CN113200129B - 一种新型漂浮式风机平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型漂浮式风机平台，包括依次连接的浮筒、过渡段、垂荡板及压载舱系统；浮筒远离过渡段的端面上安装有风机；过渡段的横截面小于浮筒任一高度的横截面；垂荡板的横截面大于固定座的横截面；压载舱系统包括球形压载舱及汞压载舱，球形压载舱的顶部与垂荡板固定连接，球形压载舱通过改变内部的水的位置来改变球形压载舱的重心位置从而调节平台的稳定性，汞压载舱设于球形压载舱内，汞压载舱通过改变内部的汞的位置来改变汞压载舱的重心位置从而调节平台的稳定性。上述方案响应速度快，满足平台快速稳定的需求，且由于吃水深度不变，适用于对水深有要求的水域，适用范围广泛。

Description

一种新型漂浮式风机平台

技术领域

本发明涉及海洋漂浮式风机平台技术领域，具体涉及一种新型漂浮式风机平台。

背景技术

深远海风力发电作为可再生能源研究的一个新兴热点，具有巨大的潜力，这是因为，相比于陆上风电，深远海风力发电由于海面粗糙度比陆地表面低，风速更加均匀；其次是深远海风速更大，这使得能够获得更多的风能，最后是对环境影响小，可利用的风电场多。对于浮式风电装备，其整个装备包括：风电机组，漂浮式平台，系泊系统和锚固系统。漂浮式平台作为最重要的组成部分，其最大的特点是具有6个自由度的运动，受到环境的冲击载荷大，例如海浪，风，冰和洋流，这可能导致平台疲劳故障。为了确保海上浮式平台的可靠性和安全性，探索稳定性高、运功幅度小的海上平台设计具有重要意义。

漂浮式风电平台的主尺度通常是从平稳性能、运动性能等多个总体方向进行论证分析确定的，平台通常在指定的吃水下进行发电作业，现有的海上风电平台都是通过改变压载舱内部的水量来调节平台的吃水深度，从而调节平台的稳定性，以应对海上的海浪，风和洋流对平台的冲击，由于海浪和海风变化迅速，从外部进水响应速度慢，不能满足平台快速稳定的需求，且现有平台为保持稳定进行压载时，必然伴随着平台吃水深度的增加，不适用于对水深有要求的水域，适用范围窄。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种新型漂浮式风机平台，以解决上述背景技术中提出的现有的平台为保持稳定，而压载的响应速度慢，不能满足平台快速稳定的需求，且现有平台为保持稳定进行压载时，必然伴随着平台吃水深度的增加，不适用于对水深有要求的水域，适用范围窄的问题。

为了解决该技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种新型漂浮式风机平台，包括依次连接的浮筒、过渡段、垂荡板及压载舱系统；

所述浮筒远离过渡段的端面上安装有风机；

所述过渡段的横截面小于所述浮筒任一高度的横截面；

所述垂荡板的横截面大于所述过渡段的横截面；

所述压载舱系统包括球形压载舱及汞压载舱，所述球形压载舱的顶部与所述垂荡板固定连接，所述球形压载舱通过改变内部的水的位置来改变球形压载舱的重心位置从而调节平台的稳定性，所述汞压载舱设于球形压载舱内，所述汞压载舱通过改变内部的汞的位置来改变汞压载舱的重心位置从而调节平台的稳定性。

设置过渡段有利于减少平台的水线面面积，使得平台倾覆力矩更小；垂荡板可以在平台上下运动时增大其运动阻尼，从而增大垂荡运动的固有周期，减小垂荡的运动幅度；球形压载舱通过改变内部的水的位置来改变球形压载舱的重心位置从而调节平台的稳定性，汞压载舱通过改变内部的汞的位置来改变汞压载舱的重心位置从而调节平台的稳定性。通过同时改变球形压载舱的内部的水的位置及改变汞压载舱的内部的汞的位置，由于汞的密度大于水的密度，因此可快速降低平台的重心位置而保持稳定。但由于球形压载舱内的水及汞压载舱内的汞的只是通过改变位置来迅速保持平台的稳定性，根据平台的受力平衡可知平台的吃水深度始终不变，上述方案响应速度快，满足平台快速稳定的需求，且由于吃水深度不变，适用于对水深有要求的水域，适用范围广泛。

