CN114017258A - 一种半潜式浮动风机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力发电设备技术领域，且公开了一种半潜式浮动风机，包括浮箱，所述浮箱的中部活动套接有支撑柱，所述浮箱的上表面开设有活动卡槽，所述活动卡槽中对称活动安装有支撑杆，所述支撑柱的顶端固定安装有帆箱。通过支撑柱、支撑杆和帆箱的设置，以支撑杆为主要支撑轴，当风作用到叶轮上时，通过帆箱的传递，可有效将作用力传递到支撑杆和浮箱之间，避免作用力过大，导致支撑柱折断，提高设备的整体结构强度，提高稳定性，同时，帆箱受到风的吹动，使得以支撑柱为中心进行转动，自动调整叶轮的方向，使叶轮始终正对风向，保证承受最大的风力，提高发电量，降低偏航控制系统的控制难度。

Description

一种半潜式浮动风机
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域，具体为一种半潜式浮动风机。
背景技术
风作为没有公害的能源之一，取之不尽用之不竭，可利用风力进行发电，并且我国海上的风能资源丰富，在远离大陆的深海区域，有很多优质的风力资源可被开发利用，目前对于水深超过50米的深海风电场，利用固定式风机受到水深的影响，进行固定式基础的成本直线上升，在深海领域一般采用浮动式基础，但目前所使用的半潜式风机村子一些不足，如下：
要开发这些水深超过50米的深海风电场，需要开发浮动式风机，但目前所使用的浮动风机，主要受到三个方面的力，其一，海洋洋流的作用力，海洋的洋流作用到浮式基础上，带动浮式基础流动；其二，海洋季风的作用力，风不仅吹动风扇，还吹动海洋表层海水，形成波浪，进而对浮式基础进行冲击；其三，还要承受风机高耸结构运行的陀螺回转效应，三种力联合作用，对浮式基础考验极大，利用多根缆绳将浮式基础进行固定，既需要考虑破浪所带来的起伏余量，又需要考虑洋流与风力的作用力，对缆绳的负担极大，在动荡时，容易使缆绳挣断；并且目前利用偏航控制系统对叶轮的方向进行调整，但其调整时，是根据风向监控设备来确定风向，进而进行调整叶轮的朝向，但发电风场的场域较大，不同区域的风向存在一定的差异，进而不能够保证每一个叶轮的朝向处于最佳方向，导致发电效果不佳。
发明内容
本发明提供了一种半潜式浮动风机，具备稳定性好、控制难度低、发电量高的优点，解决了上述背景技术中的问题。
本发明提供如下技术方案：一种半潜式浮动风机，包括浮箱，所述浮箱的中部活动套接有支撑柱，所述浮箱的上表面开设有活动卡槽，所述活动卡槽中对称活动安装有支撑杆，所述支撑柱的顶端固定安装有帆箱，两个所述支撑杆的顶端分别与帆箱的两侧底部固定连接，所述帆箱的中部固定安装有圆筒Ⅰ，所述圆筒Ⅰ的内腔右部活动安装有叶轮，所述圆筒Ⅰ的内腔左部固定安装有发电箱Ⅰ，所述叶轮的左端与发电箱Ⅰ内部的增速机伸出轴固定连接，所述浮箱的底面中部固定安装有导流箱，所述导流箱的内部固定安装有固定筒，所述固定筒的内部活动套接有活塞，所述活塞的右侧固定连接有缆绳，所述缆绳的另一端位于固定筒的外部固定连接有锚，所述导流箱的内部固定安装有电池组。
优选的，所述帆箱和导流箱的整体均呈现偏平状，所述帆箱竖直面与浮箱上表面相互垂直，所述浮箱的底面呈弧形，所述导流箱的竖直面与浮箱的底面中心垂直。
优选的，所述浮箱的内部固定安装有圆筒Ⅱ，所述圆筒Ⅱ的内腔中活动套接有水力涡轮，所述圆筒Ⅱ的内腔左部固定安装有发电箱Ⅱ，所述水力涡轮的左端与发电箱Ⅱ内部的增速机的伸出轴固定连接，所述帆箱与导流箱相互平行。
优选的，所述浮箱的内部且位于水力涡轮的两侧固定安装有电机，所述电机的伸出轴上且位于浮箱的左侧固定连接有推进涡轮，所述固定筒的内部活动安装有弹簧，所述弹簧的两端分别与活塞的左侧和固定筒的内壁固定连接，所述固定筒的内腔右部固定安装有电阻管，所述电阻管分别与电池组和电机电性连接。
本发明具备以下有益效果：
