CN115610605A - 一种用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置，涉及新能源领域浮式风力发电机领域，包括风机组系统、风速风向检测系统、浮式平台、流速流向检测系统、转塔系泊系统、水翼系统，所述风机组系统通过塔筒连接在所述浮式平台基础结构的两个立柱上，所述风速风向检测系统安装在所述风机组系统的机舱顶部，所述流速流向检测系统安装在所述浮式平台的侧方，所述水翼系统固定在所述浮式平台的第一水下部分，所述转塔系泊系统的系泊点位于所述浮式平台的第二水下部分。本发明通过在浮式平台水下部分设置带控制器的水翼，可纠正转塔系泊风机组的偏航问题，进而增强平台稳定性，提高发电效率。

Description

一种用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置

技术领域

本发明涉及新能源领域浮式风力发电机领域，尤其涉及一种用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置。

背景技术

为实现双碳目标，绿色低碳循环发展的经济体系初步形成。风能作为可持续发展的清洁能源，大力发展风能发电技术可解决人类面对的能源危机问题。海上浮式风机发展至今，已出现多种概念设计方案，包括半潜式、单柱式、张力腿式和驳船式，其中半潜式平台的应用最为广泛。因此，开展浮式风机组的研究，提高风机发电量和平台稳定性具有重要意义。

浮式风机组包括风机、浮式平台、系泊系统、控制系统和偏航系统。通常，偏航系统和控制系统相互配合，使风轮始终处于迎风状态，以便最大限度地吸收风能，提高风力发电机组的发电效率；同时偏航系统还提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组在完成对风动作后能够安全定位运行。当采用转塔式系泊时，风机的顺风旋翼总是在迎风方向上，因此不需要额外的风机偏航系统，可大大降低成本。同时，转塔式系泊可使平台随环境力绕系泊点做360°旋转，形成风标效应，降低风机系统在环境力作用下的载荷和运动响应。但当风和流不同向时，会使风机偏航，降低发电效率。因此转塔系泊无偏航浮式风机组的风浪流不同向问题亟需解决。

经检索，中国发明专利CN114148462A中公开了一种基于单点系泊的半潜浮式平台和偏心式风机系统。该方法中为了降低浮式平台所受环境载荷，采用浮筒连接横桥垂荡板和纵桥垂荡板，在浮筒连接位置形成浮筒空腔，并将转塔系泊装置安装在空腔内，使浮筒相对系泊于海底的转塔系泊装置可转动。但是，该技术中的将转塔系泊装置安装在浮筒空腔中，其稳定性较差。另外，需采用多个横桥垂荡板、纵桥垂荡板和浮筒，结构形式较为复杂。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是解决风浪流不同向时风机组出现的偏航问题以及平台在风浪流中的不稳定问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置，包括风机组系统、风速风向检测系统、浮式平台、流速流向检测系统、转塔系泊系统、水翼系统，其中，所述风机组系统通过塔筒连接在所述浮式平台基础结构的两个立柱上，所述风速风向检测系统安装在所述风机组系统的机舱顶部，所述流速流向检测系统安装在所述浮式平台的侧方，所述水翼系统固定在所述浮式平台的第一水下部分，所述转塔系泊系统的系泊点位于所述浮式平台的第二水下部分；所述水翼系统用于将波浪能转换为动能和控制所述平台的旋转角度，使得流载荷方向和风载荷方向一致，纠正偏航问题。

进一步地，所述浮式平台采用三立柱的三角形半潜平台结构，第一立柱、第二立柱上方作为所述风机组系统的支撑结构，所述浮式平台的第一水下部分为所述第一立柱和所述第二立柱的水下部分；所述浮式平台的第二水下部分为第三立柱的水下部分，各立柱之间直接通过桁架连接，所述桁架之间设置有加强筋，形成稳定的三角形漂浮式基础。

进一步地，所述风机组系统由第一风机和第二风机组成，所述第一风机和所述第二风机均由三个叶片组成，所述第一风机安装在所述第一立柱上，所述第二风机安装在所述第二立柱上，所述风机组无偏航系统。

