风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置，包括风力发电装置、液压发电装置、用于储蓄电能的蓄能装置、螺旋推进装置和半潜式支撑平台,风力发电装置、液压发电装置和蓄能装置分别固定在半潜式支撑平台伸出海平面的上部，风力发电装置、蓄能装置分别和液压发电装置之间电连接；螺旋推进装置安装在半潜式支撑平台伸入海中的底部，螺旋推荐装置与液压发电装置电连接。本实用新型将海洋风电技术与动力定位半潜平台相结合，将平台作为风力发电装置的载体。在半潜平台进行动力定位的时候，可以同时进行风力发电，为螺旋桨的工作提供能量支持，当风电能量富足时，也可以为人员生活提供电力，有效减少化石能源消耗。
【专利说明】
风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置
技术领域
[0001]本发明涉及海洋可再生能源综合开发利用领域，属于海洋工程海洋可再生能源领域，尤其涉及一种风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置。
【背景技术】
[0002]半潜式平台在海洋中作业时，通过动力定位技术，可以保持自身在海洋中的相对位置不变，但需要消耗大量的能量，与此同时，平台上的仪器、电器、人员生活都将消耗能量。
[0003]传统的海洋平台采用锚泊定位的方式，即系缆以一定的角度(一般为30°?40°)到达海底，拖拽海洋平台向抛锚点处前进、在抛锚点处既要受到水平力，又要承受竖直向上的力，对材料刚度要求很高。通常只适用于100m内的水深，水深超过100m后，不仅经济性差，而且结构重量过大，导致平台产生较大的水平偏离，在工程应用中不满足条件定位已不再适用。
[0004]依靠海洋平台的自身动力(推进器系统)在深水区域进行作业是必要选择。推进器系统作为动力定为系统的执行机构，其性能直接影响着海洋平台的性能和稳定性，又决定着能源的消耗。因此半潜式海洋平台动力定位系统的设计至关重要。
[0005]现阶段国内外许多专家学者研究海洋平台动力定位系统(DPS)，海洋平台动力定位系统仅仅是一个简单的闭环系统，利用GIS信息得到与船舶的实际位置与目标位置的偏差，进而在中央控制器计算出到达目标位置给各螺旋桨推进器的动力分配，使海洋平台到达目标位置。但仅仅一个位置信息的闭环反馈一方面很难保证控制的精度(目标位置与实际位置偏差)，另一方面系统的鲁棒性、稳定性相对较差，难以在深海区域这种复杂环境干扰下保持持续稳定。而一旦动力定位系统出现故障，对于海洋平台是颠覆性的伤害。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置，可有效满足平台工作消耗的能源，并通过装置将风力转换成电能，清洁高效，同时保证风力不足时平台仍可继续工作。
[0007]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置，包括风力发电装置、液压发电装置、用于储蓄电能的蓄能装置、螺旋推进装置和半潜式支撑平台，所述风力发电装置、所述液压发电装置和蓄能装置分别固定在所述半潜式支撑平台伸出海平面的上部，所述风力发电装置、所述蓄能装置分别和所述液压发电装置之间电连接;所述螺旋推进装置安装在所述半潜式支撑平台伸入海中的底部，所述螺旋推荐装置与所述液压发电装置电连接。
[0008]本发明的有益效果是:本设计创新性的将海洋风电技术与动力定位半潜平台相结合，将平台作为风力发电装置的载体。在半潜平台进行动力定位的时候，可以同时进行风力发电，为螺旋桨的工作提供能量支持，当风电能量富足时，也可以为人员生活提供电力，有效减少化石能源消耗。
[0009]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进:
[0010]进一步，所述风力发电装置包括竖直轴、水平轴、多个叶片和风机，所述风机固定在所述半潜式支撑平台上，所述竖直轴竖直安装在所述风机上且与所述风机电连接;所述竖直轴顶部水平固定有所述水平轴，所述水平轴远离所述竖直轴的一端均匀固定有多个叶片。