1、通过支撑柱、支撑杆和帆箱的设置，以支撑杆为主要支撑轴，当风作用到叶轮上时，通过帆箱的传递，可有效将作用力传递到支撑杆和浮箱之间，避免作用力过大，导致支撑柱折断，提高设备的整体结构强度，提高稳定性，同时，帆箱受到风的吹动，使得以支撑柱为中心进行转动，自动调整叶轮的方向，使叶轮始终正对风向，保证承受最大的风力，提高发电量，降低偏航控制系统的控制难度。
2、通过电机和电阻管的设置，使得风力与洋流的作用力叠加作用力大于缆绳的牵引力时，缆绳与浮箱之间的夹角度数A过大，并在三者的作用力下浮箱逐渐沉入海底，此时活塞逐渐进入电阻管，接通电机，电机带动推进涡轮转动，逆流推动浮箱，抵抗洋流的作用力，避免缆绳受到的作用力过大而崩断，提高缆绳使用年限，并提高缆绳对浮动风机的相对固定效果，增加浮箱抗击洋流的能力。
附图说明
图1为本发明结构侧视示意图；
图2为本发明结构正视示意图；
图3为本发明结构形态1受力分析图示意图；
图4为本发明结构形态2受力分析图示意图；
图5为本发明结构形态3受力分析图示意图。
图中：1、浮箱；2、支撑柱；3、支撑杆；4、帆箱；5、圆筒Ⅰ；6、叶轮；7、发电箱Ⅰ；8、导流箱；9、固定筒；10、活塞；11、缆绳；12、弹簧；13、锚；14、圆筒Ⅱ；15、水力涡轮；16、发电箱Ⅱ；17、电机；18、电阻管。
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。
请参阅图1-图2，一种半潜式浮动风机，包括浮箱1，浮箱1的中部活动套接有支撑柱2，浮箱1的上表面开设有活动卡槽，活动卡槽中对称活动安装有支撑杆3，支撑柱2的顶端固定安装有帆箱4，两个支撑杆3的顶端分别与帆箱4的两侧底部固定连接，帆箱4的中部固定安装有圆筒Ⅰ5，圆筒Ⅰ5的内腔右部活动安装有叶轮6，圆筒Ⅰ5的内腔左部固定安装有发电箱Ⅰ7，叶轮6的左端与发电箱Ⅰ7内部的增速机伸出轴固定连接，浮箱1的底面中部固定安装有导流箱8，导流箱8的内部固定安装有固定筒9，固定筒9的内部活动套接有活塞10，活塞10的右侧固定连接有缆绳11，缆绳11的另一端位于固定筒9的外部固定连接有锚13，导流箱8的内部固定安装有电池组，浮箱1半浮于海面，随后利用锚13和缆绳11对其进行牵引固定，当洋流带动浮箱1进行漂流时，缆绳11将其牵引，形成一对平衡力，若此时，海风吹动的方向与洋流的方向一致时，则两者对浮动风机的作用力方向一致，则此时只需利用锚13和缆绳11对浮箱1拉紧即可(见附图3)，当海风吹动的方向与洋流的方向不同时，两者对浮动风机的作用力形成一定方向的合力，随后，在缆绳11的牵引下，根据所受到力的大小自动调整与缆绳11之间的相对位置，使合力与缆绳11对浮箱1的牵引力在同一平面上，并相互平衡(见附图4)，此时只需一根缆绳即完成对浮动风机的牵引，预留足够大的活动余量，使得浮动风机在洋流和风力作用下，以及波浪的起伏作用下，能够及时调整位置，形成平衡，确保浮动风机的稳定；帆箱4和导流箱8的整体均呈现偏平状，帆箱4竖直面与浮箱1上表面相互垂直，浮箱1的底面呈弧形，导流箱8的竖直面与浮箱1的底面中心垂直，在风的作用下，推动作用下，推动帆箱4在浮箱1上进行旋转，使得帆箱4始终与风的吹动方向在垂直面上保持平行，进而使得叶轮6始终与风向保持垂直，确保叶轮6正对风向，增大发电量，同理，导流箱8同样与洋流在垂直面上保持平行，减少阻力，并通过电池的重量降低重力，提高浮动风机的稳定性；浮箱1的内部固定安装有圆筒Ⅱ14，圆筒Ⅱ14的内腔中活动套接有水力涡轮15，圆筒Ⅱ14的内腔左部固定安装有发电箱Ⅱ16，水力涡轮15的左端与发电箱Ⅱ16内部的增速机的伸出轴固定连接，帆箱4与导流箱8相互平行，利用洋流的流动力带动水力涡轮15转动发电，增大浮动风机的发电量，提高经济效应；浮箱1的内部且位于水力涡轮15的两侧固定安装有电机17，电机17的伸出轴上且位于浮箱1的左侧固定连接有推进涡轮，固定筒9的内部活动安装有弹簧12，弹簧12的两端分别与活塞10的左侧和固定筒9的内壁固定连接，固定筒9的内腔右部固定安装有电阻管18，电阻管18分别与电池组和电机17电性连接，当风力与洋流的作用力叠加作用力大于缆绳11的牵引力时，使得缆绳11与浮箱1之间的夹角度数A过大，并且浮箱1逐渐沉入海底时，活塞10进入电阻管18时，接通电机17，使得电机17上的推进涡轮转动，逆流推动浮箱1，抵抗洋流的作用力(见附图5)，避免缆绳11受到的作用力过大而崩断，提高缆绳11使用年限，并提高缆绳11对浮动风机的相对固定效果。
