權利要求書： 1.一種漂浮式風機基礎，其特征在于，包括：立柱套筒、支撐立柱、若干側立柱、可伸縮橫撐結構、管狀連接件和底部軟艙結構；

所述立柱套筒、支撐立柱和底部軟艙結構由上至下依次剛性連接；所述立柱套筒用于支撐風機塔架，所述的支撐立柱具有可在垂直方向伸縮的可伸縮結構；

所述側立柱對稱布置在所述支撐立柱周圍；

所述可伸縮橫撐結構連接于相鄰的兩個所述側立柱之間，能在水平方向上伸縮；

所述管狀連接件包括第一管狀連接件和第二管狀連接件；所述第一管狀連接件的兩端分別與所述側立柱上端和所述立柱套筒鉸接，所述第二管狀連接件的兩端分別與所述側立柱下端和所述底部軟艙結構鉸接，使得所述支撐立柱在所述垂直方向拉伸/壓縮時，所述可伸縮橫撐結構在所述水平方向上壓縮/拉伸。

2.如權利要求1所述的一種漂浮式風機基礎，其特征在于，所述立柱套筒和所述支撐立柱均為圓柱體，所述支撐立柱的直徑小于所述立柱套筒的直徑。

3.如權利要求1所述的一種漂浮式風機基礎，其特征在于，所述立柱套筒包括內部套筒和外部套筒，所述內部套筒和所述外部套筒之間設有多排聯(lián)動滾珠軸承，使所述內部套筒和所述外部套筒間能夠相互轉動；所述內部套筒與所述支撐立柱剛性連接。

4.如權利要求1所述的一種漂浮式風機基礎，其特征在于，所述支撐立柱包括內部立柱和外部立柱，所述內部立柱套設于所述外部立柱內，所述內部立柱和所述外部立柱之間設有多組液壓環(huán)向卡鉗，使所述內部立柱和所述外部立柱在豎直方向上能相對移動，實現(xiàn)所述支撐立柱的伸縮，并能使所述內部立柱和所述外部立柱在任意位置上鎖定。

5.如權利要求1所述的一種漂浮式風機基礎，其特征在于，其包含：至少三個所述側立柱。

6.如權利要求1所述的一種漂浮式風機基礎，其特征在于，所述的底部軟艙結構內部分隔為若干艙室，用于放置壓載物。

7.如權利要求1所述的一種漂浮式風機基礎，其特征在于，當所述管狀連接件與所述側立柱之間的夾角為90°時，所述支撐立柱的高度與所述側立柱的高度相同。

8.如權利要求1所述的一種漂浮式風機基礎，其特征在于，所述管狀連接件與所述側立柱能在90°-180°之間以任意角度懸停。

9.如權利要求1所述的一種漂浮式風機基礎，其特征在于，所述管狀連接件與所述立柱套筒、側立柱和底部軟艙結構之間均通過鉸接支座鉸接。

說明書： 一種漂浮式風機基礎技術領域[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)電設備技術領域，具體涉及一種可變立柱跨距SPAR型單點漂浮式風機基礎。

背景技術[0002] 近年來，在人類對可再生能源—風能的開發(fā)利用過程中，風機逐漸從陸上轉向近海，又逐步從近海走向深遠海。這個過程中，涌現(xiàn)了多種類型海上漂浮式風機基礎的形式，

這當中，以單立柱式(SPAR)、半潛式(Semi-Submersible)、張力腿式(TLP)以及船型(Barge)

四種類型的漂浮式風機基礎最為常見。

[0003] 目前，歐美國家在漂浮式風機基礎的研發(fā)能力和投入上都處于領先地位。其中，最具有代表性的幾類漂浮式風機基礎包括：

[0004] (1)挪威國家石油公司(Equinor)研發(fā)的Hywind(單立柱式基礎)，該基礎由一根直徑為14.4m的下浮體及直徑為7.5m的過渡段所構成，過渡段上部承載著塔筒和風機，整體結

