CN111927698B - 一种海上漂浮式可升降风力发电机组 - Google Patents

一种海上漂浮式可升降风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上漂浮式可升降风力发电机组，包括底部浮式平台基础、偏航支撑、支臂、叶轮组和液压缸；所述底部浮式平台基础的中部连接偏航支撑；所述两个支臂的中下部转动连接在偏航支撑的上端，两个支臂形成X型结构；所述两个支臂均为桁架结构，上端各设置一个叶轮组，下端分别通过液压缸与偏航支撑连接；所述两个支臂的四端各至少设置一个导轮；所述任意一个支臂的下端或底部浮式平台基础上设置有绞车；所述每个绞车的缆绳按顺时针或逆时针依次通过两个支臂的导轮后固连在任一支臂的下端或绞车上。本发明具有结构稳定、可升降、抗风能力强等特点。

Description

一种海上漂浮式可升降风力发电机组
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组，尤其是一种海上漂浮式可升降风力发电机组。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步，绿色能源已经成为一个必然趋势。其中应用较为成熟的就是风力发电。进行风力发电的前提就是寻找一个风力良好的地理位置，然后通过安装风力发电机来进行发电，但是风力是不稳定的，风向也是随时可能变化的，再结合风力发电机的造价和维护都比较昂贵，所以如何提高风力发电机对风力的利用率，并增加风力发电机本身的稳定性，是风力发电领域人员一直需要克服的难点。虽然在陆地上的风力发电机在上述问题上已经有所建树，比如通过设置不同方向的风扇来使风力发电机不仅可以使用水平方向的风能，对于竖直方向的风能也可以很好的利用；比如通过设置可收纳的桨叶与尾翼，使得在超出风机所能承受的强风流天气下，对风机进行保护；再比如在风力发电机下端柱体下端设置带有空腔的拖车，空腔内设有液压伸缩腔，使得过大的风速对风力发电机造成不可逆转损坏时，可使风力发电机自动降低高度并结合拖车的移动，来保证风力发电机安全。但是结合海上风力发电，由于海上风力比较充足，并且强气流较多，上述改进结构并不能较好的适配。所以如何提高海上风力利用率的同时保护海上风力发电机不被强风流损坏，还是风机发电领域需要解决的难题。
实用新型内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适应不同风力风向的海上漂浮式可升降风力发电机组。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种海上漂浮式可升降风力发电机组，包括底部浮式平台基础、偏航支撑、支臂、叶轮组和液压缸；所述底部浮式平台基础的中部连接偏航支撑；所述两个支臂的中下部转动连接在偏航支撑的上端，两个支臂形成X型结构；所述两个支臂均为桁架结构，上端各设置一个叶轮组，下端分别通过液压缸与偏航支撑连接；所述两个支臂的四端各至少设置一个导轮；所述任意一个支臂的下端或底部浮式平台基础上设置有绞车；所述每个绞车的缆绳按顺时针或逆时针依次通过两个支臂的导轮后固连在任一支臂的下端或绞车上。
上述的一种海上漂浮式可升降风力发电机组，所述每个叶轮组均包括两个叶轮、传动轴、大齿轮和电机；所述传动轴转动连接在支臂的上端；所述两个叶轮固连在传动轴的两端；所述大齿轮固连在传动轴上；所述电机通过电机齿轮与大齿轮啮合。
上述的一种海上漂浮式可升降风力发电机组，所述偏航支撑包括支撑立柱、外齿轮底圈、内底圈、底座和驱动电机；所述底座固定在底部浮式平台基础上，底座上部固连外齿轮底圈，外齿轮底圈内转动连接内底圈；所述内底圈与支撑立柱固接或为一体结构；所述外齿轮底圈外部设有轮齿，支撑立柱固接驱动电机，驱动电机通过电机齿轮与外齿轮底圈啮合。
上述的一种海上漂浮式可升降风力发电机组，所述外齿轮底圈和内底圈之间设有回转支承结构。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过设置可垂直转动的偏航支撑来调整叶轮随对应的方位，从而适应不同风向的风；又设置X型支臂并通过液压缸和绞车来调节支臂上端的高度，从而调节位于支臂上端叶轮的高度，来使叶轮适应不同强度风力的风。本发明支臂采用桁架结构，在节约材料、减轻重量的同时保证了抗弯能力、材料强度和刚度；从而有效的避免了支臂在使用过程中的变形和折断。本发明具有结构稳定、可升降、抗风能力强等特点。
本发明还通过设置双叶轮的发电机组，来增加风力的利用率。本发明具有结构简单、发电效率高的特点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A部的局部放大图；
图3是图1中B部的局部放大图；
图4是本发明偏航支撑的结构示意图；
图5是本发明偏航支撑的结构示意图；
图6是图5中A-A部的剖视图。
图中各文件标号为：1-底部浮式平台基础；2-叶轮组，2-1-叶轮，2-2-传动轴，2-3-大齿轮，2-4-电机；3-液压缸；4-偏航支撑，4-1-支撑立柱，4-2-回转支承结构，4-3-外齿轮底圈，4-4-内底圈，4-5-底座，4-6-驱动电机；5-转轴；6-支臂；7-导轮；8-绞车；9-定位绞车。
具体实施方式