[0011]进一步，所述液压发电装置包括油栗、单向阀、溢流阀、液气储能器、压力传感器、定量马达、第一发电机、流量传感器、PLC控制阀门、PLC控制变量马达和第二发电机，
[0012]所述油栗依次和所述单向阀、所述溢流阀、所述液气储能器、所述压力传感器、所述定量马达、所述流量传感器、PLC控制阀门、PLC控制变量马达以及第二发电机通过线路串联，所述压力传感器和所述PLC控制阀门之间通过线路连接;所述定量马达和所述第一发电机通过线路连接;所述流量传感器和所述PLC控制变量马达之间通过线路连接。
[0013]进一步，所述螺旋推进装置为螺旋桨，所述螺旋桨有至少四个，至少四个所述螺旋桨呈阵列安装在所述半潜式支撑平台的底部。
[0014]进一步，所述半潜式支撑平台包括甲板平台、四个支撑柱和两个浮力箱，所述甲板平台水平布置，四个所述支撑柱竖直固定在所述甲板平台底部四个角处且以所述甲板平台的几何中心为中心点中心对称;每两个所述支撑柱底端水平固定有一个所述浮力箱，所述螺旋推进装置固定在所述浮力箱底部。
[0015]进一步，在所述浮力箱的底部且位于每个所述支撑柱的正下方位置各安装有一套用于实现减摇减荡控制的调谐垂荡板装置，所述调谐垂荡板装置包括两个主动变阻尼装置、回复弹簧、两个法兰盘、四套限位弹簧、五个垂荡板立柱和垂荡板；
[0016]所述方形垂荡板上表面的四角处和中心位置分别固定有一个所述垂荡板立柱，所述垂荡板立柱中部固定有连接五个所述垂荡板立柱的水平桁架;所述水平桁架、所述垂荡板和所述垂荡板立柱构成一个矩形桁架体;位于所述垂荡板中心位置的垂荡板立柱上端与固定于所述浮力箱内部的回复弹簧连接;位于垂荡板对角线位置的两根垂荡板立柱上端分别与固定于所述浮力箱内部的两个主动可变阻尼装置的活塞推杆连接;另外两根所述垂荡板立柱上端分别与固定于所述浮力箱内部的法兰盘连接，位于所述法兰盘的上下等距离处的所述垂荡板立柱上安装有限位弹簧，所述限位弹簧固定与所述浮力箱固定连接。
[0017]进一步，所述甲板平台的形状为矩形、圆形或者椭圆形。
[0018]进一步，所述半潜式支撑平台上安装有用于提供消耗品和作业材料的供给站，所述供给站包括底座、多个支架、转动轴、滚筒、软管、快速接头、硬管接头、液压马达，
[0019]所述底座固定在半潜式支撑平台伸出海平面的上部的左舷或右舷上，所述支架水平设置在所述底座上，每组所述支架之间通过水平设置的所述转动轴支撑有I?2个所述滚筒，每个所述滚筒上周向缠绕有一根所述软管;每根所述软管的一端设置有一个连接供应船的所述快速接头，另一端连接一个固定在所述支架外侧的所述硬管接头，所述硬管接头用来连接所述半潜式支撑平台；所述液压马达固定在所述支架上，每个所述滚筒的所述转动轴均与所述液压马达相连接，从而驱动滚筒转动;所述液压马达与所述液压发电装置通过线路连接，每台所述液压马达与所述液压发电装置之间的线路上安装有所述选择阀，用来向液压马达提供动力和根据消耗品或作业材料选择的需要，启动对应滚筒上的液压马达;所述液压马达通过线路与所述控制开关连接，用来控制液压马达正转或反转。
【附图说明】
[0020]图1是本发明风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置正视图；
[0021]图2是本发明风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置侧视图；
[0022]图3是本发明风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置俯视图；
[0023]图4是本发明风力-液压发电系统原理示意图；
[0024]图5是本发明中半潜式支撑平台结构示意图；
[0025]图6是本发明中调谐垂荡板装置结构示意图；
[0026]图7是本发明中供给站主视结构示意图；
