本发明专利技术公开一种支撑海上风电和海洋能发电机的混凝土半潜式的浮式平台及其施工安装方法。该浮式平台包括至少三个空心圆柱体混凝土浮筒，通过横向框架结构连接各浮筒以形成平面为三角形或四边形或多边形结构。该浮式平台采用预应力混凝土和/或预应力轻质混凝土和/或预应力纤维混凝土制成。每个平台安装一个水平轴风机和/或至少一个垂直轴风机及可选择安装太阳能和/或波浪能发电机。预应力轻质混凝土浮式平台与钢浮式平台相比，造价大幅降低，结构重心低，结构稳定性更高。平台施工类似成熟的分段预制拼装预应力混凝土桥节段施工法，施工可行。本发明专利技术应用于水深25米至100米或更深的海上风电和海洋绿色能源，潜在经济效益巨大。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及支撑海上风电和波浪能及太阳能发电机的混凝土半潜式的浮式平台，尤其涉及一种采用预应力混凝土或预应力轻质混凝土或预应力纤维混凝土或上述组合制成的浮式平台、以及它们的建造和施工方法。
技术介绍
目前用在浅水区的海上风机支撑结构和基础主要为桩基础或重力式基础。30米至50米中度深水区使用桁架型导管架(Jacket)基础。深水区(60米深或更深)使用底部固定型基础太过昂贵，因此需要找到一种新型的基础。基于半潜式概念，现有技术包括欧洲的蓝H集团(Blue H Group)的张力腿浮式平台(Tensioned Legs Platform)以及世界第一风电机组制造商丹麦的维斯塔斯(Vestas)和美国原理电力公司(PRINCIPLE POWER INC)在欧洲2011年11月建成的海上风电钢浮式平台WindFloat (三角形钢浮筒)。目前所有这些海上风电浮式平台都由钢材制成。每个钢浮式平台支撑约2兆瓦的海上风机。应用5兆瓦或更大兆瓦海上风机，其所受到的风力载荷比2兆瓦的海上风机也将相应地增加数倍。水面以上100米处的风力载荷在5兆瓦风机三个风机叶片的表面上产生的风机塔底部倾覆弯矩是相当巨大的。风机的大尺寸还意味着机舱的质量要更重，当与质量较轻的钢浮式平台结合时，将导致结构重心太高，从而无法达到足够的结构稳定。而采用预应力混凝土浮式平台可降低整个系统的重心，从而提高了稳定性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种由预应力混凝土或预应力轻质混凝土或预应力纤维加强型混凝土制成的浮式平台。浮式平台包括至少三个半潜式的悬浮空心圆柱体(以下称为浮筒)，各浮筒通过多个框架结构相互连接，通过横向框架结构连接各浮筒以形成平面为三角形或四边形或多边形结构。每个浮式平台安装一个水平轴风机和/或至少一个垂直轴风机及可选择安装太阳能和/或波浪能发电机。每个浮式平台包括至少三个浮筒，以形成平面为三角形或四边形或多边形的平台结构以作为基本单元，基于该基本单元还可选择构建更加复杂的相互联结的至少三个浮式平台海上风电场，以增加多平台体系抗风浪的稳定性。在对称设计中，风机塔设置在浮式平台的平面重心处；非对称设计，风机塔设置在浮式平台平面的非重心处。本专利技术的三浮筒三角形浮式平台，水平轴风机设置在浮式平台的平面重心处，并通过连结梁或框架杆件支撑风机塔和风机。本专利技术的另一种由四个浮筒组合形成平面为正方形的浮式平台，沿该正方形各边长连接各浮筒的框架杆件，框架结构由空心或实心或两者组合的梁和杆件组成。并通过设置在正方形对角线的预应力拉索使得正方形浮式平台更稳定。用于支撑水平轴风机的浮筒尺寸更大。其余3个浮筒支撑3台垂直轴风机。本专利技术的第3种五浮筒正方形浮式平台，由四个卫星浮筒设置在平面正方形的四个角点处，第五个浮筒设置在平面正方形的重心处。框架结构沿正方形对角线连接中心浮筒与四个卫星浮筒。通过预应力拉索沿正方形的四边连接四个卫星浮筒使得五浮筒正方形浮式平台更稳定。为了减少维修人员在浮筒之间活动带来的危害，各浮筒的顶梁可用平面较大的空心杆件，以利于维修人员在浮筒之间行走。为了增加平台的浮力，各浮筒的底梁也可应用空心杆件。为了减少钢制的风机塔的腐蚀，尤其是减少风机塔与浮筒之间的连接的腐蚀，可优选设置(例如浇注)短钢筋混凝土塔和较长的钢风机塔相结合，该短的混凝土塔在浪溅区以上具有一定的高度，例如大约10米。