本實(shí)用新型屬于綠色發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有運(yùn)動響應(yīng)控制及運(yùn)動能轉(zhuǎn)換設(shè)備的深海浮式風(fēng)機(jī)。

背景技術(shù)：

21世紀(jì)，隨著人類社會向海洋的快速進(jìn)軍，大量的海洋浮式結(jié)構(gòu)物大量出現(xiàn)，如海上浮式風(fēng)電裝置、浮式鉆井平臺、生產(chǎn)平臺等。由于海洋浮式結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的特殊性，浮式結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動性能越來越得到重視，對海上浮式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動響應(yīng)有效的控制，是對其在生命周期內(nèi)安全使用的有效保障。目前海上風(fēng)能發(fā)電技術(shù)正在不斷向深海擴(kuò)展，深海風(fēng)機(jī)技術(shù)是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，海上風(fēng)能發(fā)電從淺海的樁柱型向深海的浮式發(fā)展是必然趨勢。由于波浪作用，特別是在惡劣環(huán)境條件下，浮式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較大運(yùn)動響應(yīng)，這對風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生破壞，同時平臺的運(yùn)動隱含著大量的動能，構(gòu)成了不穩(wěn)定的因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在問題，本實(shí)用新型提供了一種具有運(yùn)動響應(yīng)控制及運(yùn)動能轉(zhuǎn)換設(shè)備的深海浮式風(fēng)機(jī)，其技術(shù)方案為：

一種具有運(yùn)動響應(yīng)控制及運(yùn)動能轉(zhuǎn)換設(shè)備的深海浮式風(fēng)機(jī)，設(shè)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)、塔架和浮式基礎(chǔ)，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在塔架頂部，塔架底部固定在所述浮式基礎(chǔ)上，其特征在于：

所述浮式基礎(chǔ)設(shè)有封閉的氣室，所述氣室在其位于浮式基礎(chǔ)吃水線以上的上部空間隔離出一壓縮艙，所述壓縮艙通過出氣口與外部氣室艙連通，所述出氣口處設(shè)有渦輪發(fā)電機(jī)；

所述浮式基礎(chǔ)的外圍均勻設(shè)有若干減搖裝置，所述減搖裝置設(shè)有開口向下的第一氣囊腔，所述第一氣囊腔的底部開口端處于水面以下，第一氣囊腔的上部通過第一進(jìn)氣口與所述壓縮艙連通，所述第一進(jìn)氣口內(nèi)設(shè)有僅朝壓縮艙方向打開的第一單向進(jìn)氣閥，所述第一氣囊腔還設(shè)有與浮式基礎(chǔ)外部空間連通的進(jìn)氣孔，所述進(jìn)氣孔中設(shè)置了僅朝第一氣囊腔方向打開的單向進(jìn)氣閥，或者將進(jìn)氣孔設(shè)置在第一氣囊腔外壁下部接近水面的位置；

所述浮式基礎(chǔ)在所述壓縮艙的下方設(shè)有開口向下的第二氣囊腔，所述第二氣囊腔的底部開口端處于水面以下，所述第二氣囊腔通過位于其頂部的第二進(jìn)氣口與壓縮艙連通，所述第二進(jìn)氣口內(nèi)設(shè)有僅朝壓縮艙方向打開的第二單向進(jìn)氣閥，所述第二氣囊腔還設(shè)有與所述外部氣室艙連通的進(jìn)氣管，所述進(jìn)氣管中設(shè)置了僅朝第二氣囊腔方向打開的單向進(jìn)氣閥，或者將進(jìn)氣管連接第二氣囊腔的一端設(shè)置在第二氣囊腔腔壁下部接近水面的位置。

在上述方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)或優(yōu)選的方案還包括：

所述減搖裝置設(shè)有一斜板，所述斜板頂端與浮式基礎(chǔ)的外壁連接，斜板兩側(cè)通過側(cè)板封閉，構(gòu)成所述第一氣囊腔。

所述側(cè)板為柔性材料或彈性材料制成，斜板頂端與浮式基礎(chǔ)活動連接，所述減搖裝置設(shè)有控制斜板傾斜角度的調(diào)節(jié)裝置。

所述調(diào)節(jié)裝置為液壓伸縮器，所述液壓伸縮器安裝在第一氣囊腔中，兩端分別與所述斜板、浮式基礎(chǔ)外壁活動連接。

所述塔架的中心桿設(shè)有若干個單元段，所述單元段之間通過減振裝置銜接，所述減振裝置包括內(nèi)管、外管以及均勻分布在內(nèi)、外管壁之間的多個緩沖減振機(jī)構(gòu)，所述減振裝置以可拆卸的安裝方式與上、下單元段剛性連接。

