CN110735757A - 一种海洋平台锚泊发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋平台锚泊发电系统，包括海洋平台、系泊缆和发电装置，其特征在于:所述发电装置安装在所述系泊缆上，通过附着在系泊缆上的防水电缆与海洋平台上的蓄电设备连接，向蓄电设备输送电能；所述发电装置包括壳体、传动机构和设置在壳体内的发电机；所述传动机构包括主传动杆和棘轮外啮合传动结构，所述主传动杆为一根贯穿发电装置壳体的直线轴杆，主传动杆伸出发电装置壳体的两端与系泊缆活动连接，主传动杆通过所述棘轮外啮合传动结构带动发电机输入轴的旋转，使其产生电能。本发明海洋平台锚泊发电系统的结构布局可应用于众多大小型海洋平台和浮式防波堤等结构物上，且规划合理，易于实现和维护具有良好的工程实用性，适合推广使用。

Description

一种海洋平台锚泊发电系统

技术领域

本发明属于海洋工程技术领域，特别涉及一种海洋平台锚泊发电系统。

背景技术

我国拥有广阔的海域环境与绵长的大陆岸线以及岛屿岸线，长达1.8万多千米，并且拥有6500多个岛屿，面积广阔，可以利用的海洋资源与勘探空间非常丰富。随着我国在海洋领域投入力度不断加大，稳定的海上工作环境成为海上施工的必要条件。海洋平台作为一种海上作业工具应运而生，早期我国海洋平台发展主要集中在近海海域，近几年逐渐往深海方向发展，所以海上电力的持续供给成为了至关重要的一点。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种新型的海洋平台锚泊发电系统，可为海上作业平台提供稳定高效的电力来源。

为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为：

一种海洋平台锚泊发电系统，包括海洋平台、系泊缆和发电装置，所述海洋平台上安装有蓄电设备，海洋平台通过系泊缆与海床连接，其特征在于:

所述发电装置安装在所述系泊缆上，通过附着在系泊缆上的防水电缆与蓄电设备连接，向蓄电设备输送电能；

所述发电装置包括壳体、传动机构和设置在壳体内的发电机；

所述传动机构包括主传动杆和棘轮外啮合传动结构，所述主传动杆为一根贯穿发电装置壳体的直线轴杆，主传动杆伸出发电装置壳体的两端与系泊缆活动连接；

所述棘轮外啮合传动结构包括无钩镰型传动杆、有钩镰型传动杆、一个棘轮和两个连杆，所述棘轮中心处的棘轮轴与发电机的输入轴连接，棘轮的转动通过棘轮轴可带动发电机输入轴旋转；

所述无钩镰型传动杆和有钩镰型传动杆的杆尾通过轴件铰接在主传动杆上，有钩镰型传动杆的杆头设置在棘轮的一侧，其杆头安装的棘爪具有倒钩结构，所述倒钩结构在钩住棘轮的齿牙时，可拉动棘轮旋转；无钩镰型传动杆的杆头设置在棘轮的另一侧，其杆头安装的棘爪卡在棘轮的齿牙间时，可推动棘轮以相同的转向旋转；

所述无钩镰型传动杆和有钩镰型传动杆的杆头分别通过一连杆与发电机输入轴连接，所述连杆的一端与杆头铰接，另一端套在发电机输入轴上，与输入轴可相对旋转；

所述主传动杆上安装有第一复位弹簧和第二复位弹簧，两复位弹簧对称分布在中舱内传动杆的前后两侧，两复位弹簧的外端分别抵触在中舱前、后两端的舱壁上，内端分别被一挡板阻挡，所述棘轮外啮合传动结构处于第一复位弹簧和第二复位弹簧之间。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

