CN109515639B - 一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海洋风力发电设备技术领域，且公开了一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体，包括漂浮体，所述漂浮体的内部开设有空腔，所述漂浮体的内部开设有位于空腔下方的气道，所述气道的顶部与空腔连通。漂浮体另一侧翘起并牵拉相对应的缆索，缆索牵拉相对应的活塞向下移动，使进水孔与缓冲腔连通，海水通过进水孔被吸入缓冲腔的内部，增加漂浮体翘起一侧的重力，增加漂浮体倾斜的阻力，降低漂浮体倾斜的幅度，使漂浮体在重力作用下向水平状态恢复，进而实现漂浮体自动平衡的目的，减小风力发电组件的晃动幅度和倾斜幅度，增加海洋风力发电装置的稳定性，确保海洋风力发电装置正常工作，增加发电效率。

Description

一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体
技术领域
本发明涉及海洋风力发电设备技术领域，具体为一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体。
背景技术
海洋风力发电设备是指能够将海洋上的风能转变成电能的设备，按照支撑形式的不同可以分为底部固定式和悬浮式两种类型，悬浮式又可以细分为浮筒式和半浸入式两种类型，其中半浸入式海洋风力发电设备主要由锚锭、缆索、漂浮体、连接杆、发电机和扇叶等组成，漂浮体浸于水中，并通过缆索与海底的锚锭连接，受波浪干扰较小，可以支撑3～6MW、旋翼直径80m大型风机，广泛应用于远海海域的风电场，现有半浸入式海洋风力发电装置配备的漂浮体是由一个空心壳构成或者多个空心壳拼接而成，通过空心壳在海水中的浮力对海洋风力发电装置进行支撑，但是现有半浸入式海洋风力发电装置配备的漂浮体在使用过程中仍然存在以下问题：
1、现有半浸入式海洋风力发电装置配备的漂浮体不具备自动平衡能力，稳定性差，连接杆、发电机和扇叶等在海面上正常工作时，强风会对连接杆、发电机和扇叶等产生一个横向的推力，使半浸入式海洋风力发电设备发生较大幅度晃动和倾斜，扇叶捕获的风能减少，发电效率降低。
2、半浸入式海洋风力发电设备产生的晃动幅度和倾斜幅度过大时，漂浮体倾斜并对相应的缆索进行强力牵拉，增加缆索的负荷，使缆索、缆索与漂浮体的连接处和缆索与锚锭的连接处断裂，导致半浸入式海洋风力发电设备倾倒，不能继续工作。
针对上述问题，本发明提供了一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体。
发明内容
本发明提供了一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体，该半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体具备自动平衡能力，使半浸入式海洋风力发电设备更加的稳定，最大程度的减小半浸入式海洋风力发电设备在强风中产生晃动和倾斜的幅度，增加扇叶捕获的风能，提高发电效率，同时在半浸入式海洋风力发电设备遇到恶劣风况时，能够对缆索所受到的拉力进行缓冲，避免缆索、缆索与漂浮体的连接处和缆索与锚锭的连接处断裂，导致半浸入式海洋风力发电设备倾覆，不能继续工作的问题。
本发明提供如下技术方案：一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体，包括漂浮体，所述漂浮体的内部开设有空腔，所述漂浮体的内部开设有位于空腔下方的气道，所述气道的顶部与空腔连通，所述漂浮体的内部开设有位于气道周围的缓冲腔，所述漂浮体的内部开设有连通孔，所述连通孔的两端分别与气道和缓冲腔连通，所述漂浮体的内部开设有进水孔，所述进水孔的一端与缓冲腔连通，所述进水孔的另一端与漂浮体的外部空间连通，所述漂浮体的底面设有底盖，所述缓冲腔的内部设有活塞，所述活塞与缓冲腔相适配，所述活塞的底面固定连接有弹性件，所述活塞的底面固定连接有缆索，所述缆索的外部活动套接有波纹管，所述波纹管的两端分别与底盖的顶面和活塞的底面密封连接，所述底盖的底面设有位于波纹管下方的定位轮，所述底盖的底面设有位于定位轮外侧的导向轮，所述缆索的一端贯穿底盖并依次绕过定位轮和导向轮，所述缆索的外部与底盖的底面活动套接，所述漂浮体的顶部设有风力发电组件。
进一步的，所述进水孔位于缓冲腔内壁的顶部，所述进水孔的内径值小于活塞的厚度值。
进一步的，所述底盖的顶面设有位于弹性件正下方的定位套筒，所述弹性件的底端延伸至定位套筒的内部。
