CN114787502A - 用于阻尼位于海上的多转子风轮机移动的方法和装置 - Google Patents

用于阻尼位于海上的多转子风轮机移动的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种用于阻尼位于海上的多转子(MR)风轮机的移动的方法和装置，该多转子风轮机包括：塔架(2)，所述塔架在向上的方向上延伸；承载结构(3，4)，所述承载结构形成第一区段(3)和第二区段(4)，所述第一区段和第二区段在远离所述塔架(2)的不同的方向上延伸。为了提供有效的移动阻尼，该方法包括将第一主体(20)系到所述第一区段(3)，所述第一主体至少部分地浸没到海中。

Description

用于阻尼位于海上的多转子风轮机移动的方法和装置
技术领域
本公开涉及一种阻尼位于海上的多转子(MR)风轮机中的移动的方法。
背景技术
MR风轮机通常包括：塔架，其在向上的方向上延伸；以及一个或多个承载臂结构，每个承载臂结构均形成两个区段。第一区段在远离塔架的方向上延伸，并保持至少一个机舱，并且第二区段在远离塔架的另一个方向上延伸，并保持至少一个机舱。
风轮机(特别是这种类型的风轮机)可能会意外移动，例如若在安装过程中被掉落的机舱撞击。
在MR风轮机上，这种影响可能是由于机舱的质量在装配过程中撞击承载结构而引起的承载结构的大的偏转。该接口通常在距离塔架约半个转子直径的范围内，塔架和承载结构之间的接口处引入的力矩可能很大。因此，在塔架和承载结构的偏转过程中，机舱与承载结构相接的接口可能会移动若干米。如果在意外情况下，机舱滑落并掉落到地面或海里或至少朝地面或海里掉落，接口上的载荷就会突然释放，引起塔架和承载结构的相反的反应移动。避免机舱在冲撞前离地面较高而在质量力施加到结构上后又较低的情况，平衡位置的影响提供了峰值载荷，该峰值载荷会损坏承载结构。
为了抵消这种峰值载荷反应，需要对塔架和承载结构进行严格的增强，从而大大增加了制造MR风轮机的成本。
发明内容
本发明的目的是减少承载结构的移动，特别是减少突然释放的载荷对机舱与承载结构相接处的接口(在下文中简称为“接口”)的影响。
根据这一目的和其他目的，本公开在第一目的中提供了一种方法，该方法包括借助附接到第一区段的线材系住浸没到海中的第一主体。
因此，塔架和承载结构的移动受到液压阻尼的反作用力的限制，例如，如果发生机舱掉落。这种阻尼反作用力是由浸没到海中的系留主体施加的，并由于主体在水中行进时产生阻力和/或惯性力而产生。在机舱掉落的情况下，如果主体附接到相反区段之一，则相反的区段的向下移动受到限制，如果主体附接到到一个区段，则该区段的向上移动会受到限制。
该方法可以包括将第二主体系到第二区段上。第二主体也可以至少部分地浸没到海中。第二主体可以防止第二区段的向上移动，从而防止第一区段向下移动。
如果第一主体系到第一区段，而第二主体系到第二区段，那么第一区段的向下移动和向上移动两者都可以被阻尼。
当第一主体系到第一区段或第二主体系到第二区段时，机舱可以安装到第二区段。这对于在MR风轮机上安装机舱的过程中减轻机舱掉落的影响特别有利。
机舱也可以在第一主体系到第一区段时或第二主体系到第二区段时安装到第一区段。
当安装机舱时，该方法可以包括移除第一主体和第二主体中的至少一者的步骤，从而在安装机舱时只利用主体的阻尼效果。
第一和第二主体中的至少一者可以具有一种形状，使得竖直向下方向上的阻力系数不同于竖直向上方向上的阻力系数。此外，第一和第二主体中的至少一者可以具有使侧向阻力相较于竖直阻力减小的形状。
这可以通过如下面描述的各种形状和各种机构来提供。
特别地，阻力系数可以在竖直向下的方向上减小。
第一主体和第二主体中的至少一者可以具有渐缩的形状，其横截面积在竖直向下的方向上减小。这对主体的上升移动提供了比对下降移动更高的流动阻力。
第一主体和第二主体中的至少一者可以具有渐缩的形状，其横截面积在竖直向上的方向上减小。这对主体的上升移动提供了比对下降移动更低的流动阻力。
