CN115962251A - 一种海洋浮式平台飞轮储能与减摇一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海洋浮式平台飞轮储能与减摇一体化装置，包括飞轮、内飞轮框架和外飞轮框架；飞轮置设于内飞轮框架内，飞轮垂直于内飞轮框架和外飞轮框架所在平面；飞轮与内飞轮框架之间设有两个内弹簧阻尼轴承，内弹簧阻尼轴承两端分别连接于飞轮与内飞轮框架；外飞轮框架套设于内飞轮框架外，外飞轮框架与内飞轮框架之间设有两个外弹簧阻尼轴承，外弹簧阻尼轴承两端分别连接于外飞轮框架与内飞轮框架；两个内弹簧阻尼轴承以及两个外弹簧阻尼轴承均以飞轮为中心对称布置，且内弹簧阻尼轴承和外弹簧阻尼轴承间隔90°布置。内飞轮框架和外飞轮框以及飞轮与内飞轮框架之间分别绕外弹簧阻尼轴承和内弹簧阻尼轴承发生相对转动产生两个方向的减摇力矩。
Description
技术领域
本发明属于海洋工程领域与储能技术领域，具体涉及一种海洋浮式平台飞轮储能与减摇一体化装置。
背景技术
海洋中蕴含着丰富的能源资源，例如石油、天然气、可燃冰等化石能源以及波浪能、风能、潮汐能等可再生能源。海洋浮式平台是一种常用于勘探、开采、收集海洋资源的海上结构物。海上自然环境恶劣，浮式平台在风、浪、流荷载的共同作用下发生较大的运动响应，对其生产运行和结构安全会造成较大影响。
飞轮储能装置由外壳、转子、轴承、电机-发电机、电控设备等五大部件组成。蓄能时电机驱动转子加速旋转，将电能转化为机械能进行储存；放电时电控设备将电机变为发电工况，受转子带动发电，将存储的机械能转化为电能释放。飞轮储能具有充放电次数不限、功率大、效率高、可靠性好等优点，特别适用于新能源发电场景。
减摇陀螺已应用于船舶减摇领域，其内部安装有重型飞轮。高速旋转的飞轮转动惯量大具有显著的陀螺效应，可产生较大的进动力矩。减摇陀螺具有结构紧凑,占用空间较小,减摇效果较好等优点，可考虑将其引入海洋浮式平台领域。平台的摇摆运动使旋转中的飞轮产生进动力矩,推动飞轮和飞轮框架与平台发生相对进动。同时，旋转飞轮进动产生反向的减摇力矩。减摇力矩通过飞轮框架和基座传递到平台上,可抑制平台摇摆。
现有技术公开了“一种减摇陀螺和船舶”，该减摇陀螺包括基座、与基座转动连接的飞轮框架、与飞轮框架转动连接的飞轮以及用于驱动飞轮旋转的驱动电机,以及供电装置和控制单元。供电装置用于给驱动电机供电；供电装置固定连接于飞轮框架上并能随飞轮框架转动。控制单元固定连接于飞轮框架上并能随飞轮框架转动；控制单元分别与驱动电机和供电装置电连接。控制单元被配置为能够控制驱动电机的运转。该减摇陀螺具有结构简单、方便维护的优点。
其存在以下技术问题：
1)该减摇陀螺仅产生横摇方向上的减摇力矩，仅适用于船舶。海洋浮式平台不同于船舶，还会产生与横摇幅度相同数量级的纵摇。
2)该减摇陀螺需要耗费较多的能量驱动飞轮高速旋转。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种海洋浮式平台飞轮储能与减摇一体化装置，对绕水面上发生的横摇及纵摇都可以进行抑制,飞轮转子保持在一定转速范围内即可提供有效的陀螺效应。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种海洋浮式平台飞轮储能与减摇一体化装置，包括飞轮、内飞轮框架和外飞轮框架；
飞轮置设于内飞轮框架内，飞轮垂直于内飞轮框架和外飞轮框架所在平面；