所述系泊缆包括系泊缆本体和保护缆，所述保护缆与发电装置一一对应，并接在发电装置的旁侧，用于分散主传动杆的受力，承担缆线传递过来的过大张力，以保护发电装置。

所述发电装置的四周表面安装有防撞装置，所述防撞装置采用弹性材料制成，呈环状；在发电装置壳体的单面上，四个防撞装置呈正方形分布；在面与面之间，同行的防撞装置通过铁链环绕捆绑，发电装置壳体在铁链经过的位置布置有限位环，限位环固定在壳体上，用于限位铁链，铁链从各防撞装置和限位环中穿过，首尾相接，将防撞装置束缚在发电装置的外表面上。同时，发电装置壳体每个面上的四只防撞装置由两支铁钉呈“×”字型固定，即每个铁钉连接处于斜对角的两个防撞装置。

所述铁链的首尾两端分别设有连接环，两连接环叠置后，套在螺栓上，通过螺母锁定在一起。

所述防撞装置优选采用密度小于海水的的弹性材料。

所述发电装置的壳体包括左、中、右三个舱室，左、右两个舱室对称布置在中舱的左右两侧，各自安装有一个发电机，所述发电机的输入轴朝向中舱一侧，且每个发电机对应一套棘轮外啮合传动结构，主传动杆从中舱中穿过，通过所述棘轮外啮合传动结构将主传动杆的直线运动转化为驱动相应发电机输入轴旋转的动力。

所述主传动杆的下方，设有导轨结构，所述导轨结构具有与主传动杆平行的直线卡槽；所述主传动杆的下方设有与主传动杆平行的副杆，所述副杆与主传动杆固定连接，安装在所述卡槽内。

所述防水电缆的外部设有保护套，所述保护套为内有钢圈的柔性管道。

主传动杆伸出发电装置壳体的两端，均通过旋转缓冲装置与系泊缆本体连接，所述旋转缓冲装置为万向连接头，防水电缆经过旋转缓冲装置的部分设置呈拱形，与旋转缓冲装置不接触。

所述系泊缆本体和保护缆均采用聚酯缆，在串接发电装置的位置，系泊缆本体的缆芯与发电装置的主传动杆连接，所述保护缆设计为拱形，其缆芯的前后两端分别与发电装置前、后侧系泊缆本体的缆芯固定连接。

有益效果：

本发明海洋平台锚泊发电系统利用系泊缆的结构特点，通合理的构思，设计了一种安装在系泊缆上的发电装置，可以高效、稳定的提供电力来源，其结构布局可应用于众多大小型海洋平台和浮式防波堤等结构物上，且规划合理，易于实现和维护，可复制性强，具有良好的工程实用性，适合推广使用。

附图说明

图1是本发明发电系统整体结构的三维示意图。

图2是本发明发电系统整体结构的主视图。

图3是本发明发电系统整体结构的俯视图。

图4是本发明发电系统中发电装置连接结构的三维示意图。

图5是发电装置外部保护机构的主视图。

图6是棘轮外啮合传动结构的主视图。

图7是棘轮外啮合传动结构的三维示意图。

图8是发电装置内部结构的三维示意图。

图9是发电装置内部结构的俯视图。

图10是发电装置内部结构的侧视图。

图11是导轨结构的三维示意图。

图12是本发明电系统系泊缆连接结构的三维示意图。

图13是旋转缓冲装置的三维示意图。

上图中，1-海洋平台，2-系泊缆，3-发电装置，4-保护缆，5-防水电缆，6-旋转缓冲装置，7-第一连接环，8-第二连接环，9-限位环，10-防撞装置，11-铁链，12-铁钉，14-无钩镰型传动杆14，15-有钩镰型传动杆、 16-棘轮，17-连杆，18-棘轮外啮合传动结构，19-主传动杆，20-第一复位弹簧，21-第二复位弹簧，22-密封油舱，23-隔板，24-旋转机械轴封装置，25-薄件轴垫圈，26-挡板，27-卡槽。

具体实施方式

为了进一步阐明本发明的技术方案，下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的介绍。文中所使用的方位描述均为相对位置或附图中展示的位置，本领域技术人员可以理解，根据参考物的变化，方位描述会产生对应的变化。

