CN206386229U - 具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机 - Google Patents

Abstract

一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，其浮式基础设有封闭的气室，所述气室在其上部空间隔离出一压缩舱，所述压缩舱通过出气口与外部气室舱连通，其出气口处设有涡轮发电机，浮式基础的外围设有减摇装置，所述减摇装置设有与压缩舱连通的第一气囊腔，所述压缩舱的下方还设有与压缩舱连通的第二气囊腔。本实用新型浮式风机通过在浮式基础外部和外侧设置减摇装置来实现对浮式结构物运动响应的控制，利用浮式基础在海面上的垂荡、横摇、纵摇等会对第一、第二气囊腔内的气体进行挤压，给压缩舱室充气，进而带动涡轮放电机转动发电，有效地将浮式基础的运动能转换为电能，提高了系统整体的稳定性和可再生能源的利用效率。

Description

具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机

技术领域

本实用新型属于绿色发电技术领域，具体涉及一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机。

背景技术

21世纪，随着人类社会向海洋的快速进军，大量的海洋浮式结构物大量出现，如海上浮式风电装置、浮式钻井平台、生产平台等。由于海洋浮式结构所处环境的特殊性，浮式结构物的运动性能越来越得到重视，对海上浮式结构的运动响应有效的控制，是对其在生命周期内安全使用的有效保障。目前海上风能发电技术正在不断向深海扩展，深海风机技术是国内外研究的热点，海上风能发电从浅海的桩柱型向深海的浮式发展是必然趋势。由于波浪作用，特别是在恶劣环境条件下，浮式风机结构会产生较大运动响应，这对风机结构会产生破坏，同时平台的运动隐含着大量的动能，构成了不稳定的因素。

实用新型内容

针对现有技术存在问题，本实用新型提供了一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，其技术方案为：

一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，设有风力发电机、塔架和浮式基础，所述风力发电机安装在塔架顶部，塔架底部固定在所述浮式基础上，其特征在于：

所述浮式基础设有封闭的气室，所述气室在其位于浮式基础吃水线以上的上部空间隔离出一压缩舱，所述压缩舱通过出气口与外部气室舱连通，所述出气口处设有涡轮发电机；

所述浮式基础的外围均匀设有若干减摇装置，所述减摇装置设有开口向下的第一气囊腔，所述第一气囊腔的底部开口端处于水面以下，第一气囊腔的上部通过第一进气口与所述压缩舱连通，所述第一进气口内设有仅朝压缩舱方向打开的第一单向进气阀，所述第一气囊腔还设有与浮式基础外部空间连通的进气孔，所述进气孔中设置了仅朝第一气囊腔方向打开的单向进气阀，或者将进气孔设置在第一气囊腔外壁下部接近水面的位置；

所述浮式基础在所述压缩舱的下方设有开口向下的第二气囊腔，所述第二气囊腔的底部开口端处于水面以下，所述第二气囊腔通过位于其顶部的第二进气口与压缩舱连通，所述第二进气口内设有仅朝压缩舱方向打开的第二单向进气阀，所述第二气囊腔还设有与所述外部气室舱连通的进气管，所述进气管中设置了仅朝第二气囊腔方向打开的单向进气阀，或者将进气管连接第二气囊腔的一端设置在第二气囊腔腔壁下部接近水面的位置。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

所述减摇装置设有一斜板，所述斜板顶端与浮式基础的外壁连接，斜板两侧通过侧板封闭，构成所述第一气囊腔。

所述侧板为柔性材料或弹性材料制成，斜板顶端与浮式基础活动连接，所述减摇装置设有控制斜板倾斜角度的调节装置。

所述调节装置为液压伸缩器，所述液压伸缩器安装在第一气囊腔中，两端分别与所述斜板、浮式基础外壁活动连接。

所述塔架的中心杆设有若干个单元段，所述单元段之间通过减振装置衔接，所述减振装置包括内管、外管以及均匀分布在内、外管壁之间的多个缓冲减振机构，所述减振装置以可拆卸的安装方式与上、下单元段刚性连接。

所述内管中设有支撑钢架。

所述缓冲减振机构设有磁流变阻尼器、加速度传感器、伸缩器以及检测伸缩器伸缩状态的角度传感器，相邻缓冲减振机构之间的管腔内填充有聚氨酯减振材料；

所述磁流变阻尼器的阻尼筒与内管外壁或外管内壁连接，从阻尼筒中伸出的活塞杆顶端相应地抵住外管内壁或内管外壁，所述加速度传感器与磁流变阻尼器的电流控制器连接；

所述伸缩器为交叉式伸缩架或具有波纹折边的管状伸缩器，伸缩器两端分别连接在减振装置的内管壁和外管壁上，所述角度传感器与所述电流控制器（连接。

所述上、下单元段通过法兰结构与减振装置刚性连接，且上、下单元段与减振装置的对接部位之间设有橡胶垫片。

所述浮式基础通过锚泊系统固定在海床上。

有益效果：

本实用新型浮式风机通过在浮式基础外部和外侧设置减摇装置来实现对浮式结构物运动响应的控制，利用浮式基础在海面上的垂荡、横摇、纵摇等会对第一、第二气囊腔内的气体进行挤压，给压缩舱室充气，进而带动涡轮放电机转动发电，有效地将浮式基础的运动能转换为电能，提高了系统整体的稳定性和可再生能源的利用效率。