参看图1、2、3、4、5和图6，本海上漂浮式可升降风力发电机组包括底部浮式平台基础1、偏航支撑4、支臂6、叶轮组2和液压缸3。所述底部浮式平台基础1为三角形立体结构，在底部浮式平台基础1的上端面的三个角上各分别设置两个定位绞车。所述六个定位绞车9通过锚链将海面上的底部浮式平台基础1定位。所述底部浮式平台基础1的中心位置向上连接偏航支撑4。所述偏航支撑4包括支撑立柱4-1、回转支承结构4-2、外齿轮底圈4-3、内底圈4-4、底座4-5和驱动电机4-6。所述底座4-5上端固连外齿轮底圈4-3，下端固连在底部浮式平台基础1的中心位置。所述外齿轮底圈4-3为圆环状结构；外齿轮底圈4-3的外环壁设有轮齿，内环壁上设有环形的凹槽或者均匀分布有一圈凹槽。所述内底圈4-4为圆环结构，外环壁上设有环形的凹槽或者均匀分布有一圈凹槽。所述回转支承结构4-2为环形体或者钢珠。所述外齿轮底圈4-3套在内底圈4-4的外侧，且二者上面的凹槽对应设置；所述外齿轮底圈4-3上的凹槽与内底圈4-4上的凹槽开口相对并扣合回转支承结构4-2，实现内底圈4-4与外齿轮底圈4-3的相对转动；所述回转支承结构4-2在上下方向上支撑内底圈4-4，使之与外齿轮底圈4-3不产生上下位移。所述内底圈4-4的上端固定连接支撑立柱4-1；所述通过支撑立柱4-1中下部的外壁上固连一个驱动电机4-6。所述驱动电机4-6的输出轴向下通过电机齿轮与外齿轮底圈4-3的轮齿啮合。采用上述结构后，人工控制驱动电机4-6运转，并沿外齿轮底圈4-3外齿做圆周运动，由于内底圈4-4通过回转支承结构4-2与外齿轮底圈4-3可相对转动，所以驱动电机4-6带动支撑立柱4-1做径向圆周转动，以对正不同风向的风。
参看图1、2和3，本海上漂浮式可升降风力发电机组所述支撑立柱4-1的上端固连一个转轴5。所述转轴5连接在两个支臂6的中下部，这样两个支臂6就以转轴5为中心轴交叉形成可转动的X型结构。所述两个支臂6均为桁架结构，采用桁架结构能在减轻支臂6重量的同时保证支臂6的抗弯能力，确保在大风情况下，支臂6不会变形、折断。所述各支臂6与转轴5的连接位置正对桁架的节点位置，这样能使桁架连接结构更稳固。所述两个支臂6的上端各设一个叶轮组2。所述每个叶轮组2均包括两个叶轮2-1、一个传动轴2-2、一个大齿轮2-3和一个电机2-4。所述传动轴2-2转动连接在支臂6的上端；所述两个叶轮2-1分别连接在该传动轴2-2的两端，并分别位于两个支臂6的两侧。所述在传动轴2-2上固定连接有大齿轮2-3或齿轮组；所述电机2-4通过电机齿轮与大齿轮2-3或齿轮组啮合。所述传动轴2-2与电机主轴的转速比范围为3～10。采用上述结构，当两个叶轮2-1在风的作用下同向、同时旋转，带动传动轴2-2和大齿轮2-3或齿轮组随之转动；转动的大齿轮2-3或齿轮组通过电机齿轮带动电机2-4转动并发电。
参看图1、2和3，本海上漂浮式可升降风力发电机组所述两个支臂6的下端的内侧与支撑立柱4-1之间分别连接一个液压缸3。所述两个液压缸3分别垂直各自相应的支臂6的内侧面，通过液压缸3的伸缩带动支臂6转动，从而起到调节叶轮2-1高度来适应不同强度的风；所述支臂6的旋转角度为30～75度。所述两个支臂6的四端至少各设置一个导轮7。所述绞车8设置在任意一个支臂6的下端或底部浮式平台基础1上，绞车8可以为双转盘绞车或单转盘绞车。为进一步描述，所述两支臂6分别定义为第一支臂和第二支臂，绞车8固接在第一支臂的下部，或位于第一支臂下端下方的底部浮式平台基础1上；包括以下几种连接情况：(1)所述绞车8位于第一支臂的下端且为双转盘绞车时，绞车8一个转盘上的缆绳先向上先经过第二支臂上端的导轮7，再经过第一支臂上端的导轮7；然后向下经过第二支臂下端的导轮7，再经过第一支臂下端的导轮7，最后与绞车8的另一转盘连接。(2)所述绞车8位于第一支臂的下端且为单转盘绞车时，绞车8转盘上的缆绳先向上先经过第二支臂上端的导轮7，再经过第一支臂上端的导轮7，最后与第二支臂的下端连接；或者，绞车8转盘上的缆绳先向上先经过第二支臂上端的导轮7，再经过第一支臂上端的导轮7，然后向下经过第二支臂下端的导轮7，最后与第一支臂的下端连接。(3)所述绞车8位于底部浮式平台基础1上且为双转盘绞车时，绞车8一个转盘上的缆绳先向上先经过第一支臂下端的导轮7、第二支臂上端的导轮7，再经过第一支臂上端的导轮7、第二支臂下端的导轮7，最后与绞车8的另一转盘连接。(4)所述绞车8位于底部浮式平台基础1上且为单转盘绞车时，绞车8转盘上的缆绳先向上先经过第一支臂下端的导轮7、第二支臂上端的导轮7，再经过第一支臂上端的导轮7，最后与第二支臂下端的导轮7连接；或者，绞车8转盘上的缆绳先向上先经过第一支臂下端的导轮7、第二支臂上端的导轮7，再经过第一支臂上端的导轮7、第二支臂下端的导轮7，最后与第一支臂的下端连接。采用上述结构后，通过缆绳的拉紧作用，能将双支臂6稳固成一体结构，从而保证本风力发电机组结构的稳固性；并且，绞车8与液压缸3相配合，能够更稳定的升降两个支臂6。上述绞车8、缆绳的连接方式中，均可采用如图1、2和3所示的双缆绳结构，即用一个或两个绞车8连接两根缆绳；所述两根缆绳采用上述连接方式，且在支臂上设有与双缆绳结构相配合的导轮7结构，如图2、图3所示，每个支臂6的上端设有四个导轮7、下端设有两个导轮7，导轮均设在支臂6的边角处；采用双缆绳结构后，能进一步的稳固双支臂6的稳固性，提升起抗风性能。
为了更清楚的描述本发明的有益效果，下面结合本发明的使用过程来进一步展示。
参看图1、2、3、4、5和图6，本海上漂浮式可升降风力发电机组包括以下步骤：第一步，通过定位绞车9调节锚链来定位底部浮式平台基础1在海面上的位置，从而方便叶轮组2进行发电工作。由于叶轮组2设置两组叶轮来带动一个电机发电，增强了风力的捕捉，提高了电机的发电效率。第二步，当风向转变时，人工控制偏航支撑4垂直转动，重新让叶轮2-1正对风向发电，提高了发电效率。第三步，当遇到过强风流时，人工控制液压缸3向外顶出支臂6的下端，同时绞车8回收缆绳拉紧两个支臂6，从而稳定降低支臂6上端的高度，同时带动位于支臂6上端的叶轮组2到风力强度适合的位置上进行发电。此调节方式不仅保护本发电机组不被过强风流损坏，还可将叶轮组2调节到合适风力的位置继续发电，提高了风力的利用率。第四步，当风力减弱时，人工控制液压缸3向内回拉支臂6的下端，从而升高支臂6上端的高度，同时绞车8外放缆绳拉紧两个支臂6，进而调整叶轮组2到更为合适的发电位置，进行发电。

