CN215907988U - 一种用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统，包括滑轨、承载框架、波浪能发电装置和海流能发电装置，承载框架安装在滑轨上，波浪能发电装置和海流能发电装置安装在承载框架上；所述波浪能发电装置包括浮子、曲臂连杆机构和第一发电机，浮子通过曲臂连杆机构与第一发电机连接，第一发电机固定在所述承载框架上；所述海流能发电装置包括支撑架和发电机构，支撑架设置在所述承载框架上，支撑架上至少设置一套发电机构，发电机构包括水密整流罩以及设置在水密整流罩内的第二发电机和变速机构，变速机构的输入轴安装有桨叶，变速机构的输出端连接第二发电机。本实用新型将波浪能捕获装置与海流能捕获装置相结合，提高了海洋能的收集效率及发电效率。

Description

一种用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统
技术领域
本实用新型涉及一种海洋能发电装置，具体是一种用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电装置，属于海洋能发电装置技术领域。
背景技术
目前，人们对陆地资源开发已比较充分，随着能源紧缺问题的产生，人们将目光投向海洋这一蕴藏丰富能源的空间。海洋中蕴藏着丰富的能源、矿产、生物资源等，这也使得近年来人们加大了海洋装备的研发，实现对海洋的进一步探索。
现如今，海洋石油的开采已成为当今海洋能源利用的一大热点，在海域建设有海洋石油开采平台。钻井平台大致分为移动式与固定式两类，其中移动式钻井平台里的半潜式钻井平台水线面积小，受波浪影响小，移动灵活，稳定性好、自持力强、工作水深大，因而备受青睐。
海洋钻井平台的供电方式种类较多。对于近海平台而言，可采用电缆从陆地供电，也可利用伴生气、天然气或者原油发电。对于远海平台，可自带燃料进行发电，还有多个临近的平台共用一个保障平台或者加工平台集中供电的。大型的有采用燃气轮机的，小型的一般是内燃机。
海洋蕴藏着巨大的能源和资源，在追求绿色环保发展理念的当下，开发海流能和波浪能等可再生绿色能源正愈发被人们重视。依托广袤的领海面积，其未来的能源开发能力不可小觑。因此此类装置也成为众多海洋工程研究单位的重点研究和试验对象。
海洋钻井平台常年漂泊在海上，自然需要电能供给自身的正常运转。钻井平台大多在远海，海上的洋流、波浪运动产生的动能十分丰富，因此可以考虑在平台上安装利用波浪能发电装置、海流能发电装置，进行自给发电。但考虑到海洋能输出不够稳定、平台自身难以实现大规模自发电的特点，因此可采用小功率供电装置，比如供给照明、应急用电等。
当前，半潜式海洋钻井平台上亟需一种结构简单、成本低、发电效率高、应用灵活的发电装置。
发明内容
针对半潜式海洋钻井平台上的现有发电技术存在的不足，本实用新型将波浪能与海流能捕获装置相结合，提供一种结构简单、成本低、发电效率较高的用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统。
为实现上述目的，本实用新型的用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统采用以下技术方案：
该发电系统，包括滑轨、承载框架、波浪能发电装置和海流能发电装置，承载框架安装在滑轨上，波浪能发电装置和海流能发电装置安装在承载框架上；所述波浪能发电装置包括浮子、曲臂连杆机构和第一发电机，浮子通过曲臂连杆机构与第一发电机连接，第一发电机固定在所述承载框架上；所述海流能发电装置包括支撑架和发电机构，支撑架设置在所述承载框架上，支撑架上至少设置一套发电机构，发电机构包括水密整流罩、第二发电机和变速机构，水密整流罩设置在支撑架上，第二发电机和变速机构设置在水密整流罩内，第二发电机与变速机构的输出端连接，变速机构的输入轴伸出水密整流罩，输入轴伸出端安装有桨叶。