附图说明

图1为本实用新型浮式风机的整体结构示意图 ；

图2为浮式基础的局部剖面结构示意图；

图3为图2的局部结构示意图；

图4为减摇装置的结构示意图；

图5为浮式基础的俯视图；

图6为减振装置与上、下管段的连接结构示意图；

图7为减振装置的结构示意图；

图8为减振装置的局部结构示意图；

图9为缓冲减振机构的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步阐明本实用新型的技术方案和工作原理，下面结合附图与具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，由风力发电机1、塔架2、浮式基础5和锚泊系统等部分组成。

如图1所示，所述风力发电机1安装在塔架2顶部，塔架2底部固定在所述浮式基础5上，而所述浮式基础5则通过锚泊系统固定在海床上。

所述浮式基础5优选采用六角式浮体结构，塔架2中心杆通过支撑架固定在浮式基础5的中心处。如图2、图3所示，所述浮式基础5设有封闭的气室，所述气室在其位于浮式基础5吃水线以上的上部空间隔离出一压缩舱5-4，所述压缩舱5-4通过出气口与外部气室舱（除了压缩舱之外的气室部分）连通，所述出气口处设有涡轮发电机5-5，涡轮发电机5-5与蓄电装置连接。

所述浮式基础5在其外围均匀的设置了多个减摇装置4，所述减摇装置4设有开口向下的第一气囊腔5-1，所述第一气囊腔5-1的底部开口端处于水面以下，第一气囊腔5-1的上部通过第一进气口与所述压缩舱5-4连通，所述第一进气口设置压缩舱的外部舱壁上，第一进气口内设有仅朝压缩舱5-4方向打开的第一单向进气阀5-6。所述第一气囊腔5-1还设有与浮式基础5外部空间连通的进气孔5-8。所述进气孔5-8中设置了仅朝第一气囊腔5-1方向打开的单向进气阀，或者也可不设单向进气阀，而将进气孔5-8设置在第一气囊腔5-1外壁下部接近水面的位置。

所述浮式基础5在所述压缩舱5-4的下方设有开口向下的第二气囊腔5-2，所述第二气囊腔5-2的底部开口端处于水面以下，所述第二气囊腔5-2通过位于其顶部的第二进气口与压缩舱5-4连通，所述第二进气口内设有仅朝压缩舱5-4方向打开的第二单向进气阀5-7。所述第二气囊腔5-2还设有与所述外部气室舱连通的进气管，所述进气管的上部通过固定装置5-10固定在外部气室舱中，所述进气管连接第二气囊腔5-2的一端设置在第二气囊腔腔壁下部接近水面的位置，且进气管中设置了仅朝第二气囊腔5-2方向打开的单向进气阀。

所述减摇装置4设有一斜板和控制斜板倾斜角度的调节装置，所述斜板顶端与浮式基础5的外壁通过柔性橡胶套5-12活动连接，斜板两侧通过橡胶侧板密封，构成了所述第一气囊腔5-1。所述调节装置为液压伸缩器5-3，所述液压伸缩器5-3的两端分别与所述斜板、浮式基础5外壁活动连接，其液压管路5-11及控制器5-9安装在压缩舱5-9下方一封闭的舱室中，所述控制器5-9可通过预加载程序，根据环境条件的恶劣程度，对液压伸缩器进行智能控制（遗传算法、模糊控制算法、神经网络算法等），主动调节液压伸缩器的伸缩量，进而优化减摇装置的减摇效果。

为了方便塔架2的安装、运输与维修，本实施例中，将塔架2设置为可拆卸的组装方式。如图1、图6所示，所述塔架2的中心杆设有若干个单元段，所述单元段之间通过减振装置3衔接。

如图1至图9所示，所述减振装置3包括内管、外管以及均匀分布在内、外管壁之间的五套缓冲减振机构，所述减振装置3与上、下单元段通过法兰结构刚性连接，且上、下单元段与减振装置3的对接部位之间设有橡胶垫片10。

所述内管中设有对应缓冲减振机构的五角形支撑钢架3-8，相邻缓冲减振机构之间的管腔内填充有聚氨酯减振材料3-7。

所述缓冲减振机构包括伸缩器3-1、角度传感器3-2、磁流变阻尼器、放大器3-4和加速度传感器3-5等组成部分。所述磁流变阻尼器的阻尼筒3-3与内管外壁连接，从阻尼筒中伸出的活塞杆顶端相应地抵住外管内壁，所述加速度传感器3-5的信号输出端通过放大器3-4与磁流变阻尼器的电流控制器3-6连接。所述伸缩器3-1为交叉式伸缩架或具有波纹折边的管状伸缩器，伸缩器3-1两端分别连接在减振装置3的内管壁和外管壁上，所述角度传感器3-2用于监测伸缩器的伸缩状态，其输出端亦通过放大器3-4与所述电流控制器3-6连接。

