CN110466705A - 一种半潜式海上风机自稳定设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半潜式海上风机自稳定设备，若干浮筒呈正多边形固设于塔架周边；浮筒的底部设有水平仪，内置给排水装置和锚链伸缩装置，锚链的另一端与海底锚固点固定，且于浮筒底部的锚链套内设有轴向应变传感器；塔架包括支撑风机的柱体，其通过升降装置与基础连接；控制装置根据轴向应变传感器、水平仪反馈的平衡信息，分别控制给排水装置、升降装置及锚链伸缩装置，调节浮筒的重量、重心及锚链的紧固度。其利用海水调节浮式基础的整体重心，利用塔架升降调节整体重心，利用锚链所受拉力调节所受外力，让海上风机更加稳定；其是对现有海上风机结构的进一步改进，未破坏或改变原有的结构，可行性高，效果好，具有很强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种半潜式海上风机自稳定设备

技术领域

本发明涉及一种自稳定设备，具体涉及一种半潜式海上风机自稳定设备。

背景技术

随着全球经济的快速发展，能源问题已经成为战略性问题。

风能作为一种可再生能源，无污染，能量丰富，近乎不竭，具有广阔的潜能，得到广泛的重视。风电的开发和利用发展迅速，为了开发利用风能，陆上风电在近十年来成为世界上发展最快的能源。但是陆地空间有限，同时陆上风力资源最为丰富的地区大多人口稀疏，远离主要沿海耗电区域。

由于电网能力有限，缺乏足够的输电能力，风电资源丰富地区的电力难以供电力紧张的沿海地区使用，另外，风电项目前期开发竞争日益激烈；因此陆上风电的开发潜力日趋枯竭。

为了解决路上风机存在的问题，重点对沿海地区用电中心供电，海上风力发电受到了重视。

为了获得更多的风力资源，要将海上风机安放在离岸较远的地方，为此设计了浮式海上风机。目前，浮式海上风机的支撑平台有很多设计形式，包括Sqar式、张力腿式、半潜式。其中，半潜式浮式基础主要由立柱、横梁、斜撑、浮筒和系泊系统组成；基础高出水面一定高度，免受波浪的冲击；浮筒提供主要浮力，沉没于水下以减少波浪的扰动力；立柱具有小水线面的剖面，立柱之间相隔适当距离，以保证平台的稳性。基础依靠自身重力和浮力的平衡以及悬链线系泊来保证整个风机系统的稳定。

目前，浮式基础尚处于研发阶段，距离其普遍的应用，尚需解决许多问题，包括浮式基础在海面上的稳定问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种半潜式海上风机自稳定设备。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种半潜式海上风机自稳定设备，若干浮筒呈正多边形固设于塔架周边；

