CN110259645B - 基于改变局部浮力的海上风力机浮式平台自平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于改变局部浮力的海上风力机浮式平台自平衡装置，包括浮体、平台和滚轮控制装置，浮体设置有四个，由两个滚轮控制装置控制，滚轮控制装置分别放置在平台支撑面上下中心位置；滚轮控制装置外部由滚轮控制装置外壳包围，滚轮控制装置外壳主要起支撑风力发电机和密封防水作用。本发明在漂浮式平台的基础上，设计了一种可根据平台倾斜位置，自动对其进行平衡的平衡装置，其结构紧凑且能够实时调节平台的局部浮力，达到了使平台实现自平衡的目的。本发明通过改变浮体体积的方法，改变浮体局部的浮力，进而通过浮力的变化，对平台进行平衡。

Description

基于改变局部浮力的海上风力机浮式平台自平衡装置

技术领域

本发明涉及一种基于改变局部浮力的海上风力机浮式平台自平衡装置，属于风力技术领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，能源问题越来越成为人们关注的话题，风能作为可清洁能源的一种，具有大规模开发和商业化发展的前景。现如今，风力发电技术主要以陆上风力发电为主，但海上风力发电由于其得天独厚的风能优势，正在慢慢的成为风力发电的发展方向。海上风力发电装置离不开平台的支撑，根据平台的结构，海上风力机平台可分为固定式与漂浮式两种类型。固定式平台只可在浅海使用，远不如漂浮式平台用途广泛。漂浮式平台根据不同的结构，可分为Spra型、半潜式、张力腿式等。但现如今的无论哪种平台，即使有着很好的稳定性，但是平台的稳定主要是靠自身结构，当所受到的外部载荷超过平台所能承载的限度时，平台就会发生倾斜且没有办法通过自身主动平衡，只能等待倾斜对侧的外部载荷变弱，或倾斜侧的外部载荷变强。当漂浮式平台的倾斜角度过大时，容易发生整体倾翻，影响发电效率及设备安全。海上风力机浮式平台自平衡技术，是在浮式平台受到外部载荷而倾斜时，能够自主的使平台恢复平衡状态，避免因平台倾斜而产生的一系列不利影响。

目前，为了减弱浮式平台的倾斜摇动情况，主要采用的方法是增加垂荡板或采用锚链拉扯方法对平台进行控制，具有一定局限性，主要表现在当风速较小时，可以使浮式平台上的风电机组保持平衡，但由于海风的风力等级相比于陆地来说要大很多，一旦浮式平台受到的风、浪等因素过大，二者均只能起到减缓摇动的作用，当倾斜已经产生时，很难主动对平台进行平衡控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改变局部浮力的海上风力机浮式平台自平衡装置，通过改变浮体体积的方法，改变浮体局部的浮力，进而通过浮力的变化，对平台进行平衡。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种基于改变局部浮力的海上风力机浮式平台自平衡装置，包括浮体、平台和滚轮控制装置，浮体设置有四个，由两个滚轮控制装置控制，滚轮控制装置分别放置在平台支撑面上下中心位置；滚轮控制装置外部由滚轮控制装置外壳包围，滚轮控制装置外壳主要起支撑风力发电机和密封防水作用。

进一步地，每个滚轮控制装置所控制的绳索有八个滑轮对其进行拉伸方向的改变，使得绳索经过滑轮之后与浮体中的拉杆相连，滚轮控制装置上的每个绳索通孔与四个滑轮在同一平面内。滑轮均安置在滚轮控制装置外壳内，其中上部控制装置外壳内有六个滑轮，下部控制装置外壳内有十个滑轮。

进一步地，浮体包括支撑面、转轴、撑板、通气孔、连接杆、绳索导孔、弹簧连接板、弹簧、拉杆和可展开柔性面，撑板通过四个连接杆与平台连接固定，转轴固定在撑板上，支撑面可绕转轴转动；支撑面中部开有矩形凹槽，拉杆通过绳索导孔放置在矩形凹槽内，拉杆末端与绳索相连，两侧与支撑板贴合，可在绳索的拉动下在矩形凹槽内滑动；支撑面与弹簧连接板之间由弹簧连接。

