一种漂浮式海上背风式风力发电机群的制作方法

1.本发明属于风力发电机领域，具体地说，涉及一种漂浮式海上背风式风力发电机群。


背景技术：

2.风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术，在陆地风电场建设快速发展的同时，人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制，如占地面积大、噪声污染等问题，而作为远离人们居住生活区域、面积辽阔的海平面，不仅拥有丰富的风能资源，而且距离电力负荷中心(沿海经济发达区)较近，海上风力发电自然就成为当前新能源开发的主要方向。
3.有鉴于此特提出本发明。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种漂浮式海上背风式风力发电机群。为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
5.一种漂浮式海上背风式风力发电机群，包括：
6.回转平台，所述回转平台呈旋转柱状，内部设有密闭空腔，所述回转平台的部分外壁上转动套设有安装稳定基座，回转平台漂浮在海平面上，稳定基座位于海平面上方，所述稳定基座内部呈圆环状，且顶端设有水平向内延伸的沿；
7.固定结构，将稳定基座与海床连接；
8.发电机群，由若干以适当方式布置安装在回转平台上的背风式风力发电机组成；
9.所述回转平台由所述发电机群受风而致动，并致使所述背风式风力发电机的塔架的第一主轴方向与风向平行。
10.进一步地，所述固定结构为长度可调节的刚性基础桩，至少设有两个，沿稳定基座底部周向均匀分布，所述基础桩的顶端与稳定基座的底面连接，底端与海床连接。
11.进一步地，所述固定结构为锚索或缆绳，至少设有两个，沿稳定基座底部周向均匀分布，所述锚索或缆绳一端与稳定基座的底面连接，另一端与海床连接。
12.进一步地，所述稳定基座的内壁设有若干滑动导向片，若干滑动导向片沿圆环周向均布。
13.进一步地，所述回转平台与稳定基座转动密封连接。
14.进一步地，所述若干背风式风力发电机呈排布置，且同排横列连线方向与背风式风力发电机塔架的第一主轴方向垂直或正负偏差不大于30
°
。
15.进一步地，所述若干背风式风力发电机呈列布置，呈列方向与背风式风力发电机塔架的第一主轴方向平行，或正负偏差不大于30
°
。
16.进一步地，还包括用于将背风式风力发电机两两相互连接的连接件，连接组件设有若干个，在不干涉叶片转动的条件下，可以用于连接任何两个相邻发电机组，连接组件为梁或钢丝绳。
17.进一步地，还包括预拉件，预拉件位于背风式风力发电机的塔架的上风侧，一端连接于背风式风力发电机的塔架上，另一端连接于回转平台上；所述预拉件包括不少于一根钢丝拉绳，每根钢丝拉绳预拉紧后上端均连接在塔架上，下端间隔设置在回转平台上。
18.进一步地，稳定基座做为漂浮物固定于海面上，其内壁上设有用于安装回转平台的圆形滑动基座。
19.采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
20.1.本发明将回转平台设计成可漂浮的结构，内部设有密闭空腔，在保证支撑性能的基础上，使回转平台具备漂浮性，降低机群总重量及成本，并通过稳定基座将回转平台限制在设计位置，既能满足回转平台的基础转动需求，还对支撑平台起到一定平衡稳定的能力，增强风机支撑稳定性。
21.2.本发明发电机群组可成排成列布置，通过连接组件和预拉紧进行加固，发电机群的风机同向布置，在风向改变时，发电机群因风力而带着回转平台转向，始终保持第一主轴方向与风向平行，无需设置偏航对风系统即可实现偏航对风，减少设备结构设计，降低成本和重量，利于在海平面上建设。
22.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
23.附图作为本技术的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
