CN220059791U - 一种浮式风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种浮式风力发电系统，包括浮力平台、风塔、轮毂、发电机组和传动组件；风塔设于浮力平台上；轮毂设于风塔顶部，轮毂的周向上分布有多个叶轮；发电机组设于浮力平台内；传动组件设于风塔内，轮毂通过传动组件与发电机组传动连接。与现有技术相比，本实用新型由于发电机组设置在浮力平台内，轮毂、叶轮设置在风塔顶部，方便发电机组的维护，减轻了风塔顶部的重量，进而可以降低对风塔结构强度的要求，降低了系统的建造成本。同时通过将发电机组设置在浮式平台内，系统安装后，发电机组位于风塔底部，降低了浮式风力发电系统的竖直重心，进而提高了系统稳定性，降低系统整体重量，有利于提高系统单位重量的发电量。

Description

一种浮式风力发电系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电设备，尤其是涉及一种浮式风力发电系统。

背景技术

在环境污染和温室气体排放日益严重的今天，风力发电作为全球公认可以有效减缓气候变化、提高能源安全、促进低碳经济增长的方案，得到各国政府、机构和企业等的高度关注。此外，由于风电技术相对成熟，且具有更高的成本效益和资源有效性，因此，风电也成为近年来世界上增长最快的能源之一。

东部沿海地区先天条件优越，海岸线长，经济发达、常规能源缺乏、环境保护要求高、但拥有丰富的风能资源，而且工业基础雄厚。所以相对于陆上风电来说，更具备开发建设海上风电的良好条件。

海上风力发电设备分为固桩式发电设备和浮式发电设备。固桩式发电设备一般适用于浅海区域，需要在海底固定一根巨大的桩子，将机舱和风轮设备安装在桩子顶部，通过桩子支撑和机舱固定来实现稳定性。随着陆上以及浅海风电设施的完善，风电设施逐步扩展到深海海域，风电设施也将逐步从固桩式变为浮式。

现有的浮式发电设备也采用安装在塔顶的一体化机舱设计，即发电机组与轮毂、叶轮直接连接，一体安装在风塔顶部。由于整个系统都被安装在一个机舱内，机舱的体积和重量较大，会导致浮式发电设备整体重心升高，重量变重，影响浮式发电设备的稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种浮式风力发电系统，降低浮式发电设备的重心，提高稳定性。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种浮式风力发电系统，包括：

浮力平台；

风塔，所述风塔设于所述浮力平台上；

轮毂，所述轮毂设于所述风塔顶部，所述轮毂的周向上分布有多个叶轮；

发电机组，所述发电机组设于所述浮力平台内；

传动组件，所述传动组件设于所述风塔内，所述轮毂通过所述传动组件与发电机组传动连接。

在其中一个实施例中，所述浮力平台包括一个或多个浮力桶和支撑台，所述浮力桶分布在所述支撑台上底部，所述风塔设置在所述支撑台的顶部，所述发电机组设于所述支撑台的内部。

在其中一个实施例中，所述支撑台为直三棱柱形，所述浮力桶设有三个，三个所述浮力桶依次分布在所述支撑台的三个顶点上，所述风塔设置在所述支撑台几何中心所处的轴线上。

在其中一个实施例中，所述浮力平台还包括至少三个牵引索，所述牵引索的一端与所述支撑台连接，所述牵引索的另一端用于与海底锚定连接。

在其中一个实施例中，所述传动组件包括液压泵和液压缸，所述轮毂与所述液压泵的输入轴传动连接，所述液压泵的输出管路与所述液压缸的输入管路连通，所述液压缸的输出轴与所述发电机组的输入轴传动连接。

在其中一个实施例中，所述液压泵的输出管路与所述液压缸的输入管路之间设有依次连通的储液箱和冷却器。

在其中一个实施例中，所述传动组件包括第一齿轮箱、第二齿轮箱和竖直传动轴，所述第一齿轮箱的两端分别传动连接所述轮毂和所述竖直传动轴，所述第二齿轮箱的两端分别传动连接所述竖直传动轴和所述发电机组。

