CN111622903B - 一种海上风电用的反馈防冲击底座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上风电用的反馈防冲击底座，连接着发电机头，反馈防冲击底座包括支撑柱、浮力组件、连接座、安装柱和底板，底板固定于海底，底板上表面竖直往上伸出若干根安装柱，连接座包括连接柱和连接盘，连接盘上设置若干个与安装柱对应的孔，连接盘沿安装柱可竖直滑动，连接盘向上通过连接柱与浮力组件相连接，浮力组件具有与发电机头、支撑柱、浮力组件自身的重力和相匹配的浮力，支撑柱连接浮力组件与发电机头，浮力组件位于海平面下。力组件包括浮块，浮块具有大小可调的排水体积。

Description

一种海上风电用的反馈防冲击底座
技术领域
本发明涉及海上风电装置领域，具体是一种海上风电用的反馈防冲击底座。
背景技术
海上风电是一种清洁能源，随着技术进步，海上风电的开发越来越多。
现有技术中，大部分的海上风电要么带有强度很高的基础，由固定在海底的地基通过金属桁架结构提供支撑力，这种类型的结构消耗大量的安装与修建成本；还有一种悬浮结构，通过设置浮力块提供与重力平衡的支撑用底座，但是，因为海里存在洋流，所以，还需要对其进行锚固防止其漂移，锚固结构也需要在海底设置相应的结构锁紧件，所提供的锚固力用于平衡洋流冲击，海上风电作业处，常常有大风，洋流猛烈，所以，其锚固绳索以及海底的紧固件的强度都要放很大的安全系数，制造成本也很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海上风电用的反馈防冲击底座，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种海上风电用的反馈防冲击底座，连接着发电机头，反馈防冲击底座包括支撑柱、浮力组件、连接座、安装柱和底板，底板固定于海底，底板上表面竖直往上伸出若干根安装柱，连接座包括连接柱和连接盘，连接盘上设置若干个与安装柱对应的孔，连接盘沿安装柱可竖直滑动，连接盘向上通过连接柱与浮力组件相连接，浮力组件具有与发电机头、支撑柱、浮力组件自身的重力和相匹配的浮力，支撑柱连接浮力组件与发电机头，浮力组件位于海平面下。
由浮力组件提供装置整体的浮力进行重力平衡，而不是由连接在海底的底板提供向上的支撑力，从而，大大减轻底板、安装柱的结构强度需求，底板、安装柱只需要牵拉住上方浮动的部件，防止其水平漂走即可，因为底板结构强度需求大大减小，从而，底板的安装难度也大大减小，浮动的浮力组件置于海平面之下，推荐在海面下～米，此深度并不算深，但是，此层海水的速度大大减小，不像表层海水由于海风吹动而那样强烈，即浮力组件受到的水平方向上促使其漂移的冲击力大大减小，从而又一次减轻了安装柱的强度需求。
进一步的，浮力组件包括浮块，浮块具有大小可调的排水体积，大小可调的排水体积例如是一个气囊结构，气囊内充入更多的气体时，体积变大，排水体积增多，则提供的浮力更大，也可以是类似潜艇一样的结构，悬浮状态时，排水体积与所需要平衡的重力相适应，当需要下沉时，往一个腔室里注水，则重力提高，浮力不再能够平衡，则可以竖直移动的部件整体下沉，下沉至需求位置时，直接提高将注入的水排出腔室，重新回到浮力-重力平衡状态，此为改变整体重力而进行浮沉，与前文的改变浮力的方式相反。浮力组件浮沉可以改变大尺寸部件在水中的深度，防止浅层洋流对于大尺寸部件的冲击，也能改变发电机头的运行高度，使其在合适高度上进行的作业。
进一步的，浮力组件还包括过流笼、遮挡组件、垂直轴叶轮和抽吸叶轮，过流笼安装在浮块上表面 ，过流笼包括笼顶和支柱，笼顶水平，笼顶与浮块上表面 之间通过若干根支柱连接，笼顶、支柱与浮块上表面 共同构建一个圆柱体牢笼，浮块包括圆柱状块体，块体上表面 中央设置竖直往下延伸的主流道，主流道在块体内的末端沿水平方向伸出若干条分流流道并延伸至块体外表面，遮挡组件包围块体外表面并根据水流选择性打开背水侧分流流道出口，垂直轴叶轮和抽吸叶轮安装在同一根竖直轴上，竖直轴两端分别通过轴承安装在笼顶和主流道内壁上，垂直轴叶轮位于过流笼内，抽吸叶轮位于主流道靠近块体上表面的进口处。
