CN216477676U - 减摇浮式海上风力发电机 - Google Patents

Abstract

减摇浮式海上风力发电机，包括风力机、塔架、浮式平台，所述浮式平台包括立柱、浮筒、垂荡板，所述立柱设有三个，立柱呈三角形分布且竖直设置，每个立柱上均套设有环形的垂荡板，所述垂荡板包括上垂荡板、下垂荡板，上垂荡板套设在立柱高度的三分之一处，下垂荡板套设在立柱底部，相邻立柱上的上垂荡板之间通过浮筒连接；浮式平台上的其中一个立柱位于迎浪侧，浮式平台余下的两根立柱位于背浪测，所述塔架安装在迎浪侧的立柱上，风力机安装于塔架上顶端；浮式平台上背浪测的两根立柱上还分别对称的设有减少浮式平台摇动的减摇装置。本实用新型公开的海上浮式风力发电机具有优异的减摇功能，使海上浮式风力发电机在运行过程中更加安全和可靠。

Description

减摇浮式海上风力发电机

技术领域

本实用新型属于海洋可再生能源开发领域，尤其涉及一种减摇浮式海上风力发电机。

背景技术

全球化石能源的消耗带来严重的污染问题，各国政府纷纷出台相关政策推动可再生能源的发展。海上风能具有低污染、能源储量大、风力稳定、风速高、不占用陆地面积、可开发规模更大等优点，已逐渐成为可再生能源开发的热点。随着水深的增加，固定式海上风力发电机在经济成本、结构强度等方面已无法满足海上风能开发的需要，与之相比，漂浮式基础结构拓展了海上风电的适用范围，打破了水深的限制，为深远海风能开发提供了可能。

目前，海上风力发电机按照基础结构为划分依据，主要分为单柱式基础、张力腿基础、驳船式机组和半潜式基础。其中，单柱式、半潜式及驳船式基础结构的浮式风机的样机测试工作已经在世界各地开展。在我国，考虑到建设成本、环境条件和技术成熟度等因素，浮式风机的开发设计多采用稳定性较高、安装便捷的半潜式基础。半潜漂浮式风机存在的问题是，在风荷载的作用下，会产生较大的纵摇角度，从而影响风力机的发电效率和质量，同时加剧整体结构的疲劳损伤，影响结构寿命。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型公开一种减摇浮式海上风力发电机，能有效的降低海浪冲击导致的海上风力发电机摇动，具体方案如下：

减摇浮式海上风力发电机，包括风力机、塔架、浮式平台，所述浮式平台包括立柱、浮筒、垂荡板，所述立柱设有三个，立柱呈三角形分布且竖直设置，每个立柱上均套设有环形的垂荡板，所述垂荡板包括上垂荡板、下垂荡板，上垂荡板套设在立柱高度的三分之一处，下垂荡板套设在立柱底部，相邻立柱上的上垂荡板之间通过浮筒连接；所述浮式平台上的其中一个立柱位于迎浪侧，浮式平台余下的两根立柱位于背浪测，所述塔架安装在迎浪侧的立柱上，风力机安装于塔架上顶端；所述浮式平台上背浪测的两根立柱上还分别对称的设有减少浮式平台摇动的减摇装置。

优选地，所述减摇装置包括减摇叶片、转动轴、角速度陀螺仪、信号处理系统、传动系统；所述立柱为空心柱状结构，立柱高度方向从下至上依次设有下层腔室、中层腔室、上层腔室，各层腔室相对密封设置，下层腔室内存放压载水，中层腔室为间隔腔室，上层腔室内设置有角速度陀螺仪、信号处理系统、传动系统，角速度陀螺仪与信号处理系统连接，信号处理系统与传动系统连接，上垂荡板套设于立柱的上层腔室外部，转动轴的直径小于上垂荡板的厚度，转动轴的一端与传动系统连接，转动轴的另一端穿过立柱侧壁和上垂荡板后与设置于上垂荡板背浪测的减摇叶片连接，转动轴的轴向与海浪的运动方向平行。

优选地，所述传动系统包括驱动电机、第一齿轮、第二齿轮、箱座，所述箱座固设于立柱的上层腔室内，第一齿轮、第二齿轮设于箱座上且第一齿轮与第二齿轮相互啮合，驱动电机固设于立柱的上层腔室内且电机转轴端部与第一齿轮的端面固定连接，转动轴远离减摇叶片的一端与第二齿轮的端面固定连接，所述信号处理系统与电机连接。

