CN115924016A - 一种浮式风电平台半主动压载系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浮式风电平台半主动压载系统，包括立柱、横撑、水舱、阻尼隔板，所述立柱设置有三个，三个所述立柱呈三角形分布在浮箱上，每个所述立柱内分别设置有两个相互独立的所述水舱，每个所述水舱内均设置有所述阻尼隔板，并通过所述阻尼隔板将所述水舱分隔多个相互连通的舱室，所述阻尼隔板用于提高所述水舱内流场的稳定性，相邻两个所述立柱分别连接有所述横撑，每个所述横撑内部设置有水道，每条所述水道与其相邻的两个所述水舱构成U型结构。本发明可达到减摇效果，提高发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及浮式风电平台技术领域，具体为一种浮式风电平台半主动压载系统。
背景技术
浮式风电装备被业内寄望为“未来深远海海上风电开发的主要技术”，已在多个国家和地区开展探索。与传统固定于近海海床上的风电机组相比，浮式风电装备可实现在深远海部署的愿景，在获取深远海域稳定优质风电资源的同时，不影响近岸渔业及其他相关产业活动。但是其所处的环境更加恶劣，会产生六自由度运动，时常伴有台风对机组的生存能力有较大的考验。半潜式浮动平台采用压载水舱在安装时对重心进行调节，之后一般不再调整，由于纵摇和横摇的自由度不固定，风机会因风、浪、流的耦合作用产生横摇和纵摇，降低发电效率。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种可达到减摇效果，提高发电效率的浮式风电平台半主动压载系统。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种浮式风电平台半主动压载系统，包括立柱、横撑、水舱、阻尼隔板，所述立柱设置有三个，三个所述立柱呈三角形分布在浮箱上，每个所述立柱内分别设置有两个相互独立的所述水舱，每个所述水舱内均设置有所述阻尼隔板，并通过所述阻尼隔板将所述水舱分隔多个相互连通的舱室，所述阻尼隔板用于提高所述水舱内流场的稳定性，相邻两个所述立柱分别连接有所述横撑，每个所述横撑内部设置有水道，每条所述水道与其相邻的两个所述水舱构成U型结构。
进一步地：所述水舱位于所述立柱的上部，且所述水舱呈扇形结构。
进一步地：所述阻尼隔板呈弧形结构，所述阻尼隔板上开设有多个通孔，每个所述通孔呈长圆形，且多个所述通孔沿所述阻尼隔板的长度方向并间隔分布。
进一步地：每个所述水舱内设置有两个所述阻尼隔板，两个所述阻尼隔板将所述水舱分隔成三个相互连通的舱室，且三个腔室横向排列。
进一步地：每个所述阻尼隔板上的通孔的总和面积占该所述阻尼隔板总面积的50%。
进一步地：所述水道位于所述横撑内的下半部，且沿所述横撑的长度方向分布。
进一步地：每个所述横撑的上半部均开设有安装腔，所述安装腔内设置有齿轮箱、发电机、电动机、电池、位移传感器、控制模块，所述水道中设置有螺旋桨，所述螺旋桨通过传动结构连接所述齿轮箱，所述齿轮箱和所述发电机的输入轴连接，所述电动机的输出轴和所述传动结构连接，所述电池分别与所述发电机、电动机、控制模块电连接，所述控制模块分别与所述位移传感器、发电机、电动机电连接。
进一步地：每个所述水舱上均设置有气阀，所述气阀和所述控制模块电连接。
进一步地：所述水道和所述水舱的连通口设置有自动水闸，所述自动水闸和所述控制模块相连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1. 通过将三个立柱呈三角形分布，在每个立柱内分别设置两个相互独立的水舱，在每个水舱内均设置阻尼隔板，并通过阻尼隔板将水舱分隔成多个舱室，在相邻两个立柱之间连接横撑，在横撑内设置水道，水道和其相邻的两个水舱构成U型结构，阻尼隔板的作用是增加阻尼，利用阻尼隔板分担了原来部分流体对水舱的舱壁的冲击，降低了流体运动的力矩值，从而减少水舱内流体晃荡的随机性，使流体流动更加均匀，可得到稳定的力矩，从而提高减摇效果。
