一种海上浮式风机与半潜式养殖平台耦合的结构制造技术

本发明专利技术提供一种海上浮式风机与半潜式养殖平台耦合的结构，包括主体框架、风机、控制室、网衣和锚碇系统；所述主体框架包括中心立柱、围绕所述中心立柱均匀设置的多根外部立柱、上部水平支撑固定连接、下部水平支撑、上弦管、中弦管、下弦管和斜向支撑；所述中心立柱和所述外部立柱的结构相同，均包括设置在上部的上部浮筒、与所述上部浮筒的底部固定连接的中部立柱和与所述中部立柱的底部固定连接的下部浮筒。本发明专利技术是在半潜式平台的基础上安装了风机，一方面促进了水产养殖由近海向远海的发展，另一方面突破了地理位置对水产养殖和风力发电的限制。

A coupling structure of floating fan and semi submersible aquaculture platform

【技术实现步骤摘要】
一种海上浮式风机与半潜式养殖平台耦合的结构
本专利技术涉及渔场平台
，具体而言是一种海上浮式风机与半潜式养殖平台耦合的结构。
技术介绍
现有的风电设施多位于陆地和近海岸，对于地形选址极为严格。而大型的养殖平台多位于离海岸较远的深海，从陆地或者近海岸铺设海底电缆为其供电是一件极其困难且代价巨大的工程。此外，随着近海岸养殖设施日趋饱和以及对生态环境的破坏，迫使海水养殖由浅海向深海发展，推进水产养殖的可持续发展。因此不管是水产养殖还是风力发电，由近海向深远海发展是必经之路，也是战略需要。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种海上浮式风机与半潜式养殖平台耦合的结构。本专利技术采用的技术手段如下：一种海上浮式风机与半潜式养殖平台耦合的结构，包括主体框架、设置在所述主体框架顶部的风机和控制室、安装在所述主体框架侧壁及底部的网衣和安装在所述主体框架底部的多个锚碇系统；所述风机包括风机立柱和设置在所述风机立柱顶端的转子叶片；所述锚碇系统包括系泊锚链和锚，所述系泊锚链的一端与所述主体框架的底部固定连接，所述系泊锚链的另一端与所述锚固定连接，且所述锚沉于海底；所述主体框架包括与所述风机立柱同轴设置的中心立柱，围绕所述中心立柱均匀设置有多根外部立柱，所述中心立柱的顶部与所述风机的风机立柱的底部固定连接；所述控制室设置在所述风机立柱的底部，围绕所述风机立柱建设。所述控制室的底部外沿与所述外部立柱的顶部之间通过上部水平支撑固定连接，所述中心立柱的底部与所述外部立柱的底部之间通过下部水平支撑固定连接，相临两个所述外部立柱顶部之间通过上弦管固定连接，相临两个所述外部立柱中部之间通过中弦管固定连接，相临两个所述外部立柱底部之间均通过下弦管固定连接，相临两个外部立柱之间固定有两个交叉设置的斜向支撑；所述中心立柱和所述外部立柱的结构相同，均包括设置在上部的上部浮筒、与所述上部浮筒的底部固定连接的中部立柱和与所述中部立柱的底部固定连接的下部浮筒。进一步地，所述控制室包括仪器设备控制室和设置在所述仪器设备控制室顶部的防水太阳能发电装置。进一步地，所述仪器设备控制室的顶部呈圆台形。进一步地，所述上部浮筒和所述下部浮筒内均设有液压式控制阀门。进一步地，所述上部浮筒和所述下部浮筒内均设有水泵，且所述水泵连接有用于充水和排水的双向管路。进一步地，所述上弦管、所述上部水平支撑和所述控制室的底部外沿均设有护栏。进一步地，因海上浮式风机与养殖平台相耦合的结构受到风、海浪、海流共同作用。为了确定本专利技术结构的最优布置形式，本专利技术建立了以下计算方法，进行结构荷载计算。作用于浮式风机构件上的风载荷应按式(1)计算，作用在网箱构件上的波浪载荷应按式(2)计算，作用在网箱构件上的海流载荷应按式(3)计算，网衣的波浪和海流载荷取网线为计算对象：其中，FF为作用于单位长度浮式风机构件上的风荷载；CdF为风阻力系数；ρ为空气密度；uF为设计风速；AF为单位长度构件在垂直于风向上的投影面积。其中，Fw为单位长度构件上的海浪载荷；FD为单位长度构件上的水阻力；FI为单位长度构件上的惯性力；波浪作用下，网衣的惯性力忽略不计；ρw为海水密度；Aw为单位长度构件在垂直于矢量(u-x’)方向上的投影面积；Cd为水阻力系数；Cm为附加质量系数；CM为惯性力系数，CM＝Cm+1；V为单位长度构件的体积；U为垂直于构件轴线的水质点速度分量；u’为垂直于构件轴线的水质点加速度分量；x’为垂直于构件轴线的单位长度构件速度分量；x”为垂直于构件轴线的单位长度构件加速度分量。其中，Fc为作用于单位长度构件上的海流力；Ac为单位长度构件在垂直于海流方向上的投影面积；uc为设计流速。