24.图1是本发明结构示意图；
25.图2是本发明回转平台刚性连接示意图；
26.图3是本发明回转平台柔性连接示意图；
27.图4是本发明稳定基座结构示意图；
28.图5是本发明预拉件布置示意图；
29.图6是本发明连接组件与预拉件结合布置示意图；
30.图7是本发明背风式风力发电机结构示意图；
31.图8是本发明塔架横截面示意图；
32.图9是本发明实施例二中整体结构示意图。
33.图中：1、回转平台；2、稳定基座；3、塔架；4、轮毂；5、发电机舱；6、导流件；7、叶片；8、固定结构；9、滑动导向片；10、钢丝拉绳；11、连接组件；12、锚索；x、风向；y、第一主轴。
34.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.如图1至图9所示，本发明一种漂浮式海上背风式风力发电机群，包括回转平台1、发电机群、连接组件11；回转平台1呈旋转柱状，内部设有密闭空腔，所述回转平台1的部分外壁上转动套设安装有稳定基座2，回转平台1漂浮在海平面上，稳定基座2位于海平面上方。参见附图1、2示出，回转平台1可以采用钢板焊接而成，亦或是采用其它材料，目的是形成一个密闭的腔室，在海平面上具备一定悬浮能力，同时具备一定支撑性，支撑安装风力发电机。这里回转平台1的顶面优选设计成高于稳定基座2的顶面，让回转平台1高出来，减少海水浸泡的可能性，当然也可以设计成低于或等于稳定基座2的顶面高度，选择耐浸泡材料制作回转平台1和稳定基座2。优选地，回转平台1与稳定基座2转动密封连接，动密封可以转动的同时保证密封性，避免海水进入内部机构造成侵蚀或影响正常工作。
39.稳定基座2呈圆环状，且顶端设有水平向内延伸的沿，参见附图2-4示出，让稳定基座2的外边沿凸出回转平台1，稳定基座2位于海平面上或者至少部分位于海平面上，可以起到平衡、稳定的效果，不让回转平台侧翻。稳定基座2通过固定结构8与海床连接，利用固定结构8可以选择性将稳定基座2固定在需求的位置，并且在固定结构8的拉力下，在回转平台1受到外力迫使其转动时，固定结构8可以将稳定基座2拉住，限制回转平台1的移动，以使回转平台1可以实现与稳定基座2的相对转动。优选地，稳定基座2与回转平台1的转动连接是限位转动连接，即稳定基座2难与回转平台1分离，可保障稳定基座2对回转平台1的水平、垂直向移动，从而保证回转平台1的相对转动且不侧翻。进一步地优选，稳定基座2也可以设计成密闭空腔结构，或者选用有漂浮性的基座，增强其受海水浮力效果，提高整体结构漂浮支撑性能。
40.这里的发电机群由若干安装在回转平台1上的背风式风力发电机组成，机群可根据需求适当布置，当然风机之间互不干扰工作是前提。也可以是成排成列布置，若干背风式风力发电机呈排布置，且呈排方向与背风式风力发电机塔架的第一主轴方向垂直或正负偏差不大于30
°
。成列布置时，若干背风式风力发电机呈列布置，且呈列方向与背风式风力发电机塔架的第一主轴方向平行或正负偏差不大于30
°
。所述回转平台1由所述发电机群受风而致动，并致使所述背风式风力发电机的塔架3第一主轴方向y与风向x平行。可以理解的是，发电机群受到风吹时，如果第一主轴方向y与风向x有夹角，风机叶片7会受到较大的扭力，此时风机会带着回转平台1转动，回转平台1被迫转动，而稳定基座2是被拉住的，因而回转平台1会与稳定基座2发生相对转动，直至风机受扭力最小的角度，正是风机第一主轴方向y与风向x平行时受到扭力最小。
41.固定结构8可以采用长度可调节的刚性基础桩，如杆、管之类的，基础桩至少设有两个，且沿稳定基座2底部周向均匀分布，基础桩的顶端与稳定基座2的底面连接，底端与海
床连接，长度可调节以实现控制回转平台1浸入海水中的体积大小，进而调整回转平台1浮力大小。这里的固定结构8也可以采用锚索12或缆绳，锚索12或缆绳至少设有两个，沿稳定基座2底部周向均匀分布，锚索12或缆绳一端与稳定基座2的底面连接，另一端与海床连接，锚索12或缆绳与稳定基座2连接的端头可通过拉紧装置连接，拉紧装置能够调整锚索12或缆绳的拉紧收放，通过拉紧或放松锚索12或缆绳来调整稳定基座2的高度，进而调整回转平台1的浮力大小，当需要移动位置时，则断开锚索12或缆绳与海床的连接，使用船只将装置拉至合适的位置，以满足对发电机群位置的选择或调整。