进一步地，所述浮筒呈锥形，锥度范围为15－20度，所述浮筒的安装风机的一端的直径大于与过渡段连接的一端的直径。通过锥形浮筒能够有效降低平台的运动，使得平台更加稳定，增加回复力矩。

进一步地，所述过渡段包括转动体、固定座及驱动机构，所述转动体与所述固定座转动连接，所述驱动机构设于所述固定座上且与所述转动体驱动连接，所述驱动机构驱动所述转动体转动，所述浮筒与所述转动体固定连接，所述垂荡板与所述固定座固定连接。通过过渡段转动可代替风机的偏航，从而省去风机的偏航系统，大大减化了风机的结构，大大减轻了风机的重量，进而大大减小了风机的塔筒的底座的载荷，降低了成本。

进一步地，所述驱动机构包括驱动件、支撑板、传动轴、齿轮及齿圈，所述驱动件固设于所述固定座内，所述支撑板固设于所述固定座内，所述传动轴穿过所述支撑板且与所述支撑板转动连接，所述驱动件与所述传动轴的一端驱动连接，所述传动轴的另一端与所述齿轮同轴固定连接，所述齿轮与所述齿圈啮合，所述齿圈与所述转动体固定连接。通过齿轮传动齿圈，从而使得转动体在固定座内转动。

进一步地，所述球形压载舱包括球形压载上部舱和球形压载下部舱，所述球形压载上部舱与所述球形压载下部舱之间通过第一阀连通，所述球形压载上部舱与所述球形压载下部舱之间还通过第一泵连通，所述第一泵由所述球形压载下部舱通往所述球形压载上部舱。当需要稳定平台降低重心时，打开第一阀，球形压载上部舱内的水流入球形压载下部舱内，即可将平台的重心降低，使得平台受到海风及海浪的冲击时也能保持平稳，当平台所受海风及海浪的冲击力小的时候，由于平台的重心越低造成的横摇周期越小，为防止其横摇周期长期较小的不利状况，平台需恢复到平常的固有高度的重心，则通过第一泵将球形压载下部舱的水抽到球形压载上部舱内。

进一步地，所述球形压载舱还包括第二阀及第二泵，所述第二阀设于所述球形压载上部舱上且与所述球形压载上部舱连通，通过打开关闭所述第二阀，能向所述球形压载上部舱内进水，所述第二泵设于所述球形压载下部舱上且与所述球形压载下部舱连通，通过所述第二泵可将所述球形压载下部舱内的水直接排放到平台外面。当通过改变平台的重心已不能满足平台的稳定性的需求时，或者需要改变平台的吃水深度时，通过第二阀进水及第二泵排水，球形压载舱即可通过改变内部的水量来改变球形压载舱的重力从而调节平台的吃水深度，进而保持平台的稳定性。

进一步地，所述汞压载舱包括汞压载上部舱和汞压载下部舱，所述汞压载上部舱与所述汞压载下部舱之间通过第三阀连通，所述汞压载上部舱与所述汞压载下部舱之间还通过第三泵连通，所述第三泵由所述汞压载下部舱通往所述汞压载上部舱。当需要稳定平台降低重心时，打开第三阀，汞压载上部舱内的汞流入汞压载下部舱内，即可将平台的重心降低，由于汞的密度大于水的密度，因此汞的流动能快速降低平台的重心，配合球形压载舱内的水的重心的降低，使得平台受到海风及海浪的冲击时能快速保持平稳，当平台需要恢复到平常的固有高度的重心时，则通过第三泵将汞压载下部舱的汞抽到汞压载上部舱内。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过同时改变球形压载舱的内部的水的位置及改变汞压载舱的内部的汞的位置，可快速降低平台的重心位置而保持稳定，上述方案响应速度快，满足平台快速稳定的需求，且由于吃水深度不变，大大减小了浮体平台的运动，提高了平台的可靠性、稳定性和安全性，且适用于对水深有要求的水域，适用范围广泛，从而提高了整个浮式风电装备的经济价值。

