CN110566398A - 一种偏航潮流能发电机组及其偏航方法 - Google Patents

一种偏航潮流能发电机组及其偏航方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种偏航潮流能发电机组及其偏航方法。中心支撑平台活动套装外围支撑平台中，外围支撑平台上有偏航电机，偏航电机的齿轮结构和中心支撑平台的齿条结构啮合形成齿轮齿条副；外围支撑平台两端分别有潮流能机组和配重；工作平台固定安装在塔筒之上，工作平台两侧有提升腿，提升腿上端通过液压循环提升机构穿设安装于工作平台的通槽，提升腿下端铰接连接于中心支撑平台；液压循环提升机构中，提升腿上设有多个销孔，工作平台的通槽旁固定有液压缸，工作平台的通槽内壁固定锁紧销，提升销和锁紧销装配于销孔。本发明实现了双向潮流能量的捕获，提高了潮流能机组的发电效率，潮流能发电机组结构简单，操作方便，易于维护。

Description

一种偏航潮流能发电机组及其偏航方法
技术领域
本发明涉及了一种海上发电装置机组，特别是涉及一种偏航潮流能发电机组及其偏航方法。
背景技术
海洋受到潮汐的作用，海中蕴藏着巨大的能源，其中潮流能是较为稳定，能量密度也较高的海洋能源之一。考虑到我国近海沿岸，如长三角、珠三角地区电力紧缺的现状，新能源的开发迫在眉睫，同时潮流能是新能源的一种，对保护环境有积极的作用。
现有的潮流能装备，不论是国内还是国外，设计都存在许多问题。因此潮流能机组并没有像海上风电一样实现海上大规模的商业化运作。现有的潮流能设备大体上可分为两类：漂浮式与固定式。漂浮式潮流能机组依托于漂浮式平台在海上运作，因此机组稳定性不高，容易受到复杂海况的影响；固定式潮流能机组采用单桩或者重力桩形式，机组长期处于海面下，受到海水及海洋生物的腐蚀。现有潮流能机组大多仍没有实现偏航功能，或者是偏航机构过于复杂，对控制系统的要求提高，使整体发电机组更为复杂。
因此，现有的潮流能发电机组在其结构与偏航方法的设计上，还存在一定的不足，有待进一步的研究与改进。亟需一种结构简单可靠、易于维护的，可实现偏航功能的新型潮流能发电机组及其偏航方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单可靠、易于维护，具有偏航功能的潮流能发电机组，以克服现有潮流能机组的不足之处，更好地实现潮流能源的高效利用，降低发电成本，推动潮流能的商业化运作。
本发明采用的技术方案是：
一、一种偏航潮流能发电机组，其特征在于：
偏航潮流能发电机组包括潮流能机组、支撑平台、偏航电机、塔筒、梯形键、导轨、工作平台、提升腿和液压循环提升机构；支撑平台包括中心支撑平台和外围支撑平台，中心支撑平台活动套装于外围支撑平台的中心通孔中且通过偏航轴承固定连接，靠近中心支撑平台旁的外围支撑平台之上固定安装有偏航电机，偏航电机的输出端为齿轮结构，中心支撑平台的外周面设有齿条结构，齿轮结构和齿条结构啮合形成齿轮齿条副；外围支撑平台在位于潮流来流方向的前端固定安装有潮流能机组，在位于潮流来流方向的后端固定有配重。
工作平台固定安装在塔筒之上，工作平台沿潮流来流方向的对称两侧设有两个提升腿，提升腿上端通过液压循环提升机构穿设安装于工作平台的通槽，提升腿下端铰接连接于中心支撑平台，铰接轴垂直于潮流来流方向的水平方向；液压循环提升机构包括液压缸、开设在提升腿上的销孔、锁紧销和提升销；提升腿上沿上下间隔均布开设有多个销孔，工作平台的通槽旁固定有液压缸，液压缸输出杆朝向和提升销的一端固接，提升销的另一端可伸缩且装配于销孔，工作平台的通槽内壁固定锁紧销的一端，锁紧销的另一端可伸缩且装配于销孔。
所述的中心支撑平台套装于塔筒之外，中心支撑平台和塔筒下部之间通过对称两侧布置的梯形键进行支撑和限位，梯形键包括凸块和凹槽，塔筒外壁固定有凸块，中心支撑平台地面开设有凹槽，凸块配合嵌装于凹槽中。
两个导轨和两个梯形键的两个凸块在塔筒圆周上的位置沿周向间隔均布，且凸块水平位置低于导轨。