在本专利技术的优选方面中，该平台还设有用于在紧急情况下下沉该平台的装置，例如，当平台的系泊锚链断裂而使平台自由漂浮在水面上时，为了避免对公众造成危害，该装置将下沉平台。相反地，该装置能够上浮平台。每个浮筒设有防水的机器室和控制室及空气室。水泵安装在机器室中，并通过与管道连接而接入到位于空气室的最低点的进出水口，并在浮筒的下部与海水相通。通过控制阀门将水从海里压入到空气室中以及将水从空气室压入海里。通风管开口设置在风机塔的顶部，同样通过控制阀门来实现打开或关闭。打开通风口时，下沉操作中进入的水可将空气室中的空气排出。当半潜在海中时，阀门将关闭。在平台上升之前需要将阀门移到水面以上，使得空气能够压入空气室来取代水。如果下沉之后通风管开口在水面以上，只需简单地打开阀门让空气进入空气室即可。泵的电源来自维修船，其在系泊浮筒处具有电极端口，例如位于塔的1/3、2/3高度处或塔的顶部，以方便维修人员连接这些端口。因为采用空心梁连接浮筒，因此也将空心梁作为空气室，这样压入的水将环绕浮体，这样即使是针对一个浮筒进行泵压水操作，整个平台也不会出现严重的倾斜。本专利技术的另一可选择应用，由浮式平台顶部的连结杆件支撑波浪能发电机。浮式平台还可以安装申请号分别为No. 201020134135.1和No. 201120038156. O的中国专利申请中描述的大功率可变翼海浪波能发电机。该大功率可变翼海浪波能发电机水平设置，从而在波浪上下运动中通过该发电机实时捕获波浪能。本专利技术的又一可选择应用为太阳能发电机安装在波浪能发电机之上，并覆盖位于钢框的顶板上的平台的中心部分。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中图1是本专利技术实施例的预应力(轻质)混凝土三浮筒海上风机浮式平台的平面示意图；图2是图1中三浮筒海上风机浮式平台的正面示意图3是图1中的三浮筒海上风机浮式平台结合了申请号分别为No. 201020134135.1和No. 201120038156. O的中国专利申请中描述的波浪能发电机后的平面示意图；图4是本专利技术另一实施例的三浮筒海上风机浮式平台的平面示意图；图5是图4中本专利技术另一实施例的三浮筒海上风机浮式平台的正面示意图；图6是图4中本专利技术另一实施例的三浮筒海上风机浮式平台的立体示意图；图7是本专利技术实施例中四浮筒海上风机浮式平台的平面示意图；图8是图7中四浮筒海上风机浮式平台的正面示意图；图9是图7中四浮筒海上风机浮式平台的立体示意图；图10是本专利技术另一实施例中四浮筒海上风机浮式平台的平面示意图；图11是图10中四浮筒海上风机浮式平台的正面示意图；图12是图10中四浮筒海上风机浮式平台的立体示意图；图13是本专利技术实施例中五浮筒海上风机浮式平台的平面示意图；图14是图13中五浮筒海上风机浮式平台的正面示意图；图15是图13中五浮筒海上风机浮式平台的立体示意图；图16示出了三浮筒风机浮式平台的建造方法和顺序；图17示出了三浮筒风机浮式平台的建造方法和顺序；图18示出了三浮筒风机浮式平台的建造方法和顺序；图19示出了三浮筒风机浮式平台的建造方法和顺序；图20示出了三浮筒风机浮式平台的建造方法和顺序；图21示出了五浮筒浮式平台的应用实例的常规设计平面；图22示出了图21中五浮筒浮式平台的应用实例设置沿1-1方向的剖视23示出了图22中五浮筒浮式平台的应用实例设置沿2_2方向的剖视24示出了图22中五浮筒浮式平台的应用实例设置沿3_3方向的剖视25示出了图22中五浮筒浮式平台的应用实例设置沿4_4方向的剖视26示出了图22中五浮筒浮式平台的应用实例设置沿5-5方向的剖视27示出了图22中五浮筒浮式平台的应用实例设置沿6-6方向的剖视28示出了图21中五浮筒浮式平台的应用实例设置中中心浮筒的具体连接。附图编号1.浮筒3.顶梁5.风机塔7.海床9.用于风机支撑的脚梁11.风本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半潜式的浮式平台，其特征在于，包括：多个垂直布置的半潜式悬浮浮筒(1)，所述浮筒(1)为空心圆柱体，以及所述浮筒相互连接并设置在水中；多个用于连接所述浮筒的框架结构以形成平面为三角形或四边形或多边形结构；多个用于连接所述浮筒的钢拉索(38)；以及与所述浮式平台连接的多个系泊锚链(6)和锚碇(13)，设置在水中以限制所述浮式平台的位置；其中，每个所述浮式平台包括至少三个浮筒(1)以及多个用于连接所述浮筒(1)的框架；其中配置所述钢拉索(38)连接所述浮筒(1)以形成具有三角形划分的稳定结构。