2、通过采用过渡段可转动代替风机的偏航，从而省去风机的偏航系统，大大减化了风机的结构，大大减轻了风机的重量，进而大大减小了风机的塔筒的底座的载荷，降低了成本。

3、通过第二阀进水及第二泵排水，球形压载舱即可通过改变内部的水量来改变球形压载舱的重力从而调节平台的吃水深度，进一步调节平台的稳定性。

4、结构简单，灵活可靠，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的过渡段的剖视图；

图3为图2中的A-A剖视图；

图4为压载舱系统的结构视图。

附图标记：

浮筒1；

过渡段2，转动体21，固定座22，驱动机构23，驱动件231，支撑板232，传动轴233，齿轮234，齿圈235，密封圈236；

垂荡板3；

压载舱系统4，球形压载舱41，球形压载上部舱411，球形压载下部舱412，第一阀413，第一泵414，第二阀415，第二泵416，汞压载舱42，汞压载上部舱421，汞压载下部舱422，第三阀423，第三泵424。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图1，本实施例提供的新型漂浮式风机平台，包括依次连接的浮筒1、过渡段2、垂荡板3及压载舱系统4。

浮筒1远离过渡段2的端面上安装有风机。具体地，浮筒1呈锥形，锥度范围为15－20度，浮筒1的安装风机的一端的直径大于与过渡段2连接的一端的直径。通过锥形浮筒1能够有效降低平台的运动，使得平台更加稳定，增加回复力矩。

请一并参阅图2，过渡段2的横截面小于浮筒1任一高度的横截面。设置过渡段2有利于减少平台的水线面面积，使得平台倾覆力矩更小。具体地，过渡段2包括转动体21、固定座22及驱动机构23，转动体21与固定座22转动连接，驱动机构23设于固定座22上且与转动体21驱动连接，驱动机构23驱动转动体21转动，浮筒1与转动体21固定连接，垂荡板3与固定座22固定连接。通过过渡段2转动可代替风机的偏航，从而省去风机的偏航系统，大大减化了风机的结构，大大减轻了风机的重量，进而大大减小平台的重量及规模。本实施例中，采用两套驱动机构23，两套驱动机构23相对于过渡段2的轴线对称，两套驱动机构23同步驱动转动体21转动。

请一并参阅图3，驱动机构23包括驱动件231、支撑板232、传动轴233、齿轮234及齿圈235，驱动件231固设于固定座22内，支撑板232固设于固定座22内，传动轴233穿过支撑板232且与支撑板232转动连接，驱动件231与传动轴233的一端驱动连接，传动轴233的另一端与齿轮234同轴固定连接，齿轮234与齿圈235啮合，齿圈235与转动体21固定连接。驱动件231驱动传动轴233转动，传动轴233驱动齿轮234转动，齿轮234传动齿圈235，从而使得转动体21在固定座22内转动。驱动件231可以采用电机及液压马达等，只要能驱动传动轴233转动即可，本实施例中采用电机。

