CN101918704B - 浮动式风力涡轮机系统 - Google Patents

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Abstract

一种具有塔结构的浮动式风力涡轮机系统,所述塔结构包括至少一个从塔结构延伸的稳定臂并利用便于深水安装的可转动的位置保持装置锚固到海床。通过与塔自身以及稳定臂成一体的浮力室提供用于风力涡轮机系统的可变的浮力。包括用于调节浮力的泵以辅助系统运输、安装、修复和拆除。风力涡轮机转子位于塔结构的顺风向以允许风力涡轮机在没有主动的偏航驱动系统的情况下跟随风向。支撑塔和稳定臂结构设计成以下面的方式借助浮力、重力和风力平衡系绳中的张力:使支撑塔的顶部顺风倾斜,以在支撑塔和转子叶片尖端之间提供较大的间隙。该较大的间隙方便使用铰接的转子毂来减少破坏结构的动态载荷。涡轮机的主要部件可以在海岸处组装并且运输到离岸的安装地点。

Description

浮动式风力涡轮机系统
[0001] 相关串请的交叉参考
[0002] 该申请要求享有2007年10月8日提交的美国临时申请No. 60/978,155的优先权,其公开内容通过引用包含于此。
[0003] 关于联邦政府资助的研究或开发的声明
[0004] 不可适用。本发明人是(美国)国家航空和航天局(NASA)的联邦雇员;然而,本发明是在本发明人的工作职责范围之外由本发明人设计并简化实现的。来自注明2007年9月20日日期的NASA知识产权法律顾问的备忘录阐述了 :“按照规范法典37,段落501. 7,NASA确定,本发明应属于联邦雇员发明人Larry. Viterna0 NASA不要求该发明中的任何权
利。”
技术领域
[0005] 本发明一般地涉及风力涡轮机系统,并且具体地涉及一种浮动式风力涡轮机系统。
背景技术
[0006] 风力涡轮机系统将运动的空气中的能量转化成其它有用形式的能量,通常为电能。现有技术的风力涡轮机系统通常包括风力发电机,所述风力发电机由转子叶片驱动并且可转动地安装在竖直的支撑塔的上端部上,以便转子随着风向改变而可以相对于塔转动,使得转子叶片维持与风垂直。在过去二十五年间,风力涡轮机系统已经成为世界上广泛使用的可靠系统。这些风力涡轮机系统的大多数安装在陆地上,其中为了稳定性,支撑塔的下端部延伸到地面中。
[0007] 在过去几年中,某些风力涡轮机系统已经安装在陆地的近水岸中以捕获较高的风速以及其它的优点。这些离岸的风力涡轮机使用与陆地上的那些类似的支撑塔和基底。当前的这种离岸技术限于大约25米的水深或更浅的水深。用于这些离岸地点的安装成本显著高于用于陆地上的安装成本,这是因为在水面上和水中作业时更加费力。
[0008] 当前正在开放的用于更深水下安装的概念主要从用于包括浮动平台的离岸油井的构造得来。因此,这些概念典型地需要用于使塔和涡轮机直立的大型起重机,因为沿着风的方向的较大的空气动力以及与来自涡轮机叶片的角动量的动力学相关联的力,这些概念对于风力涡轮机不是最优的。此外,风力和波浪力弓I起支撑塔和转子叶片的耦合运动,从而在风力涡轮机系统上产生更大的结构动态载荷、偏转和应力。因此,期望的是提供一种不但可适用于风力和波浪力而且容易安装在深水位置中的离岸的风力涡轮机系统。
发明内容
[0009] 本发明涉及一种浮动式风力涡轮机系统。
[0010] 本发明提出一种浮动式风力涡轮机系统,所述浮动式风力涡轮机系统包括能浮起的支撑塔,所述支撑塔具有纵向轴线和能潜入水中的端部。该系统还包括至少一个能浮起的稳定臂,所述至少一个能浮起的稳定臂从支撑塔延伸并且具有纵向轴线,所述纵向轴线与支撑塔纵向轴线成锐角。位置保持装置将支撑塔保持在期望的区域中。另外,该系统还包括安装在支撑塔上的风力发电机。