第一主体和第二主体中的至少一者的形状可以动态地改变。
形状可以借助水在主体表面之上的流动而动态改变。
形状的改变可能是作用于附接点的力的结果，借助该附接点，第一主体和/或第二主体借助线材系到第一区段或第二区段，例如，通过线材中的拉力触发折叠机构，其中主体从承载结构悬挂。
第一主体和第二主体中的至少一个可以是无浮力的，或者至少一者可以是浮力的并配置成填充水以变得无浮力。
第一主体和第二主体中的至少一者可以形成基本平面的且水平的表面部分。
第一体和第二体中的至少一者可以从第一区段或第二区段的末端系住。这可以提供围绕附接点的大力矩，承载结构在该附接点处附接到塔架。
在第二方面，本公开提供了一种位于海上的多转子风轮机，该多转子风轮机包括：塔架，其在向上的方向上延伸；承载结构，其形成第一区段和第二区段，第一和第二区段在远离塔架的不同方向上延伸；以及至少一个主体，该主体借助线材系到第一区段和第二区段中的一者，至少一个主体至少部分地浸没到海中。
附图说明
现在将参照附图进一步详细描述本公开，在附图中：
图1示出了MR风轮机的前视图；
图2至图21示出了主体的不同实施方式及其用于附接机舱的用途。
具体实施方式
图1示出了MR风轮机1的前视图，该MR风轮机1包括承载两个承载结构3的塔架2。所公开的MR风轮机是MR 2风轮机，这是指其承载两个能量产生单元。其也可以承载更多的单元，例如3或4个单元，例如两排，每排具有不同高度的两个单元，例如包括下承载结构和上承载结构。
承载结构在朝远离塔架2的相反的两个向外的方向上延伸。
承载结构包括第一区段3'、3”和第二区段4'、4”。每个区段均支撑机舱5，每个机舱5均形成能量产生单元，该能量产生单元包括承载三个风轮机叶片7的转子6，风轮机叶片7扫掠一个区域。
承载结构3'、3”、4'、4”经由偏航装置附接到塔架2，允许整对承载结构相对于塔架2进行偏航移动，以引导转子6迎风定向。
当多转子风轮机1操作时，机舱5绕塔架2对称放置，以便多转子风轮机得以平衡。
承载结构3、4的每个区段均包括第一区段3'、4'和第二区段3”、4”。第一区段3'、4'用作压缩元件，并且由第二区段3”、4”支撑，形成从塔架上的转动装置延伸的两个牵索形式的张力元件。
MR风轮机是放置在海床8上的离岸MR风轮机，塔架或塔架基座延伸穿过水9并穿过水面10。
图2示出了具有第一主体20的MR风轮机，该主体通过使用线材21系到第一区段3。第一主体浸没在海中，因此主体的向上或向下移动被主体表面之上的水的流动和主体的重量所阻尼。即使所公开的第一主体20是完全浸没的，它也可以是部分浸没的，从而形成高出海平面的部分。
线材21附接到第一区段3的区域，机舱在此附接位置安装在第一区段3上。材料可以由各种材料制成，例如钢丝绳、合成绳(如尼龙绳)。如果该线材掉落到水中会漂浮，这会是一项优点，而且轻质也会使其更容易搬运。
主体可以由各种材料制成，例如钢或包括玻璃纤维增强塑料等的合成材料。如果该主体的重量轻，例如，使得如果掉落到水中会漂浮，并且通过填充水变得无浮力并下沉，这会是一项优点。
第一主体20具有渐缩的形状，其横截面积在竖直向下的方向上减小。这使得下沉时的水阻力低于被向上拉起时的水阻力。由于水在第一主体20表面之上的流动，并且由于第一主体20的重量，其阻尼MR风轮机的移动，特别是阻尼承载结构的第一区段3的末端的移动。
图3示出了一个实施方式，其中第二主体30系到第二区段4。第二主体30至少部分浸没到海中。第一和第二主体两者都为MR风轮机的移动提供阻尼。
如果在安装MR风轮机的过程中，机舱在安装过程中掉落，可能会出现不同的情况：
1.机舱可能会掉落到正在安装的区段上，随后掉到地上或掉到海洋中。在这种情况下，该区段将向下偏转，并向上摆动。
2.在来自机舱的载荷至少部分转移到承载结构之后，机舱可能会从其所安装的区段上掉落。这种突然释放承载结构的区段上的载荷将再次导致承载结构的该区段快速向上摆动，而另一区段将向下摆动。
在这两种情况下，承载结构和塔架都会受到应力，而由第一主体20和第二主体30中的至少一者提供的阻尼减轻机舱掉落的影响，从而有利于更安全的装配操作或更轻的风轮机构造。