过流笼的支柱可以过水，水流流过垂直轴叶轮时，带动其旋转，垂直轴叶轮与抽吸叶轮安装在同一根轴上，从而，抽吸叶轮也被带动旋转，旋转后的抽吸叶轮抽吸水体进入主流道，之后，分流进多个分流流道内，由于遮挡组件能够遮挡住块体表面迎水方向一侧的分流流道出口，从而，由抽吸叶轮处进入块体内的水体从块体背水侧喷出，喷出的水流速度大于该深度的水流，从而浮力组件迎水一侧表面受到的水流冲击力与从块体内喷出的水流在浮力组件上的作用力方向相反，达成冲击力平衡，虽然浮力组件迎水一侧受力面积大于分流流道出口处面积，但是，浮力组件大部分水流冲击发生在块体深度处，此处水流速度低于过流笼高度处的流速，在过流笼高度处水流以较大的速度通过并带动垂直轴叶轮旋转，抽吸叶轮的抽吸的水流速度大于的块体高度处的水流速度，从而，由分流流道喷出的水流流速大于同等高度处的水流，弥补出流反作用力面积小的因素，达成反作用力与另一侧冲击力相平衡的情况，虽然该平衡可能没法作用精确平衡，因为水流流速随水深的变化并不一定是以梯度变化的，但是，近似的梯度变化可以发挥本结构大部分的平衡作用，浮力组件还剩下的一部分没有被平衡掉的水平作用力由安装柱进行刚性补偿，安装柱并不需要提供多大的水平限位力即可满足使用，不会增大安装柱的结构强度需求。
进一步的，遮挡组件包括圆环、舵叶，圆环包围块体外表，圆环下部设置尾流出口，以缺口形式，圆环上部内表面设置环凸，块体外表设置环槽，环凸嵌入环槽内，圆环与块体同轴并可进行相对旋转，舵叶连接在圆环外表上并径向延伸，舵叶和尾流出口各自的中心线在圆环的同一个径向角度上舵叶受到水流冲击后会带动圆环旋转一个角度，在舵叶背向迎水侧时停下，由于尾流出口和舵叶在圆环的同样的径向角度下，则，尾流出口也会到达背水位置处，尾流出口不遮挡分流流道出口，但是圆环的其他部分会遮挡迎水侧分流流道出口，从而，跟随水流变化而自动完成分流流道的选择问题，使用背水侧分流流道作为反作用喷力水流的流道。
进一步的，环凸与环槽之间设置轴承轴承减轻旋转滑动阻力。
进一步的，遮挡组件还包括锥环，锥环设置在圆环的外表，锥环远离舵叶，锥环的锥头迎向来流，锥环将来流往上下方向排挤，锥环不仅能够减小迎水阻力，降低来流对于浮力组件的冲击力，还能将水流往上下排挤，优选地是全部排挤往上层，排挤往上的水流混合上层原有水流进入过流笼内，进一步增大通过垂直轴叶轮的水流速度，提高抽吸叶轮的做功能力，主流道内进入更多水体，使用更大的喷水反作用力进行来流冲击平衡。
进一步的，分流流道设置8个及以上，分流流道以块体中轴线均匀。
进一步的，尾流出口在圆环圆周方向上占据小于180°的角度，即只有少于一半的分流流道出口才能喷水，防止垂直于水流流向和与水流流道夹角较大的分流流道分流走太多进入主流道的水，而导致喷水反作用力太小而无法平衡来流冲击。
进一步的，过流笼外罩设一层过滤网；支柱大部分的作用是支撑起笼顶以及与笼顶连接的支撑柱、发电机头，强度需求较高，所以，不可能制造得较细，而过流笼内如果有鱼类或大型杂物进入的话，可能会被吸入主流道而造成阻塞，所以，在支柱外再罩设一层过滤网过滤这些杂物，过滤网不能太细，否则，不仅影响水流进入过流笼内进行水流做功，更会增大迎水冲击力，此消彼长影响浮力组件的抗水流冲击力性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过浮力组件提供机组需求的浮力，固定于海底的是帮助确定机组位置的简易结构底板，洋流对于机组的冲击大部分集中在面积较大的浮力组件处，而来流的冲击可以被竖直抽吸注入块体并水平喷射的水流反作用力相抵消，当海风影响上层水体时，海水往一个方向运动，在圆环迎水一侧产生冲击力，而高于该层的水体可以顺畅通过过流笼，通过过流笼时，驱动垂直轴叶轮旋转，继而带动抽吸叶轮抽吸水体进入块体内并从块体的背水侧喷射出去，喷射出去的水流产生的反作用力与来流水体在浮力组件上产生的作用力相反，以反馈形式平衡掉海流的冲击作用，从而底板和安装柱对于连接座提供的限位力需求大大减小，不需要底板和安装柱结构强度有多高即可满足使用。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的整体使用结构示意图；