浮筒的底部设有水平仪，内置给排水装置和锚链伸缩装置，锚链的另一端与海底锚固点固定，且于浮筒底部的锚链套内设有轴向应变传感器；

塔架包括支撑风机的柱体，其通过升降装置与基础连接；

控制装置根据轴向应变传感器、水平仪反馈的平衡信息，分别控制给排水装置、升降装置及锚链伸缩装置，调节浮筒的重量、重心及锚链的紧固度；

经风机获取电力的蓄电池通过控制装置供电。

上述给排水装置包括给水单元、排水单元；

给水单元包括设于浮筒底部的进水口的给水阀，

排水单元包括设于浮筒内的抽水泵，排水管与浮筒顶部的排水口连接；

所述给水阀和抽水泵由控制装置驱动。

上述锚链伸缩装置，包括锚链卷轮、旋转单元、制动单元；

旋转单元驱动锚链卷轮转动，包括与锚链卷轮同轴的第一电机；

制动单元用于制动锚链卷轮，包括于锚链卷轮外端设置的齿槽，及由第二电机驱动伸缩的制动件，所述制动件的端部设有与齿槽匹配的齿状结构；

所述第一电机、第二电机由控制装置驱动。

上述升降装置，包括锁控单元、等间距设于柱体底侧的若干列呈矩形的排齿、和设于基础内的由第三电机驱动的齿轮组，且齿轮组的齿轮与排齿匹配；

所述锁控单元包括沿水平滑槽滑动的锁条，且锁条的端部与排齿匹配；所述锁条由第四电机驱动伸缩；

所述第三电机、第四电机由控制装置驱动。

进一步的，上述进水口、抽水泵的入水口分别设有滤网。

上述平衡信息包括水平仪获取的浮筒中轴线与水平线的夹角、轴向应变传感器感应锚链套沿中轴线方向的应变量。

上述的一种半潜式海上风机自稳定设备，还包括与控制装置连接的信息存储装置，

所述信息存储装置用于存储平衡信息及控制装置的操作信息，

所述操作信息包括对给排水装置、升降装置、锚链伸缩装置的控制命令。

上述控制装置通过信息传输装置向控制中心反馈平衡信息及操作信息，

控制中心通过信息传输装置向控制装置发送替代操作信息的控制信息。

上述的一种半潜式海上风机自稳定设备的稳定方法，将平衡信息预设为三个档次的危险值，包括低档危险值、中档危险值、高档危险值；

即，控制装置根据轴向应变传感器、水平仪的反馈，

当任意一项达到低档危险值时，开启给水模块；

当任意一项达到中档危险值时，开启锚链伸缩模块，收缩锚链；

当任意一项达到高档危险值时，开启塔架升降模块，降低塔架高度；

当两项均低于高档危险值时，开启塔架升降模块，升高塔架高度；

当两项均低于中档危险值时，开启锚链伸缩模块，放伸锚链长度；

当两项均低于低档危险值时，开启排水模块。

本发明的有益之处在于：

本发明的一种半潜式海上风机自稳定设备，通过控制装置识别水平仪及轴向应变传感器反馈的倾角信息及应变信息，根据预设的危险等级，做出相应的控制给排水装置、升降装置及锚链伸缩装置的命令，以调节浮筒的重量、重心及锚链的紧固度；达到控制海上风机稳定的效果。同时，与控制中心相结合，实时可调整。

本发明通过利用海水调节浮式基础的整体重心，利用塔架升降调节海上风机整体重心，利用锚链所受拉力调节海上风机所受外力，让海上风机更加稳定；利用海上风机自身产生的电能来维持海上风机的稳定性，其是对现有海上风机的结构作进一步的改进，未破坏或改变原有的结构，可行性高，效果好，具有很强的实用性和广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明的半潜式海上风机自稳定设备的结构示意图。

图2为本发明的浮筒的结构示意图的侧视图。

图3为本发明的浮筒的结构示意图的俯视图。

图4为本发明的塔架的结构示意图。

附图中标记的含义如下：1、轴向应变传感器，2、水平仪，3、抽水泵，4、蓄电池，5、控制装置，6、排水口，7、入水口，8、锚链伸缩装置，9、制动单元，10、锚链套，11、锚链，12、齿轮组，13、锁条。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

一种半潜式海上风机自稳定设备，由塔架、浮筒、水平仪2、轴向应变传感器1、及设于浮筒内的给排水装置、锚链伸缩装置8、控制装置5、蓄电池4、信息存储装置、信息传输装置组成。

若干浮筒呈正多边形固设于塔架周边，分别通过桁架与塔架的基础固定连接；塔架还包括支撑风机的柱体，其通过升降装置与基础连接；水平仪2设于浮筒的底部，用于获取的浮筒中轴线与水平线的夹角。

锚链伸缩装置8包括锚链卷轮、旋转单元、制动单元9；旋转单元包括与锚链卷轮同轴的第一电机，驱动锚链卷轮转动；制动单元9用于制动卷轮，包括于锚链卷轮外端设置的齿槽，及由第二电机驱动伸缩的制动件，制动件的端部设有与齿槽匹配的齿状结构；锚链11穿过浮筒的底部与海底锚固点固定，且于浮筒的底部，设有锚链套10，且内置轴向应变传感器1，用于锚链套10沿中轴线方向的应变量。第一电机、第二电机由控制装置5驱动。

给排水装置由给水单元和排水单元组成；给水单元为设于浮筒底部的进水口的给水阀；排水单元为设于浮筒内的抽水泵3，抽水泵3的排水管与浮筒顶部的排水口6连接；

升降装置由排齿、升降单元、锁控单元组成；排齿呈矩形，有若干列，分别等间距设于柱体底侧；升降单元为设于基础内的由第三电机驱动的齿轮组12，且齿轮组12的齿轮与排齿匹配；锁控单元包括沿水平滑槽滑动的锁条13，且锁条13的端部顶接排齿的凹槽，优选的，水平滑槽设于齿轮组12之间（如图4所示）；锁条13由第四电机驱动伸缩。第三电机、第四电机由控制装置5驱动。

控制装置5根据轴向应变传感器1、水平仪2反馈的平衡信息，分别控制给排水装置、升降装置及锚链伸缩装置8，调节浮筒的重量、重心及锚链11的紧固度；经风机获取电力的蓄电池4通过控制装置5供电。

进水口、抽水泵3的入水口7分别设有滤网。

信息存储装置与控制装置5连接，于存储平衡信息及控制装置5的操作信息。

控制装置5通过信息传输装置向控制中心反馈平衡信息及操作信息，控制中心通过信息传输装置向控制装置5发送替代操作信息的控制信息。

实际使用时，

海上风机受外力影响产生倾斜，导致水平仪2及轴向应变传感器1获取信息发生变化。采集应变信息及倾角信息，传输至控制装置5，控制装置5判断上述两类信息是否达到预设危险值，达到何种档次的预设危险值，根据不同的判断决定是否开启给排水模块，锚链11伸缩模块及塔架升降模块；将平衡信息及操作信息存入信息存储装置，同时通过信息传输装置发送给控制中心；控制中心（人工）决定是否进行干涉，若干涉，则传递控制信息至控制装置5，替代原操作信息，并存入信息存储装置；如不干涉，则不传递信息。