作为进一步的优化方案，转动体21与固定座22的接缝处设有密封圈236，防止过渡段2处的外部的水进入过渡段2内。

垂荡板3的横截面大于过渡段2的横截面。垂荡板3可以在平台上下运动时增大其运动阻尼，从而增大垂荡运动的固有周期，减小垂荡的运动幅度。

请一并参阅图4，压载舱系统4包括球形压载舱41及汞压载舱42，球形压载舱41的顶部与垂荡板3固定连接，球形压载舱41通过改变内部的水的位置来改变球形压载舱41的重心位置从而调节平台的稳定性，汞压载舱42设于球形压载舱41内，汞压载舱42通过改变内部的汞的位置来改变汞压载舱42的重心位置从而调节平台的稳定性。通过同时改变球形压载舱41的内部的水的位置及改变汞压载舱42的内部的汞的位置，并且由于汞的密度大于水的密度，因此可快速降低平台的重心位置而保持稳定，但由于球形压载舱41内的水及汞压载舱42内的汞的只是改变位置，根据平台的受力平衡可知平台的吃水深度始终不变。

具体地，球形压载舱41包括球形压载上部舱411和球形压载下部舱412，球形压载上部舱411与球形压载下部舱412之间通过第一阀413连通，球形压载上部舱411与球形压载下部舱412之间还通过第一泵414连通，第一泵414由球形压载下部舱412通往球形压载上部舱411。当需要稳定平台降低重心时，打开第一阀413，球形压载上部舱411内的水流入球形压载下部舱412内，即可将平台的重心降低，使得平台受到海风及海浪的冲击时也能保持平稳，当平台所受海风及海浪的冲击力小的时候，由于平台的重心越低造成的横摇周期越小，为防止其横摇周期长期较小的不利状况，平台需恢复到平常的固有高度的重心，则通过第一泵414将球形压载下部舱412的水抽到球形压载上部舱411内。

作为进一步的优化方案，球形压载舱41还包括第二阀415及第二泵416，第二阀415设于球形压载上部舱411上且与球形压载上部舱411连通，通过打开关闭第二阀415，能向球形压载上部舱411内进水，第二泵416设于球形压载下部舱412上且与球形压载下部舱412连通，通过第二泵416可将球形压载下部舱412内的水直接排放到平台外面。当通过改变平台的重心已不能满足平台的稳定性的需求时，或者需要改变平台的吃水深度时，通过第二阀415进水及第二泵416排水，球形压载舱41即可通过改变内部的水量来改变球形压载舱41的重力从而调节平台的吃水深度。

汞压载舱42包括汞压载上部舱421和汞压载下部舱422，汞压载上部舱421与汞压载下部舱422之间通过第三阀423连通，汞压载上部舱421与汞压载下部舱422之间还通过第三泵424连通，第三泵424由汞压载下部舱422通往汞压载上部舱421。当需要稳定平台降低重心时，打开第三阀423，汞压载上部舱421内的汞流入汞压载下部舱422内，即可将平台的重心降低，由于汞的密度大于水的密度，因此汞的流动能快速降低平台的重心，配合球形压载舱41内的水的重心的降低，使得平台受到海风及海浪的冲击时能快速保持平稳，当平台需恢复到平常的固有高度的重心时，则通过第三泵424将汞压载下部舱422的汞抽到汞压载上部舱421内。

请一并参阅图1-图4，本发明的保持平台的稳定性的具体调节过程为：平台正常漂浮时，压载用的水均处于球形压载上部舱411内，汞处于汞压载上部舱421内，此时平台的压载称为固定压载，当平台受到外界冲击时，打开第一阀413，球形压载上部舱411内的水流入球形压载下部舱412内；同时打开第三阀423，汞压载上部舱421内的汞流入汞压载下部舱422内，平台的重心迅速降低，在保持平台吃水深度不变的情况下，使得平台保持平稳；当外部冲击消失后，平台需恢复到平常的固有高度的重心时，通过第一泵414将球形压载下部舱412的水抽到球形压载上部舱411内，通过第三泵424将汞压载下部舱422的汞抽到汞压载上部舱421内；

当仅依靠降低平台自身的重心不够维持平台的平稳时，打开第二阀415，平台外的水进入球形压载上部舱411内，此时平台的吃水深度变大，平台向下沉，当外部冲击变小或消失后，通过第二泵416将多余的多排出球形压载舱41外，从而恢复平台的吃水深度。

