一种集成运动抑制系统的海上浮式发电装置

1.本发明涉及海上浮式发电技术领域，具体为一种集成运动抑制系统的海上浮式发电装置。


背景技术：

2.当前，立即采取行动以减少温室气体的排放及实现能源可持续发展已成为全球的共识。加快开发利用可再生清洁能源为主要手段之一，由于海上风能储量巨大且密度高，海上风电开发利用成为可再生能源发展的重要领域。同时，远海风能资源优于近海，因此，风能资源丰富的地方往往伴随着品质较高的波浪能。
3.对于水深超过50m的深海，浮式风机基础相比于固定式，其在建造成本上更具优势，但是，深远海的自然环境恶劣，浮式风机会在风、浪、流的作用下产生较大的运动响应，这不仅会影响浮式风机的整体稳定性，还会使风电机组所在处存在较大的加速度，影响风电机组的寿命，同时，系泊系统响应频繁，极易产生应力疲劳，甚至出现锚链断裂现象。
4.因此，需要开发一种技术，该技术能在降低浮式平台的整体运动性能以增加风能利用效率及延长风电机组寿命的同时，高效稳定地利用浮式平台附近的波浪能。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种集成运动抑制系统的海上浮式发电装置，解决了上述背景技术所提出的问题。
6.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种集成运动抑制系统的海上浮式发电装置，包括风电机组和浮式平台，所述风电机组包括风机叶片、风力发电机、风机塔架，所述浮式平台由提供浮力的立柱以及桁架结构组成，所述立柱的内部设置有阻尼舱，所述阻尼舱的底部和顶部均设置有开孔，且位于底部开孔处设置有阻尼格栅，所述阻尼舱顶部的开孔处设置涡轮发电系统。
7.可选的，所述风力发电机的输出轴与风机叶片的一端固定连接，所述风力发电机的背面固定安装有风机塔架，且风机塔架的下端与立柱的上端固定连接。
8.可选的，所述涡轮发电系统包括气流管道和空气透平，且空气透平安装在气流管道的内部，所述涡轮发电系统的外围设置保护舱，且保护舱设置有开孔。
9.可选的，所述桁架结构的顶端与立柱的下端固定连接，所述桁架结构远离立柱的一端固定安装有压载舱。
10.可选的，所述桁架结构、立柱、连接阻尼栅格和阻尼舱底部开口的螺栓均采用不锈钢材料。
11.可选的，所述阻尼舱顶部气孔与涡轮发电系统密闭连接，所述阻尼舱底部气孔开孔处采用螺栓安装阻尼格栅，且阻尼格栅的主体部分位于阻尼舱中。
12.本发明具备以下有益效果：1、该集成运动抑制系统的海上浮式发电装置，通过立柱、阻尼舱和阻尼格栅之间
的配合，利用立柱、阻尼舱和阻尼格栅构成运动抑制系统，有效地解决了浮式发电装置受海洋环境影响的问题，采用增加平台的附加质量而抑制平台运动性能的方式，减弱浮式平台的运动响应，避免风电机组产生较大的加速度，延长风电机组在海上风浪条件下的使用寿命。
13.2、该集成运动抑制系统的海上浮式发电装置，通过风电机组、浮式平台、阻尼舱和阻尼格栅之间的配合，利用阻尼舱和阻尼格栅的安装，增大了整个装置的附加质量，使装置在波浪作用下的垂荡作用明显减小，既可以提高风电机组的稳定性，又可以延长其使用年限，降低装置维护成本，同时，可避免系泊系统响应频繁，从而过早地出现应力疲劳。
14.3、该集成运动抑制系统的海上浮式发电装置具有较好的稳定性，其通过风电机组、浮式平台、压载舱和桁架结构之间的配合，将海上风能发电同波浪能发电相结合，共享基础设施，与两种装置单独建造相比，增加了发电量的同时，减少了建造成本。
附图说明
15.图1为本发明结构示意图；图2为本发明结构中阻尼格栅的立体结构的示意图；图3为本发明结构中涡轮发电系统的剖视图；图4为本发明结构中集成阻尼舱和阻尼格栅的立柱的剖视图。
16.图中：1、风机叶片；2、风力发电机；3、风机塔架；4、涡轮发电系统；5、立柱；6、桁架结构；7、压载舱；8、阻尼格栅；9、气流管道；10、空气透平；11、阻尼舱。