構形式較為簡單；

[0005] (2)美國的PrinciplePower研發(fā)的WindFloat(半潛式基礎)，該基礎由三個直徑約10m的立柱構成，立柱間通過橫撐和斜撐進行連接和加強，立柱底部有六邊形的薄板結構

作為垂蕩板；

[0006] (3)法國的SBMOffshore研發(fā)的用于PGL海上風電場項目中的漂浮式基礎(張力腿式基礎)，其整體結構形式為桁架式，其中用于連接系泊系統(tǒng)的部分是三個圓形截面立柱，

立柱上安裝有錨鏈鎖緊裝置；

[0007] (4)法國IDEOL公司研發(fā)的DampingPool(船型風機基礎)，該漂浮式風機基礎由“回字形”的浮筒所構成，它采用了阻尼池技術來實現(xiàn)減搖功能。

[0008] 由于我國近海岸較淺水深(大部分處在30-50m左右)的限制，目前海上風電場所采用的基礎形式主要還是以單樁、導管架以及高樁承臺等固定式基礎為主。漂浮式基礎的應

用尚處于起步階段，其中相對處于領先地位的主要是三峽新能源及龍源電力等公司主推的

漂浮式樣機項目，但無一例外的是，這些公司所采用的基礎方案均為半潛式基礎結構形式。

[0009] 半潛式基礎的主要特點是其水線面面積較小，立柱間跨距較大，結構形式相對較為簡單，但是，體型龐大、建造成本高是其最主要缺點；另外，由于它的立柱跨距較大，當半

潛式基礎用于淺水環(huán)境時，當其運動較大時(主要為橫搖和縱搖)，則在立柱底部邊界處，極

容易發(fā)生觸底的事故，存在較大的安全隱患。

[0010] 立柱式基礎，由于其整體上主要為細長型結構，不存在諸如邊界觸底的問題；同時，其六自由度運動固有周期相對于半潛式基礎更大，對于同樣環(huán)境條件的海域而言，立柱

式基礎的運動性能更佳，對風機發(fā)電也更為有利；然而，對于常規(guī)的立柱式基礎結構，其浸

沒于水中的部分高度可達80-100m(如Hywind等)，顯然不太適用于我國大部分近海淺水深

海域。

[0011] 另外，對于漂浮式基礎而言，系泊系統(tǒng)的布置也是一大難題。對于半潛式基礎，可利用的系泊系統(tǒng)形式幾乎只能是常規(guī)懸鏈線式系泊，而對于立柱式基礎而言，其選擇余地

則相對較大，既可以采用懸鏈線式系泊，又能夠采用半張緊或完全張緊式的系泊系統(tǒng)形式，

系泊系統(tǒng)方案設計受限相對較小。這對于成本異常敏感的漂浮式風機而言，若能大幅度降

低系泊系統(tǒng)的成本占比，無疑更利于商業(yè)化推廣。

[0012] 綜上，為了能夠同時獲得立柱式和半潛式基礎優(yōu)良的穩(wěn)定性和運動性能以及適應性更為廣泛的系泊系統(tǒng)設計形式，且在一定程度上滿足從淺水深向中等乃至深水過渡的需

求，發(fā)明一款新型的漂浮式基礎將變得尤為重要。

發(fā)明內容[0013] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠適應從中等水深過渡至深水范圍內使用的新型立柱式風機基礎結構形式。

[0014] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種漂浮式風機基礎，包括：立柱套筒、支撐立柱、若干側立柱、可伸縮橫撐結構、管狀連接件和底部軟艙結構；

[0015] 所述立柱套筒、支撐立柱和底部軟艙結構由上至下依次剛性連接；所述立柱套筒用于支撐風機塔架，所述的支撐立柱具有可在垂直方向伸縮的可伸縮結構；

[0016] 所述側立柱對稱布置在所述支撐立柱周圍；[0017] 所述可伸縮橫撐結構連接于相鄰的兩個所述側立柱之間，能在水平方向上伸縮；[0018] 所述管狀連接件包括第一管狀連接件和第二管狀連接件；所述第一管狀連接件的兩端分別與所述側立柱上端和所述立柱套筒鉸接，所述第二管狀連接件的兩端分別與所述

