CN113803215A - 漂浮式风电系统 - Google Patents

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CN113803215A CN202111135242.8A CN202111135242A CN113803215A CN 113803215 A CN113803215 A CN 113803215A CN 202111135242 A CN202111135242 A CN 202111135242A CN 113803215 A CN113803215 A CN 113803215A
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Zhuhai Tianyue Technology Co ltd
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Abstract

本发明涉及海上风电技术领域，公开了一种漂浮式风电系统，能够提高稳定性，防止风筒机出现大幅倾斜或磨损的情况。本发明包括设有通孔的浮台、穿设于通孔内的风筒机本体、连接绳索以及浮力件，风筒机本体设有风叶发电组件和第一浮力部；连接绳索连接在风筒机本体和通孔之间；浮力件设于第一浮力部的内部。本发明利用连接绳索可以对风筒机本体起到牵引限位的作用，防止风筒机本体出现大幅倾斜的情况，并避免锚绳直接与风筒机本体连接而造成外壁出现磨损的情况，设置浮力件代替空气为风筒机本体提供浮力，即使因风筒机本体的第一浮力部出现穿孔导致海水灌流，浮力件还是能够提供浮力，以使风筒机本体继续浮在海面上，提升了可靠性。

Description

漂浮式风电系统
技术领域
本发明涉及海上风电技术领域，特别是一种漂浮式风电系统。
背景技术
现有的海上风电系统，大多数是采用立杆式的浮力结构，即由风筒机靠自身的浮力在水中浮起，并直接通过锚绳与海底的沉台连接，由于锚绳仅能起到牵引的作用，在较大的海浪及海风影响下，风筒机在海面上容易出现移动、摇晃或大幅倾斜的情况，因此风筒机容易处于不稳定的状态，而且风筒机在海底的外壁容易与锚绳之间发生碰撞和摩擦，容易造成风筒机的外筒出现破损，则会造成海水进入风筒机内部，使风筒机整体重力加重，出现下沉的情况，而且靠风筒机自身浮力支撑，则需要对风筒机的长度、空腔体积以及配重进行确定，由于风筒机本体主要采用的材料是金属材料，比重大，故风筒机整体长度很长，重量也会更大，不易进行运输。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种漂浮式风电系统，能够提高稳定性，防止风筒机出现大幅倾斜或磨损的情况。
根据本发明实施例的漂浮式风电系统，包括设有通孔的浮台、风筒机本体、至少两根分布于所述风筒机本体周边的连接绳索以及至少一个浮力件，所述风筒机本体穿设于所述通孔内，所述风筒机本体的第一端设有风叶发电组件，靠近所述风筒机本体的第二端为第一浮力部；每一根所述连接绳索的第一端与所述风筒机本体的外壁连接，每一根所述连接绳索的第二端与所述通孔的内壁连接；所述浮力件设于所述第一浮力部的内部；所述注水区设于所述第一浮力部处，所述注水区设有进水口。
根据本发明实施例的漂浮式风电系统，至少具有如下有益效果：利用连接绳索可以对风筒机本体起到牵引限位的作用，防止风筒机本体出现大幅倾斜的情况，同时可以避免锚绳直接与风筒机本体连接，避免锚绳与风筒机本体出现摩擦，进而可以防止风筒机本体的外壁出现磨损，提升了可靠性和使用的寿命，设置浮力件，可以代替空气为风筒机本体提供浮力，即使因风筒机本体的第一浮力部出现穿孔导致海水灌流，浮力件还是能够提供浮力，以使风筒机本体能够继续浮在海面上，进一步提升了可靠性。
根据本发明的一些实施例，至少两根所述连接绳索均匀地分布于所述风筒机本体的周边；或，至少两根所述连接绳索呈对称式地分布于所述风筒机本体的周边。
根据本发明的一些实施例，所述连接绳索为弹力索或弹簧链。
根据本发明的一些实施例，所述连接绳索为金属链条或高分子链条。
根据本发明的一些实施例，所述连接绳索与所述风筒机本体的外壁为活动连接；和/或，所述连接绳索与所述通孔的内壁为活动连接。