[0011] 本发明还提出,至少一个可变的浮力室设置在支撑塔或者稳定臂中。泵送系统设置成可操作以添加水到浮力室中或者从浮力室去除水,从而稳定浮动式风力涡轮机系统。本发明还提出,位置保持装置可以包括系绳和锚定点。
[0012] 本发明还提出一种用于放置上述系统的方法,所述方法包括:提供水运船舶和浮动式风力涡轮机系统,所述水运船舶具有摇架以将如上所述的浮动式风力涡轮机系统定位和保持在该船舶上。风力涡轮机系统放置在摇架上,并且将船舶移动到安装地点。在安装地点处,将位置保持装置放置在水中。然后,从摇架释放风力涡轮机系统,并调节位置保持装置以将系统保持在适当的位置中。最后,调节支撑塔和稳定臂的浮力以定位和稳定系统。
[0013] 当本领域的技术人员参照附图阅读以下优选实施例的详细说明时,本发明的多种目的和优点将变得清楚。
附图说明
[0014] 图I是根据本发明的浮动式风力涡轮机系统的实施例的透视图;
[0015] 图2是用于所示浮动式风力涡轮机系统的支撑塔沿着图I中的线2-2的截面图;
[0016] 图3是用于所示浮动式风力涡轮机系统的支撑塔沿着图I中的线3-3的截面图,示出了浮箱和泵送系统;
[0017] 图4是图I中所示的浮动式风力涡轮机系统的可替代的实施例的透视图,该浮动式风力涡轮机系统包括两个稳定臂;
[0018] 图5是图I中所示的浮动式风力涡轮机系统的另一个可替代的实施例的透视图,该浮动式风力涡轮机系统包括拉索柱和拉索;
[0019] 图6是图I中所示的浮动式风力涡轮机系统的又一个可替代的实施例的透视图,该浮动式风力涡轮机系统包括在转子叶片与转子毂之间的可枢转的连接;
[0020] 图7是图I中所示的浮动式风力涡轮机系统的又一个可替代的实施例的透视图,该浮动式风力涡轮机系统包括可替代的稳定臂;
[0021] 图8是图4中所示的浮动式风力涡轮机系统的实施例的透视图,该浮动式风力涡轮机系统在船上运输;
[0022] 图9是图4中所示的浮动式风力涡轮机系统的实施例的透视图,该浮动式风力涡轮机系统在离岸的地点处安装期间利用浮力管理。
具体实施方式
[0023] 在上述附图中示出并且以下详细地说明本发明的目前优选的实施例。要强调的是,此处包括的附图和说明是优选的实施例并且不应限制本发明或权利要求书。相反,本发明应覆盖在本发明的特征和范围内的所有修改、等同物和可替代方案。在说明本发明的优选实施例中,共同的或类似的特征由相同的附图标记指示,或者在没有附图标记的情况下基于附图或说明是明显的。附图不一定按比例绘制,并且可以为了清楚和简明的目的而按比例放大示出。在全文中使用的术语“本发明”、“发明”和变型所指的主题内容用于指示本发明的一个或多个可能的实施例,并且不应仅仅因为这样的引用就限制任何权利要求。
[0024] 现在参考附图,图I中示 出根据本发明的风力涡轮机系统10。风力涡轮机系统10包括风力涡轮机转子12,所述风力涡轮机转子12具有一个或多个附装到转子毂16的叶片
14。转子毂16附装到转动的低速驱动轴(未示出),该低速驱动轴布置在吊舱20内,其中驱动轴限定用于驱动轴和转子12 二者的转动轴线22。由18标出的虚线所示的转子转动平面由在叶片14附装到转子毂16的点处与转动轴线22正交的平面限定。叶片14和转子毂16可以预设定以在叶片和转子转动平面之间形成锥角Φ。如图I中所示,驱动轴和转子的转动轴线22与由箭头标记24示出的风向大体成直线。吊舱20容纳有传动系部件,例如,低速驱动轴、齿轮箱、发电机和各种各样的机械和电气设备(未不出)。低速驱动轴以传统的方式通过齿轮箱连接到发电机。因而,随着风力驱动转子12的转动,转动通过驱动轴和齿轮箱传递以使发电机内的电枢转动,由此发电。转子叶片14、转子毂16和吊舱部件形成风力涡轮机发电机26。关于吊舱20,转子12安装在壳体的顺风端部上,这与转子安装在壳体的逆风端部上的构造(未示出)不同。