側立柱下端和所述底部軟艙結構鉸接，使得所述支撐立柱在所述垂直方向拉伸/壓縮時，所

述可伸縮橫撐結構在所述水平方向上壓縮/拉伸。

[0019] 優(yōu)選地，所述立柱套筒和所述支撐立柱均為圓柱體，所述支撐立柱的直徑小于所述立柱套筒的直徑。

[0020] 優(yōu)選地，所述立柱套筒包括內部套筒和外部套筒，所述內部套筒和所述外部套筒之間設有多排聯(lián)動滾珠軸承，使所述內部套筒和所述外部套筒間能夠相互轉動；所述內部

套筒與所述支撐立柱剛性連接。

[0021] 優(yōu)選地，所述支撐立柱包括內部立柱和外部立柱，所述內部立柱套設于所述外部立柱內，所述內部立柱和所述外部立柱之間設有多組液壓環(huán)向卡鉗，使所述內部立柱和所

述外部立柱在豎直方向上能相對移動，實現(xiàn)所述支撐立柱的伸縮，并能使所述內部立柱和

所述外部立柱在任意位置上鎖定。

[0022] 優(yōu)選地，其包含：至少三個所述側立柱。[0023] 優(yōu)選地，所述的底部軟艙結構內部分隔為若干艙室，用于放置壓載物。[0024] 優(yōu)選地，當所述管狀連接件與所述側立柱之間的夾角為90°時，所述支撐立柱的高度與所述側立柱的高度相同。

[0025] 優(yōu)選地，所述管狀連接件與所述側立柱能在90°-180°之間以任意角度懸停。[0026] 優(yōu)選地，所述管狀連接件與所述立柱套筒、側立柱和底部軟艙結構之間均通過鉸接支座鉸接。

[0027] 本發(fā)明的有益效果：[0028] 本發(fā)明中的多立柱型SAPR基礎主要通過支撐立柱內外套筒間的伸縮功能，輔以側立柱端部的管狀連接件，實現(xiàn)側立柱間的可變跨距，使得該風機基礎能夠在不同風機載荷

工況下，調節(jié)其結構轉動方向(主要為橫搖和縱搖)的回轉半徑(轉動慣量)，來抑制過大的

基礎運動轉角，從而提高風機發(fā)電效率，降低度電成本(LCOE)。另外，本發(fā)明通過頂部大直

徑的立柱套筒的內外套筒間的轉動功能，在整體上實現(xiàn)了“單點”系泊系統(tǒng)的風向標功能，

在減少結構波浪載荷的同時，還能提高風輪對風及發(fā)電效率。

附圖說明[0029] 圖1為風機與本發(fā)明的基礎整體結構的連接狀態(tài)示意圖。[0030] 圖2為本發(fā)明的立柱套筒的結構示意圖。[0031] 圖3-1為本發(fā)明的系泊纜的位置俯視圖。[0032] 圖3-2為本發(fā)明的系泊纜的位置主視圖。[0033] 圖4為本發(fā)明的支撐立柱結構示意圖。[0034] 圖5為本發(fā)明的液壓環(huán)向卡鉗示意圖。[0035] 圖6為本發(fā)明的多立柱(包含支撐立柱和側立柱)結構示意圖。[0036] 圖7為本發(fā)明的側立柱跨距最大時的結構示意圖。[0037] 圖8為本發(fā)明的側立柱跨距最小時的結構示意圖。[0038] 圖9為本發(fā)明的側立柱鉸接結構示意圖。[0039] 1-立柱套筒，11-內部套筒，12-外部套筒，13-滾珠軸承，2-支撐立柱，21-內部立柱，22-外部立柱，23-液壓環(huán)向卡鉗，3-側立柱，4-管狀連接件，41-第一管狀連接件，42-第