所述內(nèi)管中設(shè)有支撐鋼架。

所述緩沖減振機(jī)構(gòu)設(shè)有磁流變阻尼器、加速度傳感器、伸縮器以及檢測伸縮器伸縮狀態(tài)的角度傳感器，相鄰緩沖減振機(jī)構(gòu)之間的管腔內(nèi)填充有聚氨酯減振材料；

所述磁流變阻尼器的阻尼筒與內(nèi)管外壁或外管內(nèi)壁連接，從阻尼筒中伸出的活塞桿頂端相應(yīng)地抵住外管內(nèi)壁或內(nèi)管外壁，所述加速度傳感器與磁流變阻尼器的電流控制器連接；

所述伸縮器為交叉式伸縮架或具有波紋折邊的管狀伸縮器，伸縮器兩端分別連接在減振裝置的內(nèi)管壁和外管壁上，所述角度傳感器與所述電流控制器（連接。

所述上、下單元段通過法蘭結(jié)構(gòu)與減振裝置剛性連接，且上、下單元段與減振裝置的對接部位之間設(shè)有橡膠墊片。

所述浮式基礎(chǔ)通過錨泊系統(tǒng)固定在海床上。

有益效果：

本實(shí)用新型浮式風(fēng)機(jī)通過在浮式基礎(chǔ)外部和外側(cè)設(shè)置減搖裝置來實(shí)現(xiàn)對浮式結(jié)構(gòu)物運(yùn)動響應(yīng)的控制，利用浮式基礎(chǔ)在海面上的垂蕩、橫搖、縱搖等會對第一、第二氣囊腔內(nèi)的氣體進(jìn)行擠壓，給壓縮艙室充氣，進(jìn)而帶動渦輪放電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電，有效地將浮式基礎(chǔ)的運(yùn)動能轉(zhuǎn)換為電能，提高了系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和可再生能源的利用效率。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型浮式風(fēng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖 ；

圖2為浮式基礎(chǔ)的局部剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為減搖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為浮式基礎(chǔ)的俯視圖；

圖6為減振裝置與上、下管段的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為減振裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為減振裝置的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為緩沖減振機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型的技術(shù)方案和工作原理，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。

一種具有運(yùn)動響應(yīng)控制及運(yùn)動能轉(zhuǎn)換設(shè)備的深海浮式風(fēng)機(jī)，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)1、塔架2、浮式基礎(chǔ)5和錨泊系統(tǒng)等部分組成。

如圖1所示，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)1安裝在塔架2頂部，塔架2底部固定在所述浮式基礎(chǔ)5上，而所述浮式基礎(chǔ)5則通過錨泊系統(tǒng)固定在海床上。

所述浮式基礎(chǔ)5優(yōu)選采用六角式浮體結(jié)構(gòu)，塔架2中心桿通過支撐架固定在浮式基礎(chǔ)5的中心處。如圖2、圖3所示，所述浮式基礎(chǔ)5設(shè)有封閉的氣室，所述氣室在其位于浮式基礎(chǔ)5吃水線以上的上部空間隔離出一壓縮艙5-4，所述壓縮艙5-4通過出氣口與外部氣室艙（除了壓縮艙之外的氣室部分）連通，所述出氣口處設(shè)有渦輪發(fā)電機(jī)5-5，渦輪發(fā)電機(jī)5-5與蓄電裝置連接。

所述浮式基礎(chǔ)5在其外圍均勻的設(shè)置了多個減搖裝置4，所述減搖裝置4設(shè)有開口向下的第一氣囊腔5-1，所述第一氣囊腔5-1的底部開口端處于水面以下，第一氣囊腔5-1的上部通過第一進(jìn)氣口與所述壓縮艙5-4連通，所述第一進(jìn)氣口設(shè)置壓縮艙的外部艙壁上，第一進(jìn)氣口內(nèi)設(shè)有僅朝壓縮艙5-4方向打開的第一單向進(jìn)氣閥5-6。所述第一氣囊腔5-1還設(shè)有與浮式基礎(chǔ)5外部空間連通的進(jìn)氣孔5-8。所述進(jìn)氣孔5-8中設(shè)置了僅朝第一氣囊腔5-1方向打開的單向進(jìn)氣閥，或者也可不設(shè)單向進(jìn)氣閥，而將進(jìn)氣孔5-8設(shè)置在第一氣囊腔5-1外壁下部接近水面的位置。