通过上述公式确定本专利技术主体框架的形状及各管件的尺寸：围绕所述中心立柱均匀设置有六根所述外部立柱，所述主体框架的横截面呈正六边形。所述上部浮筒和所述下部浮筒的外径相同且均大于所述中部立柱的外径，所述上部浮筒和所述下部浮筒靠近所述中部立柱的一端具有渐变段，并通过渐变段与所述中部立柱连接。所述风机立柱高度H为30m～70m，所述叶片转子长度为(1/3)H～(2/3)H；所述主体框架的横截面所在圆的直径D满足：60m≤D≤120m；所述主体框架的高度h为40m～80m；所述上部浮筒和所述下部浮筒的高度h`满足：(1/4)h≤h`≤(3/7)h；所述渐变段长度L满足：(1/7)h≤L≤(1/6)h；所述上部浮筒和所述下部浮筒的外径尺寸为3m～10m；所述上部浮筒和所述下部浮筒的壁厚为3cm～6cm；所述上弦管、所述下弦管、所述上部水平支撑和所述下部水平支撑的直径为1.0m-2.5m，所述斜向支撑的直径为0.5m-2.0m，所述上弦管、所述下弦管、所述上部水平支撑、所述下部水平支撑和所述斜向支撑的壁厚为3cm-5cm。所述系泊锚链包括锚绳和锚链，所述锚绳的上端与所述主体框架的底部固定连接，所述锚绳的下端与所述锚链的上端固定连接，所述锚链的下端与所述锚固定连接；所述锚绳为钢芯钢丝绳，且其直径为30mm～42mm，所述锚链为二级有挡锚链，其直径为30mm～48mm。本专利技术中锚碇系统采用“锚绳+锚链”的组合形式，可以克服锚抗拉不抗拔的缺点。锚绳选用钢芯钢丝绳直径在32mm～42mm，锚链选用二级有挡直径在30mm～48mm之间，增加锚碇系统的强度且不易发生扭缠；本专利技术中为了保证该耦合结构在风浪流等环境荷载作用下保持稳定，选用具有较宽的稳定鳍的大抓力锚，锚爪锋利且宽而长，抓底稳定性好，在不同底质条件下均有良好的抓底性能，抓力系数在8～10之间。本专利技术是在半潜式平台的基础上安装了风机。该装备一方面促进了水产养殖由近海向远海的发展，有效的解决了传统养殖方式带来的一系列环境问题，另一方面突破了地理位置对水产养殖和风力发电的限制，为深远海水产养殖的自动化和智能化提供了电力保障。通过将风力发电装置和半潜式养殖平台相结合，既避免了单独建造风机和养殖平台所消耗的巨额费用，又可以通过风力发电产生清洁的能源供平台使用，而不对环境产生污染。此外为了补充平台用电，在设备控制室的圆台形顶部布置了扇形的太阳能发电装置，产生清洁能源。本专利技术中，为了能够精准的控制平台的升沉，实现检修和工作状态。在平台的上部和下部分别布置了七个浮筒，周边六个中间一个。在检修状态时，平台吃水较少，控制水泵从浮筒内向外排水以达到指定的检修吃水；在工作状态时，控制水泵向下部或上部浮筒内灌水，使平台达到指定吃水。在遇到较大的风浪时，为了保证平台的稳定和安全，也可以控制浮筒内的水量，使平台增大吃水下降至适当位置。此外浮筒之间互不贯通，即使一个浮筒发生破坏也不会影响其余浮筒的正常工作，而造成平台的沉没。本专利技术中为了维持平台在较大的风浪中处于相对稳定的状态，优选地锚碇系统具有四个，采用四点锚碇系统，通过系泊锚链将平台锚碇至海底，限制其运动，保证平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上浮式风机与半潜式养殖平台耦合的结构，其特征在于，包括主体框架、设置在所述主体框架顶部的风机和控制室、安装在所述主体框架侧壁及底部的网衣和安装在所述主体框架底部的多个锚碇系统；/n所述风机包括风机立柱和设置在所述风机立柱顶端的转子叶片；/n所述锚碇系统包括系泊锚链和锚，所述系泊锚链的一端与所述主体框架的底部固定连接，所述系泊锚链的另一端与所述锚固定连接，且所述锚沉于海底；/n所述主体框架包括与所述风机立柱同轴设置的中心立柱，围绕所述中心立柱均匀设置有多根外部立柱，所述中心立柱的顶部与所述风机的风机立柱的底部固定连接；所述控制室设置在所述风机立柱的底部；/n所述控制室的底部外沿与所述外部立柱的顶部之间通过上部水平支撑固定连接，所述中心立柱的底部与所述外部立柱的底部之间通过下部水平支撑固定连接，相临两个所述外部立柱顶部之间通过上弦管固定连接，相临两个所述外部立柱中部之间通过中弦管固定连接，相临两个所述外部立柱底部之间均通过下弦管固定连接，相临两个外部立柱之间固定有两个交叉设置的斜向支撑；/n所述中心立柱和所述外部立柱的结构相同，均包括设置在上部的上部浮筒、与所述上部浮筒的底部固定连接的中部立柱和与所述中部立柱的底部固定连接的下部浮筒。/n...

