes three truss members, each of which consists of two horizontal components and two diagonal tubular members. The truss member is connected with the stable vertical column to form a triangular cross section. The slender wind turbine tower is placed above the top of one of the three stable columns, so that the longitudinal axis of the tower is roughly parallel to the longitudinal shaft of the stable column.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有波浪载荷和风载荷的优化传递的浮式风力涡轮机平台结构专利技术概要本专利技术涉及海上浮式风力涡轮机，且更确切地说，涉及对浮式结构内的涡轮机和海洋生成载荷的载荷传递进行优化的结构部件布置。本专利技术还有助于船体的设计和制造。交叉引用本申请要求于2015年6月19日提交的标题为“FloatingWindTurbinePlatformStructurewithOptimizedTransferofWaveandWindLoads”的美国临时专利申请号62/182,245的优先权，所述美国临时专利申请的完整内容特此以引用的方式并入。本申请还涉及于2014年3月18日提交的标题为“AsymmetricMooringSystemforSupportofOffshoreWindTurbines”的美国专利申请号14/218,805，所述美国专利申请是于2013年6月24日提交的美国专利申请号13/925,442的继续申请，现在作为2014年4月8日的美国专利号8,692,401颁布，所述美国专利是于2010年10月15日提交的美国专利申请号12/988,121的继续申请，现在作为2013年6月25日的美国专利号8,471,396颁布，所述美国专利是于2009年4月6日提交的PCT专利申请号PCT/US2009/039692的国际阶段申请，所述PCT专利申请要求于2008年4月23日提交的标题为“Column-StabilizedOffshorePlatformWithWater-EntrapmentPlatesAndAsymmetricMooringSystemForSupportOfOffshoreWindTurbines”的美国临时专利申请号61/125,241的优先权，所述美国临时专利申请的完整内容特此以引用的方式并入。本申请进一步涉及于2014年3月20日提交的标题为“SystemandMethodforControllingOffshoreFloatingWindTurbinePlatforms”的美国专利申请号14/283,051，所述美国专利申请要求于2013年5月20日提交的标题为“Fully-IntegratedControlSystemforOffshoreFloatingWindTurbinePlatforms”的美国临时专利申请61/825,412的优先权，所述美国临时专利申请的完整内容特此以引用的方式并入。本申请还涉及于2015年10月27日提交的标题为“ConnectionSystemforArrayCablesofDisconnectableOffshoreEnergyDevices”的美国专利申请号14/927,448，所述美国专利申请要求于2014年10月27日提交的标题为“ConnectionSystemforArrayCablesofDisconnectableOffshoreEnergyDevices”的美国临时专利申请62/069,235的优先权，所述美国临时专利申请的完整内容特此以引用的方式并入。
技术介绍
