CN114802631A - 海上风电浮筒平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海上风电浮筒平台，包括浮筒、安装板、稳定水泵、抽水管、加强支架、防水机箱、固定支架、固定平台和风力发电机构，本发明设置有三个浮筒，并且能够实时的测量浮筒内部的水位高度和平台的姿态信息及海面上的风向，通过这些数据让微机控制机构控制稳定水泵工作，从而抽取浮筒内的压舱水的量并进行重新分配，从而整个平台的质量分布更加均匀，将整个平台的姿态变化范围控制在一定的范围内，增强平台的稳定性，提高平台的抗风浪性能，而且通过风向传感器模块测量海面上的风向，通过微机控制机构控制方向调整机构运动，从而改变整个平台的朝向，让风力发电机构能够始终朝向风向，提高风力发电机的发电效率。

Description

海上风电浮筒平台

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，具体为一种海上风电浮筒平台。

背景技术

随着风电产业的大规模发展，陆上风电场剩余可开发资源正日益减少，海上风电场已成为风电产业发展新的增长点，考虑近海渔业、军事等实际条件限制，深海漂浮式风电机组必将成为未来发展方向，目前深海漂浮式风电机组尚处于起步探索阶段，现在漂浮平台仍旧存在许多的不足，如平台在风速、风向变化时，漂浮式平台受力状态会随之变化，必然破坏平台整体平衡条件，产生转动和平动，如何实现漂浮式风电机组在海上复杂环境下稳定运行，是当前亟待深入研究的一个问题。

现有的三浮筒式漂浮式风电平台有三个浮筒构成，每个浮筒内装有压舱水，浮筒间设有连接管可以实现浮筒间压舱水水位的内部调节，风电机组在其中一个浮桶上部，通过另外两个浮筒内的压舱水重力力矩进行平衡，但是海面上的环境十分的复杂，时有风浪发生，各个浮筒内部的压舱水无法自主的进行调节，造成现有平台的抗风浪的稳定性较差，另外海面上的风向经常变化，现有的三浮筒式漂浮式风电平台无法根据风浪的情况自主的改变方向，造成风电机组的发电效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上风电浮筒平台，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

海上风电浮筒平台，包括浮筒、安装板、稳定水泵、抽水管、加强支架、防水机箱、固定支架、固定平台和风力发电机构，其中：

三个所述浮筒呈正三角形排列，三个所述浮筒的底部、中部和上部分别通过三个安装板、加强支架和固定支架相连接，三个所述安装板上均固定有稳定水泵，三个所述稳定水泵的进水口和出水口上均安装有抽水管，所述抽水管的另一端和浮筒连通，三个所述浮筒通过稳定水泵和抽水管依次单向循环连通，所述加强支架上固定有防水机箱，所述防水机箱内部安装有微机控制机构，所述固定支架的上端安装有固定平台，所述固定平台上端固定有风力发电机构；

所述固定平台上端分别固定有姿态传感器模块和风向传感器模块，所述姿态传感器模块、风向传感器模块与微机控制机构电性连接，分别用于采集固定平台的俯仰角度和固定平台上的风向数据，并将数据发送至微机控制机构，三个所述浮筒内部安装有水位传感器模块，用于测量三个浮筒内部的压舱水液位高度，并将数据发送至微机控制机构；

所述微机控制机构和三个稳定水泵电性连接，用于根据姿态传感器模块和水位传感器模块所测量数据控制稳定水泵工作，调整三个浮筒内的压舱水，所述浮筒底部固定有方向调整机构，所述微机控制机构和方向调整机构电性连接，用于根据姿态传感器模块测量数据控制方向调整机构工作，带动整个平台的方向转动，至少一个所述浮筒上端面设置有与其连通的进水管。

优选的，所述微机控制机构包括微控制器模块、电机驱动模块和通讯模块，所述姿态传感器模块、风向传感器模块和水位传感器模块均与微控制器模块电性连接，所述电机驱动模块和微控制器模块电性连接，所述电机驱动模块和稳定水泵电性连接，用于驱动稳定水泵工作，所述通讯模块和微控制器模块电性连接，用于在微控制器模块和上位机之间构建通讯渠道。

优选的，所述方向调整机构包括转动电机、连接杆、调整尾舵和密封环，所述转动电机安装在浮筒底部，所述连接杆和转动电机同轴连接，所述连接杆底部贯穿浮筒并连接有调整尾舵，所述转动电机和浮筒底部的接触面之间垫有一层密封环，所述电机驱动模块和转动电机电性连接，用于驱动转动电机工作。