图2为本发明浮力组件处的结构示意图；
图3为图2中的视图A；
图4为图2中的视图B-B。
图中：1-发电机头、2-支撑柱、3-浮力组件、31-浮块、311- 块体、312-主流道、313-分流流道、314-环槽、32-过流笼、321- 笼顶、322-支柱、33-遮挡组件、331-圆环、3311-尾流出口、 3312-环凸、332-舵叶、333-锥环、34-垂直轴叶轮、35-抽吸叶轮、4-连接座、41-连接柱、42-连接盘、5-安装柱、6-底板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种海上风电用的反馈防冲击底座，连接着发电机头1，反馈防冲击底座包括支撑柱2、浮力组件3、连接座4、安装柱5和底板6，底板6固定于海底，底板6上表面竖直往上伸出若干根安装柱5，连接座4包括连接柱41和连接盘 42，连接盘42上设置若干个与安装柱5对应的孔，连接盘42 沿安装柱5可竖直滑动，连接盘42向上通过连接柱41与浮力组件3相连接，浮力组件3具有与发电机头1、支撑柱2、浮力组件3自身的重力和相匹配的浮力，支撑柱2连接浮力组件3 与发电机头1，浮力组件3位于海平面下。
由浮力组件3提供装置整体的浮力进行重力平衡，而不是由连接在海底的底板6提供向上的支撑力，从而，大大减轻底板6、安装柱5的结构强度需求，底板6、安装柱5只需要牵拉住上方浮动的部件，防止其水平漂走即可，因为底板6结构强度需求大大减小，从而，底板6的安装难度也大大减小，浮动的浮力组件3置于海平面之下，推荐在海面下15～40米，此深度并不算深，但是，此层海水的速度大大减小，不像表层海水由于海风吹动而那样强烈，即浮力组件3受到的水平方向上促使其漂移的冲击力大大减小，从而又一次减轻了安装柱5的强度需求。
如图2～4所示，浮力组件3包括浮块31，浮块31具有大小可调的排水体积，大小可调的排水体积例如是一个气囊结构，气囊内充入更多的气体时，体积变大，排水体积增多，则提供的浮力更大，也可以是类似潜艇一样的结构，悬浮状态时，排水体积与所需要平衡的重力相适应，当需要下沉时，往一个腔室里注水，则重力提高，浮力不再能够平衡，则可以竖直移动的部件整体下沉，下沉至需求位置时，直接提高将注入的水排出腔室，重新回到浮力-重力平衡状态，此为改变整体重力而进行浮沉，与前文的改变浮力的方式相反。浮力组件3浮沉可以改变大尺寸部件在水中的深度，防止浅层洋流对于大尺寸部件的冲击，也能改变发电机头1的运行高度，使其在合适高度上进行的作业。
浮力组件3还包括过流笼32、遮挡组件33、垂直轴叶轮34 和抽吸叶轮35，过流笼32安装在浮块31上表面 ，过流笼32包括笼顶321和支柱322，笼顶321水平，笼顶321与浮块31上表面 之间通过若干根支柱322连接，笼顶321、支柱322与浮块31 上表面 共同构建一个圆柱体牢笼，浮块31包括圆柱状块体311，块体311上表面 中央设置竖直往下延伸的主流道312，主流道312 在块体311内的末端沿水平方向伸出若干条分流流道313并延伸至块体311外表面，遮挡组件33包围块体311外表面并根据水流选择性打开背水侧分流流道313出口，垂直轴叶轮34和抽吸叶轮35安装在同一根竖直轴上，竖直轴两端分别通过轴承安装在笼顶321和主流道312内壁上，垂直轴叶轮34位于过流笼 32内，抽吸叶轮35位于主流道312靠近块体311上表面的进口处。