[0025] 风力涡轮机发电机26安装在支撑塔30的没有潜入水中的一个端部上,并且形成限定在驱动轴和转子转动轴线22与支撑塔30的纵向轴线32之间的锐角α。如图2中最好地示出,在水面上方延伸的支撑塔30的上部分的横截面形状与机翼的形状类似,以减少塔上的气动阻力和流体动力阻力,而同时提供沿着风力载荷的方向的更强的强度。在优选的实施例中,在水面以下的支撑塔30的下部分具有椭圆形的横截面形状,如图3中所示。然而,本发明还可以在支撑塔的整个长度具有相同的横截面形状的情况下实施。
[0026] 支撑塔30包括至少一个浮力室34,如最好地参见在图3的截面图并且如图I中的虚像所示。浮力室34可以是布置在支撑塔30中的单独的浮箱,如图3中所示,或者浮力室34可以通过将横向舱壁(未示出)插入塔内而利用支撑塔的实际结构。附装到支撑塔30的壳体36承载泵送系统37,所述泵送系统37包括泵38,所述泵38具有入口 40和出口42。泵38通过马达44驱动,并且通过管道系统46以及第一流动控制阀48和第二流动控制阀50而分别连接到海端口 52和浮力室端口 54。没有示出控制单元,所述控制单元选择地致动泵并控制阀的设置。虽然泵送系统37示出为处在外部的壳体36中,但是应当理解,泵送系统还可以整个地布置在支撑塔30中(未示出)。
[0027] 为了将水添加到浮力室34,流动控制阀48和50如图3中所示设定。因此,在致动泵40时,水从海端口 52通过第一流动控制阀48流入泵38的入口 40。泵38迫使水通过出口 42到达第二流动控制阀50,所述第二流动控制阀50引导水经由浮力室端口 54流到浮力室34中。在图3中通过小实线箭头示出该进水路径的路线。为了从浮力室34去除水,反转流动控制阀48和50 (未示出),并且致动泵38,将水从浮力室34通过第二流动控制阀50抽吸到泵入口 40。继而迫使水从泵出口 42通过第一流动控制阀48流出海端口 52以减少浮力室34中容纳的水的量。在图3中通过小虚线箭头示出该排水路径的路线。还设想至IJ,流动控制阀48和50具有分别阻塞海端口 52和浮力室端口 54的第三设置(未示出)。流动控制阀48和50的使用避免需要可逆的泵和马达;然而,应当理解,水泵送进出浮力室34还可以通过除了图3中所示的系统以外的系统实现。
[0028] 成一体的能浮起的稳定臂60附装到支撑塔30,该稳定臂60与支撑塔纵向轴线32成锐角β。如图I中所示,稳定臂60从支撑塔30沿着顺风方向延伸。以下将解释该原因。在优选的实施例中,在稳定臂60与支撑塔纵向轴线32之间所形成的锐角β在10度至89度的范围内选择。另外,在优选的实施例中,锐角β小于在驱动轴和转子转动轴线22与纵向轴线32之间限定的锐角a。然而,应当理解,本发明还可以在锐角β大于或等于锐角α的情况下实施。另外,虽然稳定臂60在图I中示出为朝向支撑塔30的上端部延伸,但是应当理解,本发明还可以在稳定臂朝向支撑塔的潜入水中的下端部延伸或者从支撑塔垂直地延伸(未示出)的情况下实施。
[0029] 稳定臂还包括至少一个浮力室62,所述浮力室62可以通过与上述的一个泵送系统类似的泵送系统填充和放空,并且所述浮力室62容纳在壳体64中。虽然泵送系统壳体64在图I中示出为直接安装在稳定臂60上,但是本发明还设想到在稳定臂60内附装壳体(未示出)。还应当理解,虽然图I示出布置在支撑塔30内的第一浮力室34和布置在稳定臂60内的第二浮力室62,但是本发明还可以在仅一个浮力室的情况下实施。如果使用单个浮力室(未示出),该单个浮力室将优选地布置在支撑塔30内 ;然而,在某些条件下,能可替代地布置在稳定臂60内。另外,虽然图I中示出两个泵送系统36和64,但是本发明还可以在通过单个泵送系统(未示出)供给两个浮力室34和62的情况下实施,其中添加更多的阀以引导水在两个浮力室之间流动。