42.稳定基座2的内壁设有若干滑动导向片9，滑动导向片9沿稳定基座2的竖直段内壁和水平段内壁均匀分布，参见附图4示出，滑动导向片9选用光滑性好(摩擦力小)、耐磨材料制成，如可选用耐磨陶瓷片，为方便生产、安装和更换，滑动导向片9可制作为单片型，然后嵌入固定安装在稳定基座的内侧面，稳定基座2通过滑动导向片9与回转平台1的外壁转动连接，回转平台1与滑动导向片9接触并相对滑动，实现回转运动。滑动导向片9的设置可以减小回转平台1与稳定基座2之间的接触面和摩擦力，利于二者相对转动，同时可避免二者直接接触造成磨损快的问题，这里的滑动导向片9采用可拆卸安装方式，方便更换。
43.本发明回转平台1可以被动转向，在风里吹动下，风机会带着回转平台1转动，以实现对风，为避免偏航转向回转角度过大，造成电缆缠绕，可以在回转平台1与稳定基座2转动连接处设置角度位移传感器和偏航电机，利用角度位移传感器与偏航电机实现转向偏航是现有技术，这里就不再赘述。
44.若干背风式风力发电机的分布可根据需求设置，如根据海上的风能密度，以及背风式风力发电机发电功率来合理设计，实现发电量最大，尾流影响最小；充分考虑送变电方案和安装方便条件；布置间距不宜过大，以便于节省回转平台1面积。优选地，发电机群至少包括两排背风式风力发电机，相邻两排中的背风式风力发电机错位布置，保证回转平台1各方向承力更均匀，能够提高装置整体的平衡性，且成排方向与背风式风力发电机的塔架3的第一主轴y方向、风向x均垂直。为不影响风机单独运行，相邻两排之间的间距可以设置成不小于背风式风力发电机的塔架3高度，同一排中相邻背风式风力发电机的间距可以设置成不小于2n，n为背风式风力发电机的叶片7回转半径，这样可以保证各背风式风力发电机在工作时不会相互干扰，提高发电机群的发电效率。作为优选，发电机群包括七个背风式风力发电机时，可以以2-3-2的形式分三排布置，其中，每排两端共六个背风式风力发电机分别位于正六边形的角点，一个位于正六边形的形心，参见附图1示出，这种分布可以保证回转平台1各处承力均匀，保证装置的平衡性。
45.为了应对海浪与海风造成的摇晃，避免各个风机头部摆动过大，还包括用于将背风式风力发电机两两连接的连接组件11，即不产生干涉叶片转动的情况下，将机群中任意两个连接。连接组件11设有若干个，连接组件11可以选择稳固性较好的一字型钢架梁或质量较轻的预拉绷紧的钢丝绳。优选地，在风机组成排布置时，连接组件11将同一排中左右相邻的背风式风力发电机连接，连接组件11水平设置且与风向x垂直，连接组件11的两端分别连接在左右相邻的背风式风力发电机的塔架3顶端部，参见附图6示出，这样可以在不影响叶片7转动的前提下将相邻风力发电机连接起来，增强发电机群的稳定性。
46.背风式风力发电机的塔架3下端连接在回转平台1上，塔架3上端设有发电机舱5，多个叶片7通过轮毂4转动连接在发电机舱5上，多个叶片7位于塔架3的下风侧。优选地，多
个叶片7绕主轴转动，主轴与风向x平行，由于叶片7位于塔架3的下风侧，从而避免采用将主轴向上翘起3-5
°
的方法来拉开叶片7的端部与塔架3的距离，在实现安全性的前提下保证了多个叶片7的扫掠面积，避免了风能损失。发电机舱5上的轮毂4和叶片7通过塔架3连接在回转平台1上，回转平台1与稳定基座2转动连接，当气流方向即风向x改变时，叶片7会随气流摆动，使得气流通过叶片7带动塔架3和回转平台1在稳定基座2上转动，始终保持背风式风力发电机的主轴方向与风向x平行，从而无需安装偏航对风装置和系统，降低了成本，减少了机舱重量，提高了动刚度，使得塔架3的结构更加稳定。