过流笼32的支柱322可以过水，水流流过垂直轴叶轮34 时，带动其旋转，垂直轴叶轮34与抽吸叶轮35安装在同一根轴上，从而，抽吸叶轮35也被带动旋转，旋转后的抽吸叶轮35 抽吸水体进入主流道312，之后，分流进多个分流流道313内，由于遮挡组件33能够遮挡住块体311表面迎水方向一侧的分流流道313出口，从而，由抽吸叶轮35处进入块体311内的水体从块体311背水侧喷出，喷出的水流速度大于该深度的水流，从而浮力组件3迎水一侧表面受到的水流冲击力与从块体311 内喷出的水流在浮力组件3上的作用力方向相反，达成冲击力平衡，虽然浮力组件3迎水一侧受力面积大于分流流道313出口处面积，但是，浮力组件3大部分水流冲击发生在块体311 深度处，此处水流速度低于过流笼32高度处的流速，在过流笼 32高度处水流以较大的速度通过并带动垂直轴叶轮34旋转，抽吸叶轮35的抽吸的水流速度大于的块体311高度处的水流速度，从而，由分流流道313喷出的水流流速大于同等高度处的水流，弥补出流反作用力面积小的因素，达成反作用力与另一侧冲击力相平衡的情况，虽然该平衡可能没法作用精确平衡，因为水流流速随水深的变化并不一定是以梯度变化的，但是，近似的梯度变化可以发挥本结构大部分的平衡作用，浮力组件3 还剩下的一部分没有被平衡掉的水平作用力由安装柱5进行刚性补偿，安装柱5并不需要提供多大的水平限位力即可满足使用，不会增大安装柱5的结构强度需求。
遮挡组件33包括圆环331、舵叶332，圆环331包围块体 311外表，圆环331下部设置尾流出口3311，以缺口形式，圆环331上部内表面设置环凸3312，块体311外表设置环槽314，环凸3312嵌入环槽314内，圆环331与块体311同轴并可进行相对旋转，舵叶332连接在圆环331外表上并径向延伸，舵叶 332和尾流出口3311各自的中心线在圆环331的同一个径向角度上舵叶332受到水流冲击后会带动圆环331旋转一个角度，在舵叶332背向迎水侧时停下，由于尾流出口3311和舵叶332 在圆环331的同样的径向角度下，则，尾流出口3311也会到达背水位置处，尾流出口3311不遮挡分流流道313出口，但是圆环331的其他部分会遮挡迎水侧分流流道313出口，从而，跟随水流变化而自动完成分流流道313的选择问题，使用背水侧分流流道313作为反作用喷力水流的流道。
环凸3312与环槽314之间设置轴承轴承减轻旋转滑动阻力。
遮挡组件33还包括锥环333，锥环333设置在圆环331的外表，锥环333远离舵叶332，锥环333的锥头迎向来流，锥环 333将来流往上下方向排挤，锥环333不仅能够减小迎水阻力，降低来流对于浮力组件3的冲击力，还能将水流往上下排挤，优选地是全部排挤往上层，排挤往上的水流混合上层原有水流进入过流笼32内，进一步增大通过垂直轴叶轮34的水流速度，提高抽吸叶轮35的做功能力，主流道312内进入更多水体，使用更大的喷水反作用力进行来流冲击平衡。
分流流道313设置8个及以上，分流流道313以块体311 中轴线均匀。
尾流出口3311在圆环331圆周方向上占据小于180°的角度，即只有少于一半的分流流道313出口才能喷水，防止垂直于水流流向和与水流流道夹角较大的分流流道313分流走太多进入主流道312的水，而导致喷水反作用力太小而无法平衡来流冲击。
过流笼32外罩设一层过滤网；支柱322大部分的作用是支撑起笼顶321以及与笼顶321连接的支撑柱2、发电机头1，强度需求较高，所以，不可能制造得较细，而过流笼32内如果有鱼类或大型杂物进入的话，可能会被吸入主流道312而造成阻塞，所以，在支柱322外再罩设一层过滤网过滤这些杂物，过滤网不能太细，否则，不仅影响水流进入过流笼32内进行水流做功，更会增大迎水冲击力，此消彼长影响浮力组件3的抗水流冲击力性能。
