一种具有节点浮箱的浮式基础的制作方法

1.本发明涉及海上风电工程技术领域，具体涉及一种具有节点阻尼浮箱的浮式基础。

背景技术：

2.随着我国海上风电行业的迅猛发展，近海风资源陆续得到开发，目前海上风电行业逐渐朝深海进一步发展。相对于传统的桩式基础和导管架基础，漂浮式基础形式，其优点在于对深水条件适应强，能够更好利用风能资源等，且随着水深的增加，漂浮式基础形式的优势将更加明显。
3.目前，漂浮式风机的浮式基础多为三立柱结构型式，各立柱之间通过横撑、斜撑等实现连接和结构的加强，这使得空间桁架结构异常复杂，增加用钢量，同时由于节点众多，疲劳问题突出。同时由于风电机组发电功率快速提升，浮式基础结构的尺寸越来越大，作业载荷越来越高，在海面处受到波浪和海流作用后，会发生横荡、纵荡、艏摇、横摇、纵摇、垂荡运动，且运动幅度较大，不利于风机发电，对基础疲劳影响也会增大。

技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有节点阻尼浮箱的浮式基础，以解决现有技术中浮式基础连接节点薄弱、浮式基础的摇摆和垂荡性能差的问题。
5.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
6.本技术提供一种具有节点浮箱的浮式基础，包括至少三个浮箱组件，相邻两个上述浮箱组件通过横撑连接，上述横撑中部设有用于提供浮力的节点浮箱，斜撑的一端与上述浮箱组件连接，另一端与上述节点浮箱连接。
7.在一些可选的实施例中，上述节点浮箱为空心结构且为具有设定直径的圆柱体。
8.在一些可选的实施例中，根据确定上述节点浮箱的设定直径，其中f为上述节点浮箱承受的设定波浪力，cm为惯性力系数，cd为拖拽力系数，u为水质点垂直于上述节点浮箱轴线的相对速度，为水质点垂直于上述节点浮箱轴线的加速度，d为上述节点浮箱的设定直径，ρ为海水密度。
9.在一些可选的实施例中，上述节点浮箱内设有阻尼组件。
10.在一些可选的实施例中，上述阻尼组件包括压载质量块，其通过具有设定刚度的弹簧及阻尼器设于上述节点浮箱内。
11.在一些可选的实施例中，上述弹簧及上述阻尼器的伸缩方向与上述横撑的轴线平行。
12.在一些可选的实施例中，上述节点浮箱内还设有用于支撑上述压载质量块的支撑件，用于使上述压载质量块沿上述阻尼组件伸缩方向滑动。
13.在一些可选的实施例中，上述节点浮箱位于上述横撑的中点，上述斜撑设有两个，
两个上述斜撑的一端分别与两个相邻的上述浮箱组件连接，另一端与位于两个上述浮箱组件之间的上述节点浮箱连接。
14.在一些可选的实施例中，上述浮箱组件包括：
15.浮筒立柱，上述斜撑与上述浮筒立柱的弧形侧壁连接；
16.阻尼箱，其连接于上述浮筒立柱的底部，上述横撑与上述阻尼箱连接。
17.在一些可选的实施例中，上述阻尼箱为圆柱形，且直径大于上述浮筒立柱的直径。
18.与现有技术相比，本发明的优点在于：将斜撑通过节点浮箱与横撑连接，不仅增强了相邻两个浮箱组件的连接稳定性，且加强了斜撑与横撑连接节点处的结构强度；且通过在连接相邻两个浮箱组件之间的横撑上，设置用于提供浮力的节点浮箱，从而增加了浮式基础的垂向湿表面面积，通过增大垂直方向的面积对减少浮式基础的垂荡有益，延长系泊锚链、风机和电缆的使用寿命。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明一种具有节点浮箱的浮式基础的结构示意图；
21.图2为图1的侧视示意图；
22.图3为图1的俯视示意图；
23.图4为图1的仰视示意图；
24.图5为图1中节点浮箱的透视示意图。
25.图中：1、浮箱组件；11、浮筒立柱；12、阻尼箱；21、横撑；211、右横撑；212、左横撑；22、节点浮箱；23、斜撑；24、连接杆；3、压载质量块；41、弹簧；42、阻尼器。
具体实施方式