优选的，所述浮筒的底部固定有正六边形的阻尼板。

优选的，所述阻尼板的底部安装有防护笼，所述防护笼将调整尾舵包裹在其中。

优选的，所述防护笼的底部固定有系泊绳，所述系泊绳底部连接有垂荡块。

优选的，所述稳定水泵、姿态传感器模块、风向传感器模块和水位传感器模块表面均涂覆有一层防水漆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明设置有三个浮筒，并且能够实时的测量浮筒内部的水位高度和平台的姿态信息及海面上的风向，通过这些数据让微机控制机构控制稳定水泵工作，从而抽取浮筒内的压舱水的量并进行重新分配，从而整个平台的质量分布更加均匀，将整个平台的姿态变化范围控制在一定的范围内，增强平台的稳定性，提高平台的抗风浪性能，而且通过风向传感器模块测量海面上的风向，通过微机控制机构控制方向调整机构运动，从而改变整个平台的朝向，让风力发电机构能够始终朝向风向，提高风力发电机的发电效率。

附图说明

图1为本发明整体分解结构示意图；

图2为本发明整体底部结构示意图；

图3为本发明中浮筒的内部结构示意图；

图4为本发明中稳定水泵和抽水管的俯视结构示意图；

图5为本发明中方向调整机构的结构示意图；

图6为本发明中微控制器模块的系统结构示意图；

图7为本发明整体结构示意图。

图中：1浮筒、2安装板、3稳定水泵、4抽水管、5加强支架、6防水机箱、7固定支架、8固定平台、9风力发电机构、10姿态传感器模块、11风向传感器模块、12进水管、13阻尼板、14防护笼、15系泊绳、16垂荡块、17方向调整机构、1701转动电机、1702连接杆、1703调整尾舵、1704密封环、18水位传感器模块、19微机控制机构、1901微控制器模块、1902电机驱动模块、1903通讯模块。

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。

实施例：

请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：

海上风电浮筒平台，包括浮筒1、安装板2、稳定水泵3、抽水管4、加强支架5、防水机箱6、固定支架7、固定平台8、风力发电机构9、姿态传感器模块10、风向传感器模块11、进水管12、阻尼板13、防护笼14、系泊绳15、垂荡块16、方向调整机构17、水位传感器模块18和微机控制机构19，其中：

三个所述浮筒1呈正三角形排列，三个所述浮筒1的底部、中部和上部分别通过三个安装板2、加强支架5和固定支架7相连接，三个所述安装板2上均固定有稳定水泵3，安装板2起到安装稳定水泵3的作用，三个所述稳定水泵3的进水口和出水口上均安装有抽水管4，所述抽水管4的另一端和浮筒1连通，三个所述浮筒1通过稳定水泵3和抽水管4依次单向循环连通，即一号浮筒1通过稳定水泵3和抽水管4可往二号浮筒1内抽水，同理，二号浮筒1可往三号浮筒1内抽水，三号浮筒1可往一号浮筒1内抽水，如此即可让三个浮筒1实现循环调节，从而可以通过改变三个稳定水泵3的工作状态实现改变三个浮筒1内的压舱水量。

所述固定支架7的上端安装有固定平台8，所述固定平台8上端固定有风力发电机构9，所述风力发电机构9固定在固定平台8的中央，所述固定平台8上端分别固定有姿态传感器模块10和风向传感器模块11，三个所述浮筒1内部安装有水位传感器模块18，所述加强支架5上固定有防水机箱6，所述防水机箱6内部安装有微机控制机构19，防水机箱6能够防止海水损坏微机控制机构19。

所述微机控制机构19包括微控制器模块1901、电机驱动模块1902和通讯模块1903，所述微控制器模块1901基于嵌入式控制器STM32构成，所述电机驱动模块1902和微控制器模块1901的I/O电性连接，所述电机驱动模块1902基于光电隔离模块 TLP521-1驱动固态继电器构成，所述稳定水泵3和转动电机1701和电机驱动模块1902电性连接，由电机驱动模块1902驱动，电机驱动模块1902在进行工作时，微机控制机构19通过I/O口发出控制信息，并通过光电隔离模块 TLP521-1 驱动固态继电器让稳定水泵3和转动电机1701进行工作。

