CN118309758A - 一种变频率调液阻尼器及海上综合能源平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频率调液阻尼器及海上综合能源平台，属于海上发电技术领域，所述变频率调液阻尼器包括U型管、支架、水泵和抽/吸水管，所述U型管固定在支架上，U型管下部与抽/吸水管连通，所述抽/吸水管上安装有水泵，可根据外部激励的频率特性，通过调节调液阻尼器U型管中的水量，实时调节调液阻尼器的固有频率，实现宽频带控制，从而达到最佳的减振效果，能够好地应对海上复杂环境，可在不同环境激励下，更好地减轻漂浮式基础的动力响应，提升系统稳定性。

Description

一种变频率调液阻尼器及海上综合能源平台

技术领域

本发明属于海上发电技术领域，具体涉及一种变频率调液阻尼器及海上综合能源平台。

背景技术

海上发电作为一种清洁、可再生的能源形式，对于满足能源需求、减少温室气体排放和应对气候变化具有重要意义。海洋蕴藏着丰富的风能、波浪能等可再生能源，通过海洋发电技术的研发和应用，可以充分利用这些资源，推动海洋经济的可持续发展。

为开发水深较大海域的光伏资源和风力资源，需要采用漂浮式基础。漂浮式基础在海上工作时会受到海洋中的波浪和潮汐带来的动态载荷。这些力量不仅会导致基础的摇摆和振动，还可能引发基础的结构疲劳和损坏。长期暴露在这种环境下，漂浮式基础的稳定性和安全性都会受到严重威胁。因此需要提出一种能够有效的减振装置，减弱或消除动态载荷对漂浮式基础的影响。

发明内容

本发明提供了一种变频率调液阻尼器及海上综合能源平台，提高漂浮式基础的稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变频率调液阻尼器，其特征在于，包括U型管、支架、水泵和抽/吸水管，所述U型管固定在支架上，U型管下部与抽/吸水管连通，所述抽/吸水管上安装有水泵。

进一步的，支架通过滑块与环形导轨滑动连接。

进一步的，U型管的上端开口处安装有防水罩。

进一步的，U型管中安装有液面高度监测仪。

一种海上综合能源平台，包括漂浮式基础，所述漂浮式基础上安装有发电设备和上述的变频率调液阻尼器。

进一步的，发电设备为风电机组和/或光伏组件。

进一步的，光伏组件的形状和多个浮筒形成的形状相同。

进一步的，光伏组件安装于所述变频率调液阻尼器上方。

进一步的，漂浮式基础包括多个浮筒，相邻的浮筒之间通过垂荡板连接，所有浮筒外接于横梁，每个浮筒均与系泊系统连接。

进一步的，横梁上开设有安装孔，所述抽/吸水管穿过所述安装孔。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

本发明提出的一种用于漂浮式基础的主动变频率调液阻尼器，安装在漂浮式基础上，可根据外部激励的频率特性，通过调节调液阻尼器U型管中的水量，实时调节调液阻尼器的固有频率，实现宽频带控制。通过调整阻尼器内液体的质量，使其与结构的振动频率相协调，从而达到最佳的减振效果，能够好地应对海上复杂环境，可在不同环境激励下，更好地减轻漂浮式基础的动力响应，提升系统稳定性。

本发明用于对海上漂浮式基础的减振控制，如漂浮式光伏、漂浮式风电机组、海上综合能源平台等。

本发明提出的一种海上综合能源平台包括漂浮式基础，漂浮式基础上安装有变频率调液阻尼器和发电设备，变频率调液阻尼器可根据漂浮式基础的倾角，计算所需调节水量，启动水泵通过排水或进水，以对阻尼器的频率进行调节，从而达到最佳的减振效果，该海上综合能源平台能够好地应对海上复杂环境，稳定性好。

附图说明

图1是TLCD示意图；

图2本发明的一种漂浮式基础的主动变频率调液阻尼器的结构图；

图3是本发明的一种漂浮式基础的主动变频率调液阻尼器的剖面图；

图4是本发明的一种漂浮式基础的主动变频率调液阻尼器漂浮式风电机组的应用案例示意图。

图5是本发明的一种漂浮式基础的主动变频率调液阻尼器在海上综合能源平台的应用案例示意图；

附图中：1、风电机组；2、塔架；3、浮筒；4、系泊系统；5、垂荡板；6、横梁；7、主动变频率调液阻尼器；71、U型管；72、支架；73、环形导轨；74、水泵；75、抽/吸水管；8光伏组件；76、防水罩；77、液面高度监测仪。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