优选地，所述减摇叶片为对称翼型结构，减摇叶片弦长的长度方向与转动轴的轴向相互垂直，转动轴与减摇叶片的前缘一侧连接，所述减摇叶片展弦比为。

优选地，所述减摇叶片的旋转角度范围为±60度。

优选地，所述上垂荡板与下垂荡板内均设有加强筋。

优选地，还包括系泊系统，所述系泊系统包括锚、锚链，锚沉于海床上，锚链上端与浮式平台上的立柱连接，锚链的下端与锚连接。

有益效果：

1.相比于现有传统的浮式风力发电机，减摇装置的安装可以减少由于气动和水动力荷载而产生的大幅度纵摇运动，提高了结构稳定性和发电效率，降低了疲劳损伤程度，最终可以延长风力发电机的使用寿命，提升经济性能。

2.相比于传统被动减摇装置，通过陀螺仪和控制器对浮式风机的运动情况进行监测和分析，根据不同的运动响应对执行机构发出相应指令，可以有效提高减摇效率。

附图说明

图1为本实用新型立体结构示意图。

图2为实用新型浮式结构示意图。

图3为本实用新型浮式平台结构示意图。

图4为本实用新型转动轴与减摇叶片结构示意图。

图5为本实用新型传动系统结构示意图。

其中：1.风力机、2.塔架、3.浮式平台、4.立柱、5.浮筒、6.垂荡板、7.上垂荡板、8.下垂荡板、9.减摇装置、10.减摇叶片、11.转动轴、12.传动系统、13.驱动电机、14.第一齿轮、15.第二齿轮、16.箱座、17.系泊系统。

具体实施方式

如图1至图5所示，本专利中海浪运动方向为减摇浮式海上风力发电机的纵摇方向，垂直于海浪运动方向为横摇方向。减摇浮式海上风力发电机，包括风力机1、塔架2、浮式平台3，所述浮式平台3包括立柱4、浮筒5、垂荡板6，所述立柱4设有三个，立柱4呈三角形分布且竖直设置，每个立柱4上均套设有环形的垂荡板6，所述垂荡板6包括上垂荡板7、下垂荡板8，上垂荡板7套设在立柱4高度的三分之一处，下垂荡板8套设在立柱4底部，垂荡板6的设置可以抑制浮式平台3纵摇运动；相邻立柱4上的上垂荡板7之间通过浮筒5连接；所述浮式平台3上的其中一个立柱4位于迎浪侧，余下两根立柱4位于浮式平台3 的背浪测，浮式平台3可通过浮筒5漂浮于海面上；所述塔架2安装在迎浪侧的立柱4上，风力机1安装于塔架2上顶端；所述浮式平台3上背浪测的两根立柱 4上还分别对称的设有减少浮式平台3摇动的减摇装置9。

本实施例中，减摇装置9包括减摇叶片10、转动轴11、角速度陀螺仪、信号处理系统、传动系统12；所述立柱4为空心柱状结构，立柱4高度方向从下至上依次设有下层腔室、中层腔室、上层腔室，各层腔室相对密封设置，下层腔室内存放压载水，以维持浮式平台3的整体平衡性，保证结构稳定性，中层腔室为间隔腔室，其目的是可以避免压载水外溢对机械设备和电路造成损伤，上层腔室内设置有角速度陀螺仪、信号处理系统、传动系统12，角速度陀螺仪与信号处理系统连接，信号处理系统与传动系统12连接，上垂荡板7套设于立柱4的上层腔室外部，转动轴11的直径小于上垂荡板7的厚度，转动轴11的一端与传动系统12连接，转动轴11的另一端穿过立柱4侧壁和上垂荡板7后与设置于上垂荡板7背浪测的减摇叶片10连接，转动轴11的轴向纵摇方向平行，当风力发电机在空气和波浪荷载的共同作用下进行纵摇运动时，角速度陀螺仪可以实时监测平台的运动情况，将信号传递给信号处理系统，信号处理系统接收反映实时监测平台的运动情况的数据，可以通过比如查表的方式确定转动数据，并向传动系统12发出指令，传动系统12驱动转动轴11带动减摇叶片10运动，减摇叶片 10在水中旋转实现最终的减摇目的，为提高信号处理系统使用效果。

本实施例中，所述传动系统12包括驱动电机13、第一齿轮14、第二齿轮 15、箱座16，所述箱座16固设于立柱4的上层腔室内，第一齿轮14、第二齿轮 15设于箱座16上且第一齿轮14与第二齿轮15相互啮合，驱动电机13固设于立柱4的上层腔室内且电机转轴端部与第一齿轮14的端面固定连接，转动轴11 远离减摇叶片10的一端与第二齿轮15的端面固定连接，所述信号处理系统与电机连接，当风力发电机在空气和波浪荷载的共同作用下进行纵摇运动时，电机可驱动第一齿轮14带动第二齿轮15转动，第二齿轮15带动转动轴11驱动减摇叶片10旋转。

本实施例中，所述减摇叶片10为对称翼型结构，减摇叶片10弦长的长度方向与转动轴11的轴向相互垂直，转动轴11与减摇叶片10的前缘一侧连接，通过减摇叶片10主动拍水获得反作用力，从而产生减摇力矩。所述减摇叶片10 基于上述结构能够取得较小的展弦比，通过较小的展弦比实现较大的升力。