Claims (3)

1.一种海上漂浮式可升降风力发电机组，其特征在于：包括底部浮式平台基础（1）、偏航支撑（4）、支臂（6）、叶轮组（2）、液压缸（3）和转轴（5）；所述底部浮式平台基础（1）的中部连接偏航支撑（4）；所述偏航支撑（4）的上端固连一个转轴（5），所述转轴（5）连接在两个支臂（6）的中下部，所述两个支臂（6）以转轴（5）为中心轴交叉形成X型结构；所述两个支臂（6）均为桁架结构，上端各设置一个叶轮组（2），下端分别通过液压缸（3）与偏航支撑（4）连接；所述两个支臂（6）的四端各至少设置一个导轮（7）；所述支臂（6）的下端或底部浮式平台基础（1）上设置有绞车（8）；所述每个绞车（8）的缆绳按顺时针或逆时针依次通过两个支臂（6）的导轮（7）后固连在任一支臂（6）的下端或绞车（8）上；所述偏航支撑（4）包括支撑立柱（4-1）、外齿轮底圈（4-3）、内底圈（4-4）、底座（4-5）和驱动电机（4-6），所述外齿轮底圈（4-3）内转动连接内底圈（4-4）；所述内底圈（4-4）与支撑立柱（4-1）固接；所述外齿轮底圈（4-3）和内底圈（4-4）之间设有回转支承结构（4-2）。
2.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式可升降风力发电机组，其特征在于：所述每个叶轮组（2）均包括两个叶轮（2-1）、传动轴（2-2）、大齿轮（2-3）和电机（2-4）；所述传动轴（2-2）转动连接在支臂（6）的上端；所述两个叶轮（2-1）固连在传动轴（2-2）的两端；所述大齿轮（2-3）固连在传动轴（2-2）上；所述电机（2-4）通过电机齿轮与大齿轮（2-3）啮合。
3.根据权利要求2所述的一种海上漂浮式可升降风力发电机组，其特征在于：所述底座（4-5）固定在底部浮式平台基础（1）上，底座（4-5）上部固连外齿轮底圈（4-3）或为一体结构；所述外齿轮底圈（4-3）外部设有轮齿，支撑立柱（4-1）固接驱动电机（4-6），驱动电机（4-6）通过电机齿轮与外齿轮底圈（4-3）啮合。
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