调谐液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper，TLCD)图1所示，当TLCD晃动时，设液体在竖管中离开平衡位置的位移为W，则对于两竖管中的液体，其在运动方向上的绝对加速度为水平管中液体运动方向上的绝对加速度则为由此可得TLCD液体的总惯性力为

式中，ρ为液体密度；A为U型管横截面积；L为柱形管中心线总长度；B为两竖管中心距；为竖管中液体在运动方向上的绝对加速度；为楼面水平加速度。

当液体偏离平衡位置发生上下位移W时，使液体恢复到平衡位置的恢复力为两竖管中的水位差，则TLCD中液体运动的恢复力F_R为

F_R＝2WρAg (2)

由工程流体力学可知，液体运动时TLCD阻力为箱壁沿程阻力和两端弯头及内置隔板的局部阻力。但通常沿程阻力和两端弯头局部阻力很小，因此TLCD阻尼力主要由隔板产生,它与水运动速度的平方成正比且方向相反，即

式中，为液体在运动方向上的速度；ξ₀是与隔板形式和开洞率有关的阻尼系数。

由式(1)～(3)可得，TLCD中液体晃动的运动方程为

式(4)可变换为

式中，ω_T为阻尼器中液体晃动圆频率；ξ_T‘为阻尼器非线性阻尼比。

由式(6)可知：调谐液柱阻尼器TLCD的频率与U型管中水的中心线总长度L相关。因此可通过调节U型管中水量，实现对TLCD的频率的调节。

参照图2和图3，本发明提供的一种漂浮式基础的主动变频率调液阻尼器的结构如图2所示，通过利用水泵调节U型管中水量，实现对TLCD频率的主动调节。

主动变频率调液阻尼器7包括U型管71、支架72、环形导轨73、水泵74和抽/吸水管75。支架72通过滑块与环形导轨73滑动连接，支架72可沿环形导轨73运动，U型管71固定在支架72上，U型管71中间位置下部与抽/吸水管75连通，抽/吸水管75上安装有水泵74。

U型管71包括依次连通的第一竖管、横管和第二竖管。

在一些实施例中，第一竖管的上端和第二竖管的上端设置有防水罩76。

在一些实施例中，可将防水罩替换为其他具有防水功能的装置或设备。

在一些实施例中，第一竖管和第二竖管中设置有液面高度监测仪77。

本实施例提供的变频率调液阻尼器在实际中可通过多种方式进行应用，例如通过实时监测漂浮式基础的倾角，如果倾角超过设定阈值，则对漂浮式基础姿态进行调节，进而计算所需调节水量，启动水泵通过排水或进水，实现对调谐质量阻尼器(TMD)频率的调节。

在一些实施例中，也可根据漂浮式风电机组所受环境激励的主频，来调节阻尼器频率，通过调整阻尼器内液体的质量和晃动频率，可以使其与结构的振动频率相协调，从而达到最佳的减振效果，使得所受环境激励对风电机组影响降低。

实施例2

参照图4，一种海上风电平台，包括漂浮式基础和安装在漂浮式基础上的风力发电机和主动变频率调液阻尼器。

漂浮式基础包括浮筒3、系泊系统4、垂荡板5和横梁6，三个浮筒3下端均固定有一个安装板，三个浮筒3成等边三角形布置，相邻的两个安装板通过垂荡板5固定连接。每个安装板下端安装有系泊系统4。

横梁6包括三个连接件，三个连接件一端固定连接在一起，另一端分别与三个浮筒3的侧壁固定连接。横梁6上端中心位置安装有主动变频率调液阻尼器7，其中一个浮筒3上端安装有用于进行风力发电的风电机组1。

主动变频率调液阻尼器7包括U型管71、支架72、环形导轨73、水泵74和抽/吸水管75。支架72通过滑块与环形导轨73滑动连接，支架72可沿环形导轨73运动，U型管71固定在支架72上，U型管71的横管与抽/吸水管75连通，抽/吸水管75上安装有水泵74。