实施例一：

本实施例一种海洋平台锚泊发电系统，如图1所示，由海洋平台1、系泊缆2、发电装置3等部分组成。所述海洋平台1上安装有蓄电设备，海洋平台1通过多条系泊缆2固定连接在海床上，发电装置3安装在所述系泊缆2上，通过附着在系泊缆2上的防水电缆5与蓄电设备连接，向蓄电设备输送电能。

所述海洋平台1的底部固定安装有与各系泊缆2一一对应的第一连接环7，系泊缆2顶端安装有第二连接环8，如图12所示，所述第一连接环7和第二连接环8通过卸扣8可拆卸的连接。

所述系泊缆2由系泊缆本体和若干保护缆4构成，每条系泊缆2上均安装有若干发电装置3，保护缆4与发电装置3一一对应，所述系泊缆本体可划分为多个单元段，发电装置3串接在系泊缆本体中，与前后相邻的单元段活动连接。

如图4、图8所示，所述发电装置3包括壳体、传动机构和设置在壳体内的发电机。所述传动机构包括一根贯穿发电装置3壳体的主传动杆19，主传动杆19伸出发电装置壳体的两端，均通过旋转缓冲装置6与前后两侧的系泊缆本体单元段活动连接。本实施例中，所述旋转缓冲装置6采用万向连接头，使发电装置3和前后系泊缆本体单元段之间具有相对转动的自由度，当系泊缆本体对传动杆19有角度拉伸时，可实现变角度动力传递，既能够增强系泊缆与传动杆19间动力传递的顺滑性，又减小了传动杆19与发电装置外壳作用产生的切向应力。所述保护缆4 并接在发电装置3的旁侧，保护缆4的两端与发电装置3前后两侧的系泊缆本体单元段固定连接，保护发电装置3和承受来自系泊缆2的过大张力，即防止主传动杆19在受力较大时被拉断。

所述防水电缆5附着在系泊缆2上，顺着系泊缆2延伸，与各发电装置3发电机的输出端依次连接，向蓄电设备输入电能。本实施例中，所述系泊缆本体和保护缆4优选采用聚酯缆，其外层为保护套，内层设有受力的聚酯缆芯，在串接发电装置3的位置，系泊缆本体的缆芯与发电装置3的主传动杆19连接，保护缆4缆芯的前后两端与系泊缆本体的缆芯固定连接。利用聚酯材料的特征，所述保护缆4可设计为拱形，在避开发电装置3，连接前后系泊缆本体单元段的同时，承担缆线传递过来的张力。

防水电缆5外部套上内有钢圈的柔性管道，既可以保护电缆又能增加其安全性，防水电缆5经过旋转缓冲装置6的部分也设置呈拱形，尽量避免与旋转缓冲装置6接触。

如图6所示，所述发电装置3的传动机构还包括棘轮外啮合传动结构18，所述棘轮外啮合传动结构18作为带动发电机转动的主要组件，由无钩镰型传动杆14、有钩镰型传动杆15、一个棘轮16和两个连杆17组成。棘轮16中心处的棘轮轴与发电机的输入轴轴连接，棘轮16的转动通过棘轮轴可带动发电机输入轴旋转。所述无钩镰型传动杆14和有钩镰型传动杆15的杆尾通过同一轴件铰接在主传动杆19上，在该轴件的轴向方向上与主传动杆19平行，有钩镰型传动杆15的杆头设置在棘轮16的下方，其杆头安装的棘爪具有倒钩结构，所述倒钩结构可以钩住棘轮的齿牙，拉动棘轮顺时针旋转；无钩镰型传动杆14的杆头设置在棘轮上方，其杆头安装的棘爪为普通棘爪，工作时，卡在棘轮的齿牙间，可推动棘轮顺时针旋转。所述有钩镰型传动杆15的杆头通过位于棘轮16一侧的连杆17与发电机输入轴连接，所述无钩镰型传动杆14的杆头通过位于棘轮16另一侧的连杆17与发电机输入轴连接，所述连杆17的一端通过轴件与无钩镰型传动杆14或有钩镰型传动杆15的杆头铰接，另一端套在发电机输入轴上，与输入轴可相对旋转。

