CN105114262B - 一种抗台风的风力电站 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗台风的风力电站通过自动控制叶片在不同风速时实现不同的对风角，在遇到台风时控制叶片旋转至水平，以最小的迎风面抵抗台风，利用停止叶片的转动，再通过叶片锁固锁水平叶片，进一步加强本风力电站的抗风性能；还通过设置漂浮平台来实现沉降，有效地避开海浪造成的湍流冲击，进一部加强本风力电站的稳定性；在系统出现故障导致漂浮平台无法预期沉降时，还可以启动备用自沉保护；本抗台风的风力电站结构简单，操作方便，便于安装和施工，后续维护简便，具有较强的抗台风性能，适用范围广，能在不适宜竖立固定塔架的海域建立使用。

Description

一种抗台风的风力电站
技术领域
本发明涉及一种风力电站，尤其涉及的是一种抗台风的风力电站。
背景技术
目前设置在海上的风力发电机分为固定式和漂浮式两种，是以海域不同而安装，固定式安装在浅水海域，相同于陆地上的打桩固定方式。漂浮式安装在海洋较深的海域，其方法是将风力发电机坚立在浮台上，用锚固定在海床上，再用缆绳把浮台和锚连系起来。由于近海的深水水域面积远大于浅海面积，漂浮式风力发电机的应用也将大于固定式风力发电机。
漂浮式近海风机，是将主机，叶片安装在一个漂浮平台上，在近海上实施漂浮形式作业的风机，其风机塔架不能固定在海床上，稳定性很差，特别是在一些海域，每年都有台风的影响，在这种环境下发展风电，如何实现对漂浮平台，主机，叶片的保护，是推行近海风电必须解决的主要问题。海上台风的破坏力极大，是海上风力发电设备的首要防范问题，但是，目前还没有专门应用于海上风力发电设备抵御台风的技术。而据报道目前有一种漂浮式近海风能试验机，但主要都是直接将陆上风电的现有技术转移到海上应用，如传统圆柱形塔架，叶片前置对风，不但技术陈旧，不适合海上操作，而且造价很高。
目前还没有专门针对可抗台风的近海风电技术出现，也是这一原因，直接影响到近海域海上风机的广泛应用。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗台风的风力电站，旨在解决目前没有专门用于抗台风的海上风力发电设备，现有的海上风力发电设备直接移植陆上风电设备技术，不适合海上操作，造价高的问题。
本发明的技术方案如下：
一种抗台风的风力电站，其中，包括支撑和稳定整个风力电站的漂浮平台、设置有叶片的主机、用于把主机支撑在漂浮平台上的支撑机构和用于控制主机和叶片在不同风速时转动至不同迎风面迎风的转向机构；
所述支撑机构包括设置在漂浮平台上的塔架座、设置在塔架座顶部的斜塔体、设置在斜塔体上部的U型槽和用于支撑经转向后呈水平状态的叶片的支撑架，所述支撑架设置在U型槽上，所述斜塔体的剖面结构为翼型流线体，呈后掠状斜置在塔架座顶端；所述主机设置在U型槽内，并在转向机构的带动下在U型槽内转动；支撑架的端部设置有锁定台风时已调整至水平状态的叶片的叶片锁；所述塔架座内设置有锁定和解锁转动的。
所述的抗台风的风力电站，其中，所述漂浮平台包括采用钢管结构的桁架和固接在桁架底部的浮筒，所述浮筒连接缆绳，缆绳连接沉锚将漂浮平台水平定位在海上。
所述的抗台风的风力电站，其中，所述浮筒内设置有通过进排水实现漂浮平台沉降或上浮到距离海平面预定深度的进排水泵，进排水泵与进排水阀连接。
所述的抗台风的风力电站，其中，所述浮筒上设置有实现进水自沉保护的备用舱底门，所述备用舱底门与动力装置连接。
所述的抗台风的风力电站，其中，所述桁架上设置有轴承座，轴承座内设置有平面轴承，塔架座由平面轴承支撑，塔架座与轴承座之间的间隙设置有防止海水进入轴承座内的密封圈；所述塔架座内设置有制动塔架座不能相对于漂浮平台转动的制动装置。