进一步地，滚轮控制机构包括外壳、滚轮、凹槽、轨道和绳索通孔，外壳两侧开有两个绳索通孔使得绳索可以通过，绳索通孔的具体位置可根据剖视位置看出。外壳底部开有凹槽，目的是当滚轮缠绕上绳索时不会影响滚轮沿轨道的滚动。滚轮的初始位置在轨道中间，左右两侧的绳索同时与滚轮连接，一个滚轮控制装置可控制两根绳索，也就是两个浮体。在滚轮控制装置之外，多个滑轮支撑绳索并改变绳索的拉伸方向。

该发明的有益效果在于：漂浮式平台在漂浮过程中，由于时刻受到不同位置不同大小的外部载荷，故其摆动形式是不确定的。本发明在漂浮式平台的基础上，设计了一种可根据平台倾斜位置，自动对其进行平衡的平衡装置，其结构紧凑且能够实时调节平台的局部浮力，达到了使平台实现自平衡的目的。本发明通过改变浮体体积的方法，改变浮体局部的浮力，进而通过浮力的变化，对平台进行平衡。

附图说明

图1是本发明实施例中整体结构示意图。

图2是图1中的A-A向截面示意图。

图3是图1中的B-B向截面示意图。

图4是浮体具体结构示意图及图4中C-C向截面示意图。

图5是滚轮控制机构示意图。

图6是图5中的D-D向截面示意图。

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

本实施例中的基于改变局部浮力的海上风力机浮式平台自平衡装置，包括浮体1、平台2和滚轮控制装置3，浮体1设置有四个，由两个滚轮控制装置3控制，滚轮控制装置3分别放置在平台2支撑面上下中心位置；滚轮控制装置3外部由滚轮控制装置外壳包围，滚轮控制装置外壳主要起支撑风力发电机和密封防水作用。浮体1与滚轮控制装置3的具体布置如图1所示，由于滚轮控制装置3在内部，故用虚线对其位置进行表示。其内部具体的结构采用A-A、B-B两个剖视图表现，如图2和图3所示。

图2和图3为整体结构在不同位置的剖视图，整个结构主包括上部控制装置外壳4、滑轮5、滚轮控制机构3、平台2、绳索6、导气管7、浮体1，具体的剖视位置在图1 中有所表示，图2主要表示了平台上部的具体结构，图3主要表示了平台下部的具体结构。采用这种剖视方法的主要目的是为了将滚轮控制机构3中绳索通孔位置以及滑轮5 的位置表现出来。每个滚轮控制装置3所控制的绳索6有八个滑轮5对其进行拉伸方向的改变，使得绳索6经过滑轮5之后与浮体1中的拉杆相连，滚轮控制装置3上的每个绳索通孔与四个滑轮5在同一平面内。滑轮5均安置在滚轮控制装置外壳4内，其中上部控制装置外壳内有六个滑轮，下部控制装置外壳内有十个滑轮。

下部滚轮控制机构外壳开有四个孔，分别与四个方位的浮体绳索导孔进行连接，由于浮体1的体积改变主要为内部空气体积的改变，故浮体1内部应保持无水状态，浮体 1上的通气孔需与导气管7连接并使导气管7的进气口远高于水面，且需保证下部滚轮控制机构外壳的开孔与浮体1的绳索导孔进行紧密连接，做防水处理，防止进水。

浮体具体结构由图4所示，包括支撑面8、转轴9、撑板10、通气孔11、连接杆12、绳索导孔13、弹簧连接板14、弹簧15、拉杆16、矩形凹槽17和可展开柔性面18。其中撑板8通过四个连接杆12与平台2连接固定，转轴9固定在撑板10上，支撑面8可绕转轴9转动。通过支撑面8的旋转，使得可展开柔性面18舒展或收紧，进而使得浮体的体积发生改变。支撑面8中部开有矩形凹槽17，拉杆16通过绳索导孔13放置在矩形凹槽17内，拉杆16末端与绳索相连，两侧与支撑面8贴合，可在绳索的拉动下在矩形凹槽17内滑动。支撑面8与弹簧连接板14之间由弹簧15连接。当绳索拉紧，拉杆 16受到绳索拉力外拉时，拉杆16推动支撑面8，使支撑面8绕转轴9转动，可展开柔性面18舒展，浮体体积增大，浮力增大。当绳索松弛，拉杆16没有受到绳索拉力外拉时，在弹簧15的作用下，支撑面8绕转轴9回转，推动拉杆16向里滑动，绳索拉紧，可展开柔性面18收缩，浮体体积减小，浮力减小。由上述可知，只需通过控制与拉杆 16连接的绳索，便可对浮体的体积进行控制。