如图8所示，所述发电装置3的壳体包括左、中、右三个舱室，其传动机构主要安装在中舱内，左右两个舱室对称分布在中舱的左右两侧，各自安装有一个发电机，所述发电机的输入轴朝向中舱一侧，且每个发电机对应一套棘轮外啮合传动结构18，主传动杆19从中舱中穿过，通过所述棘轮外啮合传动结构18将主传动杆19的直线运动转化为驱动发电机输入轴旋转的动力。所述主传动杆19上安装了第一复位弹簧20和第二复位弹簧21，两复位弹簧对称分布在中舱内传动杆19的前后两侧，两复位弹簧的外端分别抵触在中舱的前、后端舱壁上，并与舱壁连接，内端分别被固定在传动杆19上的前、后挡板26阻挡，并与挡板连接，所述挡板26用于限制两个复位弹簧的位移。而两套棘轮外啮合传动结构18对称分布在主传动杆19的左右两侧，位于第一复位弹簧20和第二复位弹簧21之间。

在波浪作用下，当系泊缆本体与发电装置3产生相对运动时，系泊缆本体对发电装置3的主传动杆19产生拉力。在一个运动周期内，如图7所示，如果有/无钩镰型传动杆在传动杆19的带领下相对发电装置3的外壳向左运动，则有钩镰型传动杆15的棘爪勾住棘轮16逆时针转动，无钩镰型传动杆14的棘爪从棘轮齿背上滑过，其一复位弹簧处于压缩状态，另一复位弹簧处于拉伸状态。一个波浪周期过后，在两复位弹簧的弹力作用下，主传动杆19向右运动，此时无钩镰型传动杆15可卡住棘轮16 继续推动棘轮16逆时针运动，有钩镰型传动杆15的棘爪从棘轮16的齿背上滑过，直至第一弹簧20、第二弹簧21和主传动杆19重新处于平衡状态，在此过程中，两发电机的输入轴将保持单一方向的转动，持续发电。

所述发电机的输入轴从中舱与左/右舱室的隔板23上穿过，与棘轮轴连接，并在穿过隔板通孔的位置安装有密封机构。所述密封机构包括套在输入轴上的密封油舱22和旋转机械轴封装置24，所述旋转机械轴封装置24位于密封油舱22外，即靠近中舱的一侧，密封油舱22内填满密封油料，可有效防止外部海水的进入。所述主传动杆19在穿过中舱舱壁的位置设有圆环状薄件轴垫圈25，可使壳体与主传动杆19的接触面减少摩擦，保护装置连接面。

实施例二：

在实施例一的基础上，如图10、图11所示，所述主传动杆19的下方，设有导轨结构，所述导轨结构具有与主传动杆19平行的直线卡槽27。所述主传动杆19的下方设有与主传动杆19平行的副杆，所述副杆与主传动杆19固定连接，安装在所述卡槽27内。本实施例通过导轨结构托住主传动杆19，使主传动杆19做直线运动不摇摆。为减轻导轨结构重量，卡槽底下支撑板开三角形孔，构成“V”字型撑板作为支撑结构，该撑板位于发电装置的底部中间位置处。

实施例三：

在实施例一、二的基础上，所述发电装置3的壳体四周的外部表面均安装有一组防撞装置10，每组四只，如图4、图5所示，所述防撞装置10呈圆环状，呈正方形分布，优选采用密度小于海水密度的轻型弹性材料制成，例如复合橡胶等。四个面共16个防撞装置10，在面与面之间，上下两行的防撞装置10通过两条铁链11环绕捆绑，发电装置3壳体在铁链11经过的位置均匀布置有多个限位环9，限位环9焊接固定在壳体上，铁链11依次从各个限位环9和防撞装置10中穿过，首尾相接，将防撞装置10固定在发电装置3的外表面上。