在其中一个实施例中，所述第一齿轮箱和/或所述第二齿轮箱包括啮合传动的第一斜齿轮和第二斜齿轮。

在其中一个实施例中，所述轮毂与所述传动组件之间设有水平传动轴，所述水平传动轴的一端与所述轮毂连接，所述水平传动轴的另一端通过联轴器与所述传动组件的输入轴连接，所述传动组件的输出轴通过联轴器与所述发电机组的输入轴连接。

在其中一个实施例中，所述系统包括板式冷却器和液体冷却泵，所述板式冷却器用于冷却所述发电机组，所述液体冷却泵的出口与所述板式冷却器的入口连通。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、上述的浮式风力发电系统，用于海上风力发电，在使用过程中，将浮力平台放置在水上，多个叶轮捕获风能后带动轮毂转动，从而将风能转化为机械能，轮毂通过传动组件将机械能传动至发电机组，发电机组再将机械能转化为电能，以实现风力发电，由于发电机组设置在浮力平台内，轮毂、叶轮设置在风塔顶部，方便发电机组的维护，减轻了风塔顶部的重量，进而可以降低对风塔结构强度的要求，降低了系统的建造成本。同时通过将发电机组设置在浮式平台内，系统安装后，发电机组位于风塔底部，降低了浮式风力发电系统的竖直重心，进而提高了系统稳定性，降低系统整体重量，有利于提高系统单位重量的发电量。

2、浮力桶和支撑台用于支撑风塔，保证风塔的稳定漂浮在水上，当风塔设置在支撑台几何中心所处的轴线上，使得浮式风力发电系统的重心尽量靠近支撑台的几何中心所处轴线，进一步提高浮式风力发电系统的稳定性。

3、牵引索用于将浮式风力发电系统与海底锚定连接，限制浮式风力发电系统的位置，避免浮式风力发电系统移动。

4、传动组件采用液压泵和液压缸，液压泵将轮毂的转动机械能转化为液压能，液压缸再将液压能转化为机械能传递给发电机组，实现了轮毂和发电机组之间的远距离传动，提高了传动效率和传动可靠性。

5、传动组件采用第一齿轮箱、第二齿轮箱和竖直传动轴进行长轴传动，实现了轮毂和发电机组之间的远距离传动，结构简单，使用方便。

6、采用板式冷却器和液体冷却泵对发电机组进行水冷，有利于进一步降低浮式风力发电系统的重心，同时由于发电机组设置在水下，可以采用海水作为冷源，取水方便，冷却效果佳。

附图说明

图1为一实施例中浮式风力发电系统的结构示意图。

图2为另一实施例中浮式风力发电系统的结构示意图。

附图标记：100、浮式风力发电系统；10、风塔；20、轮毂；30、发电机组；40、传动组件；41、液压泵；42、液压缸；43、储液箱；44、冷却器；45、控制单元；46、第一齿轮箱；47、第二齿轮箱；48、竖直传动轴；50、水平传动轴；60、联轴器；70、浮力平台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

下面结合附图对一些实施例中的浮式风力发电系统100进行详细描述。

如图1和图2所示，在一实施例中，提供了一种浮式风力发电系统100，包括浮力平台70、风塔10、轮毂20、发电机组30和传动组件40；

其中，风塔10设于浮力平台70上；轮毂20设于风塔10顶部，轮毂20的周向上分布有多个叶轮；发电机组30设于浮力平台70内；传动组件40设于风塔10内，轮毂20通过传动组件40与发电机组30传动连接。

上述的浮式风力发电系统100，用于海上风力发电，在使用过程中，将浮力平台70放置在水上，多个叶轮捕获风能后带动轮毂20转动，从而将风能转化为机械能，轮毂20通过传动组件40将机械能传动至发电机组30，发电机组30再将机械能转化为电能，以实现风力发电。由于发电机组30设置在浮力平台70内，轮毂20、叶轮设置在风塔10顶部，方便发电机组30的维护，减轻了风塔10顶部的重量，进而可以降低风塔10的结构强度，降低了系统的建造成本。同时通过将发电机组30设置在浮式平台内，系统安装后，发电机组30位于风塔底部，降低了浮式风力发电系统100的竖直重心，进而提高了系统稳定性，降低系统整体重量，有利于提高系统单位重量的发电量。