二管狀連接件，43-鉸接支座，5-可伸縮橫撐結構，6-底部軟艙結構，7-系泊纜。

具體實施方式[0040] 下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術

人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

[0041] 在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描

述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定

的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅

用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

[0042] 在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可

以是機械連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連

通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

[0043] 如圖1所示，本發(fā)明提供了可變立柱跨距SPAR型單點漂浮式風機基礎，包括：立柱套筒1、支撐立柱2、若干側立柱3、管狀連接件4、可伸縮橫撐結構5和底部軟艙結構6。所述立

柱套筒1、支撐立柱2和底部軟艙結構6由上至下依次剛性連接，所述側立柱3對稱布置在所

述支撐立柱2周圍，所述管狀連接件4用于連接所述側立柱3與所述立柱套筒1和底部軟艙結

構6。所述管狀連接件4包括第一管狀連接件41和第二管狀連接件42；所述第一管狀連接件

41的兩端分別與所述側立柱3上端和所述立柱套筒1鉸接，所述第二管狀連接件42的兩端分

別與所述側立柱3下端和所述底部軟艙結構6鉸接，使得所述支撐立柱2在所述垂直方向拉

伸/壓縮時，所述可伸縮橫撐結構5在所述水平方向上壓縮/拉伸。

[0044] 如圖2所示，所述立柱套筒1為大直徑圓柱體結構，起到承載塔筒和風機重量的作用。所述立柱套筒1包括內部套筒11和外部套筒12，其中所述支撐立柱2與所述內部套筒11

剛性連接，風機塔筒與所述外部套筒12剛性連接。所述內部套筒11與所述外部套筒12之間

設有多排聯(lián)動滾珠軸承13，使所述內部套筒11和所述外部套筒12間能夠相互轉動，從而使

得該基礎結構在整體上具有類似單點系泊的功能(風向標效應)，即風機帶動外部套筒12實

現(xiàn)對風功能，而內部套筒11連同下部其他結構實現(xiàn)在艏搖方向(RZ方向)的限位功能。所述

內部套筒11同時用于連接分布式系泊纜。如圖3-1和圖3-2所示，在垂向上系泊纜懸掛在內

部套筒上，對內部套筒及其下部結構進行艏搖限位。

[0045] 如圖4所示，所述支撐立柱2為圓柱體，其直徑小于所述立柱套筒1的直徑。所述支撐立柱2具有可伸縮結構，實現(xiàn)中央支撐立柱的伸縮功能，提高有限范圍內的水深適應性。

所述支撐立柱2包括內部立柱21和外部立柱22。如圖5所示，所述內部立柱21和所述外部立

柱22之間設有多組液壓環(huán)向卡鉗23，使所述內部立柱21和所述外部立柱22在豎直方向上能

相對移動，實現(xiàn)所述支撐立柱2的伸縮，并能使所述內部立柱21和所述外部立柱22在任意位

置上鎖定。

[0046] 如圖6所示，所述側立柱3對稱布置在所述支撐立柱2周圍，所述側立柱3至少有三個；優(yōu)選地，所述側立柱3有四個。相鄰的兩個所述側立柱3之間通過所述可伸縮橫撐結構5

連接，起到對所述側立柱3的支撐和加強作用，所述可伸縮橫撐結構5能在水平方向上伸縮。

優(yōu)選地，所述可伸縮橫撐結構5設有兩排，其直徑小于所述側立柱3的直徑。

[0047] 如圖7和圖8所示，所述側立柱3上端和下端分別鉸接一管狀連接件4，鉸接于所述側立柱3上端的管狀連接件41與所述立柱套筒1鉸接；鉸接于所述側立柱3下端的管狀連接