所述的抗台风的风力电站，其中，所述主机包括机舱和设置在机舱上的整流罩，所述U型槽的两侧面上设置有安装主机的转轴通孔，机舱通过花键转轴穿过U型槽上的转轴通孔安装在U型槽内，整流罩上安装有叶片，所述机舱内设置有将风能转化成电能的发电机和与发电机连接的电缆，所述机舱与驱动机舱和叶片在不同风速时转动至不同迎风面迎风的的动力装置连接。
所述的抗台风的风力电站，其中，所述转向机构包括套在花键转轴上的转向齿轮和与转向齿轮啮合的小齿轮，所述机舱通过小齿轮与动力装置连接；所述转向齿轮与控制转向齿轮锁定和解锁的转向连接。
所述的抗台风的风力电站，其中，所述抗台风的风力电站还包括增强斜塔体左右方向抗折性的拉索机构，所述拉索机构包括长拉索、外拉索、设置在塔架座上的拉索电机和设置在漂浮平台上的拉索桩，所述长拉索一端连接至设置在U型槽上的拉索环，另一端与拉索电机连接，外拉索的一端与拉索桩连接，另一端设置有在需要拉紧拉索时与长拉索连接的拉索钩。
所述的抗台风的风力电站，其中，所述叶片锁包括设置在支撑架的端部的锁座、设置在锁座上的锁轴和设置在锁轴上的锁钩，所述锁钩包括U型框、设置在U型框一端部的第一折钩和设置在U型框另一端部的第二折钩，所述第一折钩和第二折钩互相平行当延伸方向相反，所述叶片锁与驱动带动锁轴转动实现对叶片锁紧的叶片锁电机连接。
所述的抗台风的风力电站，其中，所述塔架座内设置有带动叶片在无风或风力微弱时自动转动寻找方向的方向电机，所述方向电机与塔架座连接。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种抗台风的风力电站，通过自动控制叶片在不同风速时实现不同的对风角，在遇到台风时控制叶片旋转将至水平，以小的迎风面抵抗台风，再利用主机内的停止叶片的转动，最后通过叶片锁固锁水平叶片，进一步加强本风力电站的抗风性能；还通过设置漂浮平台来实现沉降，有效地避开海浪造成的湍流冲击，进一部加强本风力电站的稳定性；在系统出现故障导致漂浮平台无法预期沉降时，还可以启动备用自沉保护；本抗台风的风力电站结构简单，操作方便，便于安装和施工，后续维护简便，具有较强的抗台风性能，适用范围广，能在不适宜竖立固定塔架的海域建立使用。
附图说明
图1是本发明中抗台风的风力电站的结构示意图。
图2是本发明中抗台风的风力电站在正常风力下的工作状态图。
图3是本发明中抗台风的风力电站在风力较大时的工作状态图。
图4是本发明中抗台风的风力电站在台风时的工作状态图。
图5是本发明中叶片锁锁住叶片的结构示意图。
图6是本发明中叶片锁的结构示意图。
图7是本发明中转向机构的结构示意图。
图8是本发明中多台抗台风的风力电站组合设置在大型漂浮平台的结构示意图。
附图标记说明
漂浮平台100、桁架110、平面轴承111、密封圈112、浮筒120、缆绳130、塔架座210、方向电机211、转向制动器212、斜塔体220、U形槽230、支撑架240、叶片锁250、锁座251、锁轴252、锁钩253、机舱310、花键转轴311、整流罩320、叶片330、转向齿轮410、小齿轮420、长拉索510、外拉索520、拉索钩521、拉索电机530、拉索桩540。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
如图1-8所示，本抗台风的风力电站包括漂浮平台100、设置有叶片330的主机、支撑机构、叶片转向机构和拉索机构，所述漂浮平台100用于支撑和稳定整个风力电站，主机用于以叶片330面对风向获取风能后再转化为电能，支撑机构用于把主机支撑在漂浮平台100上，叶片转向机构用于在风速过大时控制主机的叶片330倾转以减少迎风面积，拉索机构用于增强支撑机构的抗折性。
