一种远海抗浪型铰接式风电船制造技术

本专利公开了一种远海抗浪型铰接式风电船,是由五大部分构成的：其一是设置在海面上的风电船本体；它包括由若干“环形船舶单元”和被称为“中心岛”的中央浮体所组成；其二是将它们连接成整体的“铰接式连接件”；其三是设置在高空的风力发电设备，包括前后风轮、轮毂及轮毂内的发电机舱；其四是连接风电船本体与高空风力发电设备的塔架转盘；其五是将风电船本体与海底连接起来的锚泊系统及海底电缆系统。

【技术实现步骤摘要】
1.
：本专利从技术角度，涉及对船舶及海洋工程技术的综合应用，属于船舶及海洋工程类
该专利主要应用于风力发电，故也可属于风力发电工具类
2.
技术介绍
风力发电完全利用大自然的能源，没有污染物排放，是当今理想的能源。尤其在海上建立风电场，具有风力资源丰富、利用率高的特点。大力开发海上风电，已成为当今风电开发的趋势。我国已经在中国沿海建立了大量的风电场。目前海上风电发展技术有两个瓶颈，其一，靠近地面(或海面，下同)的空间，由于受地表或海面波浪等“粗糙元”的影响，风速较小，而在高空风速较大，风力大小与距地面高度一般呈对数或指数率变化。为了充分利用高空风力资源，就要把风轮放置很高，塔架高度随之增大。而塔架在海上的固定，需要建造海上桩基，其建造成本与安装成本将大幅提高；其二，在一定风速下风力发电的功率大约与风轮直径的平方成正比，因而尽可能加大风轮直径有利于获得较大的风电功率。如果在海上趸船上设置大功率的风电装置，就要求风电趸船的尺度增大，以保持稳性，另要求风电船的结构很强，才能抵御海上风浪的破坏，由此也造成海上风电船成本高昂。在“外海”开发风电，具有很大的经济价值，首先，外海的水域辽阔，可以充分利用风力资源；例如，福建沿海属于台湾海峡的多风地带，风浪很大，灾害频发，但风力资源丰富，而本专利具有很强的抗风浪能力，正好变害为“宝”；其次，采用本专利，可以在造船厂内就把大型风电装置与风电船一次性安装调试完成，下水后即可拖至预定海域现场锚泊定位，可以大幅度降低风电装置的建造与现场安装的投资成本。3.
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的海上风电高空化、大型化的两个“瓶颈”，提出了采用铰接式环形船舶作为远海大型风电装置浮动基础的有关技术。3.1本专利技术方案的基本思路(1)大型船舶“铰接”方式的启示船舶原理的常识告诉我们，在大海上航行的船舶在波浪上的总纵弯矩很大，结构易遭破坏，又要求很高的稳性。如果把船舶做成环形，且分成几段“铰接”起来，既不易翻沉、又可使结构强度得以保证，就可兼顾性能与强度的矛盾。(2)关于远海最大设计风级本专利提出的风电船要求具有很强的抗风浪能力，在不需要使用防波堤的条件下，应适用于除了“极区”(南北极附近)以外的“无限海区”，尤其适用于水深30-150m的中国沿海“大陆架”浅水海域。中国沿海水域的特点之一是：台风等灾害性天气出现较为频繁。例如福建沿海，根据近海观测站(1985-2012)的资料，每年都会出现热带风暴或大台风。在大台风等重灾害性天气出现时，10分钟最大风速就可达46.7m/s，相当于蒲福风级15级，造成的危害极为严重。由此，本专利风电船“安全性设计风级”定为蒲福16级，即距海面10m高度的风速达53.52m/s。相当于“百年一遇”。本专利风电船要求在“安全性设计风力”作用下有足够的稳性及结构强度。其结构材料拟采用钢材或钢筋混凝土。3.2关于远海风电场本专利所指的所谓“远海”，是指离大陆较远的海域。在“远海”从事“风力发电”作业的人们，需要解决诸如补给、管理人员的生活与工作条件、设备维护等等问题。一般应采用集约化的管理方式。本专利所指的“铰接式风电船”称为海上风电场的一个“标准模块”。可以在造船厂进行批量建造。将若干“标准模块”组合成一个群体，就形成了一个海上风电场或称为一个“基地”。这种“基地”一般应设在风力资源较为丰富的远海水域。在“基地”内，还可以设置一定数量的波浪能发电站、潮汐能发电站、太阳能发电站、渔业养殖网箱、直升机停机坪、旅游景点等。3.3一种远海抗浪型铰接式风电船“标准模块”的构成(1)关于铰接式风电船“标准模块”本专利所指的一种远海抗浪型铰接式风电船“标准模块”(参见附图1)，是由五大部分构成：其一是设置在海面上的风电船本体；它包括由若干“环形船舶单元”①和被称为“中心岛”②的中央浮体所组成；本例的风电船主体选用圆形，也可以是其它形状；其二是将它们连接成整体的“铰接式连接件”；其三是设置在高空的风力发电设备，包括前后风轮、轮毂及轮毂内的发电机舱；其四是连接风电船本体与高空风力发电设备的塔架与转盘；其五是将风电船本体与海底连接起来的锚泊系统及海底电缆系统。(2)关于风电船本体(参见附图1)风电船本体外围部分的一个环形箱型浮体，称为“环形船舶单元”①，若干个“环形船舶单元”用“铰接式连接件”连成一个整体，统称为“风电船单元”。整个风电船单元在半径方向可分割为数块(本专利的实例为1块)，在圆周方向也可分割为数瓣(本专利的实例为8瓣)，形成数个“单元”(本例为8个单元)。风电船本体的中央部分称为中心岛②，它也用“铰接式连接件”与各“环形船舶单元”连成一个整体。中心岛可以视为是一艘船。船体的主甲板上设有“上层建筑”③，其内设置人员住舱、办公室、会议室、研究室及信号设备等。船舶主甲板之下设机舱。机舱内的设备有柴油发电机组、舱底泵、总用泵、总配电板、控制室、燃油舱、全船管系、以及有关船舶及风电的各种辅助设备等。(3)风电船“铰接”式连接件结构船舶结构力学的理论与实践都已证明：对置于波浪上的船舶，如果波长λ远小于船长L，即λ/L<<1，那么在一个船长L的范围内会有若干个波峰与波谷出现，其波高H1/3较小，船舶的浮力相对于静水状态变化不大，不会产生较大的波浪附加弯矩；反之，若波长λ远大于船长L，即λ/L>>1，虽然波高很大，但在一个船长L范围内，波面也与静水面相差不大，也不可能出现较大的波浪附加弯矩。针对于16级的特大强台风，如果采用本专利的铰接方式，将风电船最大模块的特征长度L变小，即λ/L>>1，故产生的附加波浪力矩也不大(参见本专利的实例计算)。本专利设置的“铰接”式连接件的一种具体结构可参见附图3。以中心岛①与风电船模块②之间的连接为例，在主甲板上以短缆③连接，在下方以系柱和短缆构成的连接装置④、⑤、⑦、⑧连接，加上各单元之间的橡胶垫⑨，组成一种组合式、可拆卸的柔性连接系统。本专利将其简称为“铰接”，即允许风电船单元在一个小范围内自由运动，但又不能相互脱开。本专利风电船单元之间的“铰接”连接方式，是船与船、船与岸之间常用的连接方式，但本专利所用的短缆可采用铰车液压卷筒予以系紧，系柱可采用液压油缸控制的插销予以锁紧。(4)关于高空风力发电设备(参见附图1)为充分利用高空风力资源，远海风电机的塔架高度较高，往往会大于150m，风电设备包括风轮机、传动系统、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种远海抗浪型铰接式风电船，其特征在于，所述的远海抗浪型铰接式风电船是由五大部分构成：其一是设置在海面上的风电船本体；它包括由若干“环形船舶单元”和被称为“中心岛”的中央浮体所组成；其二是将它们连接成整体的“铰接式连接件”；其三是设置在高空的风力发电设备，包括前后风轮、轮毂及轮毂内的发电机舱；其四是连接风电船本体与高空风力发电设备的塔架转盘；其五是将风电船本体与海底连接起来的锚泊系统及海底电缆系统。