铁链11的首尾两端分别设有连接环，两连接环叠置后，套在螺栓上，通过螺母锁紧连接在一起，并将铁链11首尾相接的部位收纳在一保外壳中。采用螺栓连接的结构形式简单，维修方便。

同时，发电装置3壳体每个面上的四只防撞装置10由两支长铁钉12呈“×”字型固定，即每个铁钉连接处于斜对角的两个防撞装置10，铁钉两端被凸起的钉头或焊死的螺母锁定在防撞装置10圆环的内侧，这样加固了斜线布置的防撞装置10间的连接紧密性。

通过上述方式布置的保护机构具有很强的保护性能，与保护缆4共同保护发电装置3，起到双重保险的作用，也由于防撞装置的应用，可为发电装置3提供了浮力，减轻限重。

上述实施例根据锚泊系统与发电装置的自身特点，将两者通过一种新型的方式结合，通过特色锚泊系统的支撑加上发电装置的外部保护结构使得发电机具有良好、定向、最大化的输出空间，可大幅提升机组运行效率，并全面高效的将机械能转化为电能供平台使用。并且该发电装置的布局和保护方式具备抵抗恶劣海况的能力，适应多变海洋环境。这种与系泊系统相连接的发电装置具有模块化的特点，可充分利用系泊缆的长度，进行较多发电装置的安装，获得更为充足的电力，且系泊缆与发电装置的连接简单，拆卸、更换方便。保护缆可以保证系泊缆原有的结构强度，优化系泊缆张力，保护发电装置的使用安全。该系泊缆加发电装置的布局系统不仅可以在海洋平台上安装使用，更加可以推广在浮式防波堤等海上结构物的系泊缆线上应用，能够适用大多数的海洋环境，具有较强的实用效果，后期维修简单且费用较低。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种海洋平台锚泊发电系统，包括海洋平台（1）、系泊缆（2）和发电装置（3），所述海洋平台（1）上安装有蓄电设备，海洋平台（1）通过系泊缆（2）与海床连接，其特征在于:

所述发电装置（3）安装在所述系泊缆（2）上，通过附着在系泊缆（2）上的防水电缆（5）与蓄电设备连接，向蓄电设备输送电能；

所述发电装置（3）包括壳体、传动机构和设置在壳体内的发电机；

所述传动机构包括主传动杆（19）和棘轮外啮合传动结构（18），所述主传动杆（19）为一根贯穿发电装置（3）壳体的直线轴杆，主传动杆（19）伸出发电装置壳体的两端与系泊缆（2）活动连接；

所述棘轮外啮合传动结构（18）包括无钩镰型传动杆（14）、有钩镰型传动杆（15）、一个棘轮（16）和两个连杆（17），所述棘轮（16）中心处的棘轮轴与发电机的输入轴连接，棘轮（16）的转动通过棘轮轴可带动发电机输入轴旋转；

所述无钩镰型传动杆（14）和有钩镰型传动杆（15）的杆尾通过轴件铰接在主传动杆（19）上，有钩镰型传动杆（15）的杆头设置在棘轮（16）的一侧，其杆头安装的棘爪具有倒钩结构，所述倒钩结构在钩住棘轮的齿牙时，可拉动棘轮旋转；无钩镰型传动杆（14）的杆头设置在棘轮的另一侧，其杆头安装的棘爪卡在棘轮（16）的齿牙间时，可推动棘轮（16）以相同的转向旋转；

所述无钩镰型传动杆（14）和有钩镰型传动杆（15）的杆头分别通过一连杆（17）与发电机输入轴连接，所述连杆（17）的一端与杆头铰接，另一端套在发电机输入轴上，与输入轴可相对旋转；