进一步地，所述叶片和轮毂固定连接，所述叶片采用失速性能良好的玻璃钢复合材料制成，当风速超过风轮的额定风速时自动失速；在所述叶片的叶尖安装扰流器，在极端情况下安全停机。

进一步地，所述风速风向检测系统包括两个风速风向仪，分别安装在所述第一风机和所述第二风机的机舱顶部，用于实时监测风速和风向，并将信号传输到所述水翼系统。

进一步地，所述流速流向检测系统安装在所述第一立柱和所述第二立柱侧方，所述流速流向检测系统用于检测流速和流向，并向所述水翼系统实时传输信号。

进一步地，所述转塔系泊系统的系泊点位于所述浮式平台的第三立柱的水下部分，所述转塔系泊系统使所述浮式平台随环境力绕所述系泊点做360°旋转，形成风标效应，降低浮式风机组系统在环境力作用下的载荷和运动响应。

进一步地，所述水翼系统包括两个水翼、两个水翼控制器和两个水翼轴，分别固定在所述浮式平台的第一水下部分。

进一步地，所述水翼控制器用于接收来自所述风速风向检测系统和所述流速流向检测系统的信号，并控制所述水翼的启动。

进一步地，所述水翼轴用于连接所述水翼控制器和所述水翼，所述水翼用于调整所述浮式平台的方向。

在本发明的较佳实施方式中，本发明对于采用转塔系泊的任何形式平台及任意个数的风机组均适用，同时也可布置多个水翼。

本发明的有益效果是：针对转塔系泊无偏航浮式风机组，设计了一种纠正偏航装置，可有效解决风浪流不同向时，风机组出现的偏航问题。通过在浮式平台水下部分设置带控制器的水翼，利用水翼可实现平台绕系泊点旋转角度的控制，使风轮始终对着风向，充分利用风能，提高发电效率；同时可避免因风和流不同向产生的力矩，进而提高平台稳定性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置俯视图；

图2是本发明的一个较佳实施例的用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置主视图；

图3是本发明的一个较佳实施例的用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置侧视图；

其中：1-风机系统；11-风机叶片；12-轮毂；13-塔筒；2-浮式平台；21-第一立柱；22-第二立柱；23-第三立柱；3-转塔系泊系统；31-系泊悬链；4-水翼系统；41-水翼控制器；42-水翼轴；43-水翼；5-风速风向检测系统；6-流速流向检测系统。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例1

如图1所示，本发明包括双风机组系统1、三立柱三角型结构半潜式浮式平台2、转塔系泊系统3、水翼系统4、风速风向检测系统5和流速流向检测系统6六个部分。浮式平台2采用三立柱的三角形半潜平台结构，第一立柱21、第二立柱22上方分别作为第一风机和第二风机的支撑结构，下方安装水翼系统4；第三立柱23的水下部分为系泊点，各立柱之间直接通过桁架连接，各桁架之间设置有加强筋，形成稳定的三角形漂浮式基础。

如图2所示，风机由三个风机叶片11、轮毂12和塔筒13组成，风机机舱顶部的风速风向检测系统5包括两个风速风向仪，分别安装在第一风机和第二风机机舱顶部，用于实时检测风速和风向，并可将信号传输到水翼控制器41上。风机组无偏航系统。风机叶片11和轮毂12固定连接，采用失速性能良好的玻璃钢复合材料风机叶片，当风速超过风轮的额定风速时可自动失速；在叶尖安装扰流器，在极端情况下可安全停机。当两个系统检测到风向和流向不同时，向水翼控制器41发出信号。系泊点位于第三立柱23水面下方，系泊悬链31下端固定于海床上，回复力由悬链31提供。流速流向检测系统6包括两个流速流向检测仪，分别安装在第一立柱21和第二立柱22侧方，流速流向检测系统6可用于实时检测流速和流向，并向水翼控制器41实时传输信号。转塔系泊系统3的系泊点在浮式平台2的第三立柱23水下部分，使平台可随环境力绕系泊点做360°旋转，形成风标效应，降低系统在环境力作用下的载荷和运动响应。