2.通过在每个水舱上设置气阀，在水道和水舱的连通口处设置自动水闸，在横撑的安装腔内设置齿轮箱、发电机、电动机、电池、位移传感器、控制模块，在水道中设置螺旋桨，螺旋桨通过传动结构和齿轮箱连接，齿轮箱和发电机的输入轴连接，电动机的输出轴和传动结构连接，当位移传感器检测到风电平台的摇摆幅度较大时，控制模块控制各个水舱的气阀和自动水闸打开，使相邻的两个水舱及其两者之间的水道相连通，相邻的两个水舱及其两者之间的水道构成U型结构，随着摇晃水在U型结构中运动，加宽了结构的特征长度，从而增加周期，达到减摇效果；当位移传感器检测到风电平台的摇摆幅度稳定时，由于风、浪、流载荷的联合作用，风电平台可能会存在一个较为稳定的横摇或纵摇位移，此时，控制模块控制各个水舱上的气阀17和自动水闸打开，并控制电动机驱动传动结构驱动螺旋桨旋转，同时控制发电机关闭，从而通过螺旋桨调节各水舱的液位，实现在水平面上重心位置的调节，使得风电平台处于没有倾角的平衡位置，提高发电效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的水舱和横撑连接的结构示意图；
图3为本发明的横撑的剖视图；
图4为本发明的水舱和横撑的剖视图；
图5为本发明的水舱的剖视图；
图6为本发明的控制原理图；
图7为本发明的控制流程图。
附图标记说明：1-立柱，2-横撑，3-水舱，4-阻尼隔板，5-浮箱，6-水道，7-通孔，8-安装腔，9-齿轮箱，10-发电机，11-电动机，12-电池，13-位移传感器，14-控制模块，15-螺旋桨，16-传动结构，17-气阀，18-自动水闸。
具体实施方式
图1至图7为本发明提供的一种浮式风电平台半主动压载系统实施例结构示意图，包括立柱1、横撑2、水舱3、阻尼隔板4，立柱1设置有三个，三个立柱1呈三角形分布在浮箱5上，每个立柱1内分别设置有两个相互独立的水舱3，每个水舱3内均设置有阻尼隔板4，并通过阻尼隔板4将水舱3分隔多个相互连通的舱室，阻尼隔板4用于提高水舱3内流场的稳定性，相邻两个立柱1分别连接有横撑2，每个横撑2内部设置有水道6，每条水道6和其相邻的两个水舱3构成U型结构。
水舱3位于立柱1的上部，且水舱3呈扇形结构。
阻尼隔板4呈弧形结构，阻尼隔板4上开设有多个通孔7，每个通孔7呈长圆形，且多个通孔7沿阻尼隔板4的长度方向并间隔分布。
每个水舱3内设置有两个阻尼隔板4，两个阻尼隔板4将水舱3分隔成三个相互连通的舱室，且三个腔室横向排列。
每个阻尼隔板4上的通孔7的总和面积占该阻尼隔板4总面积的50%。
水道6位于所述横撑2内的下半部，且沿横撑2的长度方向分布。
通过在水舱3内设置阻尼隔板4，利用阻尼隔板4将水舱3分隔成三个相互连通的舱室，阻尼隔板4的作用是增加阻尼，利用阻尼隔板4分担了原来部分流体对水舱3的舱壁的冲击，降低了流体运动的力矩副值，减小水舱3内流体晃荡的随机性，使流体流动更加均匀，可得到稳定的力矩，从而提高减摇效果。水舱3内设置了两个阻尼隔板4，两个阻尼隔板4将水舱3分隔成三个相互连通并横向分布的舱室，可以逐层减少原来流场的随机性，水流经通孔7后产生流动分离现象，使流场更加稳定。
每个横撑2的上半部均开设有安装腔8，安装腔8内设置有齿轮箱9、发电机10、电动机11、电池12、位移传感器13、控制模块14，水道6中设置有螺旋桨15，螺旋桨15通过传动结构16连接齿轮箱9，齿轮箱9和发电机10的输入轴连接，电动机11的输出轴和传动结构16连接，电池12分别与发电机10、电动机11、控制模块14电连接，控制模块14分别与位移传感器13、发电机10、电动机11电连接。
每个水舱3上均设置有气阀17，气阀17和控制模块14电连接。
通过在水舱3上设置气阀17，通过开启气阀17，可使水舱3连通大气，使水舱3内的压力和大气压平衡，便于水舱3内液位的调整。
水道6和水舱3的连通口设置有自动水闸18，自动水闸18和控制模块14相连接。
在水道6和水舱3的连通口设置自动水闸18，可通过控制自动水闸18的启闭，控制水舱3和水道6相互连通或隔断，便于阻隔水舱3与水道6内部流体的自由流动，以切换工作模式。