工作原理，将浮动风机置于深海中，利用缆绳11和锚13进行相对固定，浮箱1半浮于水面，风可推动帆箱4在浮箱1上进行旋转，使得帆箱4始终与风的吹动方向在垂直面上保持平行，进而使得叶轮6始终与风向保持垂直，确保叶轮6正对风向，同理，导流箱8同样与洋流在垂直面上保持平行，减少阻力，使得水力涡轮15正对洋流，利用海水的流动进行发电；
当海风吹动的方向与洋流的方向一致时，则两者对浮动风机的作用力方向一致，则此时只需利用锚13和缆绳11对浮箱1拉紧即可(见附图3)，当海风吹动的方向与洋流的方向不同时，两者对浮动风机的作用力形成一定方向的合力，随后，在缆绳11的牵引下，浮箱1根据所受到力的大小自动调整与缆绳11之间的相对位置，使合力与缆绳11对浮箱1的牵引力在同一平面上，并相互平衡(见附图4)，若风力与洋流的作用力叠加作用力大于缆绳11的牵引力时，使得缆绳11与浮箱1之间的夹角度数A过大，并且浮箱1逐渐沉入海底时，活塞10进入电阻管18时，接通电机17，使得电机17上的推进涡轮转动，逆流推动浮箱1，缆绳11的受到拉力越大，则活塞10在电阻管18中右移的距离越大，则接入电路的电阻越小，则电机17的功率越大(见附图5)。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种半潜式浮动风机，包括浮箱(1)，其特征在于：所述浮箱(1)的中部活动套接有支撑柱(2)，所述浮箱(1)的上表面开设有活动卡槽，所述活动卡槽中对称活动安装有支撑杆(3)，所述支撑柱(2)的顶端固定安装有帆箱(4)，两个所述支撑杆(3)的顶端分别与帆箱(4)的两侧底部固定连接，所述帆箱(4)的中部固定安装有圆筒Ⅰ(5)，所述圆筒Ⅰ(5)的内腔右部活动安装有叶轮(6)，所述圆筒Ⅰ(5)的内腔左部固定安装有发电箱Ⅰ(7)，所述叶轮(6)的左端与发电箱Ⅰ(7)内部的增速机伸出轴固定连接，所述浮箱(1)的底面中部固定安装有导流箱(8)，所述导流箱(8)的内部固定安装有固定筒(9)，所述固定筒(9)的内部活动套接有活塞(10)，所述活塞(10)的右侧固定连接有缆绳(11)，所述缆绳(11)的另一端位于固定筒(9)的外部固定连接有锚(13)，所述导流箱(8)的内部固定安装有电池组。
2.根据权利要求1所述的一种半潜式浮动风机，其特征在于：所述帆箱(4)和导流箱(8)的整体均呈现偏平状，所述帆箱(4)竖直面与浮箱(1)上表面相互垂直，所述浮箱(1)的底面呈弧形，所述导流箱(8)的竖直面与浮箱(1)的底面中心垂直。
3.根据权利要求1所述的一种半潜式浮动风机，其特征在于：所述浮箱(1)的内部固定安装有圆筒Ⅱ(14)，所述圆筒Ⅱ(14)的内腔中活动套接有水力涡轮(15)，所述圆筒Ⅱ(14)的内腔左部固定安装有发电箱Ⅱ(16)，所述水力涡轮(15)的左端与发电箱Ⅱ(16)内部的增速机的伸出轴固定连接，所述帆箱(4)与导流箱(8)相互平行。
4.根据权利要求1所述的一种半潜式浮动风机，其特征在于：所述浮箱(1)的内部且位于水力涡轮(15)的两侧固定安装有电机(17)，所述电机(17)的伸出轴上且位于浮箱(1)的左侧固定连接有推进涡轮，所述固定筒(9)的内部活动安装有弹簧(12)，所述弹簧(12)的两端分别与活塞(10)的左侧和固定筒(9)的内壁固定连接，所述固定筒(9)的内腔右部固定安装有电阻管(18)，所述电阻管(18)分别与电池组和电机(17)电性连接。
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