CN105706197B - 无接触式电力转体 - Google Patents

Abstract

公开了无接触式电力转体。根据本发明的一个实施方式，无接触式电力转体可包括：第一线圈单元，连接至浮式结构，以随浮式结构转动并且从设置到浮式结构的电力供应单元接收电流；以及第二线圈单元，连接至相对于浮式结构转动的转塔，第二线圈单元与第一线圈单元间隔开，并且电流通过由第一线圈单元形成的磁场而感生至第二线圈单元，其中感生至第二线圈单元的电流可供应至转塔侧。

Description

无接触式电力转体

技术领域

本发明涉及无接触式电力转体。

背景技术

通常，用于钻探海底中的天然气或原油的FPSO(浮式生产储卸油装置)等包括用于钻探作业的转塔。

转塔安装在设置于船舶的一端(通常为船首)处的竖直开口或月池中。转塔通过链条等连接至海底中的水下井平台，从而允许船舶锚泊。

而且，转塔安装成使得船舶可绕转塔转动。例如，转塔固定至海底中的水下井平台，而且轴承设置于转塔和船舶的竖直开口(月池)之间。从而，船舶可响应于风、波浪和水流而绕转塔转动。因此，在钻探作业期间，天然气或原油可稳定地通过转塔中的管等输送至船舶，而不管风、波浪以及水流的影响如何。

转塔可设置有具有多个转体的转体堆。转体在竖直方向上布置在多个水平面处，而钻探的天然气或原油可通过转体堆输送至船舶的每个部分。转体中的每个在其内部处连接至转塔，并且保持在固定状态。转体中的每个在其外部处连接至船体。因此，在船舶绕转塔转动时，转体中的每个可随船舶转动。

通常，转矩臂连接至转体的外部。因此，当转体的外部随船舶转动时，负载不被施加至管连接部分。因此，转体的外部可容易转动。

需要电力的各种装置可安装在转塔处。例如，绞车、照明装置、加热装置、各种传感器等可安装在转塔处。这些装置需要供应有电力。

目前，滑环式电力传输受到广泛使用。具体地说，将转体堆中的特定转体用作滑环(或者滑环安装在特定转体处)，而且，滑环的内定子连接至转塔且滑环的外转子连接至船体。当船舶绕转塔转动时，滑环的内定子固定，而滑环的外转子可绕内定子转动。因此，施加至外转子的电力可输送至内定子，然后供应给转塔的各种装置。

然而，滑环式电力传输通过内定子和外转子之间的物理接触实现。因此，当船舶绕转塔转动时，必然由摩擦引起磨损问题。为此，额外需要定期检修作业。而且，当滑环的转子和定子之间的接触点通过船舶的瞬时运动而放开时，可能产生火花。由于天燃气、油蒸气等可能存在于火花附近，所以火花可引起火灾。

发明内容

本公开的实施方式提供能够以无接触式的方式向转塔提供电力的无接触式电力转体。

进一步地，本公开的实施方式提供减小由摩擦引起的磨损并且降低火花的可能性的无接触式电力转体。

此外，本公开的实施方式提供允许方便检修的无接触式电力转体。

技术方案

本公开的实施方式提供无接触式电力转体，包括：第一线圈单元，连接至浮式结构、能够随浮式结构转动，电流从设置于浮式结构处的电力供应单元施加至第一线圈单元；以及第二线圈单元，连接至相对于浮式结构转动的转塔、与第一线圈单元间隔开，电流通过由第一线圈单元形成的磁场而感生至第二线圈单元，其中感生至第二线圈单元的电流供应至转塔。

进一步地，本公开的实施方式提供无接触式电力转体，包括：第一壳，配置为支承第一线圈单元，设置于无接触式电力转体的外部，并且连接至浮式结构；第二壳，配置为支承第二线圈单元，设置在无接触式电力转体的内部，并且连接至转塔；第一盖，配置为覆盖第一线圈单元，设置在无接触式电力转体的外部，并且连接至浮式结构；以及第二盖，配置为覆盖第二线圈单元，其中，当浮式结构转动时，第一壳和第一盖随浮式结构转动。

