CN110185585B - 一种半潜式垂直轴风力机平台减摇平衡装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半潜式垂直轴风力机平台减摇平衡装置，包括角度传感器、控制器、配重舱体、上导向滑轨、下导向滑轨、滑块、链条、浮筒、连接舱、滑块伺服电机和传动齿轮，角度传感器安装在配重舱体顶部，控制器设置在角度传感器侧边，浮筒安装在减摇平衡装置底部，设置有4个；相邻两个浮筒之间安装有连接舱用于固定浮筒的相对位置；配重舱体内装有上滑轨和下滑轨。本发明装置能够将滑块在浮式基础水平面内移动和转动，产生圆周内任意方向的恢复力矩。该减摇装置能在半潜式平台任意方向上都产生减摇效果，且效果明显，使用范围较大。
Description
技术领域
本发明涉及一种半潜式垂直轴风力机平台减摇平衡装置，属于风力机技术领域。
背景技术
目前半潜式垂直轴风力机平台在载荷作用下主要依靠系泊系统以及自身的浮力来进行减少摇摆，其减摇效果不是很突出。本装置依靠主动控制的方式，在浮式平台中移动滑块，通过滑块重力产生的恢复力矩对浮式平台的任意方向进行减摇。
基于半潜式平台的风力机用于获取深远海海域丰富的风能资源。但由于半潜式风力机平台不是固定的，只是依靠系泊系统定位，当半潜式平台上的风力机以及自身受到环境载荷时，载荷会对半潜式平台的质心产生弯矩。若所有的环境载荷产生的弯矩不能平衡时，半潜式平台会发生倾斜，随着环境载荷不断发生改变，半潜式平台就会产生摇动，摇动可分为纵摇、横摇和艏摇。目前也有一些半潜式风力机平台的减摇方式，如依靠系泊系统以及浮式平台自身的浮力，但是系泊系统的拉力和浮筒浮力能提供恢复力矩较小，减摇效果不是很理想。如在浮式平台内安装减摇水舱，该装置需要对水舱固有频率进行设置使之与浮式平台以及波浪的频率相同，然后通过水舱内的水振荡滞后于波浪力180°，产生与波浪力矩相反的力矩来减摇，但该装置适用范围较小，需要保证使用区域的波浪频率与水舱固有频率相同才能有最好的效果。如在风力机的机舱内安装调谐质量阻尼器，依靠弹簧以及阻尼器来消耗浮式平台摇动的能量来减摇，但该装置没有转向机构，只对特定方向的摇动有明显效果而其他方向上的减摇效果很小。而通过移动滑块减摇的装置目前用于一些船舶中，依靠滑块的重力来产生恢复力矩，只能对船舶的横摇方向减摇。但在半潜式风力机平台中使用很少。如何使半潜式风力机平台稳定运行现在还是浮式风力机中的一个巨大挑战。目前的减摇装置的减摇效果不是很理想或是不能对半潜式平台任意方向的摇动都能起到减摇效果。
发明内容
本发明涉及一种半潜式垂直轴风力机平台减摇平衡装置，以便克服技术背景中的不足。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种半潜式垂直轴风力机平台减摇平衡装置，包括角度传感器、控制器、配重舱体、上导向滑轨、下导向滑轨、滑块、链条、浮筒、连接舱、滑块伺服电机和传动齿轮，角度传感器安装在配重舱体顶部，控制器设置在角度传感器侧面，浮筒安装在减摇平衡装置底部，设置有4个；相邻两个浮筒之间安装有连接舱用于固定浮筒的相对位置；配重舱体内装有上滑轨和下滑轨；配重舱体内的上端面装有上滑轨旋转伺服电机，下端面装有下滑轨旋转伺服电机；上滑轨和下滑轨的一端安装在配重舱体中央的轴上，通过传动齿轮与上滑轨旋转伺服电机、下滑轨旋转伺服电机分别相连，另一端通过滑轨端部的导向轮，与配重舱体内的上导向滑轨、下导向滑轨连接。