所述姿态传感器模块10、风向传感器模块11和水位传感器模块18均与微控制器模块1901的I/O口电性连接，所述姿态传感器模块10基于MPU6050 姿态传感器构成，能够采集整个平台的姿态角特征信息，并将信息发送至微控制器模块1901，所述风向传感器模块11基于RS-FX系列传感器构成，能够测量平台所处海面的风向信息，并将风向信息发送至微控制器模块1901，所述水位传感器模块18基于基恩士的FW数字式传感器构成，用于测量三个浮筒1内部的压舱水液位高度，并将数据发送至微控制器模块1901，所述通讯模块1903和微控制器模块1901的通讯串口电性连接，基于HF2411无线通讯模块构成，用于在微控制器模块1901和上位机之间构建通讯渠道，能够让上位机远程与微控制器模块1901进行通讯。

所述方向调整机构17包括转动电机1701、连接杆1702、调整尾舵1703和密封环1704，所述转动电机1701安装在浮筒1底部，所述连接杆1702和转动电机1701同轴连接，所述连接杆1702底部贯穿浮筒1并连接有调整尾舵1703，所述转动电机1701和浮筒1底部的接触面之间垫有一层密封环1704，密封环1704保证浮筒1的密封性，转动电机1701转动时能够带动连接杆1702转动，进而改变调整尾舵1703角度，海底的水流推动不同角度的调整尾舵1703，即可实现整个平台的转向。

在整个平台进行工作时，姿态传感器模块10采集整个平台的姿态角特征信息，并将信息发送至微控制器模块1901，风向传感器模块11测量平台所处海面的风向信息，并将风向信息发送至微控制器模块1901，水位传感器模块18测量三个浮筒1内部的压舱水液位高度，并将数据发送至微控制器模块1901，微控制器模块1901根据平台的姿态角特征信息和三个浮筒1内部的压舱水液位高度，通过电机驱动模块1902控制稳定水泵3进行各自独立的工作，从而改变三个浮筒1内的压舱水量，对三个浮筒1内的压舱水量进行重新分配，从而让整个平台的质量分布更加均匀，将整个平台的姿态变化范围控制在一定的范围内，增强平台的稳定性，微控制器模块1901根据海面的风向信息，通过电机驱动模块1902控制转动电机1701的转动，从而改变调整调整尾舵1703的角度，从而改变整个平台的朝向，让风力发电机构9能够始终朝向风向，提高风力发电机的发电效率，所述通讯模块1903和微控制器模块1901，能够让上位机远程与微控制器模块1901进行通讯，进而可以实现上位机实时监控整个平台的工作状态。

一个所述浮筒1上端面设置有与其连通的进水管12，进水管12上设置有可拆卸的密封盖，在密封盖安装好后，能够保证浮筒1的密封性，而在打开后便于往浮筒1里面添加压舱水，由于稳定水泵3和抽水管4的存在，这样只需要往一个浮筒1内添加压舱水，其他两个浮筒1内，也会由于循环的关系，具有压舱水，所述浮筒1的底部固定有正六边形的阻尼板13，阻尼板13能够给漂浮式的平台运动提供阻尼力，在一定程度上减缓平台的振动，提高其平稳性，所述阻尼板13的底部安装有防护笼14，所述防护笼14将调整尾舵1703包裹在其中，防护笼14对调整尾舵1703起到良好的保护作用，水流既可以推动调整尾舵1703，又能防止海底的水藻等缠在上面影响其运动，所述防护笼14的底部固定有系泊绳15，所述系泊绳15底部连接有垂荡块16，当海上风浪较大时，底部的垂荡块16由于惯性的作用，运动量较小，通过系泊绳15拉住浮筒1，保证平台的整体重心位置，使其保持平衡，所述稳定水泵3、姿态传感器模块10、风向传感器模块11和水位传感器模块18表面均涂覆有一层防水漆，对其起到保护的作用，防止浸入海水损坏上述元器件。

本发明的使用原理：在使用前，将整个平台放置在海面上，然后通过进水管12往浮筒1里面添加压舱水，使用时，风力发电机构9正常进行转动发电，姿态传感器模块10采集整个平台的姿态角特征信息，将信息发送至微控制器模块1901，水位传感器模块18测量三个浮筒1内部的压舱水液位高度，将数据发送至微控制器模块1901，微控制器模块1901根据平台的姿态角特征信息和三个浮筒1内部的压舱水液位高度，通过电机驱动模块1902控制稳定水泵3进行各自独立的工作，从而改变三个浮筒1内的压舱水量，对三个浮筒1内的压舱水量进行重新分配，让整个平台的质量分布更加均匀，让整个平台更加的稳定；