飞轮与内飞轮框架之间设有两个内弹簧阻尼轴承，内弹簧阻尼轴承两端分别连接于飞轮与内飞轮框架；
外飞轮框架套设于内飞轮框架外，外飞轮框架与内飞轮框架之间设有两个外弹簧阻尼轴承，外弹簧阻尼轴承两端分别连接于外飞轮框架与内飞轮框架；
两个内弹簧阻尼轴承以及两个外弹簧阻尼轴承均以飞轮为中心对称布置，且内弹簧阻尼轴承和外弹簧阻尼轴承间隔90°布置；
进一步，内飞轮框架和外飞轮框架为同心布置的圆环结构。
进一步，飞轮位于内飞轮框架的圆心位置。
进一步，飞轮连接有电控装置。
进一步，飞轮包括飞轮外壳，内弹簧阻尼轴承两端分别连接于飞轮外壳与内飞轮框架，飞轮外壳内密封抽真空。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
当海洋浮式平台受风浪流荷载产生摇摆时，内飞轮框架和外飞轮框架随着平台摇摆，而飞轮因其中高速旋转的转子具有显著的陀螺效应而保持垂向相对稳定。此时，内飞轮框架和外飞轮框之间以及飞轮与内飞轮框架之间分别绕外弹簧阻尼轴承以及内弹簧阻尼轴承发生相对转动。外弹簧阻尼轴承和内弹簧阻尼轴承中设置有螺旋弹簧及阻尼装置阻碍相对转动因此在两个水平方向上产生减摇力矩。减摇力矩经内飞轮框架和外飞轮框传导作用与海洋浮式平台上抑制其横摇和纵摇。由于飞轮垂直于内飞轮框架和外飞轮框架所在平面，飞轮轴沿垂向安装，不提供绕垂直轴扭转的减摇力矩，因此不需要对飞轮转子转速进行增减调节。飞轮转子保持在一定转速范围内即可提供有效的陀螺效应。
附图说明
图1是本发明实施例的立体结构示意图。
图2是本发明实施例的飞轮内部结构示意图。
图中：
1-转轴、2-转子、3-电动/发电机、4-磁轴承、5-轴承、6-飞轮外壳、7-电控装置、8-飞轮、9-外飞轮框架、10-内飞轮框架、11-外弹簧阻尼轴承、12-内弹簧阻尼轴承。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，一种海洋浮式平台飞轮储能与减摇一体化装置，包括飞轮8、内飞轮框架10和外飞轮框架9；
飞轮8置设于内飞轮框架10内，飞轮8垂直于内飞轮框架10和外飞轮框架9所在平面；
飞轮8与内飞轮框架10之间设有两个内弹簧阻尼轴承12，内弹簧阻尼轴承12两端分别连接于飞轮8与内飞轮框架10；
外飞轮框架9套设于内飞轮框架10外，外飞轮框架9与内飞轮框架10之间设有两个外弹簧阻尼轴承11，外弹簧阻尼轴承11两端分别连接于外飞轮框架9与内飞轮框架10；
两个内弹簧阻尼轴承12以及两个外弹簧阻尼轴承11均以飞轮8为中心对称布置，且内弹簧阻尼轴承12和外弹簧阻尼轴承11间隔90°布置；
具体地，如图2所示，飞轮8包括飞轮外壳6，内弹簧阻尼轴承12两端分别连接于飞轮外壳6与内飞轮框架10。飞轮外壳6连接有电控装置7。
转轴1、转子2、电动/发电机3、磁轴承4及轴承5均封装在飞轮外壳6内。磁轴承4支撑旋转部件重量使转轴1和转子2基本处于悬浮状态以减少摩擦损耗。轴承5为转轴1和转子2在旋转及进动时提供固定限位。飞轮外壳6内密封抽真空以减小摩擦损耗。储能时，海洋浮式平台的各类发电装置通过电控装置7将电能输送至电动/发电机3，电动/发电机3驱动转子2旋转提高其转速，将电能转化为转子2的旋转动能进行储存。放电时，转子2带动电动/发电机3将动能转化为电能传输至电控装置7，电控装置7将输出电能变换(调频、整流、恒压等)为满足并网要求的电力输出，起到调峰作用提高发电输出的稳定性。