当机舱被安装到承载结构时，第一主体20和/或第二主体30特别可以在短时段内使用。这示出在图4中。在该图中，机舱被安装到第一区段3，同时第一主体系到第一区段3。图5示出了同样的情况，但第二主体30系到第二区段4。
在下面的描述中，我们把第一区段称为承载结构中将要附接机舱的区段，并把第二区段称为承载结构中没有机舱或已经附接机舱的区段。
图6示出了通过使用第一主体20和第二主体30两者来安装机舱。第一和第二主体可以是相同的，也可以是不同的。例如，它们可以具有不同的尺寸、形状或重量，并且如稍后将论述的，它们中的一者或两者可以是主动的或被动的。
为了防止主体侧向漂移，第一和第二主体中的一者或两者可以借助松弛线或经由弹簧结构系到海床，或者在线材21的端部处，在主体下面固定附加质量块。
在图7至图13中，为了论述主体的各种细节，只示出了一个机舱和主体。该主体可以是所述第一主体20或第二主体30中的任何一者。在下文中，只提到了“主体”，而没有对其进一步命名。
图7示出了主体部分地填充水，因此可以在浮力状态与较小的浮力或无浮力状态之间转换。
图8示出了悬挂在线材21中的主体，该主体包括另外的阻尼装置81，该阻尼装置81可以是基于橡胶或弹簧的阻尼器或粘性阻尼器。
图9和图10示出了一个实施方式，其中主体具有伞状结构，允许其在下降到海中的过程中折叠(如图9中所示)，并在上升的过程中展开(如图10中所示)。这在上升移动时提供了更高的流动阻力，从而阻尼了承载结构的其所附接的区段的向上运动。
图11至图13示出了板状主体的不同实施方式。在图11中，板状主体是实心的，并且无浮力。
在图12中，板状主体是实心且无浮力的，但包括一些孔121，形成穿孔的结构，允许水穿过板。
在图13中，板状主体是实心且无浮力的，但包括可控的舱口结构，该舱口结构具有：舱口开口131，其允许水流经过主体；以及舱口132，其通过打开和关闭舱口开口而控制流速。在图示的实施方式中，舱口132可借助水的流动而被动地移动，并且在主体下沉移动时打开，在主体上升移动时关闭。
图14示出了圆锥形的形状，由于凸状，与竖直向上的方向相比，竖直向下的方向上的阻力系数较小。该形状是固定的，因此横截面积不会改变。
图15示出了一个实施方式，其中第一和第二主体中的至少一者受控制。在这个实施方式中，线材21包括刚性区段151和质量块152，该质量块152提供由箭头所示的下拉力。图16中进一步示出了刚性区段151的细节。该线材21延伸穿过主体(在本实施例中为第一主体20)，并且附接到第一主体的蠕动机构253配置成允许线材向下滑动穿过第一主体，并在线材21向上拉动时与第一主体20接合并将第一主体20提起。该机构可以打开和关闭棘轮结构154，从而以受控的方式允许线材向上拉过第一主体，这取决于对承载结构移动的阻尼需求。所示的实施方式允许控制线材中的力，从而控制承载结构的移动的阻尼。
在另选的实施方式中，线材中的力可以由绞盘结构来控制，该绞盘结构布置成使线材21卷绕或退绕。特别地，该绞盘可以布置在机舱处或承载结构上，靠近附接机舱的位置或要附接机舱的位置。可以基于承载结构的加速度来控制绞盘，特别是基于附接机舱的位置或要附接机舱的位置的加速度。另选地，可以基于线材21的张力来控制绞盘。
图17示出了一个实施方式，其中第一和第二主体之一(在此案例中是第一主体20)由多个平面板状的元件171至173构成。这些元件也可以是弧形、锥形、抛物线或半球形元件，或者主体可以由板状元件和/或弧形、锥形、抛物线或半球形元件之间的组合构成。
图18示出了一个实施方式，其中第一和第二主体之一(在此案例中是第一主体20)由环形元件构成，例如，环面形元件181形成允许水经过第一主体的中央开口。
图19至图20示出了主体20或30的另选形状。