根据本发明的一些实施例，所述连接绳索通过万向连接器分别与所述风筒机本体的外壁和所述通孔的内壁连接；或，所述连接绳索通过旋转关节分别与所述风筒机本体的外壁和所述通孔的内壁连接。
根据本发明的一些实施例，所述风筒机本体的外壁和所述通孔的内壁分别设有第一连接环，所述连接绳索的两端分别设有第二连接环，所述第一连接环与对应的第二连接环环扣连接。
根据本发明的一些实施例，所述连接绳索与所述风筒机本体以及所述通孔的连接位置位于水面附近。
根据本发明的一些实施例，相对的两根所述连接绳索的长度相同，所述连接绳索的长度为La，所述通孔相对的两个所述连接位置的直线距离为Lb，所述风筒机本体相对的两个所述连接位置的直线距离为Lc，其中，(Lb-Lc)/2≤La＜ Lb-Lc。
根据本发明的一些实施例，(Lb-Lc)/2≤La≤(Lb/2-Lc)/2。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一实施例的漂浮式风电系统的结构示意图；
图2为图1示出的漂浮式风电系统的A-A所示的剖视图；
图3为图1示出的漂浮式风电系统的另一种状态示意图；
图4为图2示出的漂浮式风电系统的另一种状态示意图；
图5为图2示出的漂浮式风电系统的连接绳索的尺寸示意图；
图6为本发明第二种实施例的漂浮式风电系统的示意图；
图7为本发明第三种实施例的漂浮式风电系统的示意图；
图8为本发明第四种实施例的漂浮式风电系统的示意图；
图9为本发明第五种实施例的漂浮式风电系统的示意图；
图10为本发明第六种实施例的漂浮式风电系统的示意图。
附图标记：浮台100、通孔110、沉底部120、风筒机本体200、风叶发电组件210、第一浮力部220、连接绳索300、第二浮力部310、浮力件400、注水区 500。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1和图2，根据本发明实施例的漂浮式风电系统，包括设有通孔110 的浮台100、风筒机本体200、至少两根分布于风筒机本体200周边的连接绳索 300以及至少一个浮力件400，风筒机本体200穿设于通孔110内，风筒机本体 200的第一端设有风叶发电组件210(其中，风叶的结构在图中未示)，靠近风筒机本体200的第二端为第一浮力部220；每一根连接绳索300的第一端与风筒机本体200的外壁连接，每一根连接绳索300的第二端与通孔110的内壁连接；浮力件400设于第一浮力部220的内部。
其中，值得注意的是，根据风筒机本体200和通孔110的外形，可以选择适合数量的连接绳索300，并使连接绳索300分布于风筒机本体200的周边，以对风筒机本体200起到拉扯和制衡的效果，同时需要说明的是，连接绳索300的长度不同，同样可以起到对风筒机本体200进行制衡的效果，当长度同步相同时，则可以达到更平衡的效果，从而为风筒机本体200提供更加稳定的制衡效果。
如图3，风筒机本体200沿竖直方向垂直设置，风筒机本体200因风浪原因，向左后方移动而发生位移，此时，各连接绳索300也会因风筒机本体200的位移而被牵引，若采用的连接绳索300是具有弹性性质的，由于连接绳索300具有自恢复性，故在风筒机本体200移动一小段后，连接绳索300会及时将风筒机本体 200拉回原位，使其保持平衡，若采用的连接绳索300不具有弹性性质，则由于连接绳索300的刚性牵拉，风筒机本体200的位移会被限制，即风筒机本体200 被前方和右方的连接绳索300的拉扯而保持在原位。
如图4，风筒机本体200因风浪原因向左倾斜，此时，左边的连接绳索300 会被拉扯到海内，右边的连接绳则会被向海面上方拉扯，由于左右两边连接绳索 300的牵拉，风筒机本体200的倾斜则会迅速被校正而恢复垂直的状态，因此配合连接绳索300，可以有效地限制风筒机本体200的倾斜或位移，风筒机本体200 能够保持平衡，以在稳定地状态下持续进行发电，故配合连接绳索300和浮台 100的结构，能够提升本发明的稳定性和可靠性。