如图3所示，第一风机安装在第一立柱21上，第二风机安装在第二立柱22上，水翼系统4分别固定连接在第一立柱21和第二立柱22水下部分。水翼系统4包括两个水翼43、两个水翼控制器41和两个水翼轴42。水翼控制器41固定在立柱下方，水翼43完全浸入水中，通过水翼轴42与水翼控制器41相连。水翼控制器41用于接收来自风速风向检测系统5和流速流向检测系统6的信号，并控制水翼43的启动；水翼轴42用于连接水翼控制器41和水翼43；水翼43用于调整浮式平台2的方向。当风流不同向时，水翼控制器41启动水翼43，水翼43绕着水翼轴42旋转，产生横向推力，从而带动浮式平台2旋转，调整流载荷方向，使流载荷方向始终与风载荷方向保持一致，纠正风机组的偏航问题。

本发明通过在浮式平台的水下部分安装带控制器的水翼，可控制平台的偏移方向，纠正风浪流不同向时浮式风机组的偏航问题，进而增强平台稳定性，提高转塔式系泊浮式风机组的发电效率。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置，其特征在于，包括风机组系统、风速风向检测系统、浮式平台、流速流向检测系统、转塔系泊系统、水翼系统，其中，所述风机组系统通过塔筒连接在所述浮式平台基础结构的两个立柱上，所述风速风向检测系统安装在所述风机组系统的机舱顶部，所述流速流向检测系统安装在所述浮式平台的侧方，所述水翼系统固定在所述浮式平台的第一水下部分，所述转塔系泊系统的系泊点位于所述浮式平台的第二水下部分；所述水翼系统用于将波浪能转换为动能和控制所述浮式平台的旋转角度，使得流载荷方向和风载荷方向一致，纠正偏航问题。

2.如权利要求1所述的用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置，其特征在于，所述浮式平台采用三立柱的三角形半潜平台结构，第一立柱、第二立柱上方作为所述风机组系统的支撑结构，所述浮式平台的第一水下部分为所述第一立柱和所述第二立柱的水下部分；所述浮式平台的第二水下部分为第三立柱的水下部分，各立柱之间直接通过桁架连接，所述桁架之间设置有加强筋，形成稳定的三角形漂浮式基础。

3.如权利要求2所述的用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置，其特征在于，所述风机组系统由第一风机和第二风机组成，所述第一风机和所述第二风机均由三个叶片、轮毂和塔筒组成，所述第一风机安装在所述第一立柱上，所述第二风机安装在所述第二立柱上，所述风机组无偏航系统。

4.如权利要求3所述的用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置，其特征在于，所述叶片和所述轮毂固定连接，所述桨叶采用失速性能良好的玻璃钢复合材料制成，当风速超过风轮的额定风速时自动失速；在所述叶片的叶尖安装扰流器，在极端情况下安全停机。

5.如权利要求3所述的用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置，其特征在于，所述风速风向检测系统包括两个风速风向仪，分别安装在所述第一风机和所述第二风机的机舱顶部，用于实时监测风速和风向，并将信号传输到所述水翼系统。

6.如权利要求2所述的用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置，其特征在于，所述流速流向检测系统安装在所述第一立柱和所述第二立柱侧方，所述流速流向检测系统用于检测流速和流向，并向所述水翼系统实时传输信号。

7.如权利要求2所述的用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置，其特征在于，所述转塔系泊系统的系泊点位于所述浮式平台的第三立柱的水下部分，所述转塔系泊系统使所述浮式平台随环境力绕所述系泊点做360°旋转，形成风标效应，降低浮式风机组系统在环境力作用下的载荷和运动响应。

8.如权利要求2所述的用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置，其特征在于，所述水翼系统包括两个水翼、两个水翼控制器和两个水翼轴，分别固定在所述浮式平台的第一水下部分。

9.如权利要求8所述的用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置，其特征在于，所述水翼控制器用于接收来自所述风速风向检测系统和所述流速流向检测系统的信号，并控制所述水翼的启动。

10.如权利要求8所述的用于转塔系泊无偏航浮式风机组的偏航纠正装置，其特征在于，所述水翼轴用于连接所述水翼控制器和所述水翼，所述水翼用于调整所述浮式平台的方向。

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