本实施例中，可设置减摇叶片10的旋转角度范围为±60度，从而延长升力产生的时间，提升减摇效果。减摇叶片10的安装位置和角度、翼型以及转动角度范围需要根据浮式平台3结构、目标场址风浪条件、材料、经济性、预期的减摇效果等要求进行调整。

本实施例中，上垂荡板7与下垂荡板8内均设有加强筋，以保证上垂荡板7 与下垂荡板8的结构强度。

本实施例中，还包括系泊系统17，所述系泊系统17包括锚、锚链，锚沉于海床上，锚链上端与浮式平台3上的立柱4连接，锚链的下端与锚连接，通过系泊系统17的设置，实现浮式平台3运动的目的。

工作原理：

当减摇浮式海上风力发电机在风力和波浪荷载的共同作用下进行纵摇运动时，角速度陀螺仪可以实时监测平台的运动情况，将信号传递给信号处理系统，信号处理系统进行分析后向传动系统12发出指令，传动系统12带动减摇叶片 10运动，最终通过减摇叶片10在水中旋转实现最终的减摇目的。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.减摇浮式海上风力发电机，其特征在于，包括风力机(1)、塔架(2)、浮式平台(3)，所述浮式平台(3)包括立柱(4)、浮筒(5)、垂荡板(6)，所述立柱(4)设有三个，立柱(4)呈三角形分布且竖直设置，每个立柱(4)上均套设有环形的垂荡板(6)，所述垂荡板(6)包括上垂荡板(7)、下垂荡板(8)，上垂荡板(7)套设在立柱(4)高度的三分之一处，下垂荡板(8)套设在立柱(4)底部，相邻立柱(4)上的上垂荡板(7)之间通过浮筒(5)连接；所述浮式平台(3)上的其中一个立柱(4)位于迎浪侧，浮式平台(3)余下的两根立柱(4)位于背浪测，所述塔架(2)安装在迎浪侧的立柱(4)上，风力机(1)安装于塔架(2)上顶端；所述浮式平台(3)上背浪测的两根立柱(4)上还分别对称的设有减少浮式平台(3)摇动的减摇装置(9)。

2.根据权利要求1所述的减摇浮式海上风力发电机，其特征在于，所述减摇装置(9)包括减摇叶片(10)、转动轴(11)、角速度陀螺仪、信号处理系统、传动系统(12)；所述立柱(4)为空心柱状结构，立柱(4)高度方向从下至上依次设有下层腔室、中层腔室、上层腔室，各层腔室相对密封设置，下层腔室内存放压载水，中层腔室为间隔腔室，上层腔室内设置有角速度陀螺仪、信号处理系统、传动系统(12)，角速度陀螺仪与信号处理系统连接，信号处理系统与传动系统(12)连接，上垂荡板(7)套设于立柱(4)的上层腔室外部，转动轴(11)的直径小于上垂荡板(7)的厚度，转动轴(11)的一端与传动系统(12)连接，转动轴(11)的另一端穿过立柱(4)侧壁和上垂荡板(7)后与设置于上垂荡板(7)背浪测的减摇叶片(10)连接，转动轴(11)的轴向与海浪的运动方向平行。

3.根据权利要求2所述的减摇浮式海上风力发电机，其特征在于，所述传动系统(12)包括驱动电机(13)、第一齿轮(14)、第二齿轮(15)、箱座(16)，所述箱座(16)固设于立柱(4)的上层腔室内，第一齿轮(14)、第二齿轮(15)设于箱座(16)上且第一齿轮(14)与第二齿轮(15)相互啮合，驱动电机(13)固设于立柱(4)的上层腔室内且电机转轴端部与第一齿轮(14)的端面固定连接，转动轴(11)远离减摇叶片(10)的一端与第二齿轮(15)的端面固定连接，所述信号处理系统与电机连接。

4.根据权利要求2所述的减摇浮式海上风力发电机，其特征在于，所述减摇叶片(10)为对称翼型结构，减摇叶片(10)弦长的长度方向与转动轴(11)的轴向相互垂直，转动轴(11)与减摇叶片(10)的前缘一侧连接。

5.根据权利要求4所述的减摇浮式海上风力发电机，其特征在于，所述减摇叶片(10)的旋转角度范围为±60度。

6.根据权利要求1所述的减摇浮式海上风力发电机，其特征在于，所述上垂荡板(7)与下垂荡板(8)内均设有加强筋。

7.根据权利要求1所述的减摇浮式海上风力发电机，其特征在于，还包括系泊系统(17)，所述系泊系统(17)包括锚、锚链，锚沉于海床上，锚链上端与浮式平台(3)上的立柱(4)连接，锚链的下端与锚连接。

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