CN104763581A - 一种潮流能发电机组及其偏航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潮流能发电机组，包括潮流能水轮机组、主支撑架、漂浮式海洋平台和偏航系统，所述漂浮式海洋平台上设有用于升降潮流能水轮机组的孔，所述主支撑架穿过该孔，其下部与潮流能水轮机组固定连接，其上部与偏航系统固定连接，所述偏航系统通过偏航支架支撑在所述漂浮式海洋平台的上方。本发明还提供一种潮流能发电机组的偏航方法。本发明潮流能发电机组的偏航系统设置于海平面上，并通过海洋环境检测系统给主控系统发出相关数据，再由主控系统来控制偏航系统的偏航，可以实现双向潮流时能量的全部捕获，延长了可用的发电时间，提高了潮流能发电机组的发电效率。本发明潮流能发电机组结构简单、维护方便。

Description

一种潮流能发电机组及其偏航方法

技术领域

本发明涉及潮流能发电技术领域，特别是涉及一种潮流能发电机组及其偏航方法。

背景技术

现有的潮流能发电机组一般无偏航系统，采用双向转动的发电设备，通过大角度变桨系统实现双向来流时候的能量捕获，或者只捕获单向潮流的能量，也有的是通过偏航调节装置进行偏航，主要依靠水动性能进行调节，如发明专利申请(申请公布号：CN103758688A)中公开：潮流能水轮机偏航调节装置的上塔架通过偏航装置设置在固定于底座的下塔架上，两个调节叶片分别对称设置在上塔架的外侧，下塔架依次通过主轴、两个径向轴承、上轴承座与下轴承座与上轴承座构成径向回转式连接，在上塔架与下塔架之间设有轴向推力轴承和密封机构。当存在偏航角时，调节叶片产生的扭矩之和非零，非零的扭矩使上塔架和水轮机本体向偏航角减小的方向旋转，直到旋转到偏航角为零的位置时，两个对称调节叶片产生的扭矩大小相等、方向相反，扭矩达到平衡，实现偏航的调节。而这种潮流能水轮机的偏航机构置于水下，偏航结构变得复杂，而且还需要另行设计密封结构，并使后期维护复杂；另外此技术依靠水动性能进行偏航，则对叶片的设计要求较高，增加了成本。

还有的风力机偏航系统，如发明专利(申请公布号：CN102341595A)中的偏航系统包括固定到塔架上的轴承，机舱安置在该轴承上且在偏航运动中在该轴承上滑动；以及布置成允许机舱沿着轴承进行旋转运动的至少一个偏航马达，与控制该偏航马达的控制机构。该偏航控制机构需要实时地根据风向的变化对偏航系统发出指令，以达到功率最优化，又由于风向多变，对控制系统的要求提高，使整体发电机组更为复杂。

由此可见，上述现有的潮流能发电机组的偏航系统在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种结构简单、维护方便的新的潮流能发电机组及其偏航方法，成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、维护方便的潮流能发电机组，使其克服现有的潮流能发电机组的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种潮流能发电机组，包括潮流能水轮机组、主支撑架、漂浮式海洋平台和偏航系统，所述漂浮式海洋平台上设有用于升降潮流能水轮机组的孔，所述主支撑架穿过该孔，其下部与潮流能水轮机组固定连接，其上部与偏航系统固定连接，所述偏航系统通过偏航支架支撑在所述漂浮式海洋平台的上方。

作为本发明的一种改进，所述偏航支架包括支撑平台和支腿，所述支撑平台上设有配合主支撑架升降的导向孔，所述支腿固定连接在支撑平台与漂浮式海洋平台之间。

进一步改进，所述偏航系统包括偏航驱动器和偏航轴承，所述偏航轴承包括偏航轴承外圈和偏航轴承内圈，所述偏航驱动器在偏航驱动固定架的固定下与偏航轴承内圈传动连接，所述偏航轴承内圈与所述主支撑架的上部固定连接，所述偏航轴承外圈与所述偏航驱动固定架固定连接，所述偏航驱动固定架与支撑平台固定连接。

进一步改进，所述偏航驱动器与偏航轴承内圈通过齿轮啮合方式传动连接；所述偏航轴承内圈与所述主支撑架的上部通过转接板固定连接。

进一步改进，所述偏航驱动固定架与支撑平台之间设有防错配合结构。

进一步改进，所述潮流能发电机组还包括提升机构。

进一步改进，所述潮流能发电机组还包括与该发电机组主控系统连接的海洋环境检测系统，所述海洋环境检测系统用于检测海洋环境的温度、盐度、潮流速度、潮流方向参数，并将该参数信息传送给该发电机组的主控系统。

