CN201474858U - 海上垂直轴可升降复合式发电平台 - Google Patents

海上垂直轴可升降复合式发电平台 Download PDF

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Abstract

本实用新型适用于发电机技术领域，提供了一种海上垂直轴可升降复合式发电平台，包括海上浮动平台、垂直轴涡轮风力发电塔、自升降平台及水下潮汐涡轮，所述海上浮动平台悬浮固定于海面上，所述垂直轴涡轮风力发电塔固设于所述海上浮动平台上，所述自升降平台设于所述海上浮动平台下方，所述水下潮汐涡轮设于所述海上浮动平台和自升降平台之间。与现有技术采用水平轴风电机组利用海风发电相比，本实用新型采用垂直轴涡轮风力发电塔来发电，风能利用率高，发电量大，安装简单，便于维护，且还可利用潮汐来发电。

Description

海上垂直轴可升降复合式发电平台
技术领域
本实用新型属于发电机技术领域，尤其涉及一种海上垂直轴可升降复合式发电平台。
背景技术
海上风力发电渐成为发展趋势，但由于水平轴风电机组的特性，现在海上风力发电都是单机单柱方式，基础投入大，布置面积分散，安装复杂，维护麻烦，特别是需要根据风向来旋转水平轴风电机组的迎风面，且只能单一利用风力发电。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种海上垂直轴可升降复合式发电平台，其采用垂直轴涡轮风力发电塔来发电，风能利用率高，发电量大。
本实用新型是这样实现的，一种海上垂直轴可升降复合式发电平台，包括海上浮动平台、垂直轴涡轮风力发电塔及自升降平台，所述海上浮动平台悬浮固定于海面上，所述垂直轴涡轮风力发电塔固设于所述海上浮动平台上，所述自升降平台设于所述海上浮动平台下方。
具体地，所述海上浮动平台为三角形无动力平台，包括高压空气仓、液压油仓及海潮发电机房，所述高压空气仓和液压油仓设于所述海上浮动平台的中间位置，所述海潮发电机房设于所述海上浮动平台的机舱内，所述海潮发电机房内设有海潮发电机组。
具体地，所述自升降平台包括底盘、升降柱及液压升降齿条系统，所述升降柱垂直设于所述底盘和海上浮动平台之间，所述液压升降齿条系统设于所述升降柱和海上浮动平台的连接处，所述液压升降齿条系统可通过调节升降柱的高度来调节海上浮动平台与底盘之间的距离。
具体地，所述垂直轴涡轮风力发电塔包括组合钢架、模块式多级涡轮层、高压气体存储层和发电机组层，所述组合钢架呈三角塔形结构，所述模块式多级涡轮层设在所述组合钢架的上层，所述高压气体存储层设在所述组合钢架的中间层，所述发电机组层设在所述组合钢架的下层。
更具体地，所述模块式多级涡轮层包括可转向集风体、外部进/出风口、电动卷帘门、组合风道、电磁阀可转向百叶进风口、主风腔和模块式多级涡轮组，所述可转向集风体竖立设置在所述组合钢架三角塔形结构的棱角上，所述外部进/出风口均匀分布在所述组合钢架三角塔形结构的三个平面上，所述电动卷帘门设置在所述外部进/出风口上，所述主风腔位于所述组合钢架中心处并竖立贯穿于整个发电机组的中上部，所述电磁阀可转向百叶进风口设置在所述主风腔上并通过所述组合风道与所述外部进/出风口连通，所述模块式多级涡轮组设置在所述主风腔内；所述模块式多级涡轮组的多级花键垂直轴穿过所述高压气体存储层并与设置在所述发电机组层内的发电机组连接。
更具体地，所述模块式多级涡轮组由多个单级涡轮构成，所述单级涡轮由叶轮和花键垂直轴组成，所述叶轮套装在所述花键垂直轴上，所述两个单级涡轮的花键垂直轴由万向节连接。
更具体地，所述高压气体存储层内设置有压力仓，所述压力仓连接有空气压缩机、涡轮增压器和压缩空气及可燃气体喷口，所述空气压缩机由多级花键垂直轴驱动连接，所述涡轮增压器设置在所述组合钢架三角塔形结构的三个平面上，所述压缩空气及可燃气体喷口设置在所述电磁阀可转向百叶进风口上。
进一步地，该海上垂直轴可升降复合式发电平台还包括水下潮汐涡轮，所述水下潮汐涡轮设于所述海上浮动平台和自升降平台之间，所述水下潮汐涡轮包括水下垂直轴螺旋桨、集水整流涡轮及挡水整流板，所述集水整流涡轮和挡水整流板固设于所述海上浮动平台下。