采用滚轮控制机构对拉杆进行控制。滚轮控制机构如图5、图6所示，主要由外壳19、滚轮20、凹槽21、轨道22和绳索通孔23组成。外壳19两侧开有两个绳索通孔23 使得绳索可以通过，绳索通孔23的具体位置可根据剖视位置看出。外壳底部开有凹槽 21，目的是当滚轮20缠绕上绳索时不会影响滚轮20沿轨道22的滚动。滚轮20的初始位置在轨道22中间，左右两侧的绳索同时与滚轮20连接，一个滚轮控制装置可控制两根绳索，也就是两个浮体。在滚轮控制装置之外，多个滑轮支撑绳索并改变绳索的拉伸方向，其滑轮的具体位置及形式如图2和图3所示。

平台实现自平衡的过程如下：当平台受到风、浪、流等外部因素的影响发生倾斜时，滚轮控制装置中的滚轮会沿轨道向倾斜一侧倾斜，拉动倾斜对侧绳索而放松倾斜侧绳索，经过滑轮改变方向后，倾斜侧浮体的拉杆受到拉力使得浮体体积增大，倾斜对侧浮体绳索松弛，弹簧拉动浮体支撑面使得浮体体积减小。由浮力计算公式F浮＝ρ液gV排得，倾斜侧与倾斜对侧产生一个浮力差，该浮力差既可以支撑由滚轮滚动产生的重心偏移也可以作用于平台使平台受到一个在倾斜处向上的力，可使得平台保持平衡。

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 (1)

1.一种基于改变局部浮力的海上风力机浮式平台自平衡装置，其特征在于：包括浮体、平台和滚轮控制装置，所述浮体设置有四个，由两个滚轮控制装置控制；具体控制过程为：当平台倾斜时，滚轮滑动带动两侧绳索，改变浮体体积，增加下沉侧浮力，减少上升侧浮力，进而使得平台达到自平衡的目的；滚轮控制装置包括外壳、滚轮、凹槽、轨道和绳索通孔，外壳两侧开有两个绳索通孔使得绳索可以通过；外壳底部开有凹槽；滚轮的初始位置在轨道中间，左右两侧的绳索同时与滚轮连接，一个滚轮控制装置可控制两根绳索，每根绳索可控制一个浮体，即每个滚轮控制装置可控制两个浮体；所述滚轮控制装置分别放置在平台支撑面上下中心位置；所述滚轮控制装置外部由滚轮控制装置外壳包围，滚轮控制装置外壳起支撑风力发电机和密封防水作用；每个滚轮控制装置所控制的绳索有八个滑轮对其进行拉伸方向的改变，使得绳索经过滑轮之后与浮体中的拉杆相连，滚轮控制装置上的每个绳索通孔与四个滑轮在同一平面内；滑轮均安置在滚轮控制装置外壳内，其中上部控制装置外壳内有六个滑轮，下部控制装置外壳内有十个滑轮；所述浮体包括支撑面、转轴、撑板、通气孔、连接杆、绳索导孔、弹簧连接板、弹簧、拉杆和可展开柔性面，撑板通过四个连接杆与平台连接固定，转轴固定在撑板上，支撑面可绕转轴转动；支撑面中部开有矩形凹槽，拉杆通过绳索导孔放置在矩形凹槽内，拉杆末端与绳索相连，两侧与支撑板贴合，可在绳索的拉动下在矩形凹槽内滑动；支撑面与弹簧连接板之间由弹簧连接。

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