[0030] 在支撑塔30的与风力涡轮机发电机26相对且潜入水中的下端部上安装有可转动的系绳附装件70。系绳附装件70包括可转动的滑环(未示出),用于从发电机通过可潜入水中的电导体72传递电功率到功率载荷(未示出)。功率载荷可以位于水下或者位于陆地上。在后一种情况下,可潜入水中的电导体72从风力涡轮机系统横过海床延伸到海岸和负载。系绳74从系绳附装件70延伸到锚定点76,所述锚定点76在海平面78下方位于海床上。锚定点76和系绳74与系绳附装件70协同操作以将风力涡轮机系统10维持在海平面78上的适当的位置中。虽然本发明的优选的实施例使用系绳和锚定点,但是应当理解,本发明还可以在支撑塔附装有其它的位置保持装置的情况下实施,所述其它的位置保持装置可操作以将支撑塔保持在期望的区域内。这些位置保持装置还将允许支撑塔响应于变化的风的条件和/或变化的波浪的条件而运动。例如,支撑塔的潜入水中的端部可以安装在潜入水中的桩子的上端部上,所述桩子借助枢转和转动的连接器(未示出)而设定在海床中。
[0031] 风力涡轮机系统10设计成通过水的运动和在水面上的转动而响应于风速和风向的改变。与海床上的锚固地点处的枢转点有较大距离的顺风转子的系统构造允许风力涡轮机在没有主动的偏航驱动系统的情况下跟随风向。这消除了对主动的驱动系统和相关联的部件的需要,所述主动的驱动系统和相关联的部件通常包括在现有技术的风力涡轮机系统中以维持驱动轴和转子轴线与风向的对准。借助本发明,整个风力涡轮机系统10随着风向改变而自由地绕锚定点76枢转。因而,在转子叶片14和支撑塔30的侧面上的风压与可转动的系绳附装件70协作以使系统相对于锚定点76枢转。
[0032] 当风力涡轮机系统10暴露于较高的风力载荷时,转子叶片14趋向于顺风偏转。然而,因为转子叶片14安装在吊舱20的顺风端部上,并且因为安装角α导致支撑塔30远离转子叶片撤回,减少了叶片14和支撑塔30之间的干涉的风险。泵用于分别向支撑塔30和稳定臂60中的浮力室34和62添加水和从所述浮力室34和62减去水,以提供用于风力涡轮机系统10的可变的浮力。
[0033] 各个部件的具体长度(例如在海平面78上方和下方延伸的支撑塔30的部分,稳定臂60,系绳74)以及角α和β取决于系统中的部件的具体重量以及对于所选的放置位置由风和水所产生的期望的力。本发明设想到,工程分析和设计研究将确保在风力载荷和波浪载荷的任何组合下,所有力的校正平衡将防止风力涡轮机发电机26的任何敏感的部件没入水中或被破坏。
[0034] 参照图4,不出浮动式风力润轮机系统的另一个实施例80,该系统具有第一稳定臂82和第二稳定臂83。两个稳定臂82和83之间限定了稳定臂角Y。在优选的实施例中,稳定臂角Y在30度至150度的范围内选择。另外,第一稳定臂82与支撑塔纵向轴线32限定第一锐角β,而第二稳定臂83与支撑塔纵向轴线32限定第二锐角β ,。在优选的实施例中,第一锐角β和第二锐角相差较小的量,例如5度,以偏移转子12在支撑塔30上的转矩效应。然而,本发明还可以在第一锐角β和第二锐角β ,相等的情况下实施。虽然图4中示出两个稳定臂,但是应当理解,本发明还可以在多于两个的稳定臂(未示出)的情况下实施。在优选的实施例中,第一稳定臂82和第二稳定臂83中的至少一个将包括至少一个浮力室(未不出)。或者,第一稳定臂82和第二稳定臂83 二者都可以包括一个或多个浮力室。另外,如上所述,第一稳定臂82和第二稳定臂83可以都不包括浮力室。在操 作期间以及当风力涡轮机系统在水中运输到安装地点时,包括多个稳定臂会提供与叶片转动轴线垂直的额外的从一侧到另一侧的稳定性,即,竖直的系统稳定性。