与现有技术采用水平轴风电机组利用海风发电相比，本实用新型采用垂直轴涡轮风力发电塔来发电，风能利用率高，发电量大，安装简单，便于维护，且还可利用潮汐来发电。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的海上垂直轴可升降复合式发电平台的立面图；
图2是图1的剖面图；
图3是图1的俯视图；
图4是图1中的垂直轴涡轮风力发电塔的立面图；
图5是图4的剖面图；
图6是图4中A-A模块式多级涡轮层的剖视图；
图7是图4中B-B高压气体存储层的剖视图；
图8是图4中C-C风力发电机组层的剖视图；
图9是图1中的D-D海上浮动平台的剖视图；
图10是图1中的E-E水下潮汐涡轮的剖视图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参阅图1～图3所示，本实用新型实施例提供的海上垂直轴可升降复合式发电平台，包括海上浮动平台1、垂直轴涡轮风力发电塔2、自升降平台3及水下潮汐涡轮4。
如图9所示，所述海上浮动平台1悬浮固定于海面上，为由四个小的正三角形模块组成的正三角形无动力平台，需要由拖轮拖动前进或进行转向，所述四个正三角形模块之间相互独立，结构体独立防水并相互模块式组装连接，所述海上浮动平台1包括高压空气仓11、液压油仓12及海潮发电机房13，所述高压空气仓11和液压油仓12设于所述海上浮动平台1的中间位置，所述海潮发电机房13设于所述海上浮动平台1的机舱内，所述海潮发电机房13内设有海潮发电机组14。
如图4～图8所示，所述垂直轴涡轮风力发电塔2固设于所述海上浮动平台1上，所述垂直轴涡轮风力发电塔2包括组合钢架21、模块式多级涡轮层22、高压气体存储层23和发电机组层24，所述组合钢架呈21三角塔形结构，所述模块式多级涡轮层22设在所述组合钢架21的上层，所述高压气体存储层23设在所述组合钢架21的中间层，所述发电机组层24设在所述组合钢架21的下层。
具体地，所述模块式多级涡轮层22包括可转向集风体221、外部进/出风口222、电动卷帘门223、组合风道224、电磁阀可转向百叶进风口225、主风腔226和模块式多级涡轮组227，所述可转向集风体221竖立设置在组合钢架21三角塔形结构的棱角上，所述外部进/出风口222均匀分布在组合钢架21三角塔形结构的三个平面上(在每一水平平面上都均匀分布有三个外部进/出风口222，根据风向其中一个充当进风口，此时另外两个就充当出风口)，所述电动卷帘门223设置在外部进/出风口222上(由于电动卷帘门223的存在，从而外部进/出风口222得以可变可控)，所述主风腔226位于组合风道224中心处并竖立贯穿于整个发电机组的中上部，所述电磁阀可转向百叶进风口225设置在主风腔226上并通过组合风道224与外部进/出风口222连通，所述模块式多级涡轮组227设置在主风腔226内，所述主风腔226为多个锥形圆筒形状的单级主风腔2283构成，锥形圆筒有利于加快风速对叶轮2281做功。
具体地，所述模块式多级涡轮组227由多个单级涡轮228构成，单级涡轮228由叶轮2281和花键垂直轴2282、单级主风腔2283组成，叶轮2281套装在花键垂直轴2282上，两个单级涡轮228的花键垂直轴2282由万向节229连接，多级花键垂直轴2282之间通过万向节229连接，主要是为了使单极涡轮228模块有上下、左右活动空间，并不会影响到多级花键垂直轴2282上下之间扭矩的传递；利用二个单级主风腔2283的直径差，在单级主风腔2283连接处设置了电磁阀可转向百叶进风口225。
具体地，所述高压气体存储层23内设置有压力仓231，压力仓231连接有空气压缩机232、涡轮增压器233和压缩空气及可燃气体喷口234，所述空气压缩机232由多级花键垂直轴2282驱动连接，所述涡轮增压器233设置在组合钢架21三角塔形结构各层的三个平面上，所述压缩空气及可燃气体喷口234设置在电磁阀可转向百叶进风口225上。进一步地，所述高压气体存储层23内还设置有刹车系统235，当机组维修和出现紧急情况时，将使用该刹车系统235对花键垂直轴2282进行抱死刹车，同时关闭所有外部进/出风口222，使设备停止运行，保护维修人员和设备安全。
具体地，所述模块式多级涡轮组227的多级花键垂直轴2282穿过高压气体存储层23与设置在发电机组层24内的发电机242连接。所述压缩空气及可燃气体喷口234连接有沼气燃烧装置。所述高压气体存储层23内设置有刹车系统235。所述发电机组层24内设有控制器241，所述控制器241分别与设置在发电机242及外部进/出风口222上的探测器2411连接。
