CN107834770A - 一种海上风力发电机及其桩基础减震系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种桩基础减震系统，用于海上风力发电机，其包括定子和转子，定子与桩基础保持周向固定，定子无法相对于桩基础转动；转子转动连接于定子的外周，能够相对于定子旋转，转子与定子之间具有抵抗转动趋势的阻尼；转子的外壁上设置传动叶片，海浪冲击传动叶片使转子旋转，由于存在阻尼，当转子相对于定子旋转时消耗能量，转子转动的能量转化为其他形式被消耗，转子具有停止转动的趋势，本系统将海浪对转子的冲击转换为转子的转动，转子的转动因阻尼的存在转换为其他形式被消耗，通过转动引导海浪激震的大部分冲击力转换为扭矩，达到缓冲的作用。本发明还提供一种包含上述桩基础减震系统的海上风力发电机，可实现相同的技术效果。

Description

一种海上风力发电机及其桩基础减震系统
技术领域
本发明涉及海上风力发电技术领域，更进一步涉及一种桩基础减震系统。此外，本发明还涉及一种海上风力发电机。
背景技术
海上风力发电机的塔筒底部直径可达6～8米，基础的设计控制载荷是塔筒底部巨大的倾覆弯矩，风机基础除满足极限抗弯矩作用下的设计要求外，还应满足该倾覆弯矩周期性作用造成的基础累积沉降设计要求。
现有的海上超大直径单桩基础受到海平面波浪的激震影响较大，相比其他海上风机基础方案，超大直径单桩的大迎浪面积让基础在海平面上受到的倾覆弯矩周期性大大增加，使得风机的结构动力安全问题愈加复杂。
因此，对于本领域的技术人员来说，设计一种能够减小海浪对风力发电机冲击作用的结构，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种桩基础减震系统，能够将海浪的冲击力转换为转动扭矩并消耗，减小了对桩基础的直接冲击，具体方案如下：
一种桩基础减震系统，用于海上风力发电机，包括：
定子，与所述桩基础保持周向固定；
转子，转动连接于所述定子的外周，能够相对于所述定子旋转，所述转子与所述定子之间具有抵抗转动趋势的阻尼；所述转子的外壁上设置传动叶片，海浪冲击所述传动叶片使所述转子旋转。
可选地，所述定子包括内壳，所述内壳的外壁上设置输出线槽和散热孔，所述内壳的外壁上设置定子铁芯和刷盒；所述转子包括转子铁芯、电刷和嵌固滑块，所述嵌固滑块与所述定子铁芯配合限位；所述转子绕所述定子利用电磁感应发电并入电网。
可选地，所述定子与所述桩基础之间设置相互配合导向滑动的滑块与滑槽，所述定子能够相对于所述桩基础作竖直滑动；所述桩基础上设置用于驱动所述定子升降的传动杆件。
可选地，所述桩基础上设置用于检测海面高度的传感器，所述传感器信号连接于控制器，以使所述传动杆件带动所述定子位于海平面上。
可选地，所述转子的外表面为底大顶小的锥面。
可选地，所述传动叶片与所述转子外表面的夹角为锐角，所述传动叶片与竖直面间的夹角为锐角。
此外，本发明还提供一种海上风力发电机，包括上述任一项所述的桩基础减震系统。
本发明公开了一种桩基础减震系统，用于海上风力发电机，其包括定子和转子，定子与桩基础保持周向固定，定子无法相对于桩基础转动；转子转动连接于定子的外周，能够相对于定子旋转，转子与定子之间具有抵抗转动趋势的阻尼；转子的外壁上设置传动叶片，海浪冲击传动叶片使转子旋转，由于存在阻尼，当转子相对于定子旋转时消耗能量，转子转动的能量转化为其他形式被消耗，转子具有停止转动的趋势，本系统将海浪对转子的冲击转换为转子的转动，转子的转动因阻尼的存在转换为其他形式被消耗，通过转动引导海浪激震的大部分冲击力转换为扭矩，达到缓冲的作用。