[0035] 图5中示出本发明的又一个可替代的实施例90,其包括支撑塔30和稳定臂60的结构变型方案。额外的结构构件包括拉索柱92,所述拉索柱92具有附装到支撑塔30的第一端部并且从支撑塔30垂直地延伸。第一拉索94穿过拉索柱92的第二端部,该第一拉索94的端部固定在支撑塔30的各端部处或附近。另外,一对第二拉索96从拉索柱92的第二端部延伸到稳定臂82和83中的每个的外表面。在稳定臂82和83与支撑塔30的上部分和下部分之间分别附装有两对第三拉索98和100。最后,第四拉索102在稳定臂82和83的内表面之间延伸。图5中所示的拉索分配支撑塔30以及稳定臂82和83所受的力载荷。虽然图5中示出四种类型的拉索,但是应当理解,本发明可以在更多的或更少的拉索的情况下实施。另外,虽然拉索柱和拉索在具有两个稳定臂的风力涡轮机系统中示出,但是它们还可以添加到具有更多的或更少的稳定臂的系统,例如,图I中所示的具有单个稳定臂60的系统10。
[0036] 浮动式风力涡轮机将首先经历支撑塔的显著的运动。现有技术的风力涡轮机技术将在叶片中受到较大的循环弯曲应力,这是因为它们的刚性的毂或者仅仅能使叶片枢转几度的铰接的毂。本发明的构造中叶片与塔之间的大的间隙允许在转子毂处使用叶片的铰接。通过在风力发电机的叶片和驱动轴之间的枢转点提供铰接。大的叶片枢转角的能力减少了由风和波浪所诱导的叶片和支撑塔的耦合运动。现在参照图6,示出了具有转子毂12的风力涡轮机系统的又一个可替代的实施例110,所述转子毂12包括铰接以允许转子叶片14相对于转动平面18的充分枢转。转子叶片铰接通过使叶片运动与支撑塔30的运动脱离耦合而减少支撑结构上的循环载荷。传统的摇摆式的转子113通过引入叶片枢转轴114而用于转子叶片14,所述叶片枢转轴114允许叶片14在毂112处枢转通过叶片枢转角Θ。风剪切和/或阵风可以在风力涡轮机系统上施加不平衡的载荷,所述不平衡的载荷会驱动顺风的一个转子叶片14的尖端和相对的逆风的转子叶片上的尖端。在转子叶片14的毂112端处使用枢转点和用于较大的偏转Θ的几何结构容量将显著地减少结构上的这些不平衡的循环载荷,所述不平衡的循环载荷能降低风力涡轮机的可靠性。可以与本发明一起使用的铰接毂的其它形式分别包括可枢转的叶片和在吊舱20内的柔性的驱动轴。虽然图6中示出的风力涡轮机系统110包括单个稳定臂60,但是应当理解,本发明还设想将叶片枢转轴添加到上述的可替代的实施例80和90。
[0037] 图7中示出本发明的又一个可替代的实施例104,其包括稳定臂的结构变型。如上所述,在支撑塔30与单个稳定臂105之间形成锐角β ;然而,稳定臂朝向支撑塔30的潜入水中的端部延伸,并且终止于浮力室106中。在支撑塔30与单个稳定臂105之间布置有支撑支杆107以将稳定臂相对于支撑塔30维持在适当的位置中。虽然浮力室106示出为具有大致球形的形状,但是应当理解,本发明还可以在浮力室具有不同的形状(未示出)的情况下实施。另外,虽然图7中示出单个稳定臂105,但是本发明还可以在多个稳定臂(未示出)的情况下实施。此外,本发明设想,浮力室106可以设有用于改变浮力室的浮力的泵送系统(未不出)。 [0038] 总之,用于上述的涡轮机系统的浮力通过能浮起的支撑塔30和从支撑塔30的主轴线延伸出去的至少一个稳定臂60来提供。支撑塔30中以及稳定臂60中的一个或多个浮力室34和62提供额外的可变的浮力。稳定臂60使浮力中心和质量中心偏移离开支撑塔30的主轴线32。风力涡轮机26构造有顺风的转子12,其中转子叶片14定位在支撑塔结构的顺风方向上。支撑塔和稳定臂结构设计成以下面的方式来借助浮力、重力和风力平衡系绳中的张力:使支撑塔30的顶部顺风倾斜角α,以在支撑塔和转子叶片尖端之间提供较大的间隙。如附图中所示,非竖直的支撑塔30与水面78形成锐角,所述锐角大约等于在支撑塔与风力涡轮机转子12的转动轴线22之间形成的角α。支撑结构还成形为随着空气和水绕支撑塔30运动而减少在支撑塔30上的拖曳力。拉索柱和拉索的额外的系统元件增大了结构的结构强度。