其中，值得注意的是，浮力件400可以不止是一件，可以同时在第一浮力部 220设置多个空腔，在对应的空腔内填充浮力件400，浮力件400可以采用比重小于1的固体浮力材料，且浮力件400与第一浮力部220内部紧密抵接或通过绳索实现固定连接，从而可以为风筒机本体200提供浮力，在出现进水时，浮力件 400仍然可以起到提供浮力的效果，常规的风筒机本体200采用的是设置空腔，当进水时，则会加重第一浮力部220配重，导致风筒机本体200下沉，而用浮力件400代替空气填充，不仅同样可以降低风筒机本体200的配重，即使出现进水，浮力件400仍可以起到提供浮力的作用，在出现进水状态时，第一浮力部220 重量增加，可避免风筒机本体200出现下沉的现象。
参照图1和图2，在本发明的一些实施例中，除上述所描述的部件外，还包括至少一处注水区500；注水区500设于第一浮力部220处，注水区500设有进水口。
注水区500可以不止是一处，可以设置多处注水区500，且能够根据需要对注水区500的注水过程实现同步控制或分时控制，也能够根据需要对注水区500 的放水过程实现同步控制或分时控制。此外，需要注意的是，浮力件400的体积和重量以及注水区500的体积和需要装载的注水量，可以根据本领域技术人员针对风筒机本体200的自身体积以及重量，并结合常规的浮力原理进行计算，从而可以确定浮力件400的体积和重量以及注水区500的体积和需要装载的注水量具体数值。
根据风筒机本体200整体的稳定性，注水区500可以设置在浮力件400的上方或下方，在本实施例中，参考图2和同4，注水区500设于浮力件400的下方。
参考图5，在本发明的一些实施例中，相对的两根连接绳索300的长度相同，连接绳索300的长度为La，通孔110相对的两个连接位置的直线距离为Lb，风筒机本体200相对的两个连接位置的直线距离为Lc，其中，(Lb-Lc)/2≤La＜ Lb-Lc。
参考图5，在本发明的一些实施例中，(Lb-Lc)/2≤La≤(Lb/2-Lc)/2。限定连接绳索300的长度，可以提升连接绳索300对风筒机本体200的限位效果，在大风大浪的情况下，风筒机本体200发生移动或倾斜时，由于连接绳索300 的牵引，可以避免风筒机本体200与通孔110内壁发生碰撞。
在本发明的一些实施例中，至少两根连接绳索300均匀地分布于风筒机本体 200的周边；或，至少两根连接绳索300呈对称式地分布于风筒机本体200的周边。
具体地，当连接绳索300的数量为偶数时，则相对的两根连接绳索300可以为一对并呈对称式的设置在风筒机本体200的周边，这里呈对称式分布的意思是指：每一对连接绳索300的长度相同，且每一对里两根连接绳索300与通孔110 内壁对应的连接位置也是呈对称的状态，这样才能确保风筒机本体200整体是处于一个平衡受力的状态，在风筒机本体200出现倾斜、晃动或移动时，呈对称的连接绳索300能够对风筒机本体200起到对称拉扯的效果，进而使风筒机本体 200能够快速恢复原位，保持稳定；如图1，在第一种实施例中，风筒机本体200 外形主要呈圆筒状，通孔110呈方形，则采用了四根连接绳索300，并以每两根绳索为一对呈对称式地分布于风筒机本体200的周边，采用四根连接绳索300 时，也可以是四根连接绳索300呈“X”形，如图6，为第二种实施例，四根连接绳索300呈“X”形分布于圆筒本体的周边，其左右对应的一对连接绳索300 呈对称，而需要说明的，在第一种实施例中，如图1中的分布方式，也属于一种均匀分布的状态；
当连接绳索300为奇数时，使奇数的连接绳索300均匀分布于风筒机本体200的周边，可以按正多边形的内角线的分布，以实现均匀分布的效果，对风筒机本体200起到均匀施力的效果，如图7，为本发明的第三种实施例，与第一种实施例不同的是，第三种实施例仅采用三根连接绳索300，三根连接绳索300 则均匀的分布于风筒机本体200的周边；如图8，为本发明的第四种实施例，与第一种实施例不同的是，第四种实施例中的通孔110呈圆形转，连接绳索300 为五根，五根绳索长度相同且均匀地分布于风筒机本体200的周边，对风筒机本体200起到一个均衡制衡的效果，以提升风筒机本体200的稳定性。
在本发明的一些实施例中，连接绳索300为弹力索或弹簧链。采用弹力索或弹簧链，不仅在被拉扯时可以起到缓冲的作用，同时可以降低连接绳索300因瞬间的拉力过大而出现断裂的风险，在风浪停止时，因弹力索或弹簧链会恢复原始状态，则可以将风筒机本体200拉回原位，且由于弹力索或弹簧链的弹性作用，在发生倾斜或移动时，也可以对风筒机本体200起到缓冲的效果，降低倾斜的角度或位移的距离。