进一步地，上滑轨和下滑轨上装有滑块，滑块通过链轮链条与上滑轨和下滑轨上的滑块伺服电机相连。
进一步地，上滑块滑轨结构包括滑块、上滑轨、链条、滑块伺服电机、链轮、传动齿轮、导向轮、限位传感器、滚轮和滑轨槽，滑块底部装有滚轮，与滑轨槽相配合，滑块能沿着滑轨槽移动。滑块两端与链条相连，链条与上滑轨两端的链轮相配合。滑块伺服电机安装在与传动齿轮相近的链轮一侧，并通过传动轴与链轮相连。在上滑轨的远端面上装有上下两个导向轮，两导向轮之间可以与上导向滑轨配合。
下滑轨滑块机构与上滑轨滑块机构基本上相同，不同之处在传动齿轮安装位置上，上滑轨的传动齿轮在上端，下滑轨的传动齿轮在下端。
该发明的有益效果在于：本发明装置能够将滑块在浮式基础水平面内移动和转动，产生圆周内任意方向的恢复力矩。其工作原理是通过传感器测量半潜式风力机平台倾斜的角度和方向，控制器控制电机带动滑块和滑轨旋转到半潜式风力机平台倾斜的反方向上，之后再通过电机带动链条调整滑块在滑轨上的位置，使滑块的重力能够对质心产生一个足够恢复的力矩，减小半潜式风力机平台的摇晃程度，使半潜式风力机能平稳运行。该减摇装置能在半潜式平台任意方向上都能产生减摇效果，且效果明显，使用范围较大。
附图说明
图1是本实施例中的减摇平衡装置整体视图。
图2是本实施例中的滑轨滑块安装视图。
图3是本实施例中的上滑块滑轨视图。
图4是本实施例中的下滑块滑轨局部视图。
图5是本实施例中的对于滑块平衡减摇装置总体控制流程图。
图中标记说明：1角度传感器；2控制器；3配重舱体；4上导向滑轨；5下导向滑轨；6滑块；7链条；8下滑轨；9上滑轨；10下滑轨旋转伺服电机；11上滑轨旋转伺服电机；12浮筒；13连接舱；14滑块伺服电机；15传动齿轮；16链轮；17导向轮；18限位传感器；19滚轮；20滑轨槽。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
本实施例中的半潜式垂直轴风力机平台减摇平衡装置，包括角度传感器1、控制器2、配重舱体3、上导向滑轨4、下导向滑轨5、滑块6、链条7、下滑轨8、上滑轨9、下滑轨旋转伺服电机10、上滑轨旋转伺服电机11、浮筒12、连接舱13、滑块伺服电机14和传动齿轮15，如图1所示，角度传感器1安装在配重舱体3顶部，用于检测半潜式平台倾斜的角度和方向。控制器2设置在角度传感器1侧边，根据角度传感器的信号来控制电机运行。浮筒12安装在减摇平衡装置底部，设置有4个，为半潜式平台提供浮力；相邻两个浮筒12之间安装有连接舱13用于固定浮筒12的相对位置，提高结构强度。
减摇平衡装置运行原理是：当半潜式平台发生倾斜时，角度传感器1检测半潜式平台的倾斜角度和方向，将信息传递给控制器2，控制器根据传感器的信息和当前滑块6位置信息进行计算，给出下滑轨旋转伺服电机10、上滑轨旋转伺服电机11的旋转角度，将控制命令发送给电机。下滑轨旋转伺服电机10、上滑轨旋转伺服电机11接受指令后将下滑轨8、上滑轨9旋转到指定的角度。之后，滑轨上的滑块伺服电机14运行，通过链轮和链条7传动带动滑块在滑轨上移动到指定的位置。此时滑块6的重力会对半潜式平台的质心产生恢复力矩，减小平台的摇动。
