本發(fā)明屬于海上風(fēng)力發(fā)電，具體的涉及一種海上風(fēng)力機(jī)及其四浮筒半潛式浮體平臺和低頻調(diào)諧液柱阻尼器。
背景技術(shù)：
1、能源短缺、空氣污染問題嚴(yán)峻的情況下，以風(fēng)能為代表的可再生能源開發(fā)提上日程。深海風(fēng)電前景廣闊，水深大于40米后，漂浮式風(fēng)力機(jī)取代固定式風(fēng)力機(jī)成為風(fēng)電主力軍。漂浮式平臺包括張力腿平臺(tlp)、半潛式平臺(semi-sub)、駁船式平臺(barge)、單柱式平臺(spar)。其中半潛式平臺因有很好的水深適應(yīng)性等優(yōu)勢，具有較強(qiáng)的應(yīng)用前景。
2、半潛式風(fēng)力機(jī)是由系泊系統(tǒng)錨定浮式平臺，并與高柔塔架固結(jié)搭載機(jī)艙及柔性葉片的剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)。其中，四浮筒半潛式浮體平臺因其優(yōu)越的耐波性能，在歐亞地區(qū)的風(fēng)電市場中具有很強(qiáng)的競爭力。由于浮體平臺受風(fēng)浪載荷會產(chǎn)生低頻橫搖與縱搖響應(yīng)，下部浮式基礎(chǔ)即使發(fā)生小幅度轉(zhuǎn)動，也會通過塔架傳遞至上部結(jié)構(gòu)，引起機(jī)艙位置處的大幅運(yùn)動，導(dǎo)致湍流風(fēng)場紊亂，引發(fā)強(qiáng)烈的風(fēng)浪耦合振動效應(yīng)，加劇整機(jī)疲勞損傷。
3、因此，采用先進(jìn)的控制技術(shù)來調(diào)節(jié)平臺的運(yùn)動，是提高海上風(fēng)電機(jī)組整體性能和穩(wěn)定性的關(guān)鍵措施?，F(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)調(diào)諧液柱阻尼器(tuned?liquid?column?damper，簡稱tlcd)多采用直線型管道，存在空間利用率低、頻率調(diào)節(jié)范圍窄的問題、安裝空間受限，難以適應(yīng)半潛式平臺低頻振動特性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，為了解決現(xiàn)有調(diào)諧液柱阻尼器存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種海上風(fēng)力機(jī)及其四浮筒半潛式浮體平臺和低頻調(diào)諧液柱阻尼器。
2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
3、一種低頻調(diào)諧液柱阻尼器，包括環(huán)形均布設(shè)置的三根水平調(diào)諧液柱，三根所述水平調(diào)諧液柱徑向向外的一端分別設(shè)有豎直調(diào)諧液柱；
4、所述水平調(diào)諧液柱包括水平蛇形管道，所述水平蛇形管道的兩端分別設(shè)有第一水平管段和第二水平管段；
5、所述豎直調(diào)諧液柱包括豎直蛇形管道，所述豎直蛇形管道的下端設(shè)有豎直管段；
6、所述水平調(diào)諧液柱和豎直調(diào)諧液柱之間通過相鄰的所述第一水平管段和豎直管段連接；
7、三根所述水平調(diào)諧液柱之間的三根相鄰的所述第二水平管段之間相連通；
8、所述第二水平管段內(nèi)設(shè)有阻尼閥，且所述水平調(diào)諧液柱和豎直調(diào)諧液柱內(nèi)填充有阻尼液體。
9、進(jìn)一步，所述阻尼液體為海水與乙二醇混合液，密度范圍為1150～1250kg/m3，冰點(diǎn)≤-30℃。
10、進(jìn)一步，所述水平蛇形管道和豎直蛇形管道的彎曲段曲率半徑與管徑比為2.5-3.0。
11、進(jìn)一步，所述阻尼閥開孔率可在0％至80％間連續(xù)調(diào)節(jié)，液柱阻尼比調(diào)控范圍為0.03-0.15。
12、進(jìn)一步，相鄰的所述第一水平管段和豎直管段之間通過夾角為90°的圓弧管道過渡連接。
13、本發(fā)明還提出了一種四浮筒半潛式浮體平臺，包括中心浮筒和三個(gè)外圍浮筒，三個(gè)所述外圍浮筒相對于所述中心浮筒的軸線環(huán)形均布設(shè)置；所述中心浮筒與三個(gè)所述外圍浮筒之間分別設(shè)有位于徑向方向的水平連接筒，所述水平連接筒連接所述中心浮筒與對應(yīng)的所述外圍浮筒；還包括如上所述的低頻調(diào)諧液柱阻尼器；
14、三根所述豎直調(diào)諧液柱分別設(shè)置在三個(gè)所述外圍浮筒內(nèi)；
15、三根所述水平調(diào)諧液柱分別設(shè)置在三根所述水平連接筒內(nèi)。
16、進(jìn)一步，所述第一水平管段和第二水平管段通過剛性支架固定于所述水平連接筒的管壁，所述剛性支架采用雙層防腐鋼板制成，所述雙層防腐鋼板表面包覆聚氨酯減震層；
17、所述豎直管段通過多向鉸接柔性連接件固定于所述外圍浮筒的艙室內(nèi)壁，所述多向鉸接柔性連接件允許所述豎直管段在±3°范圍內(nèi)多向擺動，適應(yīng)平臺動態(tài)變形。