[0027]图8是本发明中供给站侧视结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0029]如图1至图8所示，一种风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置，包括风力发电装置1、液压发电装置2、用于储蓄电能的蓄能装置3、螺旋推进装置和半潜式支撑平台5，所述风力发电装置1、所述液压发电装置2和蓄能装置3分别固定在所述半潜式支撑平台5伸出海平面的上部，所述风力发电装置1、所述蓄能装置3分别和所述液压发电装置2之间电连接；所述螺旋推进装置安装在所述半潜式支撑平台5伸入海中的底部，所述螺旋推荐装置与所述液压发电装置2电连接。
[0030]所述风力发电装置I包括竖直轴、水平轴、多个叶片和风机，所述风机固定在所述半潜式支撑平台5上，所述竖直轴竖直安装在所述风机上且与所述风机电连接;所述竖直轴顶部水平固定有所述水平轴，所述水平轴远离所述竖直轴的一端均匀固定有多个叶片。
[0031]所述液压发电装置2包括油栗2-1、单向阀2-2、溢流阀2-3、液气储能器2-4、压力传感器2-5、定量马达2-6、第一发电机2-7、流量传感器2-8、PLC控制阀门2_9、PLC控制变量马达2_10和第二发电机2_11，
[0032]所述油栗2-1依次和所述单向阀2-2、所述溢流阀2-3、所述液气储能器2-4、所述压力传感器2-5、所述定量马达2-6、所述流量传感器2-8、PLC控制阀门2_9、PLC控制变量马达2-10以及第二发电机2-11通过线路串联，所述压力传感器2-5和所述PLC控制阀门2-9之间通过线路连接;所述定量马达2-6和所述第一发电机2-7通过线路连接;所述流量传感器2-8和所述PLC控制变量马达2-10之间通过线路连接。
[0033]所述螺旋推进装置为螺旋桨4，所述螺旋桨4有至少四个，至少四个所述螺旋桨4呈阵列安装在所述半潜式支撑平台5的底部。
[0034]所述半潜式支撑平台5包括甲板平台5-1、四个支撑柱5-2和两个浮力箱5-3，所述甲板平台5-1水平布置，四个所述支撑柱5-2竖直固定在所述甲板平台5-1底部四个角处且以所述甲板平台5-1的几何中心为中心点中心对称;每两个所述支撑柱5-2底端水平固定有一个所述浮力箱5-3，所述螺旋推进装置固定在所述浮力箱5-3底部。
[0035]在所述浮力箱5-3的底部且位于每个所述支撑柱5-2的正下方位置各安装有一套用于实现减摇减荡控制的调谐垂荡板装置6，所述调谐垂荡板6-7装置包括两个主动变阻尼装置6-1、回复弹簧6-2、两个法兰盘6-3、四套限位弹簧6-4、五个垂荡板立柱6_5和垂荡板6-7；
[0036]所述方形垂荡板6-7上表面的四角处和中心位置分别固定有一个所述垂荡板立柱6-5，所述垂荡板立柱6-5中部固定有连接五个所述垂荡板立柱6-5的水平桁架6-6 ；所述水平桁架6-6、所述垂荡板6-7和所述垂荡板立柱6-5构成一个矩形桁架体;位于所述垂荡板6-7中心位置的垂荡板立柱6-5上端与固定于所述浮力箱5-3内部的回复弹簧6-2连接;位于垂荡板6-7对角线位置的两根垂荡板立柱6-5上端分别与固定于所述浮力箱5-3内部的两个主动可变阻尼装置6-1的活塞推杆连接;另外两根所述垂荡板立柱6-5上端分别与固定于所述浮力箱5-3内部的法兰盘6-3连接，位于所述法兰盘6-3的上下等距离处的所述垂荡板立柱
6-5上安装有限位弹簧6-4，所述限位弹簧6-4固定与所述浮力箱5-3固定连接。设置调谐垂荡板装置6可有效实现控制垂荡响应或对横摇、纵摇自由度实现减摇控制，使动力定位系统无法控制的垂直面自由度运动响应得到控制，以适应更加恶劣的海况。
[0037]所述甲板平台5-1的形状为矩形、圆形或者椭圆形。
[0038]所述半潜式支撑平台5上安装有用于提供消耗品和作业材料的供给站7，所述供给站7包括底座7-1、多个支架7-2、转动轴7-3、滚筒7-4、软管7_5、快速接头7_6、硬管接头7_7、液压马达7-8;
[0039]所述底座7-1固定在半潜式支撑平台5伸出海平面的上部的左舷或右舷上，所述支架7-2水平设置在所述底座7-1上，每组所述支架7-2之间通过水平设置的所述转动轴7-3支撑有I?2个所述滚筒7-4，每个所述滚筒7-4上周向缠绕有一根所述软管7-5;每根所述软管