图21示出了一个实施方式，其中第一和第二主体中的至少一者(在此案例中是第一主体20)由悬挂在附加线材21'中的附加第一主体20'增补。线材21和21'的悬挂点在横向于承载结构的向外方向的方向上远离塔架移位。附接点可以例如在机舱的前部和后部，或者在承载结构上的两个不同点上。主体和附加主体都至少部分地浸没到海中，并且关于第一主体20描述的所有特征也同样适用于附加主体20'。
主体和附加主体之间的组合提供了扭转阻尼，并且在MR风轮机的建造过程中，可能对叶片与转子的附接特别有用。

Claims (33)

1.一种阻尼位于海上的多转子(MR)风轮机的移动的方法，该多转子风轮机包括：塔架(2)，所述塔架在向上的方向上延伸；承载结构(3，4)，所述承载结构形成第一区段(3)和第二区段(4)，所述第一区段和第二区段在远离所述塔架(2)的不同的方向上延伸，该方法包括将第一主体(20)系到所述第一区段(3)，所述第一主体至少部分地浸没到海中。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法包括将第二主体(30)系到所述第二区段(4)，所述第二主体(30)至少部分浸没到海中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，该方法在所述MR风轮机的装配过程中进行，其中，当所述第一主体系到所述第一区段(3)时或当所述第二主体系到所述第二区段时，机舱被安装到所述第二区段(4)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，该方法在所述MR风轮机的装配过程中进行，其中，当所述第一主体系到所述第一区段(3)时或当所述第二主体系到所述第二区段时，机舱被安装到所述第一区段(3)。
5.根据权利要求2或3所述的方法，该方法进一步包括当安装所述机舱时移除所述第一主体(20)和所述第二主体(30)中的至少一者。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一主体和第二主体中的至少一者具备的形状使得竖直向下方向上的阻力系数不同于竖直向上方向上的阻力系数。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一主体和第二主体中的至少一者具备的形状使得竖直向下方向上的所述阻力系数低于竖直向上方向上的所述阻力系数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一主体和第二主体中的至少一者被配置为提供比竖直阻力小的侧向阻力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一主体(20)和所述第二主体(30)中的至少一者具有渐缩形状，该渐缩形状具有的横截面积在竖直向下的方向上减小。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一主体(20)和所述第二主体(30)中的至少一者的形状是动态改变的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述形状借助水在所述主体的表面之上的流动而动态改变。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述形状通过作用于附接点的力而动态改变，所述第一主体(20)和/或所述第二主体(30)借助线材(21)通过所述附接点系到所述第一区段(3)或所述第二区段(4)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一主体(20)和所述第二主体(30)中的至少一者是无浮力的。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一主体(20)和所述第二主体(30)中的至少一者形成基本上是平面的且水平的表面部分。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一主体(20)和所述第二主体(30)中的至少一者形成腔体，并且当所述主体浸没到海中时，所述腔体被水填充。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一主体(20)和所述第二主体(30)中的至少一者从所述第一区段(3)或所述第二区段(4)的末端被系住，所述末端使所述承载结构远离所述塔架而终结。