进一步地，本公开的实施方式提供无接触式电力转体，其中，第一壳支承第一线圈单元的下端部和侧部。

进一步地，本公开的实施方式提供无接触式电力转体，包括多个轴承部分，多个轴承部分设置于第一壳与第二壳之间以及第一盖与第二盖之间。

进一步地，本公开的实施方式提供无接触式电力转体，其中，第一壳具有容纳第一线圈单元的中空部分、开放式顶部和在中央部分处具有开口的底部表面，以及第二壳设置于在第一壳的底部表面处形成的开口处，并且支承第二线圈单元的下端部。

进一步地，本公开的实施方式提供无接触式电力转体，其中，第一盖是在中央部分处具有开口的圆盘形构件，并且具有与第一壳的底部表面的形状对应的形状，以及第二盖是设置于第一盖的开口处的圆盘形构件，并且具有与第二壳的形状对应的形状。

进一步地，本公开的实施方式提供无接触式电力转体，其中，第一线圈单元包括竖直构件、旋绕竖直构件的第一线圈以及在与竖直构件垂直的方向上从竖直构件的两端延伸的上端部和下端部，以及第二线圈单元包括柱状构件、旋绕柱状构件的第二线圈以及设置于柱状构件的两端处的上圆盘形构件和下圆盘形构件，上圆盘形构件的直径和下圆盘形构件的直径大于柱状构件的横截面的直径。

进一步地，本公开的实施方式提供无接触式电力转体，其中，多个通孔形成于第一壳处，以允许旋绕第一线圈单元的第一线圈插入和取出。

进一步地，本公开的实施方式提供无接触式电力转体，其中，多个通孔形成于第二壳处，以允许旋绕第二线圈单元的第二线圈插入和取出。

进一步地，本公开的实施方式提供无接触式电力转体，包括多个密封构件，分别设置在通孔处、配置为密封无接触式电力转体。

进一步地，本公开的实施方式提供无接触式电力转体，其中，第一壳和第一线圈单元以预定距离相互间隔开，并且第一线圈单元在经由绝缘体连接至第一壳时固定至第一壳。

进一步地，本公开的实施方式提供无接触式电力转体，其中，由第一壳、第二壳、轴承部分、第一盖和第二盖限定的内部空间填充有绝缘油。

进一步地，本公开的实施方式提供无接触式电力转体，其中，两个第一线圈单元关于第二线圈单元以直角相互间隔开，或者三个第一线圈单元关于第二线圈单元以120°的角度相互间隔开。

有益效果

根据本公开的实施方式，可以提供能够以无接触式的方式向转塔提供电力的无接触式电力转体。

还可以提供减小由摩擦引起的磨损并降低火花的可能性的无接触式电力转体。

还可以提供允许方便检修的无接触式电力转体。

附图说明

图1示意性地示出了通常的转体堆。

图2是示出了根据实施方式的无接触式电力转体的内部和外部的、通过切断无接触式电力转体的中央部分而得到的视图。

图3是根据另一实施方式的无接触式电力转体的俯视图。

图4是根据又一实施方式的无接触式电力转体的俯视图。

具体实施方式

本公开的优点和特征以及实现它们的方式将从结合附图所给出的、示例性实施方式的以下描述中变得显而易见。将详细描述示例性实施方式，使得本发明构思可易于由本领域技术人员实施。

然而，应注意，示例性实施方式不旨在以任何方式进行限制，并且在不背离本公开的技术构思的情况下，可作出各种修改。本发明构思的范围将由所附权利要求限定，而非由示例性实施方式的详细描述限定。

在下文中，将描述根据实施方式的无接触式电力转体安装在船舶处的情况。然而，本公开不限于此。除应用于船舶外，根据实施方式的无接触式电力转体也可应用于诸如海上电站等的各种浮式结构。

在下文中，将描述根据实施方式的无接触式电力转体安装在转塔的最上端部的情况。然而，本公开不限于此。根据实施方式的无接触式电力转体还可安装在除了转塔外的位置处，或者安装在转体堆的中间部分处，而不安装在转体堆的最上端部处。