7-5的一端设置有一个连接供应船的所述快速接头7-6，另一端连接一个固定在所述支架7-2外侧的所述硬管接头7-7，所述硬管接头7-7用来连接所述半潜式支撑平台5;所述液压马达7-8固定在所述支架上，每个所述滚筒7-4的所述转动轴7-3均与所述液压马达7-8相连接，从而驱动滚筒7-4转动。所述液压马达7-8与所述液压发电装置2通过线路连接，每台所述液压马达7-8与所述液压发电装置2之间的线路上安装有所述选择阀7-9，用来向液压马达7-8提供动力和根据消耗品或作业材料选择的需要，启动对应滚筒7-4上的液压马达7-8。所述液压马达7-8通过线路与所述控制开关7-10连接，用来控制液压马达7-8正转或反转。本发明在半潜式支撑平台5伸出海平面的上部的左右舷上各设置了一供给站，改变了原来软管存放零乱的状况，不仅方便了加注作业和使平台外观更为美观，而且大大提高了软管的使用寿命。
[0040]本发明的工作原理和过程是:风力发电机I是风力吹动竖轴风机转动，将风能转化为液压能，从而带动液压系统工作;液压发电装置2在不同的风力状况下，根据输出电压变化自动调节液压马达排量，保持转速稳定，自动切换发电量输出负荷，大风大负荷输出，小风小负荷输出；蓄能装置3可以将风力的能量储存于蓄能器，达到电能的稳定持续输出。
[0041]上述三种装置相互结合，在半潜平台进行动力定位的时候，可以同时进行风力发电，为螺旋桨4的工作提供能量支持，当风电能量富足时，也可以为人员生活提供电力。攻克了风力无规律性造成电力波动冲击、不稳定的难题，实现了液压能向电能稳定连续的输出。
[0042]风力带动风机转动，与风机的水平轴相连的两个直齿轮斜齿轮啮合，将水平转动转化为竖直转动。
[0043]如图4所示，该风机与液压发电系统相连，当风机转动时，带动油栗2-1吸油排油。排出油液通过单向阀2-2，单向阀2-2只能让油液从上往下流而不能从下往上流，这避免了油液的倒灌，进而避免了故障的产生。2-3是一个溢流阀，当系统压力增大时，会使流量需求减小。此时溢流阀2-3开启，使多余流量溢回油箱，保证溢流阀2-3进口压力，即油栗2-1出口压力恒定，起到一个系统卸荷和安全保护的作用。2-4是一个液气储能器，油液实际上是不可压缩的，所以不能储存压力能。液气储能器2-4是利用气体的可压性来储存油液的。
[0044]当风力较小时，相应的油液压力会比较小，当风力比较大时，相应的油液压力会比较大。2-5是一个压力传感器，测出的油液压力与运算单元中设定的压力值进行对比，当油液压力小于设定的压力时，运算单元k会给出一个正信号，通过PLC控制阀门2-9关断，使油液不能通过变量马达2-10，此时定量马达2-6工作，变量马达2-10不工作。当油液压力大于设定的压力时，运算单元k会给出一个负信号，控制阀门打开，油液通过变量马达2-10，此时定量马达2-6和变量马达2-10—起工作，带动发电机2-7和2-11，进行发电。2-8是一个流量传感器，当油液通过流量传感器2-8时，会产生一个信号，通过PLC控制变量马达2-10的排量，从而调节发电功率。实现自动切换发电量输出负荷，大风大负荷输出，小风小负荷输出的功能。平台作业区域风力较大时，获得的风能较大。
[0045]本设计创新性的将海洋风电技术与动力定位半潜平台相结合，将平台作为风力发电装置的载体。在半潜平台进行动力定位的时候，可以同时进行风力发电，为螺旋桨的工作提供能量支持，当风电能量富足时，也可以为人员生活提供电力，有效减少化石能源消耗。
[0046]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置，其特征在于，包括风力发电装置(I)、液压发电装置(2)、用于储蓄电能的蓄能装置(3)、螺旋推进装置和半潜式支撑平台(5)，所述风力发电装置(I)、所述液压发电装置(2)和蓄能装置(3)分别固定在所述半潜式支撑平台(5)伸出海平面的上部，所述风力发电装置(1)、所述蓄能装置(3)分别和所述液压发电装置(2)之间电连接;所述螺旋推进装置安装在所述半潜式支撑平台(5)伸入海中的底部，所述螺旋推荐装置与所述液压发电装置(2)电连接。2.