具体地，如图1和图2所示，在一实施例中，轮毂20与传动组件40之间设有水平传动轴50，水平传动轴50的一端与轮毂20连接，水平传动轴50的另一端通过联轴器60与传动组件40的输入轴连接，传动组件40的输出轴通过联轴器60与发电机组30的输入轴连接。

具体地，如图1所示，在一实施例中，传动组件40包括液压泵41和液压缸42，轮毂20与液压泵41的输入轴传动连接，液压泵41的输出管路与液压缸42的输入管路连通，液压缸42的输出轴与发电机组30的输入轴传动连接。传动组件40采用液压泵41和液压缸42，液压泵41将轮毂20的转动机械能转化为液压能，液压缸42再将液压能转化为机械能传递给发电机组30，实现了轮毂20和发电机组30之间的远距离传动，提高了传动效率和传动可靠性。

进一步地，如图1所示，在一实施例中，液压泵41的输出管路与液压缸42的输入管路之间设有依次连通的储液箱43和冷却器44。在液压泵41和液压缸42突然启动或制动时，储液箱43能够存储液体，保护液压泵41和液压缸42。同时，冷却器44用于对升压后的液体进行降温，避免温度过高损坏液压缸42。

其中，轮毂20与水平传动轴50的一端连接，水平传动轴50的另一端通过联轴器60与液压泵41的输入轴连接，液压缸42的输出轴通过联轴器60与发电机组30的输入轴传动连接。联轴器60用于提高传动的效率和稳定性。

在本具体实施例中，传动组件40包括控制单元45，控制单元45与液压泵41、液压缸42电连接，用于控制液压泵41、液压缸42开合。

具体地，如图2所示，在一实施例中，传动组件40包括第一齿轮箱46、第二齿轮箱47和竖直传动轴48，第一齿轮箱46的两端分别传动连接轮毂20和竖直传动轴48，第二齿轮箱47的两端分别传动连接竖直传动轴48和发电机组30。传动组件40采用第一齿轮箱46、第二齿轮箱47和竖直传动轴48进行长轴传动，实现了轮毂20和发电机组30之间的远距离传动，结构简单，使用方便。

进一步地，在一实施例中，第一齿轮箱46包括啮合传动的第一斜齿轮和第二斜齿轮，和/或第二齿轮箱47包括啮合传动的第一斜齿轮和第二斜齿轮。为了提高第一齿轮箱46、第二齿轮箱47的传动效率和传动稳定性，第一斜齿轮和第二斜齿轮采用高硬度的合金钢材料制备，如20CrMnTi，齿轮的传动精度为6级以上，齿轮箱内设置润滑油泵，用于提高齿轮箱的使用寿命。

其中，轮毂20与水平传动轴50的一端连接，水平传动轴50的另一端通过联轴器60与第一齿轮箱46的第一斜齿轮连接，第一斜齿轮与第二斜齿轮啮合传动，使得水平传动变为竖直传动，第一齿轮箱46的第二斜齿轮通过联轴器60与竖直传动轴48的第一端连接，竖直传动轴48的第二端通过联轴器60与第二齿轮箱47的第一斜齿轮连接，第一斜齿轮与第二斜齿轮啮合传动，使竖直传动变为水平传动，第二齿轮箱47的第二斜齿轮通过联轴器60与发电机组30的输入轴连接。

具体地，在一实施例中，系统包括板式冷却器和液体冷却泵，板式冷却器用于冷却发电机组30，液体冷却泵的出口与板式冷却器的入口连通。采用板式冷却器和液体冷却泵对发电机组30进行水冷，有利于进一步降低浮式风力发电系统100的重心，同时由于发电机组30设置在水下，可以采用海水作为冷源，取水方便，冷却效果佳。