此新型漂浮式风机平台，通过同时改变球形压载舱41的内部的水的位置及改变汞压载舱42的内部的汞的位置，可快速降低平台的重心位置而保持稳定，上述方案响应速度快，满足平台快速稳定的需求，且由于吃水深度不变，大大减小了浮体平台的运动，提高了平台的可靠性、稳定性和安全性，且适用于对水深有要求的水域，适用范围广泛，从而提高了整个浮式风电装备的经济价值；通过采用过渡段2可转动代替风机的偏航，从而省去风机的偏航系统，大大减化了风机的结构，大大减轻了风机的重量，进而大大减小了风机的塔筒的底座的载荷，降低了成本；通过第二阀415进水及第二泵416排水，球形压载舱41即可通过改变内部的水量来改变球形压载舱41的重力从而调节平台的吃水深度，进一步调节平台的稳定性；结构简单，灵活可靠，实用性强。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种新型漂浮式风机平台，其特征在于，包括依次连接的浮筒、过渡段、垂荡板及压载舱系统；

所述浮筒远离过渡段的端面上安装有风机；

所述过渡段的横截面小于所述浮筒任一高度的横截面；

所述垂荡板的横截面大于所述过渡段的横截面；

所述压载舱系统包括球形压载舱及汞压载舱，所述球形压载舱的顶部与所述垂荡板固定连接，所述球形压载舱通过改变内部的水的位置来改变球形压载舱的重心位置从而调节平台的稳定性，所述汞压载舱设于球形压载舱内，所述汞压载舱通过改变内部的汞的位置来改变汞压载舱的重心位置从而调节平台的稳定性；

所述球形压载舱包括球形压载上部舱和球形压载下部舱，所述球形压载上部舱与所述球形压载下部舱之间通过第一阀连通，所述球形压载上部舱与所述球形压载下部舱之间还通过第一泵连通，所述第一泵由所述球形压载下部舱通往所述球形压载上部舱；

所述球形压载舱还包括第二阀及第二泵，所述第二阀设于所述球形压载上部舱上且与所述球形压载上部舱连通，通过打开关闭所述第二阀，能向所述球形压载上部舱内进水，所述第二泵设于所述球形压载下部舱上且与所述球形压载下部舱连通，通过所述第二泵可将所述球形压载下部舱内的水直接排放到平台外面。

2.根据权利要求1所述的新型漂浮式风机平台，其特征在于，所述浮筒呈锥形，锥度范围为15－20度，所述浮筒的安装风机的一端的直径大于与过渡段连接的一端的直径。

3.根据权利要求1所述的新型漂浮式风机平台，其特征在于，所述过渡段包括转动体、固定座及驱动机构，所述转动体与所述固定座转动连接，所述驱动机构设于所述固定座上且与所述转动体驱动连接，所述驱动机构驱动所述转动体转动，所述浮筒与所述转动体固定连接，所述垂荡板与所述固定座固定连接。

4.根据权利要求3所述的新型漂浮式风机平台，其特征在于，所述驱动机构包括驱动件、支撑板、传动轴、齿轮及齿圈，所述驱动件固设于所述固定座内，所述支撑板固设于所述固定座内，所述传动轴穿过所述支撑板且与所述支撑板转动连接，所述驱动件与所述传动轴的一端驱动连接，所述传动轴的另一端与所述齿轮同轴固定连接，所述齿轮与所述齿圈啮合，所述齿圈与所述转动体固定连接。

5.根据权利要求1所述的新型漂浮式风机平台，其特征在于，所述汞压载舱包括汞压载上部舱和汞压载下部舱，所述汞压载上部舱与所述汞压载下部舱之间通过第三阀连通，所述汞压载上部舱与所述汞压载下部舱之间还通过第三泵连通，所述第三泵由所述汞压载下部舱通往所述汞压载上部舱。

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