26.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
28.本技术提供一种具有节点浮箱的浮式基础，包括至少三个浮箱组件1，相邻两个上述浮箱组件1通过横撑21连接，上述横撑21中部设有用于提供浮力的节点浮箱22，斜撑23的一端与上述浮箱组件1连接，另一端与上述节点浮箱22连接。
29.可以理解，节点浮箱22位于斜撑23和横撑21的连接节点处，从而为斜撑23和横撑21的连接增加了节点面积，提高了结构强度，使连接更稳定。另一方面，节点浮箱22还增加了浮式基础垂直方向的湿表面面积，能够有效减少浮式基础遇到波浪时产生的上下垂荡。
30.需要注意的是，应使节点浮箱22在竖直方向的截面积大于所述横撑21在竖直方向的截面积，以增加横撑21上的湿表面面积。
31.在本例中，上述节点浮箱22为空心结构且为具有设定直径的圆柱体。
32.可以理解，将节点浮箱22设置为空心结构，可以进一步增加节点浮箱22的浮力，同时圆柱形的节点浮箱相较于其他形状的结构来说，对于各个方向上的受力更均衡，从而进一步降低浮式基础遇到波浪时产生的上下垂荡。
33.进一步地，根据确定上述节点浮箱22的设定直径，其中f为节点浮箱22承受的设定波浪力，cm为惯性力系数，cd为拖拽力系数，u为水质点垂直于上述节点浮箱22轴线的相对速度，为水质点垂直于上述节点浮箱22轴线的加速度，d为上述节点浮箱22的设定直径，ρ为海水密度。
34.可以理解，圆柱形的节点浮箱22浸没在水体内，其设定直径d根据设定承受波浪力f来具体设定。通过增加节点浮箱22的直径，以提高节点浮箱22的承受波浪力，当然，应合理分配节点浮箱22和浮箱组件1之间的浮力和所承受的波浪力。
35.在一些可选的实施例中，上述节点浮箱22内设有阻尼组件。
36.内部中空的节点浮箱22为在内部加装阻尼组件提供了安装空间，通过在内部安装合适刚度的调谐质量阻尼器(tuned mass damper，tmd)，可以让浮式基础具备减摇减振作用可以有效减小浮式基础的横荡和横摇。
37.进一步地，上述阻尼组件包括固定压载质量块3，其通过具有设定刚度的弹簧41及阻尼器42设于上述节点浮箱22内。
38.具体的，弹簧41和阻尼器42均分别设有两个，每个弹簧41和每个阻尼器42的一端均连接在节点浮箱22的内壁上，另一端与固定压载质量块3连接，以使固定压载质量块3悬设在节点浮箱22的内部。
39.可以理解的，通过调节弹簧41的刚度可以控制阻尼组件的固有频率。根据实验和理论分析获知，带有固定压载质量块3的阻尼组件，其固有频率略大于外界的波浪激励载荷频率时，对浮式风机减振减摇的效果最好。因此，当已知目标作业海域波浪激励载荷主要频率后，可以将阻尼组件的固有频率设定为略大于波浪激励载荷频率，其中，可以根据固有频率公式确定弹簧41的刚度，固有频率计算公式为：其中，t为波浪周期，ω为圆频率，m为压载质量块3的质量，k为弹簧41的刚度。
40.举例说明，目标作业海域在风机额定风速下海况波浪周期通常为5～7s，压载质量块3的质量通常为减振结构质量的1％——10％左右，假设风机质量为5000吨，则压载质量块3可取为50t钢铁块，此时得到弹簧41的刚度为40230n/m～78877n/m之间。
41.本例中的弹簧41选用圆柱螺旋弹簧，可根据实际需求选择其具体种类。
42.优选的，上述弹簧41及上述阻尼器42的伸缩方向与上述横撑21的轴线平行。
43.可以理解，横撑21包括左横撑212和右横撑211，左横撑212和右横撑211的一端分别连接一个浮箱组件1，另一端均与节点浮箱22连接，且左横撑212和右横撑211位于同一轴线上。因此，将弹簧41及阻尼器42的伸缩方向与左横撑212和右横撑211的轴线平行，使得浮式基础在受到外力作用时，可以将结构振动更好地传递给弹簧41和阻尼器42，，从而进一步提高浮式基础的减摇减震效果。