47.为了进一步提高本发明的稳定性，设置预拉件，预拉件位于背风式风力发电机的塔架3的上风侧，一端连接于背风式风力发电机的塔架3上，另一端连接于回转平台1上。可以理解的是，通过钢丝拉绳10的两端分别连接在塔架3和回转平台1上，对钢丝拉绳10施加一定的预拉力，可以改善塔架3截面初始应力状态，且钢丝拉绳10产生的拉伸可以抵消部分风力对塔架3的弯矩，减小塔架3的载荷，降低塔架3的重量，提高塔架3的稳定性，从而提高风力发电机整体的刚度和强度。优选地，钢丝拉绳10设置在塔架3的上风侧，通过将钢丝拉绳10设置在塔架3的上风侧，从而可以抵消部分风力对塔架3下风侧的弯矩，减小塔架3的载荷。这里每个塔架3均可设有两个以上的钢丝拉绳10，每个钢丝拉绳10预拉紧后上端均连接在塔架3上，下端间隔设置在回转平台1上。当使用多根钢丝拉绳10时，每个钢丝拉绳预拉紧后上端均连接在塔架3上，下端间隔设置在回转平台1上，在塔架3的上风侧形成多条拉力，增强塔架3的稳定性。
48.由于气流会在塔架3后方形成湍流，为了防止或减少塔架3后方湍流的形成，提高风机效率，在塔架3的下风侧设有导流件6，优选地，导流件6在靠近下风侧的方向上横截面积逐渐减小，导流件6不仅可以减少湍流对塔架3下风侧叶片7的影响，还能够增加叶片7受到的风力，使叶片7更好的随气流摆动，令叶片7在风力的作用下，带动发电机舱5、塔架3和回转平台1在稳定基座2中旋转，实现自动对风偏航。进一步地优选，导流件6与塔架3为一体件，即塔架3截面做成具有导流功能的形状，塔架3的横截面为非圆状，塔架3截面只在第一主轴y方向即最大抗弯刚度方向具有最大尺寸，塔架3在靠近下风侧的方向上横截面积逐渐减小。可以理解的是，塔架3最大抗弯刚度塔架3位于上风侧的端面与叶片7所受最大弯矩方向保证平行，可以减小塔架3横截面在其他方向的尺寸，从而减少材料的使用，降低塔架3的重量。
49.实施例一
50.如图1-8所示，本实施例所述的一种漂浮式海上背风式风力发电机群，包括回转平台1、稳定基座2、固定结构8、发电机群、连接组件11、预拉件，回转平台1设置在海平面上，回转平台1呈“凸”形圆柱状，内部设有密闭空腔，回转平台1的顶面高于海平面。稳定基座2呈圆环状，稳定基座2的顶端设有向内延伸的沿，参见附图2-4示出，稳定基座2转动套设安装在回转平台1的外壁上，且位于海平面上方。稳定基座2的竖直段内壁和水平段内壁均匀设有若干滑动导向片9，稳定基座2通过滑动导向片9与回转平台1转动连接，滑动导向片9选用耐磨陶瓷片，回转平台1的顶面略高于稳定基座2的顶面。
51.固定结构8为两个长度可调的基础桩，基础桩竖直设置且沿稳定基座2均匀分布，基础桩的顶端与稳定基座2的底面连接，底端与海床连接。发电机群由7个安装在回转平台1上的背风式风力发电机组成，7台背风式风力发电机以2、3、2的数量分为三排布置，且呈排
方向与背风式风力发电机的主轴方向、风向x均垂直，其中，每排两端共六个背风式风力发电机分别位于正六边形的角点，一个位于正六边形的形心，参见附图1、5、6示出。
52.背风式风力发电机的塔架3下端与回转平台1连接，塔架3上端设有发电机舱5，多个叶片7通过轮毂4转动连接在发电机舱5上，多个叶片7位于塔架3的下风侧。塔架3的截面为具有导流功能的形状，塔架3的横截面接非圆状，塔架3截面只在第一主轴y方向即最大抗弯刚度方向具有最大尺寸，塔架3在靠近下风侧的方向上横截面积逐渐减小，见附图8示出。连接组件11水平设置且与风向x垂直，连接组件11为一字型钢架梁，连接组件11设有多个，连接组件11的两端分别连接在左右相邻的背风式风力发电机的塔架3顶端部，参见附图6示出。每个背风式风力发电机都设有两个钢丝拉绳10，两个钢丝拉绳10预拉紧后上端均连接在塔架3上，下端间隔设置在回转平台1上。
53.实施例二
54.如图9所示，本实施例与上述实施例一的区别在于：将稳定基座2替换为漂浮基座，漂浮基座由钢板焊接而成，内部采用框架结构加固，漂浮基座内部设有密闭空腔，漂浮基座转动套设安装在回转平台1的外壁上，此时漂浮基座具有漂浮功能，回转平台1可以选用不具备漂浮功能的平台，整体结构的支撑由漂浮基座提供。
55.以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。