所述承载框架包括上顶板、后桁架、前桁架和下底板，上顶板的四角分别通过两根后桁架和两根前桁架与下底板的四角连接形成一个整体框架，所述滑轨通过滑轮设置在后桁架上，所述波浪能发电装置和海流能发电装置分别设置在上顶板和下底板上。
所述浮子为中空的倒圆台壳体结构，大端(直径较大的圆面)朝上，通过销轴与曲臂铰接。
所述曲臂连杆机构包括曲臂、内啮合齿轮和变速齿轮；曲臂一端与浮子铰接，另一端通过转轴安装在承载框架上并固定所述内啮合齿轮；变速齿轮安装在第一发电机的转子上并与内啮合齿轮相啮合。
所述支撑架包括垂直撑杆、水平连杆和导流板，垂直撑杆固定在承载框架上，水平连杆通过转轴安装在垂直撑杆上，水平连杆的一端安装有导流板，另一端安装有第二发电机。所述水平连杆包括水平杆、主杆和分叉杆，水平杆通过所述转轴安装在垂直撑杆上，一端固定连接在主杆的中部，另一端安装所述导流板；主杆上连接有至少一个分叉杆。
所述水密整流罩呈水滴状。
所述变速机构为齿轮变速机构，包括齿轮箱、一级齿轮、二级齿轮和棘爪，一级齿轮安装在输入轴(桨叶的转轴)上，棘爪连接在齿轮箱上并搭在一级齿轮的轮齿上，二级齿轮安装在所述第二发电机的转子上并与一级齿轮相啮合。棘爪实现一级齿轮的单方向旋转，从而使得输入轴伸出发电机产生电流仅有一个方向。
滑轨竖直固定安装在半潜式海洋钻井平台的柱腿外立面上，承载框架在滑轨上上下移动，实现沿柱腿竖直方向的垂直滑动。浮子漂浮在海平面，可随波浪运动在垂直于海平面内作垂荡运动，带动曲臂转动，从而驱动第一发电机发电。桨叶式海流能发电装置在海平面以下，海流流过时驱动桨叶转动，桨叶通过变速机构带动第二发电机发电，同时导流板受海流的作用力影响使海流能发电装置随时向正对海流流向靠拢，推动桨叶转动产生更多电能。在钻井平台拖航至勘探地点之前，可通过绳索等设备将承载框架沿滑轨提升至水面以上，以免影响航行。
本实用新型的海洋能发电系统用于半潜式海洋钻井平台，将波浪能发电和海流能发电两种方式相结合，水面以上依靠波浪能发电，水面以下依靠海流能发电。本实用新型具有以下特点：
1.可以为长期漂浮在海上的钻井平台进行小范围供电，缓解海洋平台的用电紧张问题。
2.将波浪能捕获装置与海流能捕获装置相结合，提高了海洋能的收集效率，从而实现更多功率的发电效果。
3.安装在半潜式海洋平台柱腿的外立面，方便拆卸，同时可以自动调节高度，避免对钻井平台的拖航造成影响。
4.采用浮子式波浪能发电装置，根据最新研究浮子采用倒圆台状，提高了对波浪能的捕获效率。
5.海流能发电装置中采用水平轴桨叶布置结构，同时安装导流板，可随洋流方向调节桨叶转轴方向，提高洋流推动桨叶的转动效率。
附图说明
图1是本实用新型用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电装置的结构示意图。
图2是本实用新型中浮子式波浪能发电装置的结构示意图。
图3是本实用新型中桨叶式海流能发电装置的结构示意图。
图4是本实用新型中桨叶式海流能发电装置的变速机构示意图。
图中：1.后桁架，2.滑轨，3.上顶板，4.内啮合齿轮，5.变速齿轮，6.第一发电机，7.曲臂，8.浮子，9.前桁架，10.下底板，11.整流罩，12.桨叶，13.水平连杆，14.导流板，15.滑轮，16.连接转轴，17.大臂端，18.销轴，19.小臂端，20.第一分叉杆，21.主杆，22.水平杆，23.垂直撑杆，24.转轴，25.第二分叉杆，26.一级齿轮，27.棘爪，28.二级齿轮，29.齿轮箱。
具体实施方式