所述的中心支撑平台和塔筒之间通过导轨和导轨键构成的导轨副上下滑动连接：塔筒外壁固定设有沿上下轴向方向的导轨，中心支撑平台的内壁固定设有导轨键，导轨键突出于中心支撑平台内壁且开设成条形槽状，导轨嵌装于导轨键中形成导轨副连接。
所述的潮流能机组还包括海流计，海流计用于海流流向与流速的测量。
二、一种偏航潮流能发电机组的偏航方法，所述潮流能发电机组包括主控系统控制的偏航系统和海流计，其偏航步骤包括：
1)通过潮流能机组的海流计实时检测潮流数据，在潮流方向要改变时，海流计向主控系统发出偏航信号；
2)所述主控系统接收偏航信号后，控制液压循环提升机构工作，带动提升腿和支撑平台逐步提升，使得梯形键分离；接着控制偏航电机工作旋转，经齿轮齿条副驱动外围支撑平台绕中心支撑平台转动，旋转所需偏航角度，实现偏航系统的偏航；最后，通过液压循环提升机构逐步放下提升腿和支撑平台，直至中心支撑平台与塔筒的梯形键完成配合。
本发明具有的有益效果是：
1)本发明潮流能发电机组采用单桩结构，结构简单，稳定性好，对海底土质要求较低，适用于单机容量较大的潮流能发电机；
2)本发明潮流能发电机组运作时支撑平台与塔筒梯形键形成配合，减小系统在海流下的晃动，增加了潮流能发电机组的稳定性，提高发电质量；
3)本发明潮流能发电机组通过自带的液压循环提升机构提升支撑平台和潮流能发电机至海面以上，工作人员可以登陆至支撑平台上，方便检修与维护，节省运维船只的费用；
4)本发明潮流能发电机组通过海流计实时监测潮流数据并反馈给主系统，主系统控制偏航系统进行偏航，实现双向潮流的能量捕获，提高了系统发电效率；
5)本发明潮流能发电机组在塔筒顶部设有工作平台，用于放置电气设施以及液压循环提升机构，便于潮流能机组的维护，改善运维人员的工作环境。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的潮流能发电机组的实现偏航后的位置示意图；
图3是本发明的潮流能发电机组的维修位置示意图；
图4是本发明的中心支撑平台和外围支撑平台配合剖面的结构示意图；
图5是本发明的导轨，提升腿及偏航电机的位置分布示意图；
图6是本发明的液压循环提升机构的原理示意图。
图7是本发明的齿轮齿条副的结构示意图。
图中：1、潮流能机组，2、支撑平台，3、偏航电机，4、塔筒，5、梯形键，6、导轨，7、工作平台，8、液压缸，9、提升腿，10、导轨键，11、偏航轴承，12、齿轮齿条副，13、锁紧销，14、提升销，15、销孔，201、中心支撑平台，202、外围支撑平台，501、凸块，502、凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本发明包括潮流能机组1、支撑平台2、偏航电机3、塔筒4、梯形键5、导轨6、工作平台7、提升腿9和液压循环提升机构。
如图4所示，支撑平台2包括中心支撑平台201和外围支撑平台202，中心支撑平台201活动套装于外围支撑平台202的中心通孔中且通过偏航轴承11固定连接，偏航轴承11位于外围支撑平台202伸出的外凸缘和中心支撑平台201台阶面之间，靠近中心支撑平台201旁的外围支撑平台202之上固定安装有偏航电机3，偏航电机3的输出端为齿轮结构，中心支撑平台201的外周面设有沿圆周布置的齿条结构，齿轮结构和齿条结构啮合形成齿轮齿条副12，通过偏航轴承以及偏航电机3驱动实现偏航动作。中心支撑平台201与外围支撑平台202通过偏航轴承配合，并通过密封措施防止海水的侵蚀。偏航电机3与偏航轴承配合，驱动外围支撑平台202旋转偏航。；外围支撑平台202在位于潮流来流方向的前端固定安装有潮流能机组1，潮流能机组1正对潮流来流方向，在位于潮流来流方向的后端固定有配重，重量与潮流能机组1保持平衡，避免了塔筒与支撑平台2之间的不对称受力情况。