所述漂浮平台100包括采用钢管结构的桁架110和固接在桁架110底部的浮筒120，所述浮筒120连接缆绳130，缆绳130连接沉锚，通过用沉锚和缆绳130将漂浮平台100水平定位在海上。
所述桁架110可以采用多种结构的钢管组合而成。本实施例中，为了加强桁架110的牢固性，所述桁架110采用十字结构或三角形结构的钢管互相连接组合而成。
所述漂浮平台100上设置有将风能后再转化为电能的风力发电机，本技术方案中，可以在漂浮平台100上单独设置一台风力发电机，也可以以多台风力发电机组合式地设置在一个大型漂浮平台100上，目的是加强漂浮平台100的稳定性，风力发电机以三角阵列形状或多样形阵列形状组成。
为了便于控制缆绳130的收放，所述浮筒130上设置有绞车，所述绞车与缆绳130连接，绞车与动力装置连接，通过绞车自动控制缆绳130的收放。
所述支撑机构包括设置在桁架110上的塔架座210、设置在塔架座210顶部的斜塔体220、设置在斜塔体220上部的U型槽230和设置在U型槽230上的支撑架240，所述U型槽230的两侧面上设置有安装主机的转轴通孔，支撑架240的端部设置有叶片锁250；所述塔架座210是整个支撑机构的基础，桁架110上设置有轴承座，轴承座内设置有平面轴承111，塔架座210由平面轴承111支撑，塔架座210与轴承座之间的间隙设置有密封圈112，防止海水进入轴承座内，损坏平面轴承111；所述塔架座210内设置有锁定塔架转向用的制动器；所述斜塔体220的剖面结构为翼型流线体，呈后掠状斜置在塔架座210顶端，所述斜塔体220包括以双塔体结构形式并立在塔架座210上。
所述支撑架240用于固定水平状的叶片330；如图5-6所示，所述叶片锁250设置在支撑架240的端部包括锁座251、设置在锁座251上的锁轴252和设置在锁轴252上的锁钩253，所述锁钩253包括U型框、设置在U型框一端部的第一折钩和设置在U型框另一端部的第二折钩，所述第一折钩和第二折钩互相平行当延伸方向相反，所述叶片锁250与叶片锁电机连接，由叶片锁电机驱动带动锁轴252转动，使锁钩253对叶片进行锁紧。
所述主机包括机舱310和设置在机舱310上的整流罩320，所述机舱310通过花键转轴311穿过U型槽230上的转轴通孔安装在U型槽230内，整流罩320上安装有叶片330，以下风式后置布局迎风，所述机舱310内设置有将风能转化成电能的发电机和与发电机连接的电缆，所述机舱310內配有制动装置，用于针对叶片330的停转刹车，其制动力來源液压马达，电机等。
如图7所示，所述叶片转向机构包括套在花键转轴311上的转向齿轮410和与转向齿轮410啮合的小齿轮420，所述机舱310通过小齿轮420与动力装置连接，由动力装置驱动机舱310和叶片330转动；所述转向制动噐212内圆配装在转向齿轮410外圆周围，由液压控制转向齿轮410松紧，转动时放松转向制动噐212，当转动方向确定后，由转向制动噐212将叶片330的倾转角定位。
所述斜塔体220呈后掠状斜置在塔架座210顶端，顺风向倾斜对风，后掠式的翼形斜塔体220和下风式后置布局的叶片330，在风力作用下形成风舵效应，使塔架座210、斜塔体220和主机能自行对风，当塔架座210与漂浮平台100制动时(塔架座210内设置有制动装置)风向可带动漂浮平台100在水面上自由转动；塔架座210不制动时，斜塔体220带塔架座210可随风在漂浮平台100上独自转动。
所述塔架座210内设置有方向电机211，所述方向电机211与塔架座210连接：当无风或只有微弱风力的时候，可开启动方向电机211，带动塔架座210、斜塔体220相对于漂浮平台100转动寻找方向便于维修和安装。