U型管71包括依次连通的第一竖管、横管和第二竖管。

在一些实施例中，横梁6的中心位置处开设有安装孔。环形导轨73和水泵74安装在横梁6上方，抽/吸水管75穿过安装孔，工作时，抽/吸水管75下端伸入海水中。

在一些实施例中，第一竖管的上端和第二竖管的上端设置有防水罩76。

在一些实施例中，第一竖管和第二竖管中设置有液面高度监测仪77。

本海上风电平台根据风电机组1所受环境激励的主频来调节阻尼器频率，通过调整阻尼器内液体的质量和晃动频率，使其与结构的振动频率相协调，从而达到最佳的减振效果，降低所受环境激励对风电机组影响。

实施例3

参照图5，一种海上综合能源平台，包括漂浮式基础和安装在漂浮式基础上的风电机组1、主动变频率调液阻尼器7和光伏组件8。

漂浮式基础包括三个浮筒3、系泊系统4、垂荡板5和横梁6，三个浮筒3下端均固定有一个安装板，三个浮筒3成等边三角形布置，相邻的两个安装板通过垂荡板5固定连接，三个浮筒3中部均与横梁6固定连接。每个安装板下端安装有系泊系统4。

横梁6包括三个连接件，三个连接件一端固定连接，另一端分别与三个浮筒侧壁固定连接。浮筒3上安装有用于进行光伏发电的光伏组件8，光伏组件8整体呈三角形，一个浮筒3上端安装有风电机组1。

主动变频率调液阻尼器7位于光伏组件8下方，横梁6的中心位置处开设有安装孔。环形导轨73和水泵74安装在横梁6上方，抽/吸水管75穿过安装孔，伸入海水中。

在一些实施例中，第一竖管的上端和第二竖管的上端设置有防水罩76。

在一些实施例中，第一竖管和第二竖管中设置有液面高度监测仪77。

在一些实施例中，浮筒3的数量还可以是四个、五个、六个或者更多，可根据实际需求进行选择。横梁6的连接件个数和浮筒3的数量相同。

在一些实施例中，浮筒3的排布方式可以是正多边形或者其他形状。

在一些实施例中，光伏组件8的形状和所有浮筒组成的形状相同，使得光伏组件8的面积尽量大，提高发电效率。

本发明提供的主动变频率调液阻尼器不限于应用于所展示实例的基础形式中，适用各类漂浮式基础形式。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变频率调液阻尼器，其特征在于，包括U型管(71)、支架(72)、水泵(74)和抽/吸水管(75)，所述U型管(71)固定在支架(72)上，U型管(71)下部与抽/吸水管(75)连通，所述抽/吸水管(75)上安装有水泵(74)。

2.根据权利要求1所述的一种变频率调液阻尼器，其特征在于，所述支架(72)通过滑块与环形导轨(73)滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种变频率调液阻尼器，其特征在于，所述U型管(71)的上端开口处安装有防水罩(76)。

4.根据权利要求1所述的一种变频率调液阻尼器，其特征在于，所述U型管(71)中安装有液面高度监测仪(77)。

5.一种海上综合能源平台，其特征在于，包括漂浮式基础，所述漂浮式基础上安装有发电设备和权利要求1-4任意一项所述的变频率调液阻尼器。

6.根据权利要求5所述的一种海上综合能源平台，其特征在于，所述发电设备为风电机组(1)和/或光伏组件(8)。

7.根据权利要求6所述的一种海上综合能源平台，其特征在于，所述光伏组件(8)的形状和多个浮筒(3)形成的形状相同。

8.根据权利要求6所述的一种海上综合能源平台，其特征在于，所述光伏组件(8)安装于所述变频率调液阻尼器上方。

9.根据权利要求5所述的一种海上综合能源平台，其特征在于，所述漂浮式基础包括多个浮筒(3)，相邻的浮筒(3)之间通过垂荡板(5)连接，所有浮筒(3)外接于横梁(6)，每个浮筒(3)均与系泊系统(4)连接。

10.根据权利要求5所述的一种海上综合能源平台，其特征在于，所述横梁(6)上开设有安装孔，所述抽/吸水管(75)穿过所述安装孔。