在具体描述本公开之前，将描述转塔以及主要涉及转塔的、船舶的操作。

转塔可设置在用于钻探海底中的天然气或原油的浮式结构处，浮式结构例如钻井船、FPSO(浮式生产储卸油装置)等。依据转塔在船体处的安装位置，转塔可分类为内部转塔和外部转塔。

当船舶在天然气或原油输送期间由于风、波浪或水流而移动时，船舶可绕转塔转动。因此，天然气或原油可稳定地通过转塔中的管等输送至船舶，而不管船舶的运动如何。例如，诸如隔水管等的各种管不被船舶的运动扭曲。

内部转塔可安装在形成于船体中竖直开口(月池)处以穿过竖直开口(月池)。多个轴承可设置在竖直开口处，使得船体可绕转塔转动。也就是说，使每个轴承的一侧和另一侧分别与船体和转塔接触，并且通过滚动而移动。因此，船体与转塔的相对转动可平滑地执行。

转塔可包括下转塔、上转塔、管系甲板、夹层甲板、架式起重机等，它们从底部到顶部以这个次序设置。架式起重机是用于卸载钻探的天然气或原油的设备。转体堆和连接至转体堆的通用管可安装在架式起重机的支承结构中。通用管可由管系甲板和夹层甲板支承。通用管的一侧连接至船舶的各个部分，使得钻探的原油或天然气可输送至船舶的各个部分。通用管的另一侧可连接至安装在转塔中的隔水管。隔水管连接至水下井平台，使得从井中钻探的天然气或原油可输送至通用管。

图1示意性地示出了通常的转体堆。

如所示出的，转体堆可包括在竖直方向上在多个水平面处排列的多个转体。布置在最低端处的转体可以是生产转体10。生产转体10可从安装在转塔处的隔水管接收原油或天然气，并通过通用管将原油或天然气输送至船体。诸如注水转体20、消防水转体30、天然气提升和注入转体40、通用转体50和60等的各种转体可设置在生产转体10之上。转体堆的转体通过执行其相应的功能可有助于从海底钻探的原油或天然气向船体的稳定输送。

在常规的天然气中，如图1所示，电力经由滑环70供应至包括转体堆的转塔。滑环70通常设置在转体堆的上端部处。滑环70与连接至船体1的转矩臂71连接，使得滑环70的外转子可随船舶转动。滑环70的内定子连接至转塔，因此当船舶转动时不随着船舶转动。

如上所述，在滑环式电力供应结构中，使滑环70的转子和定子相互接触。因此，当船舶绕转塔转动时，可能出现由摩擦等引起的磨损问题。而且，如果转子和定子之间的接触点由于船舶的瞬时运动而放开时，可能产生火花，从而引起火灾。

图2是示出了根据实施方式的无接触式电力转体的内部与外部、通过切断无接触式电力转体的中央部分而得到的视图。

如图2所示，本实施方式的无接触式电力转体100可包括两个第一线圈单元110和111，第一线圈单元110和111设置在第二线圈单元120的两侧，第二线圈单元120插入第一线圈单元110和111之间。然而，本公开不限于此。可设置单个第一线圈单元。或者，如图4所示的实施方式中，可设置三个第一线圈单元。

第一线圈单元110设置在第二线圈单元120的一侧处，且可以以预定距离与第二线圈单元120间隔开。另一个第一线圈单元111设置在第二线圈单元的另一侧处，且可以以预定距离与第二线圈单元120间隔开。

当按照图2中所示进行观察时，第一线圈单元110和111中的每个可具有U形的横截面。第一线圈115和116可分别旋绕第一线圈单元110和111的中央竖直构件。第二线圈单元120可包括上圆盘形构件、下圆盘形构件和中央柱状构件。第二线圈125可旋绕柱状构件。

旋绕第一线圈单元110和111的第一线圈115和116以及第二线圈单元120，可分别通过形成于第一壳130处的通孔135和形成于第二壳140处的通孔145插入无接触式电力转体100中以及从无接触式电力转体100取出。随后将详细描述通孔135和通孔145。