所述浮式基礎(chǔ)5在所述壓縮艙5-4的下方設(shè)有開口向下的第二氣囊腔5-2，所述第二氣囊腔5-2的底部開口端處于水面以下，所述第二氣囊腔5-2通過位于其頂部的第二進(jìn)氣口與壓縮艙5-4連通，所述第二進(jìn)氣口內(nèi)設(shè)有僅朝壓縮艙5-4方向打開的第二單向進(jìn)氣閥5-7。所述第二氣囊腔5-2還設(shè)有與所述外部氣室艙連通的進(jìn)氣管，所述進(jìn)氣管的上部通過固定裝置5-10固定在外部氣室艙中，所述進(jìn)氣管連接第二氣囊腔5-2的一端設(shè)置在第二氣囊腔腔壁下部接近水面的位置，且進(jìn)氣管中設(shè)置了僅朝第二氣囊腔5-2方向打開的單向進(jìn)氣閥。

所述減搖裝置4設(shè)有一斜板和控制斜板傾斜角度的調(diào)節(jié)裝置，所述斜板頂端與浮式基礎(chǔ)5的外壁通過柔性橡膠套5-12活動連接，斜板兩側(cè)通過橡膠側(cè)板密封，構(gòu)成了所述第一氣囊腔5-1。所述調(diào)節(jié)裝置為液壓伸縮器5-3，所述液壓伸縮器5-3的兩端分別與所述斜板、浮式基礎(chǔ)5外壁活動連接，其液壓管路5-11及控制器5-9安裝在壓縮艙5-9下方一封閉的艙室中，所述控制器5-9可通過預(yù)加載程序，根據(jù)環(huán)境條件的惡劣程度，對液壓伸縮器進(jìn)行智能控制（遺傳算法、模糊控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等），主動調(diào)節(jié)液壓伸縮器的伸縮量，進(jìn)而優(yōu)化減搖裝置的減搖效果。

為了方便塔架2的安裝、運(yùn)輸與維修，本實(shí)施例中，將塔架2設(shè)置為可拆卸的組裝方式。如圖1、圖6所示，所述塔架2的中心桿設(shè)有若干個單元段，所述單元段之間通過減振裝置3銜接。

如圖1至圖9所示，所述減振裝置3包括內(nèi)管、外管以及均勻分布在內(nèi)、外管壁之間的五套緩沖減振機(jī)構(gòu)，所述減振裝置3與上、下單元段通過法蘭結(jié)構(gòu)剛性連接，且上、下單元段與減振裝置3的對接部位之間設(shè)有橡膠墊片10。

所述內(nèi)管中設(shè)有對應(yīng)緩沖減振機(jī)構(gòu)的五角形支撐鋼架3-8，相鄰緩沖減振機(jī)構(gòu)之間的管腔內(nèi)填充有聚氨酯減振材料3-7。

所述緩沖減振機(jī)構(gòu)包括伸縮器3-1、角度傳感器3-2、磁流變阻尼器、放大器3-4和加速度傳感器3-5等組成部分。所述磁流變阻尼器的阻尼筒3-3與內(nèi)管外壁連接，從阻尼筒中伸出的活塞桿頂端相應(yīng)地抵住外管內(nèi)壁，所述加速度傳感器3-5的信號輸出端通過放大器3-4與磁流變阻尼器的電流控制器3-6連接。所述伸縮器3-1為交叉式伸縮架或具有波紋折邊的管狀伸縮器，伸縮器3-1兩端分別連接在減振裝置3的內(nèi)管壁和外管壁上，所述角度傳感器3-2用于監(jiān)測伸縮器的伸縮狀態(tài)，其輸出端亦通過放大器3-4與所述電流控制器3-6連接。

所述電流控制器3-6與電源設(shè)備連接，并設(shè)有處理模塊用于分析判斷上述傳感器采集的數(shù)據(jù)信號，所述處理模塊根據(jù)判斷結(jié)果向阻尼筒3-3（即阻尼發(fā)生器）線圈輸出相應(yīng)的控制電流，調(diào)節(jié)阻尼筒3-3產(chǎn)生合適的阻尼力，保護(hù)塔架2及風(fēng)力發(fā)電機(jī)1安全穩(wěn)定的工作。

本實(shí)用新型浮式風(fēng)機(jī)運(yùn)動響應(yīng)控制及運(yùn)動能轉(zhuǎn)換的原理為：浮式基礎(chǔ)5隨著波浪搖動時，第一、第二氣囊腔內(nèi)的氣體被波面往復(fù)擠壓，氣體通過第一、第二進(jìn)氣口進(jìn)入壓縮艙5-4，使壓縮艙與外部氣室艙之間產(chǎn)生壓差，使渦輪發(fā)電機(jī)5-5驅(qū)動發(fā)電，第一氣囊腔5-1內(nèi)被擠出的氣體可通過進(jìn)氣孔5-8從外部補(bǔ)充，而第二氣囊腔5-2內(nèi)被擠出的氣體可通過進(jìn)氣管從所述外部氣室艙中補(bǔ)充，形成循環(huán)。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書、說明書及其等效物界定。