工作平台7固定安装在塔筒4之上，塔筒4固定于海床，工作平台7沿潮流来流方向的对称两侧设有两个提升腿9，提升腿9上端通过液压循环提升机构穿设安装于工作平台7的通槽，提升腿9下端铰接连接于中心支撑平台201，铰接轴垂直于潮流来流方向的水平方向，这样支撑平台2与前后两根提升腿9以铰接形式连接，允许支撑平台2在一些方向上的轻微位移，避免提升腿9损坏。
如图6所示，液压循环提升机构包括液压缸8、开设在提升腿9上的销孔15、锁紧销13和提升销14；提升腿9上沿上下间隔均布开设有多个销孔15，工作平台7的通槽旁固定有液压缸8，液压缸8输出杆朝向和提升销14的一端固接，提升销14的另一端可伸缩且装配于销孔15，工作平台7的通槽内壁固定锁紧销13的一端，锁紧销13的另一端可伸缩且装配于销孔15，液压缸8通过提升销14、锁紧销13与销孔15的交替配合实现支撑平台2的提升与下降，行程稳定。
中心支撑平台201套装于塔筒4之外，中心支撑平台201和塔筒4下部之间通过对称两侧布置的梯形键5进行支撑和限位，梯形键5包括凸块501和凹槽502，塔筒4底部外壁固定有凸块501，中心支撑平台201地面开设有凹槽502，凸块501配合嵌装于凹槽502中，实现中心支撑平台201下落的限位，外围支撑平台202的凹槽502与凸块501配合，安装潮流能机组1和配重。
两个导轨6和两个梯形键5的两个凸块501在塔筒4圆周上的位置沿周向间隔均布，即形成相邻之间周向方向的圆心角夹角为45度，且凸块501水平位置低于导轨6。支撑平台2在工作状态下和塔筒上的梯形键5配合，塔筒4上的导轨6与支撑平台2配合起到导向的作用。
如图5所示，中心支撑平台201和塔筒4之间通过导轨6和导轨键10构成的导轨副上下滑动连接：塔筒4外壁固定设有沿上下轴向方向的导轨6，中心支撑平台201的内壁固定设有导轨键10，导轨键10突出于中心支撑平台201内壁且开设成条形槽状，具体是导轨键10朝向中心支撑平台201中心的表面开设沿上下轴向方向的条形槽，导轨6嵌装于导轨键10中形成导轨副连接。
具体实施中，潮流能机组1还包括海流计，海流计用于海流流向与流速的测量，并可根据实际需求增加其他相关的传感器，检测结果传输给潮流能机组1的主控系统。
本发明的潮流能机组的主要工作过程如下：
当潮流来向如附图1中所示，潮流能机组1面对潮流来向正常运作发电，支撑平台2还未被提升，凸块501配合嵌装于凹槽502配合嵌装，限位支撑平台2发生转动。根据海流计的实际检测数据，当检测到海流流速逐渐下降，流向即将发生反向改变的时候，主控系统发出偏航信号。
潮流能机组1停车，液压缸8通过提升腿9逐步提升提升腿9和它相连的支撑平台2及潮流能机组1，支撑平台2沿着导轨6上升，凸块501和凹槽502分离。
通过提升腿9逐步提升提升腿9和它相连的支撑平台2及潮流能机组1，如图6所示，具体是：初始情况下，锁紧销13末端伸出卡装在提升腿9的销孔15中，限制提升腿9上下不移动；
在提升销14末端缩回的情况下，液压缸8驱动提升销14下落到最底部并插入到可移动范围内最底部的提升腿9销孔15侧方，然后提升销14末端伸出卡装在提升腿9的销孔15中；
然后锁紧销13末端缩回，液压缸8驱动提升销14上升抬起提升腿9到最顶部，使得锁紧销13位于可移动范围内距离提升销14最近的提升腿9销孔15侧方；
接着锁紧销13末端伸出卡装在提升腿9的销孔15中，提升销14末端缩回，再液压缸8驱动提升销14下落进行下一步提升，如此往复提升逐步提升腿9。
当提升至系统设定的适合高度后，偏航电机3与偏航轴承配合驱动外围支撑平台202旋转偏航180度，如图2所示，以使潮流能机组1与反向潮流来向一致。
然后液压缸8再次通过提升腿9逐步下降外围支撑平台2及潮流能机组1，使凸块501和凹槽502缓慢配合安装，潮流能机组1重新运作发电，如图2所示。
如图3所示，当潮流能机组1需要检修、维护时，液压缸8通过提升腿9逐步提升和它相连的支撑平台2及潮流能机组1，支撑平台2沿着导轨6被提升至海面以上，如图3所示位置。运维人员可以登录至支撑平台2上对潮流能机组1进行检修维护；检修维护完成后，支撑平台2及潮流能机组1被降下至工作位置。该设计节约了运维船只等成本。