本实用新型的海洋能发电系统用于半潜式海洋钻井平台，具体安装在半潜式海洋钻井平台的桩腿位置，水面与空气的交界处。该装置将波浪能发电和海流能发电两种方式相结合，水面以上依靠波浪能发电，水面以下依靠海流能发电。
如图1所示，本实用新型的发电装置包括滑轨2、承载框架、浮子式波浪能发电装置和桨叶式海流能发电装置。滑轨竖直固定安装在半潜式海洋钻井平台的柱腿外立面上，承载框架安装在滑轨上，可在滑轨上自由上下移动，实现沿柱腿竖直方向的垂直滑动。浮子式波浪能发电装置和桨叶式海流能发电装置安装在承载框架上。
承载框架包括上顶板3、后桁架1、前桁架9和下底板10。上顶板3的四角部位分别通过两根后桁架1和两根前桁架9与下底板10的四角部位连接，形成一个整体框架。后桁架1上安装有滑轮15，滑轮15设置在滑轨2上，两者配合使得承载框架整体可沿滑轨2竖直滑动，在钻井平台拖航至勘探地点之前，可通过绳索等设备将承载框架沿滑轨2提升至水面以上，以免影响航行。
参见图1和图2，浮子式波浪能发电装置安装在承载框架的上顶板3上，其结构包括浮子8、曲臂连杆机构和第一发电机6，浮子8通过曲臂连杆机构与第一发电机6连接，第一发电机6固定在承载框架的上顶板3上。曲臂连杆机构包括曲臂7和变速机构，变速机构包括内啮合齿轮4和变速齿轮5。曲臂7为一整体结构，其中靠近海面的部分为小臂端19，远离海面的部分为大臂端17，小臂端19通过销轴18与浮子8铰接。浮子8为中空的倒圆台壳体结构，大端(直径较大的圆面)朝上，大端通过销轴18与曲臂7的小臂端19连接，小臂端19可绕销轴18转动。曲臂7的大臂端17通过转轴16安装在承载框架的上顶板3上。大臂端17外侧有一段为四分之一圆弧段，转轴16设置在该圆弧段中垂线处，与承载框架的上顶板3的矩形开口(参见图1)侧面的轴孔相连接。内啮合齿轮4固定在曲臂7的大臂端17，变速齿轮5安装在发电机6的转子上并与内啮合齿轮4相啮合。
浮子8漂浮在海平面，可随波浪运动在垂直于海平面内作垂荡运动，带动曲臂7绕转轴16转动，使得内啮合齿轮4发生转动，与内啮合齿轮4相啮合的变速齿轮5也随之转动，从而带动第一发电机6发电。
参见图1和图3，桨叶式海流能发电装置包括支撑架、水密整流罩11、第二发电机和变速机构。支撑架设置在承载框架的下底板10上，水密整流罩11设置在支撑架上。支撑架包括垂直撑杆23、水平连杆13、转轴24和导流板14。垂直撑杆23垂直固定在承载框架的下底板10上，水平连杆13通过转轴24安装在垂直撑杆23上，水平连杆13的一端安装有导流板14，另一端安装有发电机构。水平连杆13的形状为类似字母“Y”的分叉式结构，包括水平杆22、主杆21、第一分叉杆20和第二分叉杆25；水平杆22通过转轴24安装在垂直撑杆23上，一端固定连接在主杆22的中部，另一端安装导流板14；第一分叉杆20和第二分叉杆25对称布置于水平杆22两侧，且分别连接在主杆21的两端。导流板14为一呈机翼状舵片，其圆钝面固定连接在水平杆22上，且两侧流线面垂直于水平面安装。水平连杆13(水平杆22)可在平面内绕转轴24自由转动一定角度。
第一分叉杆20和第二分叉杆25上分别安装一套发电机构，发电机构包括水密整流罩11以及设置在水密整流罩11内的第二发电机和变速机构，水密整流罩11呈水滴状，第二发电机与变速机构的输出端连接，变速机构的输入轴伸出水密整流罩11，输入轴伸出端安装有桨叶12，三根桨叶绕水密整流罩11圆周均匀设置，形成三叶桨，桨叶可绕水密整流罩11轴线(变速机构的输入轴)转动。变速机构如图4，为齿轮变速机构，包括齿轮箱29、一级齿轮26、二级齿轮28和棘爪27，一级齿轮26通过键连接方式安装在桨叶12的转轴上，棘爪27通过连接轴连接在齿轮箱29上，并搭在一级齿轮26的轮齿上，实现一级齿轮26的单方向旋转，从而使得输入轴伸出发电机产生电流仅有一个方向；二级齿轮26安装在第二发电机的转子上，并与一级齿轮26相啮合。桨叶12的转轴(变速机构的输入轴)、一级齿轮26、二级齿轮28和棘爪27的连接轴均采用水平布置。