44.在一些可选的实施例中，上述节点浮箱22内还注有阻尼液，上述固定压载质量块3部分淹没或完全浸没在上述阻尼液内。
45.当阻尼组件工作时，压载质量块3在阻尼液中左右摆动，压载质量块3带动部分阻尼液发生振动，由于阻尼液的流固耦合作用，为阻尼组件提供了附加液体质量。阻尼液不仅可以减少弹簧41的静伸长量，同时还可以有效约束压载质量块3在竖直方向上的摆动问题，有效保证了阻尼组件在运动过程中的稳定性。
46.需要说明的是，阻尼液的粘度系数也会影响阻尼参数的大小，阻尼参数随着阻尼液粘度系数的增大而增大。在选择阻尼液时，可选择粘温特性平稳的阻尼液，以保证阻尼组件在工作时的阻尼参数保持稳定。
47.同时，在节点浮箱22内设置阻尼组件并填充阻尼液，可以帮助浮式基础进一步降低结构重心，对结构在水面上的稳性有帮助，减少风机摇摆角度
48.在一些可选的实施例中，在节点浮箱22内还设有用于支撑压载质量块3的支撑件，以使压载质量块3可以沿阻尼组件的伸缩方向滑动。
49.可以理解，支撑件可以避免压载质量块3在竖直方向的摆动，同时也不会影响阻尼组件在水平方向的伸缩。
50.在一些可选的实施例中，支撑件为固定在压载质量块3下方具有设定高度的滑轮，上述滑轮可以支撑压载质量块3，且滑轮可以在节点浮箱22的底壁上滑动。
51.在一些可选的实施例中，上述节点浮箱22位于上述横撑21的中点，上述斜撑23设有两个，两个上述斜撑23的一端分别与两个相邻的上述浮箱组件1连接，另一端与位于两个上述浮箱组件1之间的上述节点浮箱22连接。
52.在本例中，浮箱组件1设有三个，通过横撑21相互连接形成三角形的稳定结构。相邻两个浮箱组件1之间的斜撑23、横撑21形成k型结构，在k型节点处设置圆柱形的节点浮箱22。
53.经过实验及计算分析可知，具有k型节点圆柱形浮箱的浮式基础，其raos(response amplitude operator)的结果优于没有k型节点圆柱形浮箱的浮式基础。
54.当然，浮箱组件1的数量可以根据需要的浮力基础来具体设置，同样，横撑21和斜撑23的数量也不做具体限制。例如，在一些可选的实施例中，相邻两个浮箱组件1之间，横撑21间隔设有两个，在两个横撑21之间设有多个斜撑23，形成k型节点或y型节点，在每个节点处设置一个节点浮箱22。
55.可选的，在两个上述浮箱组件1之间还设有连接杆24，连接杆24的两端分别连接在斜撑23与浮箱组件1连接的节点处。
56.设置连接杆24可以进一步稳固两个浮箱组件1的连接。
57.在本例中，连接杆24、斜撑23、横撑21和浮箱组件1之间均可以通过焊接的方式固定连接。
58.在一些可选的实施例中，上述浮箱组件1包括浮筒立柱11和阻尼箱12，上述斜撑23与上述浮筒立柱11的弧形侧壁连接；阻尼箱12连接在上述浮筒立柱11的底部，上述第一横撑21与上述阻尼箱12连接。
59.浮筒立柱11和阻尼箱12均为内部中空的结构，以提高浮力，在其中任一个浮筒立柱11上设置有用于安装风电塔筒的安装部。
60.在一些可选的实施例中，阻尼箱12的形状可以为圆台形、圆柱形等。
61.在本例中，上述阻尼箱12为圆柱形，且直径大于上述浮筒立柱11的直径。
62.由于阻尼箱12浸没在水体中，因此将阻尼箱12设置为直径大于浮筒立柱11的圆柱形，不仅可以使整个浮式基础的稳定性更好，同时增大湿表面面积，有效减少浮式基础遇到波浪时产生的上下垂荡。
63.可选的，在阻尼箱12中可布置压载机构来提高压载量和提升浮力。
64.本技术实施例的工作原理为：根据浮式基础整体需要的浮力、压载和承受的设定波浪力，确定浮箱组件1的数量和节点浮箱22的横截面积，调整节点浮箱22内的弹簧41的设定刚度，注入阻尼液后，将风电塔筒安装在任一浮筒立柱11的上，即可放入至目标作业海域。