如从图2可见的，第一壳130可具有L形横截面。第一壳130具有中空内部空间，该中空内部空间具有通过使L形横截面绕无接触式电力转体100的中央部分转动360°而形成的开放式顶部。开口可形成于第一壳130的底部表面的中央部分处。第二壳140可设置于开口处，并且按照随后将描述的那样支承第二线圈单元120。

在本实施方式中，具有以上描述的形状的第一壳130能够支承第一线圈单元110的下端部和侧部。例如，如图2所示，第一壳130可从底部支承U形的第一线圈单元110的下水平构件，并且从无接触式电力转体100的外侧向无接触式电力转体100的内侧支承U形的第一线圈单元110的中央竖直部分。

第一线圈单元110的中央竖直构件由第一线圈115缠绕，因此不与第一壳130直接接触。在那种情况下，第一线圈单元110可通过将多个绝缘体(未示出)的一端与第一线圈单元110的多个部分连接以及将这些绝缘体的另一端与第一壳130的内表面连接而被第一壳130稳定支承。因为第一线圈单元110固定至对应的位置，所以在船舶转动期间可防止第一线圈单元110相对于第一壳130移动。

在本实施方式中，第一壳130与第一线圈单元110的下端部直接接触，并且支承第一线圈单元110。然而，绝缘体可设置于第一线圈单元110的下端部和第一壳130之间。

第二壳140可支承第二线圈单元120。在本实施方式中，第二线圈单元120设置在无接触式电力转体100的中央部分处，使得第二壳140可成为无接触式电力转体100的底部表面的中央部分。

在本实施方式中，第二壳140形成为圆盘形状且可从底部支承第二线圈单元120的下端部。另外，如在第一线圈单元110和第一壳130的情况中，绝缘体可设置于第二线圈单元120和第二壳140之间。

转体堆的其它转体可放置于第一壳130和第二壳140之下。上转塔、下转塔等可放置于那些其它转体之下。如随后将描述的，第一壳130连接至船体，因此当船舶绕转塔转动时能够与船舶一起转动。第二壳140连接至转塔，因此当船舶绕转塔转动时能够防止第二壳140转动。

第一盖150可以是在其中央部分处具有开口的圆盘形构件。第一盖150的形状可以与第一壳130的底部表面的形状对应。在将第一线圈单元110安装在无接触式电力转体100的内部后，第一盖150可覆盖第一线圈单元110的上端部。第一盖150和第一线圈单元110可通过在第一盖150与第一线圈单元110的上端部之间设置绝缘体而相互间隔开。

第二盖160可以是圆盘形构件。第二盖160的形状可对应于第二壳140的形状。在将第二线圈单元120安装在无接触式电力转体100的内部后，第二盖160可覆盖第二线圈单元120的上端部。第二盖160与第二线圈单元120可通过在第二盖160与第二线圈单元120的上端部之间设置绝缘体而相互间隔开。

无接触式电力转体100可位于转体堆的上部(或最上的部分)。然而，本公开不限于此，且其它转体可位于无接触式电力转体100之上。因此，第一盖150和第二盖160的顶部表面可连接至其它转体。如随后将描述的，第一盖150连接至船体，因此在船舶绕转塔转动时可随着船舶转动。第二盖160连接至转塔(经由第二线圈单元120)，因此在船舶绕转塔转动时可防止第二盖160转动。

参考图2，第一壳130的底部表面的端部不与第二壳140的端部直接接触，且第一盖150的内圆周表面不与第二盖160的外圆周表面直接接触。如上所述，第一壳130和第一盖150连接至船体，因此可随船舶转动，而第二壳140和第二盖160不随着船舶转动。所以，相对于第一盖150和第二盖160，第一壳130和第二壳140可相对转动。为了支承两者之间的相对转动，轴承部分170和轴承部分172可分别设置于第一壳130的底部表面的端部与第二壳140的端部之间以及第一盖150的内圆周表面与第二盖160的外圆周表面之间。轴承部分170和轴承部分171可分别支承第一壳140与第二壳150之间的相对位置和第一盖150与第二盖160之间的相对转动。