[0039] 本发明设想,风力涡轮机与在近水平位置中的支撑塔的完全的或部分的组装可以在海岸上进行。或者,船或者驳船可以在组装期间用于支撑部件。在运输到离岸的安装地点期间,风力涡轮机可以在其自身的浮力下部分地浮动。用于改变风力涡轮机塔结构的浮力的泵送系统和相关联的浮力室帮助使风力涡轮机在安装地点处直立以及降下风力涡轮机以用于修复和拆除。
[0040] 如上所述,本发明还设想一种用于通过船或驳船运输风力涡轮机系统到离岸的安装地点的方法。现在参照图8,示出了船120,所述船120配备成将浮动式风力涡轮机系统80移动到水面78上的期望位置。船120运输风力涡轮机系统80的主要部件,包括叶片14、毂16、吊舱20、支撑塔30、稳定臂82和83以及系绳附装件70,同时允许这些部件在海岸上或者在水岸线处组装在一起。本发明还设想,利用代替图8中所示的船120的驳船(未示出)来运输风力涡轮机系统80。或者,如上所述,部件可以在将用于运输风力涡轮机系统到其设计位置处的船或驳船上组装。船120包括支撑风力涡轮机发电机26的摇架122,允许风力涡轮机系统80的下部分延伸到水中。因而,该方法在保持水敏性的部件固定在海面78上方的同时允许风力涡轮机系统80移动通过水。或者,风力涡轮机系统80可以完全地支撑在船或驳船(未示出)上的水平位置中,以用于运输到离岸的安装地点。在将风力涡轮机系统可替代地定位在船或驳船上的情况下,系统中没有一个部分会处在水中。
[0041] 参照图9,通过从系绳附装件70附装系绳74到锚定点76而将风力涡轮机系统80放置在安装地点处,所述锚定点76已经预定位在海床上。或者,锚定点76可以承载在船或驳船上,并且当风力涡轮机系统80仍然由摇架122承载时附装到风力涡轮机系统80。然后,风力涡轮机系统80和锚定点76将被同时安装。然后,在离岸的安装地点处从摇架122释放风力涡轮机发电机26。泵用于增加或减少浮力室34和62的容量,以便当系绳74的长度被调节以适当地定位在海面78上时允许风力涡轮机系统朝向其功能操作位置倾斜。随后,附装可潜入水中的电导体72。为了维护、修复或拆除风力涡轮机系统80,通过使用泵来减少浮力而导致支撑塔30朝向海面78倾斜,以能接近到容纳在吊舱20中的部件。虽然以具有两个稳定臂82和83的本发明的实施例80解释了该方法,但是应当理解,该方法可以与上述的其它实施例10、90和110 —起使用。
[0042] 从以上的说明和附图很清楚,风力涡轮机系统的设计减少了组装和安装时间,并减少了结构动态载荷,后者导致改进了可靠性。这些设计特征全都使得与先前设计的设计特征相比而言降低了所产生能量的成本。本发明包括以下特征:
[0043] •使完全地或部分地组装的风力涡轮机在没有海上的组装平台和起重机的情况下能够离岸安装;
[0044] •减少安装和维修时间及成本;
[0045] •可应用于超过25米深的深水安装;
[0046] •具有到海床的最少的铺定点;
[0047] •减少风驱动或波浪驱动的结构动态载荷;以及
[0048] •消除了对用于将风力涡轮机与风向对准的主动的偏航驱动系统的需要。
[0049] 根据专利法规的规定,已经在优选的实施例中解释和说明了本发明的操作的原理和模式。然而,必须理解,在没有脱离本发明的精神或范围的情况下,本发明可以在除了如具体地解释和说明的以外的情况下实施。