【技术特征摘要】
2011.09.22 CN 201110284931.51.一种半潜式的浮式平台，其特征在于，包括 多个垂直布置的半潜式悬浮浮筒(I)，所述浮筒(I)为空心圆柱体，以及所述浮筒相互连接并设置在水中； 多个用于连接所述浮筒的框架结构以形成平面为三角形或四边形或多边形结构； 多个用于连接所述浮筒的钢拉索(38);以及 与所述浮式平台连接的多个系泊锚链(6)和锚碇(13)，设置在水中以限制所述浮式平台的位置；其中， 每个所述浮式平台包括至少三个浮筒(I)以及多个用于连接所述浮筒(I)的框架；其中 配置所述钢拉索(38)连接所述浮筒(I)以形成具有三角形划分的稳定结构。2.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，所述浮式平台上支撑有在风力作用下发电的水平轴风机。3.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，所述浮式平台上支撑有在风力作用下发电的垂直轴风机(41)。4.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，所述浮式平台上支撑有波浪能发电机。5.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，所述浮式平台上连接有太阳能发电机(49)。6.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，所述连结浮筒的框架结构包括顶梁(3)和底梁(2)、垂直短杆件或对角杆件或两者的组合。7.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，所述浮筒(I)和/或框架结构采用预应力混凝土制成。8.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，所述浮筒(I)和/或框架结构采用预应力轻质混凝土制成。9.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，所述浮筒(I)和/或框架结构采用预应力纤维混凝土制成。10.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，所述浮筒(I)和/或框架结构采用预应力钢管混凝土制成。11.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，所述浮筒(I)和/或框架结构采用钢-混凝土组合材料制成。12.根据权利要求6所述的浮式平台，其特征在于，所述框架结构的至少一部分杆件采用钢筋混凝土和/或钢筋轻质混凝土制成。13.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，对所述浮式平台接触水的垂直表面进行加粗，以增加表面与水之间的摩擦力。14.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，所述浮筒(I)的底部设有阻尼板(10)，用以增加所述平台的阻尼系数，降低波浪引起的平台晃动。15.根据权利要求1所述的浮式平台，其特征在于，每个所述浮筒(I)包括防水的机器和控制室(26)以及空气室(28);其中每个浮筒(I)设有水泵，用以将水压入所述空气室(28)以下沉所述平台，或者将水从所述空气室(28)压出以上升所述平台；所述浮筒(I)还设有从所述水泵到所述风机顶部的通气管，以使空气能进出所述空气室(28)...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄灿光，陈立强，
申请(专利权)人：黄灿光，陈立强，
类型：发明
国别省市：
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