一种用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116006410A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310095285.0(22)申请日2023.02.10(71)申请人上海理工大学地址200093上海市杨浦区军工路516号(72)发明人黄浩达岳敏楠刘青松张强缪维跑李春俞洪静唐宏铭(74)专利代理机构上海邦德专利代理事务所(普通合伙)31312专利代理师梁剑(51)Int.Cl.F03D13/25(2016.01)权利要求书1页说明书4页附图6页(54)发明名称一种用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板(57)摘要本发明提供一种用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板，属于海上风机技术领域，包括机舱、设于机舱一端端部的轮毂，等间距设于轮毂外周的风力机叶片，机舱底部固定有用于支撑的塔架，塔架底端端部固定有单柱式平台，单柱式平台外周设有垂荡板和3条系泊线，系泊线用于固定平台和海床，垂荡板底面设有分支分形结构，分支分形结构仿生于亚马逊王莲底部叶脉分支分形结构，包括多个相互交错的主脉和支肋，多个相互交错的主脉和支肋形成有多个向内凹设的空腔，本发明将仿生的分形结构应用在单柱式海上漂浮式风力机附加垂荡板中，可有效应对我国复杂海况下非线性动态响应，从而对漂浮式风力机系统健康运行及寿命延长起到促进作用。CN116006410ACN116006410A权利要求书1/1页1.一种用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板，其特征在于，包括机舱、设于机舱一端端部的轮毂，等间距设于轮毂外周的风力机叶片，所述机舱底部固定有用于支撑的塔架，所述塔架底端端部固定有单柱式平台，所述单柱式平台外周设有垂荡板，所述垂荡板底面设有分支分形结构；所述分支分形结构包括多个相互交错的主脉和支肋，多个相互交错的主脉和支肋形成有多个向内凹设的空腔。2.根据权利要求1所述的用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板，其特征在于，所述垂荡板设于所述单柱式平台的顶部。3.根据权利要求2所述的用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板，其特征在于，所述垂荡板靠近海平面设置。4.根据权利要求1所述的用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板，其特征在于，通过增加主脉和支肋的分级应对深海复杂环境线不同量级的极端载荷。5.根据权利要求4所述的用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板，其特征在于，所述垂荡板通过增加主脉和支肋的分级分为三层分形垂荡板、四层分形垂荡板和五层分形垂荡板。6.根据权利要求1所述的用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板，其特征在于，所述单柱式平台外周设有多条系泊线，多条所述系泊线固定所述单柱式平台和海床。7.根据权利要求6所述的用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板，其特征在于，所述系泊线的数量为三条，三条所述系泊线的一端端部等间距且同水平方向高度固定于所述单柱式平台的外周。8.根据权利要求6所述的用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板，其特征在于，所述垂荡板的厚度为1m，所述空腔的深度为0.5m。2CN116006410A说明书1/4页一种用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板技术领域[0001]本发明属于海上风机技术领域，尤其涉及一种用于单柱式海上漂浮式风力机的仿生分形垂荡板。背景技术[0002]传统化石能源日趋枯竭，风能因其具有资源丰富、绿色清洁和可再生性等特点而被广泛利用。据统计，截至2022年初，全球累计风电装机总容量为837GW，呈现稳步增长态势。目前风电场分布以陆上与浅海为主，然而由于土地占用、风轮噪声及风向不稳定等因素，向拥有更稳定且可持续风能的深海发展风电场已成为必然趋势。鉴于固定式基础风力机仅适用于50米以内水深，在深海宜采用漂浮式平台。[0003]目前漂浮式平台主要分为四类：半潜式平台、张力腿式平台、驳船式平台以及立柱式(Spar)平台，如图1所示。其中单柱式(Spar)平台作为有效的海上风力机支撑结构，其低重心与高灵活性使风电系统具有极好的稳定性与水动力特性。如图2所示为Spar平台搭载NREL‑5MW风力机的整机系统在风波激励条件下的动态响应示意图，其独特的立管结构决定Spar平台受波浪激励而产生大幅垂荡运动，造成系泊线疲劳甚至断裂，直接影响平台的安全性。鉴于Spar平台尺寸跨度过大，如何对Spar平台进行局部结构优化设计已成为当前漂浮式平台增稳研究的热点问题。[0004]垂荡板可有效增加水动力阻尼与系统附加质量，进而大幅降低Spar平台6自由度运动响应。图3给出在Spar平台不同位置安装垂荡板的具体实施方案，依次为顶部、中部、底部。图4为在不同位置安装垂荡板的Spar平台与原始Spar平台的垂荡响应幅值对比及其标准差。由图4可知，原始Spar平台的振幅约为2.01m，底部垂