由此，本发明能够进行双向潮流能量的捕获，提高潮流能机组的发电效率，潮流能发电机组结构简单，操作方便，易于维护。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡根据专利精神实质所做的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种偏航潮流能发电机组，其特征在于：包括潮流能机组(1)、支撑平台(2)、偏航电机(3)、塔筒(4)、梯形键(5)、导轨(6)、工作平台(7)、提升腿(9)和液压循环提升机构；支撑平台(2)包括中心支撑平台(201)和外围支撑平台(202)，中心支撑平台(201)活动套装于外围支撑平台(202)的中心通孔中且通过偏航轴承(11)固定连接，靠近中心支撑平台(201)旁的外围支撑平台(202)之上固定安装有偏航电机(3)，偏航电机(3)的输出端为齿轮结构，中心支撑平台(201)的外周面设有齿条结构，齿轮结构和齿条结构啮合形成齿轮齿条副(12)；外围支撑平台(202)在位于潮流来流方向的前端固定安装有潮流能机组(1)，在位于潮流来流方向的后端固定有配重；
工作平台(7)固定安装在塔筒(4)之上，工作平台(7)沿潮流来流方向的对称两侧设有两个提升腿(9)，提升腿(9)上端通过液压循环提升机构穿设安装于工作平台(7)的通槽，提升腿(9)下端铰接连接于中心支撑平台(201)，铰接轴垂直于潮流来流方向的水平方向；液压循环提升机构包括液压缸(8)、开设在提升腿(9)上的销孔(15)、锁紧销(13)和提升销(14)；提升腿(9)上沿上下间隔均布开设有多个销孔(15)，工作平台(7)的通槽旁固定有液压缸(8)，液压缸(8)输出杆朝向和提升销(14)的一端固接，提升销(14)的另一端可伸缩且装配于销孔(15)，工作平台(7)的通槽内壁固定锁紧销(13)的一端，锁紧销(13)的另一端可伸缩且装配于销孔(15)。
2.根据权利要求1所述的一种偏航潮流能发电机组，其特征在于：
所述的中心支撑平台(201)套装于塔筒(4)之外，中心支撑平台(201)和塔筒(4)下部之间通过对称两侧布置的梯形键(5)进行支撑和限位，梯形键(5)包括凸块(501)和凹槽(502)，塔筒(4)外壁固定有凸块(501)，中心支撑平台(201)地面开设有凹槽(502)，凸块(501)配合嵌装于凹槽(502)中。
3.根据权利要求2所述的一种偏航潮流能发电机组，其特征在于：
两个导轨(6)和两个梯形键(5)的两个凸块(501)在塔筒(4)圆周上的位置沿周向间隔均布，且凸块(501)水平位置低于导轨(6)。
4.根据权利要求1所述的一种偏航潮流能发电机组，其特征在于：
所述的中心支撑平台(201)和塔筒(4)之间通过导轨(6)和导轨键(10)构成的导轨副上下滑动连接：塔筒(4)外壁固定设有沿上下轴向方向的导轨(6)，中心支撑平台(201)的内壁固定设有导轨键(10)，导轨键(10)突出于中心支撑平台(201)内壁且开设成条形槽状，导轨(6)嵌装于导轨键(10)中形成导轨副连接。
5.根据权利要求1所述的一种偏航潮流能发电机组，其特征在于：
所述的潮流能机组(1)还包括海流计，海流计用于海流流向与流速的测量。
6.应用于权利要求1-5任一所述偏航潮流能发电机组的偏航方法，其特征在于：其偏航步骤包括：
1)通过潮流能机组(1)的海流计实时检测潮流数据，在潮流方向要改变时，海流计发出偏航信号；
2)控制液压循环提升机构工作，带动提升腿(9)和支撑平台(2)逐步提升，使得梯形键(5)分离；接着控制偏航电机(3)工作旋转，经齿轮齿条副驱动外围支撑平台(202)绕中心支撑平台(201)转动，旋转所需偏航角度，实现偏航；最后，通过液压循环提升机构逐步放下提升腿(9)和支撑平台(2)，直至中心支撑平台(201)与塔筒(4)的梯形键(5)完成配合。
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