本实用新型的垂直轴涡轮风力发电塔2的发电工作步骤如下：
(1)集风步骤
自然风通过三扇可转向集风体221使风量通过外部进/出风口222聚集，形成正压区，在风机背后形成负压区。
(2)整流步骤
聚集的水平风量通过组合风道224形成垂直风向，再经过电磁阀可转向百叶进风口225整流为旋转气流，其中组合风道224为弧型锥筒状，起聚集风能使其加速和改变风向和形态作用。
(3)风能转化为机械能
被加速后的旋转气流(喷射储能气流或沼气燃烧热气能)推动水平叶轮2281快速旋转(速率为50-300转/min)，然后做功后的大部分外部气流通过外部进/出风口222流出形成气流通路，部分中部强劲旋转气流被烟囱效应驱动加入上层的气流继续对叶轮2281做功直至排出，叶轮2281带动多级花键垂直轴2282将扭矩传递到底层机房。
(4)机械能转化为电能
底层机房内的花键垂直旋转轴2282通过星型齿轮组将垂直扭矩转换成为水平扭矩传递给发电机组242发电。
根据本实用新型的优选实施例，所述控制器241可以设置在机房内或者设置在风能发电机组242外部，与设置在外部进/出风口222、发电机顶部和发电机242等处的探测器2411连接，以搜集风速、风向、风压、叶轮转速，发电机温度，转速、发电量和发电质量；当风量小时，控制器通过控制集风体221张开角度，外部进/出风口222的电动卷帘门223收起高度，使外部进/出风口222扩大，当外部进/出风口222全部张开还不能满足发电量时，把之前收集在压力仓231内高压气能释放到压缩空气及可燃气体喷口234，再带动叶轮2281旋转发电；当风量大时，对集风体221进行角度控制，减少集风量，并减少外部进/出风口222的高度，以保持风量平衡通过和推动叶轮2281，使花键垂直轴2282匀速旋转，使风电机组242稳定的发电。
所述压力仓231设置在高压气能存储层23内，压力仓231通过设在各层外部进/出风口222处的涡轮增压器233收集高压气体，还可以通过设在底层24的由多级花键垂直轴2282带动的空气压缩机232收集高压气体。
如图1～图3所示，所述自升降平台3设于所述海上浮动平台1下方，所述自升降平台3包括底盘31、升降柱32及液压升降齿条系统(图中未示出)；所述升降柱32垂直设于所述底盘31和海上浮动平台1之间并靠海上浮动平台1的边缘设置，所述液压升降齿条系统设于所述升降柱32和海上浮动平台1的连接处，该液压升降齿条系统可通过调节升降柱32的高度，来调节海上浮动平台1与底盘31之间的距离。
如图10所示，所述水下潮汐涡轮4设于所述海上浮动平台1内，所述水下潮汐涡轮4设于所述海上浮动平台1和自升降平台3之间，所述水下潮汐涡轮4包括水下垂直轴螺旋桨41、集水整流涡轮42及挡水整流板43，所述集水整流涡轮42和挡水整流板43固设于所述海上浮动平台1下。该水下潮汐涡轮4的发电原理如下：当海流流入集水整流涡轮42，由于宽度逐渐变窄，海水流速逐渐加快，然后海流被垂直放入的挡水整流板43引导冲向垂直轴螺旋桨叶41的一侧，快速推动垂直轴旋转；当海潮退潮，海流又从相反方向以同样的状态进入集水整流涡轮42，在相反一侧垂直放入的挡水整流板43将海流引导冲向垂直轴螺旋桨叶41的另一侧，使垂直轴还是按照同方向旋转，从而带动所述海潮发电机房13内的海潮发电机组14发电。
本实用新型实施例提供的海上垂直轴可升降复合式发电平台的安装过程如下：
(1)首先在干船坞里将海上浮动平台1建造完成，该海上浮动平台1的排水量可以承担相应的垂直轴涡轮风力发电塔2的荷载；
(2)然后在海上浮动平台1上组装垂直轴涡轮风力发电塔2；