在下文中，将描述本实施方式的无接触式电力转体100的操作。

设置在船舶处的电力供应单元1000可将电流施加至第一线圈单元110，具体施加至第一线圈单元110的第一线圈115。流过旋绕第一线圈单元110的第一线圈115的电流可在第一线圈单元110处产生磁场。而且，与在第一线圈单元110处产生的磁场的方向相反的方向的磁场可被感生至与第一线圈单元110邻近的第二线圈单元120。电流可通过感生的磁场而被感生并流过第二线圈单元120的第二线圈125。感生至第二线圈125的电流可供应至转塔，并用来驱动安装在转塔处的各种转塔负载2000(例如，绞车、照明装置、加热装置、传感器等)。

当船舶绕转塔转动时，连接至船体的第一线圈单元110随船舶转动，而连接至转塔的第二线圈单元120固定而不随船舶转动。也就是说，根据本公开的实施方式，可执行第一线圈单元110与第二线圈单元120之间的相对转动，而且，在这种相对转动期间，施加至第一线圈单元110的电流可感生至第二线圈单元120。因此，与常用的滑环不同，在船舶转动期间，并未出现由转子与定子之间的摩擦而引起的磨损问题。因此，不需要用于转子和定子的额外检修作业。而且，由于未使转子和定子相互接触，所以几乎不会出现在转子和定子之间的接触被瞬间放开时而引起的火花。

由第一壳130、第二壳140、轴承部分170和171、第一盖150以及第二盖160限定的无接触式电力转体100的内部空间可填充有绝缘油。绝缘油使保持第一线圈单元110和第二线圈单元120在不相互接触的情况下以预定距离相互间隔开的状态成为可能。

如上所述，多个通孔135和145可形成于第一壳130和第二壳140中的每个处。通孔135和145可提供允许第一线圈115和第二线圈125插入无接触式电力转体100中和从无接触式电力转体100取出的路径。在本实施方式中，两个通孔135形成于第一壳130处且两个通孔145形成于第二壳140处，使得第一线圈115的两端和第二线圈125的两端可单独插入和取出。

而且，另外的密封构件可设置于通孔135和145处，来防止除了第一线圈115或第二线圈125以外的材料通过通孔135和145进入。例如，可防止各种易燃材料、水分等通过通孔135和145进入，从而可提高作业稳定性。在无接触式电力转体100的内部空间填充有绝缘油的情况中，密封构件还防止绝缘油的泄漏。

图3和图4是根据其它实施方式的无接触式电力转体200和无接触式电力转体300的俯视图。图3和图4中所示的实施方式在第一线圈单元的数量和/或排列上与图1中所示的实施方式不同。在图3和图4中，为了清楚描述，未图示设置于第一盖与第二盖之间的轴承部分和设置于第一盖与第二盖之间的轴承部分。

如在根据图2中所示的实施方式的无接触式电力转体100的情况中，根据图3中所示的实施方式的无接触式电力转体200可包括两个第一线圈单元210和211。在根据图2中所示的实施方式的无接触式电力转体100中，两个第一线圈单元110和111以180℃角度相互间隔开，其间插入第二线圈单元120。然而，在根据图3中所示的实施方式的无接触式电力转体200中，两个第一线圈单元210和211可关于第二线圈单元220以直角而相互间隔开。相应地，由感生至第一线圈单元210和211的电流产生的磁场之间的干涉减小。因此，大量的电流可感生至第二线圈单元220，这使得增加向转塔的电力供应效率成为可能。

根据图4中所示的实施方式的无接触式电力转体300具有与图3中所示的无接触式电力转体200的目的类似的目的。本实施方式的无接触式电力转体300可包括三个第一线圈单元310、311和312。三个第一线圈单元310至312可以关于第二线圈单元320以120°的角度相互间隔开。相应地，由施加至相应的第一线圈单元310至312的电流产生的磁场之间的干扰减小。因此，电力能够以高效率供应至转塔。