【技术特征摘要】
2015.12.18 CN 20151095585011.一种远海抗浪型铰接式风电船，其特征在于，所述的远海抗浪型铰接式风电船是由
五大部分构成：其一是设置在海面上的风电船本体；它包括由若干“环形船舶单元”和被称
为“中心岛”的中央浮体所组成；其二是将它们连接成整体的“铰接式连接件”；其三是设置
在高空的风力发电设备，包括前后风轮、轮毂及轮毂内的发电机舱；其四是连接风电船本体
与高空风力发电设备的塔架转盘；其五是将风电船本体与海底连接起来的锚泊系统及海底
电缆系统。
2.一种远海抗浪型铰接式风电船，其特征在于，所述的风电船本体，其外围部分是一个
环形箱型浮体，称为“环形船舶单元”，若干个“环形船舶单元”用“铰接式连接件”连成一个
整体，统称为“风电船单元”；整个风电船单元在半径方向可分为数块(本专利的实例为1
块)，在圆周方向也可分为数瓣(本实例为8瓣)，形成数个“单元”(本实例为8个单元)；风电
船本体的中央部分称为中心岛，它也是用“铰接式连接件”与各“环形船舶单元”连成一个整
体；中心岛可以视为是一艘船，船体的主甲板上设有“上层建筑”，其内设置人员住舱、办公
室、会议室、研究室及信号设备等；船舶主甲板之下设机舱，机舱内的设备有柴油发电机组、
舱底泵、总用泵、总配电板、控制室、燃油舱、全船管系、以及有关船舶及风电的各种辅助设
备等。
3.一种远海抗浪型铰接式风电船，其特征在于，所述的风电船“铰接”式...

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊麟，
申请(专利权)人：周俊麟，
类型：发明
国别省市：福建;35