65.本发明的一种具有节点浮箱的浮式基础，将斜撑通过节点浮箱与横撑连接，不仅增强了相邻两个浮箱组件的连接稳定性，且加强了斜撑与横撑连接节点处的结构强度；且通过在连接相邻两个浮箱组件之间的横撑上，设置用于提供浮力的节点浮箱，从而增加了浮式基础的垂向湿表面面积，通过增大垂直方向的面积对减少浮式基础的垂荡有益，延长系泊锚链、风机和电缆的使用寿命；节点浮箱还为在内部加装调谐质量阻尼器(tmd)提供了安装空间，通过在内部安装合适刚度的阻尼组件，可以让浮式基础具备减摇减振作用；通过圆形阻尼箱和k型节点浮箱联合的方法，可以有效提高浮式基础稳性，增加垂向湿表面积减少基础垂荡，进一步提高浮式基础的减摇减震效果。
66.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
67.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
68.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.一种具有节点浮箱的浮式基础，其特征在于，包括至少三个浮箱组件(1)，相邻两个所述浮箱组件(1)通过横撑(21)连接，所述横撑(21)中部设有用于提供浮力的节点浮箱(22)，斜撑(23)的一端与所述浮箱组件(1)连接，另一端与所述节点浮箱(22)连接。2.如权利要求1所述的具有节点浮箱的浮式基础，其特征在于，所述节点浮箱(22)为空心结构且为具有设定直径的圆柱体。3.如权利要求2所述的具有节点浮箱的浮式基础，其特征在于，根据确定所述节点浮箱(22)的设定直径，其中f为所述节点浮箱(22)承受的设定波浪力，c
m
为惯性力系数，c
d
为拖拽力系数，u为水质点垂直于所述节点浮箱(22)轴线的相对速度，为水质点垂直于所述节点浮箱(22)轴线的加速度，d为所述节点浮箱(22)的设定直径，ρ为海水密度。4.如权利要求2所述的具有节点浮箱的浮式基础，其特征在于，所述节点浮箱(22)内设有阻尼组件。5.如权利要求4所述的具有节点浮箱的浮式基础，其特征在于，所述阻尼组件包括压载质量块(3)，其通过具有设定刚度的弹簧(41)及阻尼器(42)设于所述节点浮箱(22)内。6.如权利要求4所述的具有节点浮箱的浮式基础，其特征在于，所述弹簧(41)及所述阻尼器(42)的伸缩方向与所述横撑(21)的轴线平行。7.如权利要求5所述的具有节点浮箱的浮式基础，其特征在于，所述节点浮箱(22)内还设有用于支撑所述压载质量块(3)的支撑件，用于使所述压载质量块(3)沿所述阻尼组件伸缩方向滑动。8.如权利要求1所述的具有节点浮箱的浮式基础，其特征在于，所述节点浮箱(22)位于所述横撑(21)的中点，所述斜撑(23)设有两个，两个所述斜撑(23)的一端分别与两个相邻的所述浮箱组件(1)连接，另一端与位于两个所述浮箱组件(1)之间的所述节点浮箱(22)连接。9.如权利要求1所述的具有节点浮箱的浮式基础，其特征在于，所述浮箱组件(1)包括：浮筒立柱(11)，所述斜撑(23)与所述浮筒立柱(11)的弧形侧壁连接；阻尼箱(12)，其连接于所述浮筒立柱(11)的底部，所述横撑(21)与所述阻尼箱(12)连接。10.如权利要求9所述的具有节点浮箱的浮式基础，其特征在于，所述阻尼箱(12)为圆柱形，且直径大于所述浮筒立柱(11)的直径。

技术总结

本发明公开了一种具有节点阻尼浮箱的浮式基础，涉及海上风电工程技术领域，该浮式基础包括至少三个浮箱组件，相邻两个上述浮箱组件通过横撑连接，上述横撑中部设有用于提供浮力的节点浮箱，斜撑的一端与上述浮箱组件连接，另一端与上述节点浮箱连接。将斜撑通过节点浮箱与横撑连接，不仅增强了相邻两个浮箱组件的连接稳定性，且加强了斜撑与横撑连接节点处的结构强度；且通过在连接相邻两个浮箱组件之间的横撑上，设置用于提供浮力的节点浮箱，从而增加了浮式基础的垂向湿表面面积，通过增大垂直方向的面积对减少浮式基础的垂荡有益，延长系泊锚链、风机和电缆的使用寿命。风机和电缆的使用寿命。风机和电缆的使用寿命。