根据权利要求1所述一种风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置，其特征在于，所述风力发电装置(I)包括竖直轴、水平轴、多个叶片和风机，所述风机固定在所述半潜式支撑平台(5)上，所述竖直轴竖直安装在所述风机上且与所述风机电连接;所述竖直轴顶部水平固定有所述水平轴，所述水平轴远离所述竖直轴的一端均匀固定有多个叶片。3.根据权利要求1所述一种风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置，其特征在于，所述液压发电装置(2)包括油栗(2-1)、单向阀(2-2)、溢流阀(2-3)、液气储能器(2-4)、压力传感器(2-5)、定量马达(2-6)、第一发电机(2-7)、流量传感器(2-8)、PLC控制阀门(2-9)、PLC控制变量马达(2-10)和第二发电机(2-11)， 所述油栗(2-1)依次和所述单向阀(2-2)、所述溢流阀(2-3)、所述液气储能器(2-4)、所述压力传感器(2-5)、所述定量马达(2-6)、所述流量传感器(2-8)、PLC控制阀门(2-9)、PLC控制变量马达(2-10)以及第二发电机(2-11)通过线路串联，所述压力传感器(2-5)和所述PLC控制阀门(2-9)之间通过线路连接;所述定量马达(2-6)和所述第一发电机(2-7)通过线路连接;所述流量传感器(2-8)和所述PLC控制变量马达(2-10)之间通过线路连接。4.根据权利要求1所述一种风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置，其特征在于，所述螺旋推进装置为螺旋桨(4)，所述螺旋桨(4)有至少四个，至少四个所述螺旋桨(4)呈阵列安装在所述半潜式支撑平台(5)的底部。5.根据权利要求1所述一种风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置，其特征在于，所述半潜式支撑平台(5)包括甲板平台(5-1 )、四个支撑柱(5-2)和两个浮力箱(5-3)，所述甲板平台(5-1)水平布置，四个所述支撑柱(5-2)竖直固定在所述甲板平台(5-1)底部四个角处且以所述甲板平台(5-1)的几何中心为中心点中心对称;每两个所述支撑柱(5-2)底端水平固定有一个所述浮力箱(5-3)，所述螺旋推进装置固定在所述浮力箱(5-3)底部。6.根据权利要求5所述一种风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置，其特征在于，在所述浮力箱(5-3)的底部且位于每个所述支撑柱(5-2)的正下方位置各安装有一套用于实现减摇减荡控制的调谐垂荡板装置(6)，所述调谐垂荡板(6-7)装置包括两个主动变阻尼装置(6-1 )、回复弹簧(6-2)、两个法兰盘(6-3)、四套限位弹簧(6-4)、五个垂荡板立柱(6-5)和垂荡板(6-7); 所述垂荡板(6-7)上表面的四角处和中心位置分别固定有一个所述垂荡板立柱(6-5)，所述垂荡板立柱(6-5)中部固定有连接五个所述垂荡板立柱(6-5)的水平桁架(6-6);所述水平桁架(6-6)、所述垂荡板(6-7)和所述垂荡板立柱(6-5)构成一个矩形桁架体;位于所述垂荡板(6-7)中心位置的垂荡板立柱(6-5)上端与固定于所述浮力箱(5-3)内部的回复弹簧(6-2)连接;位于垂荡板(6-7)对角线位置的两根垂荡板立柱(6-5)上端分别与固定于所述浮力箱(5-3)内部的两个主动可变阻尼装置(6-1)的活塞推杆连接;另外两根所述垂荡板立柱(6-5)上端分别与固定于所述浮力箱(5-3)内部的法兰盘(6-3)连接，位于所述法兰盘(6-3)的上下等距离处的所述垂荡板立柱(6-5)上安装有限位弹簧(6-4)，所述限位弹簧(6-4)固定与所述浮力箱(5-3)固定连接。7.根据权利要求5或6所述一种风力驱动低能耗海洋平台动力定位装置，其特征在于，所述甲板平台(5-1)的形状为矩形、圆形或者椭圆形。
【文档编号】F03D9/30GK205503366SQ201620200288
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】刘小宇, 唐松奇, 李卓玮, 赵佳勇, 王化明, 吴国荣
【申请人】浙江海洋学院