17.一种位于海上的多转子(MR)风轮机，该多转子风轮机包括：塔架(2)，所述塔架在向上的方向上延伸；承载结构(3，4)，所述承载结构形成第一区段(3)和第二区段(4)，所述第一区段和第二区段在远离所述塔架(2)的不同的方向上延伸；以及至少一个第一主体(20)，所述第一主体(20)借助线材(21)系到所述第一区段(3)和所述第二区段(4)中的一者，所述至少一个第一主体(20)至少部分地浸没到海中。
18.根据权利要求17所述的MR风轮机，其中，所述第一区段(3)和所述第二区段(4)二者被配置为用于承载机舱，并且其中所述第一区段(3)和所述第二区段(4)不承载机舱。
19.根据权利要求17所述的MR风轮机，其中，所述第一区段(3)和所述第二区段(4)二者被配置为用于承载机舱，并且其中所述第一区段(3)承载机舱而所述第二区段(4)不承载机舱。
20.根据权利要求19所述的MR风轮机，其中，所述第一主体(20)被系到所述第一区段(3)。
21.根据权利要求19所述的MR风轮机，其中，所述第一主体(20)被系到所述第二区段(4)。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的MR风轮机，其中，所述第一主体(20)具有平面板的形状。
23.根据权利要求17至21中任一项所述的MR风轮机，其中，所述第一主体(20)由多个平面板状元件构成。
24.根据权利要求17至21中任一项所述的MR风轮机，其中，所述第一主体(20)具有弧形、锥形、抛物线或半球形的形状。
25.根据权利要求17至21中任一项所述的MR风轮机，其中，所述第一主体(20)由多个弧形、锥形、抛物线或半球形元件构成。
26.根据权利要求17至25中任一项所述的MR风轮机，其中，所述第一主体(20)具有动态改变的形状，并且所述形状提供在竖直向下方向上比竖直向上方向上低的阻力系数。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的MR风轮机，其中，所述第一主体(20)被定向为由于所述形状而产生在竖直向下方向上比在竖直向上方向上小的阻力系数。
28.根据权利要求17至27中任一项所述的MR风轮机，其中，所述第一主体(20)具有穿孔，所述穿孔允许水从所述第一主体(20)的一侧穿透到所述第一主体(20)的相反侧。
29.根据权利要求17至28中任一项所述的MR风轮机，其中，所述第一主体(20)包括动力驱动装置，所述动力驱动装置用于在至少部分浸没到海中时建立向上或向下的力或侧向力。
30.根据权利要求17至29中任一项所述的MR风轮机，其中，所述第一主体(20)包括受控舱口结构，所述受控舱口结构允许受控流速的水穿过一个或多个舱口开口从所述第一主体(20)的一侧到所述第一主体(20)的相反侧。
31.根据权利要求30所述的MR风轮机，其中，所述受控舱口结构被配置为当所述第一主体(20)向下移动时提供经过所述舱口开口的流量，以促进快速下沉，并且当所述第一主体(20)向上移动时提供经过所述舱口开口的减少的流量，以促进对所述线材(21)中的向上拉力的更大阻力。
32.根据权利要求17至31中任一项所述的MR风轮机，该MR风轮机包括第二主体(30)，所述第二主体(30)借助线材(21)系到所述第一区段(3)和所述第二区段(4)中的一者，所述第二主体(30)至少部分地浸没到海中。
33.根据权利要求32所述的MR风轮机，其中，所述第二主体(30)具有与所述第一主体(20)的所述质量、形状和尺寸中的至少一者不同的质量、形状和尺寸。
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