在本发明的一些实施例中，连接绳索300为金属链条或高分子链条。其中，高分子材料可以是塑料、纤维或橡胶的任意一种，采用金属链条和高分子链条，可以提升连接绳索300的耐用性和可靠性。
在本发明的一些实施例中，连接绳索300与风筒机本体200的外壁为活动连接。
在本发明的一些实施例中，连接绳索300与通孔110的内壁为活动连接。
在本发明的一些实施例中，连接绳索300通过万向连接器(图中未示)分别与风筒机本体200的外壁和通孔110的内壁连接。
在本发明的一些实施例中，连接绳索300通过旋转关节(图中未示)分别与风筒机本体200的外壁和通孔110的内壁连接。
在本发明的一些实施例中，风筒机本体200的外壁和通孔110的内壁分别设有第一连接环(图中未示)，连接绳索300的两端分别设有第二连接环(图中未示)，第一连接环(图中未示)与对应的第二连接环(图中未示)环扣连接。
采用活动连接的方式，可以起到缓冲的作用，如在出现大风大浪时，风筒机本体200会瞬间出现倾斜或移动，由于连接绳索300与风筒机本体200以及通孔 110内壁之间均是活动连接，则在连接绳索300被拉扯时，活动连接的关系可以起到缓冲的作用，同时可以降低连接绳索300因瞬间的拉力过大而出现断裂的风险，在发生倾斜或移动时，也可以对风筒机本体200起到缓冲的效果，降低倾斜的角度或位移的距离。其中，活动连接的方式可以采用万向连接器(图中未示)、旋转关节(图中未示)或是环扣(图中未示)的方式实现活动连接。
在本发明的一些实施例中，连接绳索300与风筒机本体200以及通孔110 的连接位置位于水面附近。将连接位置设于水面附近，可以对风筒机本体200 起到最大限位效果，即能够使风筒机本体200能够快速复位，避免风筒机本体 200在晃动或倾斜或移动过程中，因连接绳索300的限制行程过大，风筒机本体 200恢复力矩以及恢复时间均会增加，则连接绳索300受力会增加，容易导致出现断裂的情况，进而导致风筒机本体200出现倒下的情况。
在本发明的一些实施例中，浮台100呈多边形或环形状。
参考图9，在本发明的一些实施例中，浮台100的最小宽度为25m。限制浮台100的最小宽度，可以提升浮台100在海面上的稳定性，浮台100的尺寸越大，则抗浪的能力越强，即浮台100在海面会更加平稳，进而使风筒机本体200整体保持平稳，可以提升整体的可靠性。
参考图9，在本发明的一些实施例中，还包括沉底部120，浮台100通过锚绳与沉底部120连接。沉底部120可以是沉底重块或锚桩，结合海底的情况，可以选择适合的部件作为沉底部120。配合锚绳，可以对浮台100以及风筒机本体 200的位置进行限制，确保浮台100和风筒机本体200是活动在指定的区域内。设置浮台100，则可以使锚绳连接在沉底部120和浮台100之间，避免锚绳与风筒机本体200直接连接，则在风筒机本体200出现移动或倾斜时，锚绳则不会与风筒机本体200出现碰撞和摩擦的现象。
参考图10，在本发明的一些实施例中，连接绳索300上设有至少一个第二浮力部310。设置第二浮力部310，可以避免连接绳索300因在海里下沉，导致连接绳索300对通孔110内壁或风筒机本体200形成向下的拉力的作用，可以进一步提升风筒机本体200整体的稳定性。第二浮力部310可以采用比重小于1 的固体浮力材料，为连接绳索300提供向上的浮力，避免连接绳索300因自身过重沉入海里，则可以防止连接绳索300因自身问题而对风筒机本体200造成向下的拉力，进而可以提升整体的稳定性和可靠性。
在本发明的一些实施例中，还包括抽气泵(图中未示)，抽气泵(图中未示) 通过管道与进水口可拆卸连接。采用抽气泵(图中未示)，可以对注水区500 的压力进行调整，当需要注水时，则通过向外抽气，可以降低注水区500内的压强，使海水自动注入，其中，在降低压强后，进水口需处于海内，这样才能配合大气压强实现自动注水。
在本发明的一些实施例中，还包括单向抽水泵(图中未示)，单向抽水泵(图中未示)通过管道与进水口连接。采用单向抽水泵(图中未示)，可以将海水向注水区500内注入，在需要排水时，则可以更换单向抽水泵(图中未示)的接口，实现反向抽水，则可以实现对注水区500进行排水。