18、進(jìn)一步，所述低頻調(diào)諧液柱阻尼器的總質(zhì)量占所述四浮筒半潛式浮體平臺的壓載水質(zhì)量的15％-20％。
19、進(jìn)一步，所述中心浮筒內(nèi)設(shè)有位于所述水平調(diào)諧液柱下方的中心基座，所述中心基座上設(shè)有用于支撐三根相鄰的所述第二水平管段的下支撐環(huán)，所述下支撐環(huán)的上方設(shè)有位于三根相鄰的所述第二水平管段上方的上支撐環(huán)；所述下支撐環(huán)和上支撐環(huán)與所述中心基座之間采用螺栓固定連接。
20、本發(fā)明還提出了一種海上風(fēng)力機(jī)，包括塔架、機(jī)艙和葉片，所述塔架的底部設(shè)有如上所述的四浮筒半潛式浮體平臺。
21、本發(fā)明的有益效果在于：
22、本發(fā)明的四浮筒半潛式浮體平臺，通過在中心浮筒、外圍浮筒和水平連接筒內(nèi)設(shè)置低頻調(diào)諧液柱阻尼器，并將阻尼器的三根豎直調(diào)諧液柱和三根水平調(diào)諧液柱構(gòu)成三叉星形布局的結(jié)構(gòu)形式，能夠優(yōu)化阻尼器結(jié)構(gòu)，均勻分散液柱慣性力，適應(yīng)浮體平臺多自由度運(yùn)動，降低局部應(yīng)力集中；阻尼器內(nèi)采用蛇形管道設(shè)計(jì)，通過蛇形管道的彎曲結(jié)構(gòu)延長液柱運(yùn)動路徑，增強(qiáng)低頻能量耗散效率，能夠提升頻率匹配精度；通過在第二水平管段內(nèi)設(shè)置阻尼閥，通過阻尼閥的動態(tài)開度調(diào)節(jié)以融入動態(tài)阻尼調(diào)節(jié)技術(shù)，實(shí)時(shí)優(yōu)化液柱阻尼特性，適應(yīng)復(fù)雜海況下的振動控制需求。
1.一種低頻調(diào)諧液柱阻尼器，其特征在于：包括環(huán)形均布設(shè)置的三根水平調(diào)諧液柱，三根所述水平調(diào)諧液柱徑向向外的一端分別設(shè)有豎直調(diào)諧液柱；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻調(diào)諧液柱阻尼器，其特征在于：所述阻尼液體為海水與乙二醇混合液，密度范圍為1150～1250kg/m3，冰點(diǎn)≤-30℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻調(diào)諧液柱阻尼器，其特征在于：所述水平蛇形管道和豎直蛇形管道的彎曲段曲率半徑與管徑比為2.5-3.0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻調(diào)諧液柱阻尼器，其特征在于：所述阻尼閥開孔率可在0％至80％間連續(xù)調(diào)節(jié)，液柱阻尼比調(diào)控范圍為0.03-0.15。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻調(diào)諧液柱阻尼器，其特征在于：相鄰的所述第一水平管段和豎直管段之間通過夾角為90°的圓弧管道過渡連接。
6.一種四浮筒半潛式浮體平臺，包括中心浮筒和三個(gè)外圍浮筒，三個(gè)所述外圍浮筒相對于所述中心浮筒的軸線環(huán)形均布設(shè)置；所述中心浮筒與三個(gè)所述外圍浮筒之間分別設(shè)有位于徑向方向的水平連接筒，所述水平連接筒連接所述中心浮筒與對應(yīng)的所述外圍浮筒；其特征在于：還包括如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的低頻調(diào)諧液柱阻尼器；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的四浮筒半潛式浮體平臺，其特征在于：所述第一水平管段和第二水平管段通過剛性支架固定于所述水平連接筒的管壁，所述剛性支架采用雙層防腐鋼板制成，所述雙層防腐鋼板表面包覆聚氨酯減震層；
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的四浮筒半潛式浮體平臺，其特征在于：所述低頻調(diào)諧液柱阻尼器的總質(zhì)量占所述四浮筒半潛式浮體平臺的壓載水質(zhì)量的15％-20％。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的四浮筒半潛式浮體平臺，其特征在于：所述中心浮筒內(nèi)設(shè)有位于所述水平調(diào)諧液柱下方的中心基座，所述中心基座上設(shè)有用于支撐三根相鄰的所述第二水平管段的下支撐環(huán)，所述下支撐環(huán)的上方設(shè)有位于三根相鄰的所述第二水平管段上方的上支撐環(huán)；所述下支撐環(huán)和上支撐環(huán)與所述中心基座之間采用螺栓固定連接。
10.一種海上風(fēng)力機(jī)，包括塔架、機(jī)艙和葉片，其特征在于：所述塔架的底部設(shè)有如權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的四浮筒半潛式浮體平臺。