海上风能是非常有前景的可再生能源，原因在于海上风比陆上风更强烈且更均匀。为了利用远海深水处的风能，一个解决方案是打造浮式风力涡轮机。浮式风力涡轮机面临着与陆上风力涡轮机和浮式油气平台不同的技术挑战。与陆上风力涡轮机不同的是，浮式风力涡轮机需要提供浮力来支撑整个结构重量的平台。所述平台的结构可以具有拥有大直径的几个圆柱形立柱。除了提供浮力以外，与风力涡轮发电机组合的平台应当能够抵御动力风、波浪和水流载荷，并且为电力生产提供稳定的支持。另一个挑战是波浪载荷造成的增加疲劳损伤，这可能与风载荷造成的损伤相当。这需要强大的结构设计来实现更好的可靠性。与浮式油气平台相比，设计浮式风力涡轮机的一个独特挑战在于，经由在塔架基底连接处的非常集中的位置从风力涡轮发电机的塔架将大载荷传递至平台。平台的各立柱通常具有比风力涡轮发电机的塔架大得多的直径，以便提供浮力。用于加强与浮体甲板的塔架基底连接的传统方法是利用大量的焊接加强剂来加强，这可能不具有经济效益。与油气行业相比，海上风能生产具有小得多的利润率。结构设计的一个目标在于将结构的重量和成本减至最小。因此，可取的是实现平台立柱的简化加强。因此，需要海上风力涡轮机具有提供载荷承受能力、流体动力学稳定性和良好的可靠性以及最小成本的结构平台设计。附图简述图1示出用于在油气行业中钻井的现有技术半潜式平台的实例。图2示出浮式风力涡轮机平台的结构部件。图3提供桁架结构的详细图解。图4a和图4b提供稳定立柱的实施方案的详细图解。图5a和图5b提供夹水板和对应部件的详细图解。图6提供浮式风力涡轮机平台的稳定立柱和桁架结构几何学的俯视图的图解。具体实施方式背景部分中所讨论的标的不应被认为仅仅由于在背景部分中提及而成为现有技术。类似地，在背景部分中提及或与背景部分的标的相关联的问题不应被认为是先前在现有技术中已经认识到的。背景部分中的标的仅表示不同的方法，其本身也可以对应于所要求保护的专利技术的实现方式。参考所公开的技术进行了以下详细描述。对优选实现方式进行描述以说明所公开的技术，而不是限制其范围，所述范围由权利要求进行限定。本领域技术人员将认识到描述中的多种等效变化形式。本文所公开的浮式风力涡轮机平台引入用于浮式基础的创新型结构设计。在一个实施方案中，浮式风力涡轮机平台是具有连接所有立柱的管状桁架构件的三立柱半潜式平台。夹水板可以附接至立柱的底部部分(即，龙骨端)或立柱中的一些或全部，作为在立柱的基底处水平地延伸(即，悬臂式支撑)的大板。风力涡轮发电机塔架在结构上非常高的位置处承受相当大的风载荷，并且立柱之间的间隔有助于实现稳定性。包括在本文所描述的平台中的立柱可以利用管状桁架构件彼此联接，所述管状桁架构件包括水平和对角管状构件。每一立柱由两个同心圆柱体组成：一个外壳，所述外壳充当用于提供浮力的浮体；一个直径小于外壳的内轴，所述内轴充当用于承受风力涡轮机载荷的垂直管状构件。内轴还在立柱之间传递全部流体动力学载荷和流体静力学载荷，其中流体动力学载荷和流体静力学载荷由外壳承载。另外，内轴经由水平主管状构件和对角管状构件将涡轮机载荷(即，塔架基底处的弯曲力矩和相关联的剪切力)传递给其它立柱，所述构件中的全部连接至内轴。因此，风力涡轮机塔架引起的力矩可以通过各个立柱的浮力的相对变化来进行补偿。本文所描述的浮式风力涡轮机平台还可以包括除桁架结构以外的额外特征，所述额外特征提高风力涡轮机平台的性能。在一些实施方案中，浮式风力涡轮机平台可以包括在稳定立柱之间移动液体压载的有源压载系统(参见，美国专利号8,471,396)，所述有源压载系统允许风引起的力矩通过经由在各立柱之间泵送液体而实现个别立柱的重量改变进行补偿。立柱可以容置有源压载系统，所述有源压载系统经由泵在立柱内的压载箱之间传递液体，以保持浮式平台呈垂直直立对齐，以获得最佳电力转换效率。例如，当风吹向塔架时，传感器可以检测风力涡轮发电机的旋转。传感器可以联接至控制器，所述控制器对泵进行控制以从一个立柱移除液体从而增加浮力，并且增加液体到另一立柱中从而增加该立柱的重量。