本装置的主要运行过程是：将浮力组件3、支撑柱2、连接座4连同着发电机头1拖拽行驶至底板6、安装柱5的位置，然后下放，连接座4插入安装柱5，作为位置定位，浮力组件3提供与上方部件重力相平衡的浮力，当海风影响上层水体时，海水往一个方向运动，在圆环331迎水一侧产生冲击力，而高于该层的水体可以顺畅通过过流笼32，通过过流笼32时，驱动垂直轴叶轮34旋转，继而带动抽吸叶轮35抽吸水体进入块体 311内并从块体311的背水侧喷射出去，喷射出去的水流产生的反作用力与来流水体在浮力组件3上产生的作用力相反，以反馈形式平衡掉海流的冲击作用，稳定机组在同一位置悬停，大大减轻安装柱5上为连接座4提供的限位力需求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种海上风电用的反馈防冲击底座，连接着发电机头(1)，其特征在于：所述反馈防冲击底座包括支撑柱(2)、浮力组件(3)、连接座(4)、安装柱(5)和底板(6)，所述底板(6)固定于海底，底板(6)上表面竖直往上伸出若干根安装柱(5)，所述连接座(4)包括连接柱(41)和连接盘(42)，所述连接盘(42)上设置若干个与安装柱(5)对应的孔，连接盘(42)沿安装柱(5)可竖直滑动，所述连接盘(42)向上通过连接柱(41)与浮力组件(3)相连接，所述支撑柱(2)连接浮力组件(3)与发电机头(1)，所述浮力组件(3)位于海平面下；
所述浮力组件(3)包括浮块(31)，所述浮块(31)具有大小可调的排水体积；
所述浮力组件(3)还包括过流笼(32)、遮挡组件(33)、垂直轴叶轮(34)和抽吸叶轮(35)，所述过流笼(32)安装在浮块(31)上表面 ，过流笼(32)包括笼顶(321)和支柱(322)，所述笼顶(321)水平，笼顶(321)与浮块(31)上表面 之间通过若干根支柱(322)连接，所述浮块(31)包括圆柱状块体(311)，所述块体(311)上表面 中央设置竖直往下延伸的主流道(312)，所述主流道(312)在块体(311)内的末端沿水平方向伸出若干条分流流道(313)并延伸至块体(311)外表面，所述遮挡组件(33)包围块体(311)外表面并根据水流选择性打开背水侧分流流道(313)出口，所述垂直轴叶轮(34)和抽吸叶轮(35) 安装在同一根竖直轴上，竖直轴两端分别通过轴承安装在笼顶(321)和主流道(312)内壁上，所述垂直轴叶轮(34)位于过流笼(32)内，所述抽吸叶轮(35)位于主流道(312)靠近块体(311)上表面的进口处。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电用的反馈防冲击底座，其特征在于：所述遮挡组件(33)包括圆环(331)、舵叶(332)，所述圆环(331)包围块体(311)外表，圆环(331)下部设置尾流出口(3311)，所述圆环(331)上部内表面设置环凸(3312)，所述块体(311)外表设置环槽(314)，所述环凸(3312)嵌入环槽(314)内，所述圆环(331)与块体(311)同轴并可进行相对旋转，所述舵叶(332)连接在圆环(331)外表上并径向延伸，舵叶(332)和尾流出口(3311)各自的中心线在圆环(331)的同一个径向角度上。
3.根据权利要求2所述的一种海上风电用的反馈防冲击底座，其特征在于：所述环凸(3312)与环槽(314)之间设置轴承，轴承减轻旋转滑动阻力。
4.根据权利要求2所述的一种海上风电用的反馈防冲击底座，其特征在于：所述遮挡组件(33)还包括锥环(333)，所述锥环(333)设置在圆环(331)的外表，锥环(333)远离舵叶(332)，锥环(333)的锥头迎向来流，锥环(333)将来流往上下方向排挤。
5.根据权利要求1所述的一种海上风电用的反馈防冲击底座，其特征在于：所述分流流道(313)设置8个及以上，分流流道(313)以块体(311)中轴线均匀。
6.根据权利要求2所述的一种海上风电用的反馈防冲击底座，其特征在于：所述尾流出口(3311)在圆环(331)圆周方向上占据小于180°的角度。
7.根据权利要求1所述的一种海上风电用的反馈防冲击底座，其特征在于：所述过流笼(32)外罩设一层过滤网。
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