配重舱体3内装有上滑轨8和下滑轨9，可以绕轴旋转，如图2所示。配重舱体内3的上端面装有上滑轨旋转伺服电机11，下端面装有下滑轨旋转伺服电机10。上滑轨8和下滑轨9的一端安装在配重舱体中央的轴上，通过传动齿轮15与上滑轨旋转伺服电机11、下滑轨旋转伺服电机10分别相连，另一端通过滑轨端部的导向轮17，如图3所示，分别与配重舱体内的上导向滑轨4、下导向滑轨5连接。其作用是支撑上滑轨8和下滑轨9的旋转，防止上滑轨8和下滑轨9过重而断裂。在上滑轨8和下滑轨9上装有滑块6，滑块6通过链轮链条7与上滑轨8和下滑轨9上的滑块伺服电机13相连。滑块伺服电机13接收到控制器的控制命令后通过链轮链条7能带动滑块6在上滑轨8和下滑轨9上移动到要求的位置。在不工作时，上滑轨8和下滑轨9以及滑块6是关于旋转轴对称。
上滑块滑轨结构主要机构如图3所示，包括滑块6、上滑轨9、链条7、滑块伺服电机13、链轮16、传动齿轮15、导向轮17、限位传感器18、滚轮19和滑轨槽20，滑块6底部装有滚轮19，与滑轨槽20相配合，滑块6能沿着滑轨槽20移动。滑块6两端与链条7相连，链条7与上滑轨9两端的链轮16相配合。滑块伺服电机14安装在与传动齿轮15相近的链轮16一侧，并通过传动轴与链轮16相连。在上滑轨的远端面上装有上下两个导向轮17，两导向轮17之间可以与上导向滑轨4配合。工作时，滑块伺服电机14带动链轮16旋转，链轮16又通过链条7带动滑块6在上滑轨9上移动，当滑块6碰到限位传感器18时，滑块伺服电机14停止当前方向转动，滑块6停止在当前位置。
下滑轨滑块机构与上滑轨滑块机构基本上相同，不同之处在传动齿轮安装位置上，上滑轨的传动齿轮在上端，如图3所示，下滑轨的传动齿轮在下端，如图4所示。对于滑块平衡减摇装置总体控制流程如图5所示。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种半潜式垂直轴风力机平台减摇平衡装置，其特征在于：包括角度传感器、控制器、配重舱体、上导向滑轨、下导向滑轨、滑块、链条、浮筒、连接舱、滑块伺服电机和传动齿轮，所述角度传感器安装在配重舱体顶部，所述控制器设置在角度传感器侧边，所述浮筒安装在减摇平衡装置底部，设置有4个；相邻两个浮筒之间安装有连接舱用于固定浮筒的相对位置；所述配重舱体内装有上滑轨和下滑轨；所述配重舱体内的上端面装有上滑轨旋转伺服电机，下端面装有下滑轨旋转伺服电机；所述上滑轨和下滑轨的一端安装在配重舱体中央的轴上，通过传动齿轮与上滑轨旋转伺服电机、下滑轨旋转伺服电机分别相连，另一端通过滑轨端部的导向轮，分别与配重舱体内的上导向滑轨、下导向滑轨连接；所述上滑轨和下滑轨上装有滑块，滑块通过链轮链条与上滑轨和下滑轨上的滑块伺服电机相连。
2.根据权利要求书1所述的半潜式垂直轴风力机平台减摇平衡装置，其特征在于：上滑块滑轨结构包括滑块、上滑轨、链条、滑块伺服电机、链轮、传动齿轮、导向轮、限位传感器、滚轮和滑轨槽，所述滑块底部装有滚轮，与滑轨槽相配合，滑块能沿着滑轨槽移动；所述滑块两端与链条相连，所述链条与上滑轨两端的链轮相配合；所述滑块伺服电机安装在与传动齿轮相近的链轮一侧，并通过传动轴与链轮相连；所述上滑轨的远端面上装有上下两个导向轮，两导向轮之间可以与上导向滑轨配合。
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