本发明还提供一种包含上述桩基础减震系统的海上风力发电机，可实现相同的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明桩基础减震系统的轴侧图；
图2为本发明桩基础减震系统的俯视图；
图3为本发明桩基础减震系统的正视图；
图4为定子和转子相互配合的剖面结构图。
图中包括：
桩基础1、定子2、内壳21、定子铁芯22、刷盒23、转子3、转子铁芯31、电刷32、嵌固滑块33、传动叶片4。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种桩基础减震系统，能够将海浪的冲击力转换为转动扭矩并消耗，减小了对桩基础的直接冲击。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体实施方式，对本发明的桩基础减震系统进行详细的介绍说明。
如图1所示，为本发明桩基础减震系统的轴侧图；图2和图3分别为本发明桩基础减震系统的俯视图和正视图。本发明提供了一种桩基础减震系统，用于海上风力发电机，包括定子2和转子3等结构，其中定子2与桩基础1保持周向固定，也即两者无法相对旋转；转子3转动连接于定子2的外周，能够相对于定子2旋转，转子3与定子2之间具有抵抗转动趋势的阻尼；转子3的外壁上设置传动叶片4，传动叶片4为凸出于转子3外表面的凸起结构，当海浪冲击到传动叶片4时对其施加作用力，传动叶片4周向布置在转子3的外周，海浪和作用力通过传动叶片4转换为转子3的扭矩，带动转子3旋转运动，通过传动叶片4将海浪对桩基础的水平冲击作用转换为转子3的旋转作用，因转子3与定子2之间存在阻尼，阻尼对转子3的旋转起到阻碍作用，使转子3具有停止旋转的趋势，消耗了海浪冲击的能量，将海浪的水平冲击力转换为扭矩，并经过转动时的阻尼消耗转动能量，从而减小了对桩基础的直接冲击作用，降低了桩基础的震动，避免了结构折断或倾覆，也能有效地控制基础累积沉降，本发明的系统能够适应更加恶劣的气候环境。
在上述方案的基础上，本发明中的定子2包括内壳21，内壳21为圆筒形的结构，在内壳21的外壁上设置输出线槽和散热孔，输出线槽为凹陷设置的槽状结构，用于排布线路，散热孔贯通设置，起到散热的作用。如图4所示，为定子和转子相互配合的剖面结构图；内壳21的外壁上设置定子铁芯22和刷盒23，转子3包括转子铁芯31、电刷32和嵌固滑块33，转子铁芯31和电刷32固定为一体，电刷32可插入刷盒23中配合导电；嵌固滑块33为凸块结构，起到限位的作用，保持转子3和定子2的相对位置；转子3绕定子2转动，利用电磁感应发电并入电网。若在定子2与转子3之间设置摩擦阻尼器，转子3的转动能量转化为热能被耗散，无法被利用；而设置为发电机的形式则能有效地利用能量，既减小的冲击力，又能得到电能，并且转子3切割磁感线运动时具有阻力，起到阻尼器的作用，转子3抵抗发电机的阻力产生电能。
因海水存在潮汐现象，海面的高度并非时刻保持恒定，而海水的冲击作用主要集中在液面附近，海面以下的海水流动性逐渐降低，因此只有使桩基础减震系统对准海面附近才能更加有效地减小冲击力；据此，本发明在定子2与桩基础1之间设置相互配合导向滑动的滑块与滑槽，定子2与桩基础1两者上一个设置滑块，一个设置滑槽，本发明附图所提供的结构均为在桩基础1上设置滑槽，在定子2上设置滑块，滑槽对滑块起到限位作用，滑块沿着滑槽的长度方向上下滑动；如图1所示，滑槽为凹陷设置于桩基础上的凹槽结构，定子2的内壁上凸出设置滑块滑块插入到滑槽内，滑槽呈长条状，沿桩基础的轴向设置，定子2能够相对于桩基础1作竖直滑动，由于柱基础的直径很大，向内设置小尺寸的凹槽并不对其强度造成明显的影响。当然，除了上述设置形式之外，还可在桩基础1上向外凸出设置凸块，定子2的内壁上设置凹槽，也可同样起到滑动导向的作用；滑块与滑槽可设置为一组，也可对应设置两组或多组。