具体地，在一实施例中，浮力平台70包括一个或多个浮力桶和支撑台，浮力桶分布在支撑台上底部，风塔10设置在支撑台的顶部，发电机组30设于支撑台的内部。

进一步地，在一实施例中，支撑台为直三棱柱形，浮力桶设有三个，三个浮力桶依次分布在支撑台的三个顶点上，风塔10设置在支撑台几何中心所处的轴线上。浮力桶和支撑台用于支撑风塔10，保证风塔10的稳定漂浮在水上，当风塔10设置在支撑台几何中心所处的轴线上，使得浮式风力发电系统100的重心尽量靠近支撑台的几何中心所处轴线，进一步提高浮式风力发电系统100的稳定性。

进一步地，在一实施例中，浮力平台70还包括至少三个牵引索，牵引索的一端与支撑台连接，牵引索的另一端用于与海底锚定连接。牵引索用于将浮式风力发电系统100与海底锚定连接，限制浮式风力发电系统100的位置，避免浮式风力发电系统100移动飘走。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种浮式风力发电系统，其特征在于，包括：

浮力平台(70)；

风塔(10)，所述风塔(10)设于所述浮力平台(70)上；

轮毂(20)，所述轮毂(20)设于所述风塔(10)顶部，所述轮毂(20)的周向上分布有多个叶轮；

发电机组(30)，所述发电机组(30)设于所述浮力平台(70)内；

传动组件(40)，所述传动组件(40)设于所述风塔(10)内，所述轮毂(20)通过所述传动组件(40)与发电机组(30)传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种浮式风力发电系统，其特征在于，所述浮力平台(70)包括一个或多个浮力桶和支撑台，所述浮力桶分布在所述支撑台上底部，所述风塔(10)设置在所述支撑台的顶部，所述发电机组(30)设于所述支撑台的内部。

3.根据权利要求2所述的一种浮式风力发电系统，其特征在于，所述支撑台为直三棱柱形，所述浮力桶设有三个，三个所述浮力桶依次分布在所述支撑台的三个顶点上，所述风塔(10)设置在所述支撑台几何中心所处的轴线上。

4.根据权利要求2所述的一种浮式风力发电系统，其特征在于，所述浮力平台(70)还包括至少三个牵引索，所述牵引索的一端与所述支撑台连接，所述牵引索的另一端用于与海底锚定连接。

5.根据权利要求1所述的一种浮式风力发电系统，其特征在于，所述传动组件(40)包括液压泵(41)和液压缸(42)，所述轮毂(20)与所述液压泵(41)的输入轴传动连接，所述液压泵(41)的输出管路与所述液压缸(42)的输入管路连通，所述液压缸(42)的输出轴与所述发电机组(30)的输入轴传动连接。

6.根据权利要求5所述的一种浮式风力发电系统，其特征在于，所述液压泵(41)的输出管路与所述液压缸(42)的输入管路之间设有依次连通的储液箱(43)和冷却器(44)。

7.根据权利要求1所述的一种浮式风力发电系统，其特征在于，所述传动组件(40)包括第一齿轮箱(46)、第二齿轮箱(47)和竖直传动轴(48)，所述第一齿轮箱(46)的两端分别传动连接所述轮毂(20)和所述竖直传动轴(48)，所述第二齿轮箱(47)的两端分别传动连接所述竖直传动轴(48)和所述发电机组(30)。

8.根据权利要求7所述的一种浮式风力发电系统，其特征在于，所述第一齿轮箱(46)和/或所述第二齿轮箱(47)包括啮合传动的第一斜齿轮和第二斜齿轮。

9.根据权利要求1所述的一种浮式风力发电系统，其特征在于，所述轮毂(20)与所述传动组件(40)之间设有水平传动轴(50)，所述水平传动轴(50)的一端与所述轮毂(20)连接，所述水平传动轴(50)的另一端通过联轴器(60)与所述传动组件(40)的输入轴连接，所述传动组件(40)的输出轴通过联轴器(60)与所述发电机组(30)的输入轴连接。

10.根据权利要求1所述的一种浮式风力发电系统，其特征在于，所述系统包括板式冷却器和液体冷却泵，所述板式冷却器用于冷却所述发电机组(30)，所述液体冷却泵的出口与所述板式冷却器的入口连通。