风向传感器模块11测量平台所处海面的风向信息，将风向信息发送至微控制器模块1901，微控制器模块1901根据海面的风向信息，通过电机驱动模块1902控制转动电机1701的转动，从而改变调整调整尾舵1703的角度，从而改变整个平台的朝向，让风力发电机构9能够始终朝向风向，提高风力发电机的发电效率，所述上位机通过通讯模块1903能够远程与微控制器模块1901进行通讯，实现上位机监控整个平台的工作状态。

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 (7)

1.一种海上风电浮筒平台，包括浮筒（1）、安装板（2）、稳定水泵（3）、抽水管（4）、加强支架（5）、防水机箱（6）、固定支架（7）、固定平台（8）和风力发电机构（9），其特征在于：

三个所述浮筒（1）呈正三角形排列，三个所述浮筒（1）的底部、中部和上部分别通过三个安装板（2）、加强支架（5）和固定支架（7）相连接，三个所述安装板（2）上均固定有稳定水泵（3），三个所述稳定水泵（3）的进水口和出水口上均安装有抽水管（4），所述抽水管（4）的另一端和浮筒（1）连通，三个所述浮筒（1）通过稳定水泵（3）和抽水管（4）依次单向循环连通，所述加强支架（5）上固定有防水机箱（6），所述防水机箱（6）内部安装有微机控制机构（19），所述固定支架（7）的上端安装有固定平台（8），所述固定平台（8）上端固定有风力发电机构（9）；

所述固定平台（8）上端分别固定有姿态传感器模块（10）和风向传感器模块（11），所述姿态传感器模块（10）、风向传感器模块（11）与微机控制机构（19）电性连接，分别用于采集固定平台（8）的俯仰角度和固定平台（8）上的风向数据，并将数据发送至微机控制机构（19），三个所述浮筒（1）内部安装有水位传感器模块（18），用于测量三个浮筒（1）内部的压舱水液位高度，并将数据发送至微机控制机构（19）；

所述微机控制机构（19）和三个稳定水泵（3）电性连接，用于根据姿态传感器模块（10）和水位传感器模块（18）所测量数据控制稳定水泵（3）工作，调整三个浮筒（1）内的压舱水，所述浮筒（1）底部固定有方向调整机构（17），所述微机控制机构（19）和方向调整机构（17）电性连接，用于根据姿态传感器模块（10）测量数据控制方向调整机构（17）工作，带动整个平台的方向转动，至少一个所述浮筒（1）上端面设置有与其连通的进水管（12）。

2.根据权利要求1所述的海上风电浮筒平台，其特征在于：所述微机控制机构（19）包括微控制器模块（1901）、电机驱动模块（1902）和通讯模块（1903），所述姿态传感器模块（10）、风向传感器模块（11）和水位传感器模块（18）均与微控制器模块（1901）电性连接，所述电机驱动模块（1902）和微控制器模块（1901）电性连接，所述电机驱动模块（1902）和稳定水泵（3）电性连接，用于驱动稳定水泵（3）工作，所述通讯模块（1903）和微控制器模块（1901）电性连接，用于在微控制器模块（1901）和上位机之间构建通讯渠道。

3.根据权利要求2所述的海上风电浮筒平台，其特征在于：所述方向调整机构（17）包括转动电机（1701）、连接杆（1702）、调整尾舵（1703）和密封环（1704），所述转动电机（1701）安装在浮筒（1）底部，所述连接杆（1702）和转动电机（1701）同轴连接，所述连接杆（1702）底部贯穿浮筒（1）并连接有调整尾舵（1703），所述转动电机（1701）和浮筒（1）底部的接触面之间垫有一层密封环（1704），所述电机驱动模块（1902）和转动电机（1701）电性连接，用于驱动转动电机（1701）工作。

4.根据权利要求3所述的海上风电浮筒平台，其特征在于：所述浮筒（1）的底部固定有正六边形的阻尼板（13）。

5.根据权利要求4所述的海上风电浮筒平台，其特征在于：所述阻尼板（13）的底部安装有防护笼（14），所述防护笼（14）将调整尾舵（1703）包裹在其中。

6.根据权利要求5所述的海上风电浮筒平台，其特征在于：所述防护笼（14）的底部固定有系泊绳（15），所述系泊绳（15）底部连接有垂荡块（16）。

7.根据权利要求1所述的海上风电浮筒平台，其特征在于：所述稳定水泵（3）、姿态传感器模块（10）、风向传感器模块（11）和水位传感器模块（18）表面均涂覆有一层防水漆。

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