桨叶式海流能发电装置在海平面以下，海流流过时，可驱动桨叶12转动，桨叶12通过齿轮变速机构带动第二发电机发电，同时导流板14受海流的作用力可产生相对于转轴24的作用力矩，使得水平连杆13转动，让该系统随时向正对海流流向靠拢，推动桨叶12转动产生更多电能。

Claims (8)

1.一种用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统，其特征是：包括滑轨、承载框架、波浪能发电装置和海流能发电装置，承载框架安装在滑轨上，波浪能发电装置和海流能发电装置安装在承载框架上；
所述波浪能发电装置包括浮子、曲臂连杆机构和第一发电机，浮子通过曲臂连杆机构与第一发电机连接，第一发电机固定在所述承载框架上；
所述海流能发电装置包括支撑架和发电机构，支撑架设置在所述承载框架上，支撑架上至少设置一套发电机构，发电机构包括水密整流罩、第二发电机和变速机构，水密整流罩设置在支撑架上，第二发电机和变速机构设置在水密整流罩内，第二发电机与变速机构的输出端连接，变速机构的输入轴伸出水密整流罩，输入轴伸出端安装有桨叶。
2.根据权利要求1所述的用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统，其特征是：所述承载框架包括上顶板、后桁架、前桁架和下底板，上顶板的四角分别通过两根后桁架和两根前桁架与下底板的四角连接形成一个整体框架，所述滑轨通过滑轮设置在后桁架上，所述波浪能发电装置和海流能发电装置分别设置在上顶板和下底板上。
3.根据权利要求1所述的用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统，其特征是：所述浮子为中空的倒圆台壳体结构，大端朝上，通过销轴与曲臂铰接。
4.根据权利要求1所述的用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统，其特征是：所述曲臂连杆机构包括曲臂、内啮合齿轮和变速齿轮；曲臂一端与所述浮子铰接，另一端通过转轴安装在承载框架上并固定所述内啮合齿轮；变速齿轮安装在第一发电机的转子上并与内啮合齿轮相啮合。
5.根据权利要求1所述的用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统，其特征是：所述支撑架包括垂直撑杆、水平连杆和导流板，垂直撑杆固定在承载框架上，水平连杆通过转轴安装在垂直撑杆上，水平连杆的一端安装有导流板，另一端安装有第二发电机。
6.根据权利要求5所述的用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统，其特征是：所述水平连杆包括水平杆、主杆和分叉杆，水平杆通过所述转轴安装在垂直撑杆上，一端固定连接在主杆的中部，另一端安装所述导流板；主杆上连接有至少一个分叉杆。
7.根据权利要求1所述的用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统，其特征是：所述水密整流罩呈水滴状。
8.根据权利要求1所述的用于半潜式海洋钻井平台的海洋能发电系统，其特征是：所述变速机构为齿轮变速机构，包括齿轮箱、一级齿轮、二级齿轮和棘爪，一级齿轮安装在输入轴上，棘爪连接在齿轮箱上并搭在一级齿轮的轮齿上，二级齿轮安装在所述第二发电机的转子上并与一级齿轮相啮合。
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