为了使定子2实现升降，在桩基础1上设置用于驱动定子2升降的传动杆件，图中所示桩基础1上设置凹陷的滑槽，因此传动杆件设置在滑槽内，与滑块保持连接，用于带动滑块及定子2竖直升降，定子2与其外部的转子3保持同步升降运动。传动杆件可采用液压缸或气缸，也可采用丝杠的传动方式，这些具体的驱动形式都应包含在本发明的保护范围之内。
为了能够自动适应海面的潮汐升降，在桩基础1上设置用于检测海面高度的传感器，定时监测海平面的位置，传感器信号连接于控制器，通过控制器控制传动杆件带动定子2位于海平面上，自动与海平面高度保持匹配，确保海浪冲击力最大的位置始终能够被转子3的转动所消耗。
海浪翻滚时浪花卷起，从上向下拍打转子3，为了使转子3能够时刻正向冲击转子的外壁，将转子3的外表面设置为底大顶小的锥面，海浪能够最大程度地正向冲击转子3，使转子3的扭矩达到最大，缓冲的效果达到最大，同时也能产生更多的电能。
优选地，本发明在此提供一种传动叶片4的优选方案，传动叶片4设置为平板状结构，传动叶片4与转子3外表面的夹角为锐角，其中一侧面的承受的作用力更大，转子3只能沿一个方向旋转；另外，传动叶片4与竖直面间的夹角为锐角，当海浪从上向下冲击时正对传动叶片4冲击，从而得到更大的扭矩。
本发明还提供一种海上风力发电机，包括上述的桩基础减震系统，该风力发电机可实现同样的技术效果，该风力发电机的其他部分请参考现有技术技术，本发明在此不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种桩基础减震系统，用于海上风力发电机，其特征在于，包括：
定子(2)，与所述桩基础(1)保持周向固定；
转子(3)，转动连接于所述定子(2)的外周，能够相对于所述定子(2)旋转，所述转子(3)与所述定子(2)之间具有抵抗转动趋势的阻尼；所述转子(3)的外壁上设置传动叶片(4)，海浪冲击所述传动叶片(4)使所述转子(3)旋转。
2.根据权利要求1所述的桩基础减震系统，其特征在于，所述定子(2)包括内壳(21)，所述内壳(21)的外壁上设置输出线槽和散热孔，所述内壳(21)的外壁上设置定子铁芯(22)和刷盒(23)；所述转子(3)包括转子铁芯(31)、电刷(32)和嵌固滑块(33)，所述嵌固滑块(33)与所述定子铁芯(22)配合限位；所述转子(3)绕所述定子(2)利用电磁感应发电并入电网。
3.根据权利要求2所述的桩基础减震系统，其特征在于，所述定子(2)与所述桩基础(1)之间设置相互配合导向滑动的滑块与滑槽，所述定子(2)能够相对于所述桩基础(1)作竖直滑动；所述桩基础(1)上设置用于驱动所述定子(2)升降的传动杆件。
4.根据权利要求3所述的桩基础减震系统，其特征在于，所述桩基础(1)上设置用于检测海面高度的传感器，所述传感器信号连接于控制器，以使所述传动杆件带动所述定子(2)位于海平面上。
5.根据权利要求4所述的桩基础减震系统，其特征在于，所述转子(3)的外表面为底大顶小的锥面。
6.根据权利要求5所述的桩基础减震系统，其特征在于，所述传动叶片(4)与所述转子(3)外表面的夹角为锐角，所述传动叶片(4)与竖直面间的夹角为锐角。
7.一种海上风力发电机，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的桩基础减震系统。
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