实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.请参阅图1与图3，本发明提供一种技术方案：一种集成运动抑制系统的海上浮式发电装置，包括风电机组和浮式平台，风电机组包括风机叶片1、风力发电机2、风机塔架3，风机叶片1的数量为三个，浮式平台由提供浮力的立柱5以及桁架结构6组成，立柱5的内部设置有阻尼舱11，立柱5内集成的阻尼格栅8和阻尼舱11通过增加平台的附加质量而抑制平台的运动性能，阻尼舱11为顶端、底端均开口的圆柱形状中空气室，其顶端开口处于水面之上以连接涡轮发电系统4，其底端开口直接接触海水，故而在阻尼舱11上部封闭空气柱体，同时，采用螺栓安装固定阻尼格栅8，其主体部分位于阻尼舱11中，阻尼舱11的底部和顶部均设置有开孔，阻尼舱11顶部开口面积可确定为阻尼舱11水平横截面的3%，以实现较好的运动抑制效果，且底部开孔处设置有阻尼格栅8，立柱5内集成的阻尼舱11和阻尼格栅8组成运动抑制系统，该系统通过增加平台的附加质量而抑制平台的运动性能，阻尼格栅8由若干块阻尼板连接而成，用于增加装置的附加质量，阻尼舱11顶部的开孔处设置涡轮发电系统4，立柱5、桁架结构6以及采用螺栓固定在立柱5上方的涡轮发电系统4构成浮式平台。
19.风力发电机2的输出轴与风机叶片1的一端固定连接，风力发电机2的背面固定安装有风机塔架3，且风机塔架3的下端与立柱5的上端固定连接，在风力作用下，风机叶片1绕
轴旋转，从而将风的动能转化为机械能，进而带动风力发电机2内的风轮轴旋转发电。
20.涡轮发电系统4包括气流管道9和空气透平10，且空气透平10安装在气流管道9的内部，涡轮发电系统4的外围设置保护舱，且保护舱设置有开孔，涡轮发电系统4外部的保护舱设置开孔可使气体内外流通，涡轮发电系统4由气流管道9和其内部的空气透平10组成，阻尼舱11开口处的气体流动可以驱动空气透平10旋转，进而促使发电机进行发电。
21.桁架结构6的顶端与立柱5的下端固定连接，设置压载舱的桁架结构6连接在立柱5底部，以抑制平台的涡激振动，同时降低平台重心，桁架结构6远离立柱5的一端固定安装有压载舱7，桁架结构6的设置起到对立柱5与压载舱7的连接。
22.请参阅图2与图4，桁架结构6、立柱5、连接阻尼栅格8和阻尼舱11底部开口的螺栓均采用不锈钢材料，不锈钢材质的选择，提高了桁架结构6、立柱5、连接阻尼栅格8和阻尼舱11底部开口的螺栓在使用时的强度。
23.阻尼舱11顶部气孔与涡轮发电系统4密闭连接，阻尼舱11中的水柱会上下振荡，类似于振荡水柱发电装置中气室的工作状态，故在阻尼舱11上部开孔处设置涡轮发电系统4，达到利用浮式风机支撑平台附近波浪能的目的，阻尼舱11底部气孔开孔处采用螺栓安装阻尼格栅8，且阻尼格栅8的主体部分位于阻尼舱11中，阻尼舱11、阻尼格栅8和涡轮发电系统4的立柱5起到承载风电机组、抑制平台运动性能和捕获利用波浪能的作用。
24.综上，该集成运动抑制系统的海上浮式发电装置，使用时，首先，阻尼舱11的顶部开口比底部开口直径大，具体开孔大小，可根据实际需要进行调整；阻尼格栅8由若干个阻尼板采用高强度不锈钢螺栓连接而成，阻尼板具体数量可根据需要进行调整，从而进一步增大附加质量，然后，涡轮发电系统4通过高强度不锈钢螺栓与立柱5连接，阻尼舱11顶端开口和气流管道9连接处做密闭平滑处理，以保证气体能够稳定进入，减少阻力，有效提高发电效率，随后，涡轮发电系统4在双向气流下均能工作，气体在流出和流入时都能发电，提高发电效率，最后，在风、流、浪的作用下正常工作时，阻尼格栅8和阻尼舱11通过增加平台的附加质量而抑制浮式平台的运动性能，起到提高整个装置稳定性的作用。在波浪作用下，阻尼舱11内的水柱上下振荡，促使内部气压变化，迫使气流管道9内产生往复气流，进而促使安装的空气透平10旋转，从而带动发电机进行发电。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，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，可以是两个元件内部的连通。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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
26.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。