在本发明的一些实施例中，还包括双向抽水泵(图中未示)，双向抽水泵(图中未示)通过管道与进水口连接。采用双向抽水泵(图中未示)，则可以将海水向注水区500内注入或排出，进而可以对风筒机本体200的重量进行调整。
在本发明的一些实施例中，还包括设于进水口上的阀门(图中未示)。设置阀门(图中未示)，可以对进水口的开启或关闭状态进行控制，同时也可以在出厂时，先直接对注水区500进行排气减压，然后关闭阀门(图中未示)，在运送到指定区域时，使进水口沉入海内，再打开阀门(图中未示)，则可以利用与大气压的压力差，实现自动注入，此外，在配合抽气泵(图中未示)、单向抽水泵 (图中未示)、双向抽水泵(图中未示)时，也可以配合阀门(图中未示)，对进水口实现关闭或开启，避免海水注入过多或流出。
根据本发明实施例的漂浮式风电系统，通过如此设置，可以达成至少如下的一些效果，利用连接绳索300可以对风筒机本体200起到牵引限位的作用，防止风筒机本体200出现大幅倾斜的情况，同时可以避免锚绳直接与风筒机本体200 连接，避免锚绳与风筒机本体200出现摩擦，进而可以防止风筒机本体200的外壁出现磨损，提升了可靠性和使用的寿命，利用注水区500，可以对风筒机本体 200的重量进行控制，在运输时，注水区500排空，由于重量降低，可以使风筒机本体200以横向方式浮在海面上，以便于进行运输转移，通过注水到注水区 500，则可以增加风筒机本体200第一浮力部220处的重量，改变风筒机本体200的受力状态，第一浮力部220则会下沉到海内，以使风筒机本体200能沿竖直方向设置并浮在海面上，设置浮力件400，可以代替空气为风筒机本体200提供浮力，即使因风筒机本体200的第一浮力部220出现穿孔导致海水灌流，浮力件 400还是能够提供浮力，以使风筒机本体200能够继续浮在海面上，进一步提升了可靠性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种漂浮式风电系统，其特征在于，包括：
浮台，中部设有通孔；
风筒机本体，穿设于所述通孔内，所述风筒机本体的第一端设有风叶发电组件，靠近所述风筒机本体的第二端为第一浮力部；
至少两根分布于所述风筒机本体周边的连接绳索，每一根所述连接绳索的第一端与所述风筒机本体的外壁连接，每一根所述连接绳索的第二端与所述通孔的内壁连接；
至少一个浮力件，设于所述第一浮力部的内部。
2.根据权利要求1所述的漂浮式风电系统，其特征在于：至少两根所述连接绳索均匀地分布于所述风筒机本体的周边；
或，至少两根所述连接绳索呈对称式地分布于所述风筒机本体的周边。
3.根据权利要求1所述的漂浮式风电系统，其特征在于：所述连接绳索为弹力索或弹簧链。
4.根据权利要求1所述的漂浮式风电系统，其特征在于：所述连接绳索为金属链条或高分子链条。
5.根据权利要求1所述的漂浮式风电系统，其特征在于：所述连接绳索与所述风筒机本体的外壁为活动连接；
和/或，所述连接绳索与所述通孔的内壁为活动连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的漂浮式风电系统，其特征在于：所述连接绳索通过万向连接器分别与所述风筒机本体的外壁和所述通孔的内壁连接；
或，所述连接绳索通过旋转关节分别与所述风筒机本体的外壁和所述通孔的内壁连接。
7.根据权利要求1至5任一项所述的漂浮式风电系统，其特征在于：所述风筒机本体的外壁和所述通孔的内壁分别设有第一连接环，所述连接绳索的两端分别设有第二连接环，所述第一连接环与对应的第二连接环环扣连接。
8.根据权利要求1至5任一项所述的漂浮式风电系统，其特征在于：所述连接绳索与所述风筒机本体以及所述通孔的连接位置位于水面附近。
9.根据权利要求1至5任一项所述的漂浮式风电系统，其特征在于：相对的两根所述连接绳索的长度相同，所述连接绳索的长度为La，所述通孔相对的两个所述连接位置的直线距离为Lb，所述风筒机本体相对的两个所述连接位置的直线距离为Lc，其中，(Lb-Lc)/2≤La＜Lb-Lc。
10.根据权利要求9所述的漂浮式风电系统，其特征在于：(Lb-Lc)/2≤La≤(Lb/2-Lc)/2。
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