(3)同时进行自升降平台3的建造施工，方法是：先造出可以适应自升降平台3的海水可升降船坞，三面是池壁，一面是电动船闸，首先保持可升降船坞无水和干燥状态，进行现场自升降平台3的建造，同时进行海上浮动平台1和垂直轴涡轮风力发电塔2的建造，当全部建造完成，将可升降船坞放入海水，并保持自升降平台3的沉底状态，将海上浮动平台1和垂直轴涡轮风力发电塔2的组合体用拖轮推入可升降船坞就位，再将电动船闸放下，将海水抽干，使海上浮动平台1和垂直轴涡轮风力发电塔2的组合体缓缓落下在自升降平台3上进行就位安装使其组合成为一个整体，然后通过自升降系统升起海上浮动平台1和垂直轴涡轮风力发电塔2的组合体，进行水下垂直轴螺旋桨41、集水整流涡轮42的安装，然后再次放入海水，使水平面与海平面同高，将全部完成的海上垂直轴可升降复合式发电平台拖到指定海上发电场，该发电场距离海岸一般不超过5-10公里，水深在5-15米以内，是风力充沛的海域，平均每年有3000小时以上的风力发电时间；同时该发电厂又位于海湾的入口处，或者潮汐流速较大区域，具有大海流，每天有四次往复流动，流动时间在35％以上，平均每年有3000小时以上的水下发电时间。在风力发电的同时，水下同时进行潮汐发电，由于海水比风重的多，相同的体积的海水、同样的速度产生的能量是风能的800倍，所发电力可以通过海底电缆输送至沿海变电站升压后入网。
综上所述，与现有技术采用水平轴风电机组利用海风发电相比，本实用新型采用垂直轴涡轮风力发电塔来发电，风能利用率高，发电量大，安装简单，便于维护，且还可利用潮汐发电。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种海上垂直轴可升降复合式发电平台，其特征在于：包括海上浮动平台、垂直轴涡轮风力发电塔及自升降平台，所述海上浮动平台悬浮固定于海面上，所述垂直轴涡轮风力发电塔固设于所述海上浮动平台上，所述自升降平台设于所述海上浮动平台下方。
2.如权利要求1所述的海上垂直轴可升降复合式发电平台，其特征在于：所述海上浮动平台为三角形无动力平台，包括高压空气仓、液压油仓及海潮发电机房，所述高压空气仓和液压油仓设于所述海上浮动平台的中间位置，所述海潮发电机房设于所述海上浮动平台的机舱内，所述海潮发电机房内设有海潮发电机组。
3.如权利要求1所述的海上垂直轴可升降复合式发电平台，其特征在于：所述自升降平台包括底盘、升降柱及液压升降齿条系统，所述升降柱垂直设于所述底盘和海上浮动平台之间，所述液压升降齿条系统设于所述升降柱和海上浮动平台的连接处，所述液压升降齿条系统可通过调节升降柱的高度来调节海上浮动平台与底盘之间的距离。
4.如权利要求1所述的海上垂直轴可升降复合式发电平台，其特征在于：所述垂直轴涡轮风力发电塔包括组合钢架、模块式多级涡轮层、高压气体存储层和发电机组层，所述组合钢架呈三角塔形结构，所述模块式多级涡轮层设在所述组合钢架的上层，所述高压气体存储层设在所述组合钢架的中间层，所述发电机组层设在所述组合钢架的下层。
5.如权利要求4所述的海上垂直轴可升降复合式发电平台，其特征在于：所述模块式多级涡轮层包括可转向集风体、外部进/出风口、电动卷帘门、组合风道、电磁阀可转向百叶进风口、主风腔和模块式多级涡轮组，所述可转向集风体竖立设置在所述组合钢架三角塔形结构的棱角上，所述外部进/出风口均匀分布在所述组合钢架三角塔形结构的三个平面上，所述电动卷帘门设置在所述外部进/出风口上，所述主风腔位于所述组合钢架中心处并竖立贯穿于整个发电机组的中上部，所述电磁阀可转向百叶进风口设置在所述主风腔上并通过所述组合风道与所述外部进/出风口连通，所述模块式多级涡轮组设置在所述主风腔内；所述模块式多级涡轮组的多级花键垂直轴穿过所述高压气体存储层并与设置在所述发电机组层内的发电机组连接。
6.根据权利要求5所述的海上垂直轴可升降复合式发电平台，其特征在于：所述模块式多级涡轮组由多个单级涡轮构成，所述单级涡轮由叶轮和花键垂直轴组成，所述叶轮套装在所述花键垂直轴上，所述两个单级涡轮的花键垂直轴由万向节连接。
7.根据权利要求6所述的海上垂直轴可升降复合式发电平台，其特征在于：所述高压气体存储层内设置有压力仓，所述压力仓连接有空气压缩机、涡轮增压器和压缩空气及可燃气体喷口，所述空气压缩机由多级花键垂直轴驱动连接，所述涡轮增压器设置在所述组合钢架三角塔形结构的三个平面上，所述压缩空气及可燃气体喷口设置在所述电磁阀可转向百叶进风口上。
8.如权利要求1所述的海上垂直轴可升降复合式发电平台，其特征在于：还包括水下潮汐涡轮，所述水下潮汐涡轮设于所述海上浮动平台和自升降平台之间，所述水下潮汐涡轮包括水下垂直轴螺旋桨、集水整流涡轮及挡水整流板，所述集水整流涡轮和挡水整流板固设于所述海上浮动平台下。
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