将平衡信息预设为三个档次的危险值，包括低档危险值、中档危险值、高档危险值；即，控制装置5根据轴向应变传感器1、水平仪2反馈的应变信息及倾角信息：

当任意一项达到低档危险值时，开启给水单元；控制位于给水阀的打开时间，控制进水量；开启时间由计算获得，具体以浮筒内部充满水为准；

当任意一项达到中档危险值时，开启锚链11伸缩装置，收缩锚链11；锚链卷轮向内侧旋转时，拉紧锚链11，增大浮筒所受锚链11拉力，在达到最大拉力时以制动装置锁死锚链卷轮，维持锚链11的受力状态；锚链11收缩长度实时调节，但应有一最大值，具体以不影响海底锚固点锚固效果且锚链11不断裂为准；

当任意一项达到高档危险值时，开启塔架升降模块，降低塔架高度；降低高度实时调节，但应有一最大值，以海上风机叶片不接触海水为准；

当两项均低于高档危险值时，开启塔架升降模块，升高塔架高度；具体高度实时调剂，但应有一最大值，以海上风机塔架不脱离基座为准；

当两项均低于中档危险值时，开启锚链11伸缩模块，放伸锚链11长度；锚链卷轮向外侧旋转时，放伸锚链11，减小浮筒所受锚链11拉力，在达到预设最小值时以制动装置锁死锚链卷轮，维持锚链11的受力状态。最大拉力的设置时应预设安全值，具体长度实时调剂，但应有一最大值，以浮筒内部无水时能保证锚链11恰好处于松弛状态为准；

当两项均低于低档危险值时，开启排水单元。通过控制抽水泵3运行时间，控制排水量，开启时间由计算获得，具体以浮筒内部满水时全部排出为准。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种半潜式海上风机自稳定设备，其特征在于，若干浮筒呈正多边形固设于塔架周边；

浮筒的底部设有水平仪，内置给排水装置和锚链伸缩装置，锚链的另一端与海底锚固点固定，且于浮筒底部的锚链套内设有轴向应变传感器；

塔架包括支撑风机的柱体，其通过升降装置与基础连接；

控制装置根据轴向应变传感器、水平仪反馈的平衡信息，分别控制给排水装置、升降装置及锚链伸缩装置，调节浮筒的重量、重心及锚链的紧固度；

经风机获取电力的蓄电池通过控制装置供电。

2.根据权利要求1所述的一种半潜式海上风机自稳定设备，其特征在于，所述给排水装置包括给水单元、排水单元；

给水单元包括设于浮筒底部的进水口的给水阀，

排水单元包括设于浮筒内的抽水泵，排水管与浮筒顶部的排水口连接；

所述给水阀和抽水泵由控制装置驱动。

3.根据权利要求1所述的一种半潜式海上风机自稳定设备，其特征在于，所述锚链伸缩装置，包括锚链卷轮、旋转单元、制动单元；

旋转单元驱动锚链卷轮转动，包括与锚链卷轮同轴的第一电机；

制动单元用于制动锚链卷轮，包括于锚链卷轮外端设置的齿槽，及由第二电机驱动伸缩的制动件，所述制动件的端部设有与齿槽匹配的齿状结构；

所述第一电机、第二电机由控制装置驱动。

4.根据权利要求1所述的一种半潜式海上风机自稳定设备，其特征在于，所述升降装置，包括锁控单元、等间距设于柱体底侧的若干列呈矩形的排齿、和设于基础内的由第三电机驱动的齿轮组，且齿轮组的齿轮与排齿匹配；

所述锁控单元包括沿水平滑槽滑动的锁条，且锁条的端部与排齿匹配；所述锁条由第四电机驱动伸缩；

所述第三电机、第四电机由控制装置驱动。

5.根据权利要求2所述的一种半潜式海上风机自稳定设备，其特征在于，所述进水口、抽水泵的入水口分别设有滤网。

6.根据权利要求1所述的一种半潜式海上风机自稳定设备，其特征在于，所述平衡信息包括水平仪获取的浮筒中轴线与水平线的夹角、轴向应变传感器感应锚链套沿中轴线方向的应变量。

7.根据权利要求1所述的一种半潜式海上风机自稳定设备，其特征在于，还包括与控制装置连接的信息存储装置，

所述信息存储装置用于存储平衡信息及控制装置的操作信息，

所述操作信息包括对给排水装置、升降装置、锚链伸缩装置的控制命令。

8.根据权利要求1所述的一种半潜式海上风机自稳定设备，其特征在于，所述控制装置通过信息传输装置向控制中心反馈平衡信息及操作信息，

控制中心通过信息传输装置向控制装置发送替代操作信息的控制信息。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种半潜式海上风机自稳定设备的稳定方法，其特征在于，将平衡信息预设为三个档次的危险值，包括低档危险值、中档危险值、高档危险值；

即，控制装置根据轴向应变传感器、水平仪的反馈，

当任意一项达到低档危险值时，开启给水模块；

当任意一项达到中档危险值时，开启锚链伸缩模块，收缩锚链；

当任意一项达到高档危险值时，开启塔架升降模块，降低塔架高度；

当两项均低于高档危险值时，开启塔架升降模块，升高塔架高度；

当两项均低于中档危险值时，开启锚链伸缩模块，放伸锚链长度；

当两项均低于低档危险值时，开启排水模块。