所述主传动杆（19）上安装有第一复位弹簧（20）和第二复位弹簧（21），两复位弹簧对称分布在中舱内传动杆（19）的前后两侧，两复位弹簧的外端分别抵触在中舱前、后两端的舱壁上，内端分别被一挡板（26）阻挡，所述棘轮外啮合传动结构（18）处于第一复位弹簧（20）和第二复位弹簧（21）之间。

2.根据权利要求1所述的一种海洋平台锚泊发电系统，其特征在于：

所述系泊缆（2）包括系泊缆本体和保护缆（4），所述保护缆（4）与发电装置（3）一一对应，并接在发电装置（3）的旁侧，用于分散主传动杆（19）的受力，承担缆线传递过来的过大张力，以保护发电装置（3）。

3.根据权利要求1所述的一种海洋平台锚泊发电系统，其特征在于：

所述发电装置（3）的四周表面安装有防撞装置（10），所述防撞装置（10）采用弹性材料制成，呈环状；在发电装置壳体的单面上，四个防撞装置（10）呈正方形分布；在面与面之间，同行的防撞装置（10）通过铁链（11）环绕捆绑，发电装置（3）壳体在铁链（11）经过的位置布置有限位环（9），限位环（9）固定在壳体上，用于限位铁链（11），铁链（11）从各防撞装置（10）和限位环（9）中穿过，首尾相接，将防撞装置（10）束缚在发电装置（3）的外表面上；

同时，发电装置（3）壳体每个面上的四只防撞装置（10）由两支铁钉（12）呈“×”字型固定，即每个铁钉连接处于斜对角的两个防撞装置（10）。

4.根据权利要求3所述的一种海洋平台锚泊发电系统，其特征在于：

所述铁链（11）的首尾两端分别设有连接环，两连接环叠置后，套在螺栓上，通过螺母锁定在一起。

5.根据权利要求3所述的一种海洋平台锚泊发电系统，其特征在于：

所述防撞装置（10）采用密度小于海水的的弹性材料。

6.根据权利要求1所述的一种海洋平台锚泊发电系统，其特征在于：

所述发电装置（3）的壳体包括左、中、右三个舱室，左、右两个舱室对称布置在中舱的左右两侧，各自安装有一个发电机，所述发电机的输入轴朝向中舱一侧，且每个发电机对应一套棘轮外啮合传动结构（18），主传动杆（19）从中舱中穿过，通过所述棘轮外啮合传动结构（18）将主传动杆（19）的直线运动转化为驱动相应发电机输入轴旋转的动力。

7.根据权利要求1所述的一种海洋平台锚泊发电系统，其特征在于：

所述主传动杆（19）的下方，设有导轨结构，所述导轨结构具有与主传动杆（19）平行的直线卡槽（27）；所述主传动杆（19）的下方设有与主传动杆（19）平行的副杆，所述副杆与主传动杆（19）固定连接，安装在所述卡槽（27）内。

8.根据权利要求1所述的一种海洋平台锚泊发电系统，其特征在于：

所述防水电缆（5）的外部设有保护套，所述保护套为内有钢圈的柔性管道。

9.根据权利要求1所述的一种海洋平台锚泊发电系统，其特征在于：

主传动杆（19）伸出发电装置壳体的两端，均通过旋转缓冲装置（6）与系泊缆连接，所述旋转缓冲装置（6）为万向连接头，防水电缆（5）经过旋转缓冲装置（6）的部分设置呈拱形，与旋转缓冲装置（6）不接触。

10.根据权利要求2所述的一种海洋平台锚泊发电系统，其特征在于：

所述系泊缆本体和保护缆（4）均采用聚酯缆，在串接发电装置（3）的位置，系泊缆本体的缆芯与发电装置（3）的主传动杆（19）连接，保护缆（4）设计为拱形，其缆芯的前后两端与发电装置（3）前、后侧系泊缆本体的缆芯固定连接。

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