Claims (21)

1. 一种浮动式风力润轮机系统,包括: 能浮起的支撑塔,所述支撑塔具有纵向轴线和能潜入水中的端部; 从所述支撑塔延伸的至少一个能浮起的稳定臂; 附装到所述支撑塔的位置保持装置,所述位置保持装置能操作以将所述支撑塔保持在期望的区域中,而且还允许所述支撑塔响应于变化的风的条件和变化的波浪的条件中的至少一个而运动;和 安装在所述支撑塔上的风力涡轮机发电机,所述风力涡轮机发电机具有与所述支撑塔纵向轴线成锐角的纵向轴线。
2.根据权利要求I所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述稳定臂具有纵向轴线,并且所述稳定臂纵向轴线与所述支撑塔纵向轴线成一角度。
3.根据权利要求2所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,在所述支撑塔纵向轴线与所述风力涡轮机发电机纵向轴线之间的所述锐角是第一锐角,并且另外所述支撑塔纵向轴线和所述稳定臂纵向轴线所限定的所述角度是第二锐角,所述第二锐角在10度到89度范围内。
4.根据权利要求3所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述第二锐角小于所述第一锐角。
5.根据权利要求3所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述位置保持装置包括系绳和能转动的系绳附装件,所述系绳附装件安装在所述支撑塔的所述能潜入水中的端部上,所述系绳从所述系绳附装件延伸到锚装置,在所述系绳和锚装置将所述系统维持在适当的位置中时,所述系绳附装件允许所述支撑塔相对于所述系绳转动。
6.根据权利要求5所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述系统包括能潜入水中的电导体,用于将所述系统产生的电能传递到电力载荷。
7.根据权利要求4所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述系统包括多个所述稳定臂。
8.根据权利要求7所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述系统包括两个稳定臂,所述稳定臂之间限定形成稳定臂角,所述稳定臂角在30度至150度的范围内。
9.根据权利要求8所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述稳定臂中的一个具有第一纵向轴线,所述第一纵向轴线与所述支撑塔纵向轴线形成第一稳定臂锐角,并且所述稳定臂中的另一个具有第二纵向轴线,所述第二纵向轴线与所述支撑塔纵向轴线形成第二稳定臂锐角,所述第一稳定臂锐角大于所述第二稳定臂锐角以校正由风力发电机所产生的作用在所述支撑塔上的转矩效应。
10.根据权利要求5所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述支撑塔包括至少一个浮力室,所述至少一个浮力室能够提供用于所述支撑塔的可变的浮力。
11.根据权利要求10所述的浮动式风力涡轮机系统,还包括连接到所述浮力室的泵和相关联的阀,所述泵操作并与所述阀协作,以执行添加水到所述支撑塔内的所述浮力室中和从所述浮力室减去水两个操作中的一个,以便为所述支撑塔提供所述可变的浮力。
12.根据权利要求11所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述至少一个稳定臂还包括至少一个浮力室。