件42與所述底部軟艙結構6鉸接。當所述側立柱3有四個時，所述管狀連接件4設有四組，每

兩根為一組。優(yōu)選地，所述管狀連接件4為鉸接圓管，其直徑小于所述側立柱3的直徑。鉸接

圓管嵌套與所述側立柱3內。如圖7所示，當所述管狀連接件4與所述側立柱3之間的夾角為

90°時，所述支撐立柱2的高度與所述側立柱3的高度相同。此時，所述側立柱3的跨距最大，

所述管狀連接件4為水平布置。所述側立柱3的跨距越大，結構的回轉半徑越大，在相同排水

量條件下，其在橫搖(RY方向)和縱搖(RX方向)方向的轉動慣量就越大，因而對于相同載荷

工況而言，其偏轉角度更小，有利于提高風機發(fā)電效率。如圖8所示，當所述管狀連接件4與

所述側立柱3之間的夾角為180°時，所述側立柱3的跨距最小，所述管狀連接件4為豎直布

置。如圖9所示，所述管狀連接件4與所述立柱套筒1、側立柱3和底部軟艙結構6之間均通過

鉸接支座43鉸接，通過該鉸接支座43，配合所述支撐立柱2的伸縮結構，使所述管狀連接件4

與所述側立柱3能在90°-180°之間以任意角度懸停，實現(xiàn)側立柱橫向跨距的增減功能，通過

側立柱間橫向跨距的增減功能，可以調整該結構在不同風機載荷工況下的穩(wěn)定性。

[0048] 實施例：[0049] 本發(fā)明中的風機基礎結構的頂部為直徑約20m左右的大直徑的立柱套筒，高度約15m左右，干舷為5m，相應的，其入水深度約為10m左右，風機及塔架重量約為900-1000t。支

撐立柱外部套筒高度約30m，其直徑約為8m，內部套筒直徑較外立柱相對較小，且與外立柱

的直徑差值保持在0.5m左右，其全部伸展后(側立柱跨距最小狀態(tài)時)的高度可達45m。四根

側立柱的橫截面直徑約為4m，其高度與中央支撐立柱外部套筒高度相同，其上等間距的布

置可伸縮橫撐結構(共兩排)，其截面為圓形，直徑約為1m，支撐立柱底部布置有高度約為

5m，直徑約20m的底部軟艙結構，其內部可分隔一定數量艙室，放置壓載物(液體壓載或固體

壓載等)。在側立柱端部起到使其與頂部大直徑的立柱套筒與底部軟艙結構相互連接的鉸

接圓管，其直徑為1～2m，這些鉸接圓管與側立柱、頂部大直徑的立柱套筒以及底部軟艙結

構都通過互相鉸接的型式進行嵌套連接，兩種極限狀態(tài)下(側立柱最大和最小跨距)，對應

的鉸接圓管為水平和豎直布置，通過支撐立柱內外部套筒間的液壓環(huán)向卡鉗結構的鎖定功

能，可以實現(xiàn)鉸接圓管在90°(水平)和180°(豎直)角度間的任意轉換，相應的實現(xiàn)水平跨距

的連續(xù)性變化。

[0050] 鉸接圓管在90°(水平)和180°(豎直)角度間變化時，該基礎所對應的浸沒于水中的結構高度在45～60m之間進行變化，因而該基礎結構可適用水深為大于等于45m，基本上

可以實現(xiàn)覆蓋過渡水深范圍及至中深水范圍的需求。

[0051] 綜上所述，本發(fā)明提供了一種可變立柱跨距SPAR型單點漂浮式風機基礎，側立柱與立柱套筒和底部軟艙結構間通過較小橫截面鉸接圓管進行連接，配合支撐立柱的內外立

柱間的伸縮和鎖定功能，可實現(xiàn)鉸接圓管從0°到90°之間任意角度的懸停狀態(tài)，進而實現(xiàn)風

機基礎能夠從淺水深向中等乃至深水過渡；并使得該風機基礎能夠在不同風機載荷工況

下，調節(jié)其結構轉動方向(主要為橫搖和縱搖)的回轉半徑(轉動慣量)，來抑制過大的基礎

運動轉角，從而提高風機發(fā)電效率，降低度電成本(LCOE)。通過頂部立柱套筒的內外筒間的

轉動功能，在整體上實現(xiàn)了“單點”系泊系統(tǒng)的風向標功能，在減少結構波浪載荷的同時，還

能提高風輪對風及發(fā)電效率。

[0052] 盡管本發(fā)明的內容已經通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的

多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來。