当海洋浮式平台受风浪流荷载产生摇摆时，内飞轮框架10和外飞轮框架9随着平台摇摆，而飞轮8因其中高速旋转的转子2具有显著的陀螺效应而保持垂向相对稳定。此时，内飞轮框架10和外飞轮框之间以及飞轮8与内飞轮框架10之间分别绕外弹簧阻尼轴承11以及内弹簧阻尼轴承12发生相对转动。外弹簧阻尼轴承11和内弹簧阻尼轴承12中设置有螺旋弹簧及阻尼装置阻碍相对转动因此在两个水平方向上产生减摇力矩。减摇力矩经内飞轮框架10和外飞轮框传导作用与海洋浮式平台上抑制其横摇和纵摇。由于飞轮8垂直于内飞轮框架10和外飞轮框架9所在平面，飞轮8转轴1沿垂向安装，不提供绕垂直轴扭转的减摇力矩，因此不需要对飞轮8转子2转速进行增减调节。飞轮8转子2保持在一定转速范围内即可提供有效的陀螺效应。
本发明中，飞轮8转子2没有指定的转速增减要求，故可以兼容电动/发电机3实现储能/发电功能，成为储能与减摇一体化装置。
进一步地，飞轮8、外飞轮框架9和飞轮框架10为同心布置。采用这种结构后，装置整体为轴对称结构，结构均衡受力合理，能够保证减摇的效果。
本发明中飞轮8通过两层式的内飞轮框架10和外飞轮框架9安装于海洋浮式平台上，利用飞轮8的陀螺效应使海洋浮式平台发生摇摆时在飞轮8与内飞轮框架10之间以及内飞轮框架10和外飞轮框架9之间产生相对进动，进而通过两组垂直布置的弹簧阻尼轴承产生减摇力矩，对绕水面上两个方向上发生的横摇及纵摇都可以进行抑制。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种海洋浮式平台飞轮储能与减摇一体化装置，其特征在于：包括飞轮、内飞轮框架和外飞轮框架；
飞轮置设于内飞轮框架内，飞轮垂直于内飞轮框架和外飞轮框架所在平面；
飞轮与内飞轮框架之间设有两个内弹簧阻尼轴承，内弹簧阻尼轴承两端分别连接于飞轮与内飞轮框架；
外飞轮框架套设于内飞轮框架外，内飞轮框架和外飞轮框架之间设有两个外弹簧阻尼轴承，外弹簧阻尼轴承两端分别连接于内飞轮框架和外飞轮框架；
两个内弹簧阻尼轴承以及两个外弹簧阻尼轴承均以飞轮为中心对称布置，且内弹簧阻尼轴承和外弹簧阻尼轴承间隔90°布置。
2.按照权利要求1所述的一种海洋浮式平台飞轮储能与减摇一体化装置，其特征在于：内飞轮框架和外飞轮框架为同心布置的环形结构。
3.按照权利要求2所述的一种海洋浮式平台飞轮储能与减摇一体化装置，其特征在于：飞轮位于内飞轮框架的中心位置。
4.按照权利要求1所述的一种海洋浮式平台飞轮储能与减摇一体化装置，其特征在于：飞轮连接有电控装置。
5.按照权利要求1所述的一种海洋浮式平台飞轮储能与减摇一体化装置，其特征在于：飞轮包括飞轮外壳，内弹簧阻尼轴承两端分别连接于飞轮外壳与内飞轮框架，飞轮外壳内密封抽真空。
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| CN117246465A (zh) * | 2023-10-10 | 2023-12-19 | 华南理工大学 | 一种装置于海上结构物支柱的防飘减摇阻尼板 |
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2022
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| CN117246465B (zh) * | 2023-10-10 | 2024-03-15 | 华南理工大学 | 一种装置于海上结构物支柱的防飘减摇阻尼板 |
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