【技术特征摘要】
1.一种海上浮式风机与半潜式养殖平台耦合的结构，其特征在于，包括主体框架、设置在所述主体框架顶部的风机和控制室、安装在所述主体框架侧壁及底部的网衣和安装在所述主体框架底部的多个锚碇系统；
所述风机包括风机立柱和设置在所述风机立柱顶端的转子叶片；
所述锚碇系统包括系泊锚链和锚，所述系泊锚链的一端与所述主体框架的底部固定连接，所述系泊锚链的另一端与所述锚固定连接，且所述锚沉于海底；
所述主体框架包括与所述风机立柱同轴设置的中心立柱，围绕所述中心立柱均匀设置有多根外部立柱，所述中心立柱的顶部与所述风机的风机立柱的底部固定连接；所述控制室设置在所述风机立柱的底部；
所述控制室的底部外沿与所述外部立柱的顶部之间通过上部水平支撑固定连接，所述中心立柱的底部与所述外部立柱的底部之间通过下部水平支撑固定连接，相临两个所述外部立柱顶部之间通过上弦管固定连接，相临两个所述外部立柱中部之间通过中弦管固定连接，相临两个所述外部立柱底部之间均通过下弦管固定连接，相临两个外部立柱之间固定有两个交叉设置的斜向支撑；
所述中心立柱和所述外部立柱的结构相同，均包括设置在上部的上部浮筒、与所述上部浮筒的底部固定连接的中部立柱和与所述中部立柱的底部固定连接的下部浮筒。


2.根据权利要求1所述的一种海上浮式风机与半潜式养殖平台耦合的结构，其特征在于：所述控制室包括仪器设备控制室和设置在所述仪器设备控制室顶部的防水太阳能发电装置。


3.根据权利要求2所述的一种海上浮式风机与半潜式养殖平台耦合的结构，其特征在于：所述仪器设备控制室的顶部呈圆台形。


4.根据权利要求1所述的一种海上浮式风机与半潜式养殖平台耦合的结构，其特征在于：所述上部浮筒和所述下部浮筒内均设有液压式控制阀门。


5.根据权利要求1或4所述的一种海上浮式风机与半潜式养殖平台耦合的结构，其特征在于：所述上部浮筒和所述下部浮筒内均设有水泵，且所述水泵连接有用于充水和排水的双向管路。
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【专利技术属性】
技术研发人员：毕春伟，赵云鹏，刘航飞，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21