通过位移传感器13检测风电平台的摇晃倾斜幅度。
当位移传感器13检测到风电平台的摇摆幅度较小（如摇摆幅度小于5°）时，控制模块14控制各个水舱3上的气阀17和自动水闸18关闭，利用各个水舱3本身的运动周期与风电平台摇晃的固有周期相近，水舱3内的水深摇晃对风电平台产生的力矩以及风电平台周围产生的扰动力矩相位相反，从而达到最佳减摇效果。
当位移传感器13检测到风电平台的摇摆幅度较大（如摇摆幅度大于等于5°）时，控制模块14控制各个水舱3的气阀17和自动水闸18打开，使相邻的两个水舱3及其两者之间的水道6相连通，相邻的两个水舱3及其两者之间的水道6构成U型结构，随着摇晃水在U型结构中运动，加宽了结构的特征长度，从而增加周期。而且在水道6内设置螺旋桨15，当有水流经过螺旋桨15时，水流推动螺旋桨15转动，螺旋桨15通过驱动轴带动发电机10运动发电，由发电机10对电池12进行充电，此时控制模块14控制电动机11关闭，例如当风电平台摇晃，液体大量堆积在水舱3右侧时，由于惯性会阻碍结构向相反方向运动，且受到重力作用堆积的液体会从水道6流过，从而驱动螺旋桨15旋转，进而带动发电机10运行发电，并消耗能量。
当位移传感器13检测到风电平台的摇摆幅度稳定（摇摆幅度接近于0°）时，由于风、浪、流载荷的联合作用，风电平台可能会存在一个较为稳定的横摇或纵摇位移，此时，控制模块14控制各个水舱3上的气阀17和自动水闸18打开，并控制电动机11驱动传动结构16驱动螺旋桨15旋转，同时控制发电机10关闭，从而通过螺旋桨15调节各水舱3的液位，实现在水平面上重心位置的调节，使得风电平台处于没有倾角的平衡位置。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (9)
1.一种浮式风电平台半主动压载系统，其特征在于：包括立柱、横撑、水舱、阻尼隔板，所述立柱设置有三个，三个所述立柱呈三角形分布在浮箱上，每个所述立柱内分别设置有两个相互独立的所述水舱，每个所述水舱内均设置有所述阻尼隔板，并通过所述阻尼隔板将所述水舱分隔多个相互连通的舱室，所述阻尼隔板用于提高所述水舱内流场的稳定性，相邻两个所述立柱分别连接有所述横撑，每个所述横撑内部设置有水道，每条所述水道与其相邻的两个所述水舱构成U型结构。
2.根据权利要求1所述一种浮式风电平台半主动压载系统，其特征在于：所述水舱位于所述立柱的上部，且所述水舱呈扇形结构。
3.根据权利要求2所述一种浮式风电平台半主动压载系统，其特征在于：所述阻尼隔板呈弧形结构，所述阻尼隔板上开设有多个通孔，每个所述通孔呈长圆形，且多个所述通孔沿所述阻尼隔板的长度方向并间隔分布。
4.根据权利要求3所述一种浮式风电平台半主动压载系统，其特征在于：每个所述水舱内设置有两个所述阻尼隔板，两个所述阻尼隔板将所述水舱分隔成三个相互连通的舱室，且三个腔室横向排列。
5.根据权利要求4所述一种浮式风电平台半主动压载系统，其特征在于：每个所述阻尼隔板上的通孔的总和面积占该所述阻尼隔板总面积的50%。
6.根据权利要求5所述一种浮式风电平台半主动压载系统，其特征在于：所述水道位于所述横撑内的下半部，且沿所述横撑的长度方向分布。
7.根据权利要求1-6任一项所述一种浮式风电平台半主动压载系统，其特征在于：每个所述横撑的上半部均开设有安装腔，所述安装腔内设置有齿轮箱、发电机、电动机、电池、位移传感器、控制模块，所述水道中设置有螺旋桨，所述螺旋桨通过传动结构连接所述齿轮箱，所述齿轮箱和所述发电机的输入轴连接，所述电动机的输出轴和所述传动结构连接，所述电池分别与所述发电机、电动机、控制模块电连接，所述控制模块分别与所述位移传感器、发电机、电动机电连接。
8.根据权利要求7所述一种浮式风电平台半主动压载系统，其特征在于：每个所述水舱上均设置有气阀，所述气阀和所述控制模块电连接。
9.根据权利要求8所述一种浮式风电平台半主动压载系统，其特征在于：所述水道和所述水舱的连通口设置有自动水闸，所述自动水闸和所述控制模块相连接。
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