进一步的，所述弹性件处于压缩状态。
进一步的，所述连通孔位于缓冲腔内壁的底部。
进一步的，所述定位套筒的高度值大于连通孔与底盖顶面之间的最大距离值。
本发明具备以下有益效果：
1、通过海洋上强风对风力发电组件的横向推力，使风力发电组件带着漂浮体向一侧倾斜，漂浮体另一侧翘起并牵拉相对应的缆索，缆索牵拉相对应的活塞向下移动，使进水孔与缓冲腔连通，海水通过进水孔被吸入缓冲腔的内部，增加漂浮体翘起一侧的重力，增加漂浮体倾斜的阻力，降低漂浮体倾斜的幅度，使漂浮体在重力作用下向水平状态恢复，进而实现漂浮体自动平衡的目的，减小风力发电组件的晃动幅度和倾斜幅度，增加海洋风力发电装置的稳定性，确保海洋风力发电装置正常工作，增加发电效率。
2、通过缆索牵引相应的活塞向下移动，使活塞对漂浮体内部的气体进行挤压，漂浮体内部气体压力逐渐增加，同时使弹性件受压变形，将缆索对活塞所做的功逐渐转换成漂浮体内部的气压势能、弹性件的弹性势能和活塞的动能，实现对缆索受力进行缓冲的目的，避免漂浮体倾斜并对相应的缆索进行强力牵拉，增加缆索的负荷，使缆索、缆索与漂浮体的连接处和缆索与锚锭的连接处断裂，导致海洋风力发电设备倾倒，不能继续工作的问题。
3、通过漂浮体内部的气压势能，为活塞提供一个向上的推力，通过弹性件的弹性势能，为活塞提供又一个向上的推力，使活塞在这两个推力的综合作用下向上移动，将缓冲腔内部的海水逐渐挤出，较小漂浮体翘起一侧的重力，使漂浮体受力均匀，恢复成水平状态，进而使风力发电组件恢复成竖直状态，增加海洋风力发电装置的稳定性，保证海洋风力发电装置正常工作，增加发电效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中漂浮体的内部结构示意图；
图3为图2中A-A处的结构示意图；
图4为现有半浸入式海洋风力发电设备结构图。
图中：1、漂浮体；2、空腔；3、气道；4、缓冲腔；5、连通孔；6、进水孔；7、底盖；8、活塞；9、弹性件；10、缆索；11、波纹管；12、定位轮；13、导向轮；14、风力发电组件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体，包括漂浮体1，所述漂浮体1的内部开设有空腔2，所述漂浮体1的内部开设有位于空腔2下方的气道3，所述气道3的顶部与空腔2连通，所述漂浮体1的内部开设有位于气道3周围的缓冲腔4，所述缓冲腔4的数量为四个，四个所述缓冲腔4均匀分布在气道3的四周，利用相邻两个缓冲腔4的配合，使漂浮体1能够在任意方向上实现自动平衡功能，使漂浮体1更加稳定性，确保风力发电组件14呈竖直状态，保证风力发电组件14正常工作，所述漂浮体1的内部开设有连通孔5，所述连通孔5的两端分别与气道3和缓冲腔4连通，所述漂浮体1的内部开设有进水孔6，所述进水孔6的一端与缓冲腔4连通，所述进水孔6的另一端与漂浮体1的外部空间连通，所述漂浮体1的底面设有底盖7，所述缓冲腔4的内部设有活塞8，所述活塞8与缓冲腔4相适配，所述活塞8的底面固定连接有弹性件9，所述活塞8的底面固定连接有缆索10，所述缆索10的外部活动套接有波纹管11，所述波纹管11的两端分别与底盖7的顶面和活塞8的底面密封连接，起密封作用，所述底盖7的底面设有位于波纹管11下方的定位轮12，所述底盖7的底面设有位于定位轮12外侧的导向轮13，所述缆索10的一端贯穿底盖7并依次绕过定位轮12和导向轮13，利用定位轮12和导向轮13，能够减小缆索10运动中受到的阻力，降低缆索10的磨损速度，所述缆索10的外部与底盖7的底面活动套接，所述漂浮体1的顶部设有风力发电组件14。
所述进水孔6位于缓冲腔4内壁的顶部，所述进水孔6的内径值小于活塞8的厚度值，使活塞8在缓冲腔4内部位于最高点时，活塞8能够将进水孔6堵住，避免漂浮体1水平状态时，海水通过进水孔6进入缓冲腔4，导致漂浮体1受力不均匀而倾斜的问题。
所述底盖7的顶面设有位于弹性件9正下方的定位套筒，所述弹性件9的底端延伸至定位套筒的内部，对弹性件9底端的位置进行限制，使弹性件9只能够上下伸缩形变，避免弹性件9底端受力不均匀而倾斜，导致活塞8受力不均匀而被卡住的问题，确保漂浮体1的自动平衡功能正常。
所述弹性件9处于压缩状态，为活塞8提供一个向上的推力，使漂浮体1水平状态时活塞8在缓冲腔4的内部处于最高点的位置，确保海水不会通过进水孔6进入缓冲腔4，使漂浮体1受力均匀，更加稳定。
所述连通孔5位于缓冲腔4内壁的底部，使连通孔5在活塞8向下移动过程中不会暴露在海水中，避免海水通过连通孔5进入气道3和空腔2，导致漂浮体1在海水中的浮力不足以支撑风力发电组件14而下沉的问题。