虽然以上参照附图对本公开的示例性实施方式进行描述，但是本领域技术人员将理解，在不改变本公开的必要特征和精神的情况下，本公开可以以多种方式实施。所以，应理解以上描述的示例性实施方式不是进行限制，而且在各个方面仅是示例。本公开的范围由以下权利要求体现，而不由详细描述体现，而且应解释的是，根据权利要求的含义和范围以及等同构思而实现的所有改变和修改包括在本公开的范围内。

Claims (9)

1.无接触式电力转体，包括

第一线圈单元，连接至浮式结构、能够随所述浮式结构转动，电流从设置在所述浮式结构处的电力供应单元施加至所述第一线圈单元；

第二线圈单元，连接至相对于所述浮式结构转动的转塔、与所述第一线圈单元间隔开，电流通过由所述第一线圈单元形成的磁场而感生至所述第二线圈单元；

第一壳，配置为支承所述第一线圈单元，设置于所述无接触式电力转体的外部，并且连接至所述浮式结构；

第二壳，配置为支承所述第二线圈单元，设置在所述无接触式电力转体的内部，并且连接至所述转塔；

第一盖，配置为覆盖所述第一线圈单元，设置在所述无接触式电力转体的外部，并且连接至所述浮式结构；以及

第二盖，配置为覆盖所述第二线圈单元，

其中感生至所述第二线圈单元的电流供应至所述转塔,

其中，多个通孔形成于所述第一壳处，以允许旋绕所述第一线圈单元的第一线圈插入和取出,

其中，多个通孔形成于所述第二壳处，以允许旋绕所述第二线圈单元的第二线圈插入和取出，

其中，由所述第一壳、所述第二壳、所述第一盖和所述第二盖限定的内部空间填充有绝缘油，以及

其中，所述无接触式电力转体还包括：

多个密封构件，分别设置在形成于所述第一壳和所述第二壳处的所述通孔处、配置为密封所述无接触式电力转体。

2.根据权利要求1所述的无接触式电力转体，

其中，当所述浮式结构转动时，所述第一壳和所述第一盖随所述浮式结构转动。

3.根据权利要求2所述的无接触式电力转体，其中，所述第一壳支承所述第一线圈单元的下端部和侧部。

4.根据权利要求2所述的无接触式电力转体，还包括多个轴承部分，所述多个轴承部分设置于所述第一壳与所述第二壳之间以及所述第一盖与所述第二盖之间。

5.根据权利要求2所述的无接触式电力转体，其中，所述第一壳具有容纳所述第一线圈单元的中空部分、开放式顶部和在中央部分处具有开口的底部表面，以及

所述第二壳设置于在所述第一壳的所述底部表面处形成的所述开口处，并且支承所述第二线圈单元的下端部。

6.如权利要求5所述的无接触式电力转体，其中，所述第一盖是在中央部分处具有开口的圆盘形构件，并且具有与所述第一壳的所述底部表面的形状对应的形状，以及

所述第二盖是设置于所述第一盖的所述开口处的圆盘形构件，并且具有与所述第二壳的形状对应的形状。

7.根据权利要求1所述的无接触式电力转体，其中，所述第一线圈单元包括竖直构件、旋绕所述竖直构件的第一线圈以及在与所述竖直构件垂直的方向上从所述竖直构件的两端延伸的上端部和下端部，以及

所述第二线圈单元包括柱状构件、旋绕所述柱状构件的第二线圈以及设置于所述柱状构件的两端处的上圆盘形构件和下圆盘形构件，所述上圆盘形构件的直径和所述下圆盘形构件的直径大于所述柱状构件的横截面的直径。

8.根据权利要求2所述的无接触式电力转体，其中所述第一壳和所述第一线圈单元以预定距离相互间隔开，并且所述第一线圈单元在经由绝缘体连接至所述第一壳时固定至所述第一壳。

9.根据权利要求1所述的无接触式电力转体，其中，两个第一线圈单元关于所述第二线圈单元以直角相互间隔开，或者三个第一线圈单元关于所述第二线圈单元以120°的角度相互间隔开。