在一个实施方案中，每一立柱中可以存在多个泵，所述多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浮式、半潜式风力涡轮机平台，所述平台包括：三个细长稳定立柱，所述三个稳定立柱中的每一个具有顶端、龙骨端和包含内轴的外壳，所述三个稳定立柱中的每一个具有位于其龙骨端处的夹水板，每一夹水板被悬臂式支撑在垂直于所述稳定立柱的纵向轴的平面中；三个桁架构件，每一桁架构件包括两个水平主管状构件和两个对角管状构件，所述水平主管状构件中的每一个具有用于连接至所述三个稳定立柱中的一个的所述内轴的第一端，以及用于连接至所述三个稳定立柱中的不同的一个的所述内轴的第二端，以使得所述互连的三个稳定立柱和三个桁架构件在垂直于所述三个稳定立柱的所述纵向轴的平面中形成三角形横截面，其中所述三角形横截面的三个边是所述三个桁架构件，且所述三角形横截面的三个顶点是所述三个稳定立柱，并且对于每一桁架构件，所述两个对角管状构件各自具有第一端和第二端，其中每一对角管状构件的所述第一端连接至一个稳定立柱的所述内轴，且每一对角管状构件的所述第二端连接至所述同一个桁架构件中的所述水平管状构件中的一个；以及细长风力涡轮机塔架，所述细长风力涡轮机塔架安置在所述三个稳定立柱中的一个的所述顶端上方，以使得所述塔架的纵向轴大致上平行于所述稳定立柱的所述纵向轴。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.19 US 62/182,2451.一种浮式、半潜式风力涡轮机平台，所述平台包括：三个细长稳定立柱，所述三个稳定立柱中的每一个具有顶端、龙骨端和包含内轴的外壳，所述三个稳定立柱中的每一个具有位于其龙骨端处的夹水板，每一夹水板被悬臂式支撑在垂直于所述稳定立柱的纵向轴的平面中；三个桁架构件，每一桁架构件包括两个水平主管状构件和两个对角管状构件，所述水平主管状构件中的每一个具有用于连接至所述三个稳定立柱中的一个的所述内轴的第一端，以及用于连接至所述三个稳定立柱中的不同的一个的所述内轴的第二端，以使得所述互连的三个稳定立柱和三个桁架构件在垂直于所述三个稳定立柱的所述纵向轴的平面中形成三角形横截面，其中所述三角形横截面的三个边是所述三个桁架构件，且所述三角形横截面的三个顶点是所述三个稳定立柱，并且对于每一桁架构件，所述两个对角管状构件各自具有第一端和第二端，其中每一对角管状构件的所述第一端连接至一个稳定立柱的所述内轴，且每一对角管状构件的所述第二端连接至所述同一个桁架构件中的所述水平管状构件中的一个；以及细长风力涡轮机塔架，所述细长风力涡轮机塔架安置在所述三个稳定立柱中的一个的所述顶端上方，以使得所述塔架的纵向轴大致上平行于所述稳定立柱的所述纵向轴。2.如权利要求1所述的浮式风力涡轮机平台，其中扇形切口安置在所述立柱外壳中的每一个的侧面上，以提供用于所述三个桁架构件中的两个对应桁架构件连接至所述内轴的间隙。3.如权利要求1所述的浮式风力涡轮机平台，其中所述三个桁架构件还连接至所述三个稳定立柱的所述立柱外壳，所述三个桁架构件穿过并且连接至所述立柱外壳并且连接至所述内轴。4.如权利要求1所述的浮式风力涡轮机平台，其中所述三个桁架构件中的一个具有与其它两个桁架构件不同的长度，并且其中所述三角形横截面是等腰三角形。5.如权利要求4所述的浮式风力涡轮机平台，其中所述风力涡轮机塔架安置在连接至具有相同长度的所述其它两个桁架构件的所述稳定立柱的所述顶端上方。6.如权利要求1所述的浮式风力涡轮机平台，其中所述三个桁架构件具有同等长度，并且其中所述三角形横截面是等边三角形。7.如权利要求1所述的浮式风力涡轮机平台，其中环形舱室形成在立柱外壳和对应内轴中的每一个之间，所述环形舱室提供可用液体和气体中的至少一者来加压的体积。8.如权利要求1所述的浮式风力涡轮机平台，其中所述三个稳定立柱中的一个具有比所述其它两个稳定立柱大的直径，所述风力涡轮机塔架安置在具有所述较大直径的所述一个稳定立柱的所述顶端上方。9.如权利要求1所述的浮式风力涡轮机平台，其中压载箱安置在所述三个稳定立柱中的每一个内，所述压载箱被用于容纳可通过压载控制系统在所述三个稳定立柱之间传递的压载。10.如权利要求1所述的浮式风力涡轮机平台，其中所述三个稳定立柱中的每一个的所述立柱外壳由隔板、环形梁和环形加强圆柱形扁平部中的至少一者进行结构支撑。11.如权利要求1所述的浮式风力涡...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·澳优巴友特，C·切尔梅利，D·罗德埃里克，B·B·余，S·纳拉亚南，A·拉嗨夹尼恩，
申请(专利权)人：原理动力有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US