所述拉索机构包括长拉索510、外拉索520、设置在塔架座210上的拉索电机530和设置在桁架110上的拉索桩540，所述长拉索510一端连接至设置在U型槽230上的拉锁环，另一端与拉索电机530连接，外拉索520的一端与拉索桩540连接，另一端设置有拉索钩521：正常风力状态下，由拉索电机530收紧长拉索510垂直于斜塔体220后避风，跟随塔架座210同时转动；当需要张紧拉索时，塔架座210制动锁定漂浮平台100，停止相对于漂浮平台100自由旋转，长拉索510由拉索电机530放长至与外拉索520上的拉索钩521连接，然后启动拉索电机530回收长拉索510；所述翼形斜塔体220结构前后方向有很强抗折性，左右方向抗折性较低，为解决这一问题，在斜塔体220左右两侧设置拉索系统，在抗强风大浪时，长拉索510在拉索电机530带动下与外拉索520对接张紧增加斜塔体220两侧的强度，应对左右方向的冲击力。
如图2-4所示，本抗台风的风力电站的运作过程如下：在正常风力的情况下，风从斜塔体220的前方吹来，经过水平的支撑架240和后掠的斜塔体220，再吹向叶片330，斜塔体220顺风后掠状斜置在塔架座210顶端，塔架座210、斜塔体220连同主机、叶片330随风相对于漂浮平台100转动，当塔架座210制动后，塔架座210、斜塔体220和主机、叶片330随风转动的同时可带动漂浮平台100跟随转动；
所述叶片转向机构，是在风速过大的情况下，将正常旋转的叶片330和机舱310调整至迎风向前倾转，减少风力影响，其具体操作是：动力装置启动带叶片动转向机构的小齿轮420，转动转向齿轮410，将U型槽230中的机舱310连同叶片330向前偏转以降低动力载荷。
如图4-5所示，所述叶片转向机构，在风速继续增强时，持续转动叶片330呈水平状，进一步减少迎风面积，使强风对其影响降至最低，叶片330水平调整后，经主机上的刹车制动，再由支撑架240上的叶片锁250帮助锁定叶片330，使叶片330加强牢固性，增加对强风的抵御力。
所述在海上强风环境中，不可避免地出现大浪，特别是海上台风袭击时伴有破坏力更大的狂浪，水的密度远大于空气，浪涛对紧贴海面的漂浮平台100破坏力极大，对于这种恶劣环境，最有效的方法是沉降到深水区避开浪涛湍流层影响。
如图4所示，所述浮筒120内设置有进排水泵，进排水泵与进排水阀连接：正常海况下，漂浮平台100上浮紧贴海面工作；当出现大浪时，通过打开进排水阀和进排水泵，使得浮筒120进水压舱降低浮力，然后启动绞车收缆绳130，将漂浮平台100沉降到预定深度后，启动进排水泵排水恢复浮力使缆绳130张紧，增强漂浮平台100在水中稳定性。
为了防止在大浪时，如系统出现故障导致漂浮平台100无法预期沉降进行保护时损坏风力电站，本抗台风的风力电站还包括可施行备用的整体应急自沉保护方案：
所述应急自沉保护方案，浮筒120设置有备用舱底门，备用舱底门与动力装置连接，需沉降时，开启浮筒120的备用舱底门进水自沉，避免产生严重事故，待台风过后再将漂浮平台100排水上浮进行清理维修后再次使用。
所述漂浮平台100沉降的深度以叶片330不受浪高影响为限，即以水平叶片330(此时叶片330已在转向装置带动下旋转至水平状态)尽可能接近浪尖的距离来定位，或在海床深度充许的范围内，使漂浮平台100沉降的深度尽可能远离海面，风力恢复正常后，浮筒120排水松缆绳130，使漂浮平台100上浮，转向装置的带动叶片330恢复垂直状态正常对风工作。
如图8所示，本发明中，所述风力电站可以采用各种结构形式，可以单独一台和多台组合的形式设置于一个大型漂浮平台100上，大型的漂浮平台100更有利于增加在水中的稳定性，多个风力电站可采用三角形或W形的排列阵列设置。
本抗台风的风力电站中，所有的控制动作均采用微电子自动控制，自动化程度高，满足要求。
本抗台风的风力电站在系统出现故障导致漂浮平台100无法预期沉降时，可应急实施保护性的整体自沉。