进一步改进，所述海洋环境检测系统设置在所述漂浮式海洋平台下方。

进一步改进，所述偏航系统还包括刹车机构。

本发明还提供一种潮流能发电机组的偏航方法，所述潮流能发电机组包括与该发电机组主控系统连接的海洋环境检测系统和由该主控系统控制的偏航系统，其偏航方法步骤包括：

1)当海洋环境监测系统检测到潮流流速为0且潮流方向将改变时，所述海洋环境监测系统向主控系统发出信号；

2)所述主控系统接收到所述海洋环境监测系统发送的信号后，指令偏航系统开始偏航。

采用上述的技术方案，本发明至少具有以下优点：

1.本发明潮流能发电机组的偏航结构设置于海平面上，既可以省去将偏航系统设置于海平面下时的复杂密封结构，又可以避免偏航系统出现漏油等问题时污染海洋的情况，绿色环保。

2.本发明潮流能发电机组通过海洋环境检测系统所测得的数据信息反馈给主控系统，由主控系统来控制偏航系统的偏航，可以实现双向潮流时能量的全部捕获，延长了可用的发电时间，提高了潮流能发电机组的发电效率。

3.本发明潮流能发电机组通过提升机构可以将水轮机组提升至海平面以上，利于发电机组的检修和维护。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明潮流能发电机组的结构示意图；

图2是理想状态下潮流流速曲线示意图。

具体实施方式

参照附图1所示，本发明潮流能发电机组包括：潮流能水轮机组1、主支撑架2、漂浮式海洋平台3以及偏航系统。主支撑架2的下部与潮流能水轮机组1固定连接，其上部与偏航系统固定连接，偏航系统通过偏航支架4支撑在漂浮式海洋平台3上。

潮流能水轮机组1包含机舱和至少两支叶片，该机舱与主支撑架2的下部固定连接。

漂浮式海洋平台3停留在海平面上，通过锚链11进行停泊，锚链11的数量与平台设计要求进行匹配，其中间具有供潮流能水轮机组1提升到海平面上的孔。

偏航支架4包括支撑平台402和其支腿401。支撑平台402用以支撑整个偏航系统及其附属设备。支撑平台402的中间设有配合主支撑架2提升的导向孔，用以当潮流能水轮机组1提升时的导向作用。支腿401用以将支撑平台402支撑在漂浮式海洋平台3上，其数量可根据实际的要求配置。支腿401可通过焊接或其他方式固定连接在支撑平台402与漂浮式海洋平台3上。

偏航系统包括偏航驱动器5、偏航驱动固定架8和偏航轴承7。其中，偏航系统中至少含有一套偏航驱动器5。偏航驱动器5安装在偏航驱动固定架8上，偏航驱动固定架8位于支撑平台402上方且与支撑平台402配合安装，如通过螺栓12固定连接。优选偏航驱动固定架8与支撑平台402的接触面设置有固定的防错配合结构，防止偏航驱动固定架8安装出错影响潮流能偏航系统的正常工作。

偏航轴承7位于偏航驱动固定架8的上方，包括偏航轴承外圈702和偏航轴承内圈701。偏航轴承外圈702通过螺栓13与偏航驱动固定架8进行固定连接，偏航轴承内圈701通过转接板6与主支撑架2的上部固定连接，如转接板6通过螺栓14与偏航轴承内圈701固定连接，通过螺栓15与主支撑架2的上部固定连接。偏航驱动器5带动偏航驱动内圈701转动，其传动方式优选齿轮啮合传动方式，也可采用液压驱动传动方式或其他传动方式。即偏航系统的工作原理为：偏航驱动器5驱动偏航轴承内圈701转动，偏航轴承内圈701带动转接板6转动，同时带动主支撑架2转动，进而带动潮流能水轮机组1转动，则完成潮流能发电机组的偏航动作。

该潮流能发电机组还包括提升机构，该提升机构可采用现有技术中任一提升结构，利于水轮机组提升至海平面以上后进行检修和维护。本实施例中优选提升机构包括提升动力轮9、提升支架403和链条。提升动力轮9固定设置在漂浮式海洋平台3的上表面。提升支架403固定安装在支撑平台402的下表面，且其上设有滑轮。链条的一端与潮流能水轮机组1的机舱连接，其中部绕过滑轮后，另一端与提升动力轮9连接。在水轮机组1需要提升时，提升链条在提升动力轮9的带动下，通过滑轮对水轮机组1进行提升，以利于水轮机组1的检修和维护。其中，提升支架403与支撑平台402也可为一体式结构。

当潮流能水轮机组1需要提升时，需要工作人员拆卸螺栓12，此时整个偏航系统与潮流能水轮机组1连接，启动提升机构9，主支撑架2通过支撑平台402中间孔的导向作用进行竖直提升；当潮流能水轮机组1需要降落归位时，启动提升机构9，偏航驱动固定架8逐渐与支撑平台402配合，当两者之间的防错配合结构配合好后，固定安装，潮流能发电机组即可正常工作。