13.根据权利要求12所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述泵和相关联的阀还连接到所述稳定臂中的所述浮力室,所述泵还能操作并与所述阀协作,以执行添加水到所述稳定臂内的所述浮力室中和从所述浮力室减去水两个操作中的一个,以便为所述稳定臂提供可变的浮力量。
14.根据权利要求11所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述风力涡轮机发电机包括转子,所述转子具有至少一个叶片、一转子毂和一发电机,所述发电机布置在吊舱内,所述吊舱安装在所述支撑塔的与所述能潜入水中的支撑塔端部相对的端部上。
15.根据权利要求14所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述风力涡轮机转子包括多个叶片,所述多个叶片与垂直于所述转子转动轴线的叶片转子平面限定转动轴线和锥角二者,并且所述叶片可枢转地安装在所述转子毂上,所述叶片从所述锥角枢转小于20度,以减少由风力和波浪力所诱导的所述支撑塔的运动和所述叶片转子平面的耦合运动。
16.根据权利要求5所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述系绳附装件包括滑环,所述滑环用于当所述风力涡轮机系统相对于所述系绳转动时从发电机传递电功率到所述能潜入水中的电导体。
17.根据权利要求5所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述支撑塔具有在水面上方延伸的上部分,并且所述支撑塔的上部分具有机翼的横截面形状。
18.根据权利要求5所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述支撑塔包括与所述支撑塔纵向轴线基本垂直地附装的拉索柱,所述拉索柱有第一拉索、第二拉索、第三拉索和第四拉索中的至少一个,所述第一拉索在所述拉索柱和所述支撑塔的每个端部之间连接,所述第二拉索在所述拉索柱和所述稳定臂的外部之间连接,成对的所述第三拉索连接在所述稳定臂与所述支撑塔的上部分和下部分之间,所述第四拉索在所述稳定臂的内表面之间延伸。
19.根据权利要求2所述的浮动式风力涡轮机系统,其中,所述稳定臂从所述支撑塔垂直地延伸。
20. 一种用于放置浮动式风力涡轮机系统的方法,所述方法包括以下步骤: (a)提供水运船舶和浮动式风力涡轮机系统二者,所述水运船舶具有摇架以将浮动式风力涡轮机系统定位和保持在所述船舶上,所述浮动式风力涡轮机系统包括: 能浮起的支撑塔,所述支撑塔具有纵向轴线和能潜入水中的端部, 从所述支撑塔延伸的至少一个能浮起的稳定臂, 附装到所述支撑塔的位置保持装置,所述位置保持装置能操作以将所述支撑塔保持在期望的区域中,而且还允许所述支撑塔响应于变化的风的条件和变化的波浪的条件中的至少一个而运动,和 安装在所述支撑塔上的风力涡轮机发电机,所述风力涡轮机发电机具有纵向轴线,所述纵向轴线与所述支撑塔纵向轴线成锐角; (b)在所述摇架上放置具有支撑塔的所述浮动式风力涡轮机系统; (C)使所述船舶和风力涡轮机系统运动到安装地点; (d)在水中放置所述位置保持装置; (e)从所述摇架释放所述风力涡轮机系统; (f)调节所述位置保持装置以将所述系统保持在适当的位置中;以及 (g)调节所述支撑塔和稳定臂的浮力以定位和稳定所述系统。
21.根据权利要求20所述的方法,其中,在步骤(a)中提供的所述水运船舶是船和驳船中的一个,并且在步骤(b)中,当所述风力涡轮机放置在所述摇架上时所述支撑塔的能潜入水中的端部延伸到水中。
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