所述电流控制器3-6与电源设备连接，并设有处理模块用于分析判断上述传感器采集的数据信号，所述处理模块根据判断结果向阻尼筒3-3（即阻尼发生器）线圈输出相应的控制电流，调节阻尼筒3-3产生合适的阻尼力，保护塔架2及风力发电机1安全稳定的工作。

本实用新型浮式风机运动响应控制及运动能转换的原理为：浮式基础5随着波浪摇动时，第一、第二气囊腔内的气体被波面往复挤压，气体通过第一、第二进气口进入压缩舱5-4，使压缩舱与外部气室舱之间产生压差，使涡轮发电机5-5驱动发电，第一气囊腔5-1内被挤出的气体可通过进气孔5-8从外部补充，而第二气囊腔5-2内被挤出的气体可通过进气管从所述外部气室舱中补充，形成循环。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，设有风力发电机（1）、塔架（2）和浮式基础（5），所述风力发电机（1）安装在塔架（2）顶部，塔架（2）底部固定在所述浮式基础（5）上，其特征在于：

所述浮式基础（5）设有封闭的气室，所述气室在其位于浮式基础（5）吃水线以上的上部空间隔离出一压缩舱（5-4），所述压缩舱（5-4）通过出气口与外部气室舱连通，所述出气口处设有涡轮发电机（5-5）；

所述浮式基础（5）的外围均匀设有若干减摇装置（4），所述减摇装置（4）设有开口向下的第一气囊腔（5-1），所述第一气囊腔（5-1）的底部开口端处于水面以下，第一气囊腔（5-1）的上部通过第一进气口与所述压缩舱(5-4)连通，所述第一进气口内设有仅朝压缩舱（5-4）方向打开的第一单向进气阀（5-6），所述第一气囊腔（5-1）还设有与浮式基础（5）外部空间连通的进气孔（5-8），所述进气孔（5-8）中设置了仅朝第一气囊腔（5-1）方向打开的单向进气阀，或者将进气孔（5-8）设置在第一气囊腔（5-1）外壁下部接近水面的位置；

所述浮式基础（5）在所述压缩舱（5-4）的下方设有开口向下的第二气囊腔（5-2），所述第二气囊腔（5-2）的底部开口端处于水面以下，所述第二气囊腔（5-2）通过位于其顶部的第二进气口与压缩舱（5-4）连通，所述第二进气口内设有仅朝压缩舱（5-4）方向打开的第二单向进气阀（5-7），所述第二气囊腔（5-2）还设有与所述外部气室舱连通的进气管，所述进气管中设置了仅朝第二气囊腔（5-2）方向打开的单向进气阀，或者将进气管连接第二气囊腔的一端设置在第二气囊腔腔壁下部接近水面的位置。

2.根据权利要求1所述的一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，其特征在于，所述减摇装置（4）设有一斜板，所述斜板顶端与浮式基础（5）的外壁连接，斜板两侧通过侧板封闭，构成所述第一气囊腔（5-1）。

3.根据权利要求2所述的一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，其特征在于，所述侧板为柔性材料或弹性材料制成，斜板顶端与浮式基础（5）活动连接，所述减摇装置（4）设有控制斜板倾斜角度的调节装置。

4.根据权利要求3所述的一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，其特征在于，所述调节装置为液压伸缩器，所述液压伸缩器安装在第一气囊腔（5-1）中，两端分别与所述斜板、浮式基础（5）外壁活动连接。

5.根据权利要求1所述的一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，其特征在于，所述塔架（2）的中心杆设有若干个单元段，所述单元段之间通过减振装置（3）衔接，所述减振装置（3）包括内管、外管以及均匀分布在内、外管壁之间的多个缓冲减振机构，所述减振装置（3）以可拆卸的安装方式与上、下单元段刚性连接。

6.根据权利要求5所述的一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，其特征在于，所述内管中设有支撑钢架（3-8）。

7.根据权利要求5所述的一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，其特征在于：

所述缓冲减振机构设有磁流变阻尼器、加速度传感器（3-5）、伸缩器（3-1）以及检测伸缩器（3-1）伸缩状态的角度传感器（3-2），相邻缓冲减振机构之间的管腔内填充有聚氨酯减振材料（3-7）；

所述磁流变阻尼器的阻尼筒（3-3）与内管外壁或外管内壁连接，从阻尼筒中伸出的活塞杆顶端相应地抵住外管内壁或内管外壁，所述加速度传感器（3-5）与磁流变阻尼器的电流控制器（3-6）连接；

所述伸缩器（3-1）为交叉式伸缩架或具有波纹折边的管状伸缩器，伸缩器（3-1）两端分别连接在减振装置（3）的内管壁和外管壁上，所述角度传感器（3-2）与所述电流控制器（3-6）连接。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，其特征在于，所述上、下单元段通过法兰结构与减振装置（3）刚性连接，且上、下单元段与减振装置（3）的对接部位之间设有橡胶垫片。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的一种具有运动响应控制及运动能转换设备的深海浮式风机，其特征在于，所述浮式基础（5）通过锚泊系统固定在海床上。