所述定位套筒的高度值大于连通孔5与底盖7顶面之间的最大距离值，使活塞8向下位移到最低点时，活塞8不会将连通孔5堵住，使漂浮体1内部的压缩气体为活塞8提供一个向上的作用力，确保漂浮体1内部的气压势能转变成活塞8向上运动的动能，加快活塞8将缓冲腔4内部海水挤出的速度，提高漂浮体1自动平衡能力的灵敏度。
工作时，海洋上的强风吹向风力发电组件14，使风力发电组件14受到一个横向推力，然后风力发电组件14带着漂浮体1向一侧倾斜，漂浮体1另一侧翘起并牵拉相对应的缆索10，然后缆索10牵拉相对应的活塞8向下移动，使进水孔6与缓冲腔4连通，并将海水吸入缓冲腔4，增加漂浮体1翘起一侧的重量，进而增加漂浮体1翘起一侧所受到的重力，增大漂浮体1倾斜时受到的阻力，从而降低漂浮体1倾斜的幅度，同时活塞8向下移动过程中挤压漂浮体1内部气体和弹性件9，使漂浮体1内部气体的气压逐渐升高，弹性件9的弹性势能逐渐增大，将缆索10对活塞8所做的功逐渐转换成漂浮体1内部的气压势能、弹性件9的弹性势能和活塞8的动能，实现对缆索10受力进行缓冲的目的，避免漂浮体1倾斜并对相应的缆索10进行强力牵拉，增加缆索10的负荷，使缆索10、缆索10与漂浮体1的连接处和缆索10与锚锭的连接处断裂，导致海洋风力发电设备倾倒，不能继续工作的问题，然后漂浮体1在缓冲腔4内部海水重力的作用下自动向水平状态恢复，在这个过程中，漂浮体1内部的气压为活塞8提供一个向上的推力，弹性件9为活塞8提供又一个向上的推力，使活塞8在这两个推力的综合作用下向上移动，将缓冲腔4内部的海水逐步挤出，逐渐减小漂浮体1翘起一侧的重力，直至缓冲腔4内部海水排出完全，此时漂浮体1受力均匀，恢复成水平状态，风力发电组件14恢复成竖直状态，增加了海洋风力发电装置的稳定性，保证海洋风力发电装置正常工作，增加发电效率。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体，包括漂浮体(1)，其特征在于：所述漂浮体(1)的内部开设有空腔(2)，所述漂浮体(1)的内部开设有位于空腔(2)下方的气道(3)，所述气道(3)的顶部与空腔(2)连通，所述漂浮体(1)的内部开设有位于气道(3)周围的缓冲腔(4)，所述漂浮体(1)的内部开设有连通孔(5)，所述连通孔(5)的两端分别与气道(3)和缓冲腔(4)连通，所述漂浮体(1)的内部开设有进水孔(6)，所述进水孔(6)的一端与缓冲腔(4)连通，所述进水孔(6)的另一端与漂浮体(1)的外部空间连通，所述漂浮体(1)的底面设有底盖(7)，所述缓冲腔(4)的内部设有活塞(8)，所述活塞(8)与缓冲腔(4)相适配，所述活塞(8)的底面固定连接有弹性件(9)，所述活塞(8)的底面固定连接有缆索(10)，所述缆索(10)的外部活动套接有波纹管(11)，所述波纹管(11)的两端分别与底盖(7)的顶面和活塞(8)的底面密封连接，所述底盖(7)的底面设有位于波纹管(11)下方的定位轮(12)，所述底盖(7)的底面设有位于定位轮(12)外侧的导向轮(13)，所述缆索(10)的一端贯穿底盖(7)并依次绕过定位轮(12)和导向轮(13)，所述缆索(10)的外部与底盖(7)的底面活动套接，所述漂浮体(1)的顶部设有风力发电组件(14)。
2.根据权利要求1所述的一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体，其特征在于：所述进水孔(6)位于缓冲腔(4)内壁的顶部，所述进水孔(6)的内径值小于活塞(8)的厚度值。
3.根据权利要求1所述的一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体，其特征在于：所述底盖(7)的顶面设有位于弹性件(9)正下方的定位套筒，所述弹性件(9)的底端延伸至定位套筒的内部。
4.根据权利要求1所述的一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体，其特征在于：所述弹性件(9)处于压缩状态。
5.根据权利要求1所述的一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体，其特征在于：所述连通孔(5)位于缓冲腔(4)内壁的底部。
6.根据权利要求3所述的一种半浸入式海洋风力发电设备用漂浮体，其特征在于：所述定位套筒的高度值大于连通孔(5)与底盖(7)顶面之间的最大距离值。
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