本抗台风的风力电站结构简单，操作方便，便于安装和施工，后续维护简便，具有较强的抗台风性能，适用范围广，能在不适宜竖立固定塔架的海域建立使用。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种抗台风的风力电站，其特征在于，包括支撑和稳定整个风力电站的漂浮平台(100)、设置有叶片(330)的主机、用于把主机支撑在漂浮平台(100)上的支撑机构和用于控制叶片(330)在不同风速时转动至不同迎风面迎风的转向机构；
所述叶片(330)设置在整流罩(320)上，通过转向机构调整，可从正常垂直的迎风姿态转变为前倾式迎风姿态和水平式迎风姿态避免强风的损害；
所述漂浮平台(100)，是通过进、排水收缆绳(130)方式沉降到的深水区避免大浪的损害；
所述支撑机构包括设置在漂浮平台(100)上的塔架座(210)、设置在塔架座(210)顶部的斜塔体(220)、设置在斜塔体(220)上部的U型槽(230)和用于锁定经转向呈水平状态的叶片(330)的支撑架(240)，所述支撑架(240)设置在U型槽(230)上，所述斜塔体(220)的剖面结构为翼型流线体；所述主机设置在U型槽(230)内，并在转向机构的带动下在U型槽(230)内转动；支撑架(240)的端部设置有锁定旋转至水平状态的叶片(330)的叶片锁(250)；
所述漂浮平台(100)是由浮筒(120)、桁架(110)组成；
所述桁架(110)上设置有塔架座(210)，塔架座(210)内设置有轴承座、平面轴承(111)，塔架座(210)由平面轴承(111)支撑，塔架座(210)与轴承座之间的间隙设置有防止海水进入轴承座内的密封圈(112)；所述塔架座(210)内设置有制动塔架座(210)不能相对于漂浮平台(100)转动的制动装置。
2.根据权利要求1所述的抗台风的风力电站，其特征在于，浮筒(120)设置有实现进水自沉保护的备用舱底门，所述备用舱底门与动力装置连接。
3.根据权利要求1所述的抗台风的风力电站，其特征在于，所述在斜塔体(220)上部的U型槽(230)设有转向机构，U型槽(230)两侧面有安装主机的转轴通孔，机舱(310)通过花键转轴(311)穿过U型槽(230)上的转轴通孔安装在U型槽(230)内。
4.根据权利要求3所述的抗台风的风力电站，其特征在于，所述转向机构包括套在花键转轴(311)上的转向齿轮(410)和与转向齿轮(410)啮合的小齿轮(420)，所述机舱(310)与转向机构连接；所述转向齿轮(410)外圆与控制转向齿轮(410)锁定和解锁的转向制动器(212)连接。
5.根据权利要求1所述的抗台风的风力电站，其特征在于，所述抗台风的风力电站还包括增强斜塔体(220)左右方向抗折性的拉索机构，所述拉索机构包括长拉索(510)、外拉索(520)、设置在塔架座上的拉索电机(530)和设置在漂浮平台(100)上的拉索桩(540)，所述长拉索(510)一端连接至设置在U型槽(230)上的拉索环，另一端与拉索电机(530)连接，外拉索(520)的一端与拉索桩(540)连接，另一端设置有在需要拉紧拉索时与长拉索(510)连接的拉索钩(521)。
6.根据权利要求1所述的抗台风的风力电站，其特征在于，所述叶片锁(250)包括设置在支撑架(240)的端部的锁座(251)、设置在锁座(251)上的锁轴(252)和设置在锁轴(252)上的锁钩(253)，所述锁钩(253)包括U型框、设置在U型框一端部的第一折钩和设置在U型框另一端部的第二折钩，所述第一折钩和第二折钩互相平行当延伸方向相反，所述叶片锁(250)与驱动带动锁轴(252)转动实现对叶片(330)锁紧的叶片锁(250)电机连接。
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