该潮流能发电机组还包括与主控系统连接的海洋环境检测系统10，海洋环境检测系统10可设置在海洋平台3的下部的合理位置，用于海洋环境参数的测量与反馈，包括温度、盐度、潮流速度、潮流方向等其他需要的参数，但不仅限于所述参数。

根据对实际的潮流方向进行测定，潮流的方向基本为来流和去流两个方向，因此机组的偏航基本处于0°-180°之间的偏航。该潮流能发电机组的主要工作过程如下：

当潮流的来向如附图1中所示时，潮流能水轮机组1进行能量捕获正常发电。由海洋环境监测系统10可得出实际潮流速度及方向类似于附图2所示的情况：从初始0点位置起，潮流的方向为正向，且流速慢慢增加，在大约6点位置流速达到最高，过后流速慢慢降低，在大约12点位置流速为零；过12点后潮流方向改变，潮流流速类似于0-12点的情况。

当海洋环境监测系统10检测到潮流流速在12点位置为0时，给主控系统发出信号，主控系统指令潮流能水轮机组1开始偏航，即控制偏航驱动器5驱动偏航轴承内圈701转动，偏航轴承内圈701带动转接板6转动，同时带动主支撑架2转动，进而带动潮流能水轮机组1转动，以完成潮流能发电机组的偏航动作。偏航后潮流能水轮机组1的迎流方向为附图1中的反方向。

为了能使潮流能水轮机组1被固定在某一偏航角度，该潮流能发电机组偏航系统还需要增加相应的刹车设备。该刹车设备可以采用现有技术中任何与该偏航系统匹配的刹车机构。

本发明潮流能发电机组采用设置在漂浮式海洋平台上方的偏航系统结构，可以实现双向潮流时能量的全部捕获，延长了可用的发电时间，提高了潮流能发电机组的发电效率。

本发明潮流能发电机组的偏航结构设置于海平面上，可以省去将偏航结构设置于海平面下时的复杂密封结构，且避免了偏航结构出现漏油等问题时污染海洋的情况，绿色环保、维护方便。

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，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种潮流能发电机组，其特征在于，包括潮流能水轮机组、主支撑架、漂浮式海洋平台和偏航系统，所述漂浮式海洋平台上设有用于升降潮流能水轮机组的孔，所述主支撑架穿过该孔，其下部与潮流能水轮机组固定连接，其上部与偏航系统固定连接，所述偏航系统通过偏航支架支撑在所述漂浮式海洋平台的上方。

2.根据权利要求1所述的潮流能发电机组，其特征在于，所述偏航支架包括支撑平台和支腿，所述支撑平台上设有配合主支撑架升降的导向孔，所述支腿固定连接在支撑平台与漂浮式海洋平台之间。

3.根据权利要求2所述的潮流能发电机组，其特征在于，所述偏航系统包括偏航驱动器和偏航轴承，所述偏航轴承包括偏航轴承外圈和偏航轴承内圈，所述偏航驱动器在偏航驱动固定架的固定下与偏航轴承内圈传动连接，所述偏航轴承内圈与所述主支撑架的上部固定连接，所述偏航轴承外圈与所述偏航驱动固定架固定连接，所述偏航驱动固定架与支撑平台固定连接。

4.根据权利要求3所述的潮流能发电机组，其特征在于，所述偏航驱动器与偏航轴承内圈通过齿轮啮合方式传动连接；所述偏航轴承内圈与所述主支撑架的上部通过转接板固定连接。

5.根据权利要求3所述的潮流能发电机组，其特征在于，所述偏航驱动固定架与支撑平台之间设有防错配合结构。

6.根据权利要求2所述的潮流能发电机组，其特征在于，所述潮流能发电机组还包括提升机构。

7.根据权利要求1所述的潮流能发电机组，其特征在于，所述潮流能发电机组还包括与该发电机组主控系统连接的海洋环境检测系统，所述海洋环境检测系统用于检测海洋环境的温度、盐度、潮流速度、潮流方向参数，并将该参数信息传送给该发电机组的主控系统。

8.根据权利要求7所述的潮流能发电机组，其特征在于，所述海洋环境检测系统设置在所述漂浮式海洋平台下方。

9.根据权利要求1至8任一项所述的潮流能发电机组，其特征在于，所述偏航系统还包括刹车机构。

10.一种潮流能发电机组的偏航方法，其特征在于，所述潮流能发电机组包括与该发电机组主控系统连接的海洋环境检测系统和由该主控系统控制的偏航系统，其偏航方法步骤包括：

1)当海洋环境监测系统检测到潮流流速为0且潮流方向将改变时，所述海洋环境监测系统向主控系统发出信号；

2)所述主控系统接收到所述海洋环境监测系统发送的信号后，指令偏航系统开始偏航。