CN203404026U - 一种深海悬浮式风力发电机组 - Google Patents

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高丙团
王湘艳
魏巍
赵大伟
张磊
陈宁
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Abstract

本实用新型涉及一种深海悬浮式风力发电机组，所述风电机组包括从上到下依次设置的风机结构、塔架和悬浮平台，所述悬浮平台通过缆索固定在海底；所述风机结构包括横向依次连接的风机叶片、风机轴和风机机舱；所述风机机舱和所述悬浮平台内均设有减振控制装置。本实用新型的风力发电机组可有效抑制海风载荷和海浪载荷引起的振动，确保深海悬浮风电机组的安全高效生产。

Description

一种深海悬浮式风力发电机组
技术领域：
本实用新型涉及风力发电领域，更具体涉及一种深海悬浮式风力发电机组。
背景技术：
随着现代化社会的不断进步、国民经济的不断发展，由能源危机所带来的问题日益严重。面对能源危机的日益严峻，全世界各国都在大力寻找新的能源来代替传统能源，以风能、太阳能、生物质能、海洋能等为代表的新能源已经成为目前能源发展的重要目标，特别是风力发电和太阳能发电技术已经日趋成熟且在当今的电能使用已经占有重要比例。
我国的风力发电在20世纪80年代开始发展，自2010年起我国风电发电总量超越美国保持全球第一的排名。在对内陆风电建设集中式规模化发展渐趋饱和的基础上，尽管并网难、脱网事故仍有发生，我国风电产业已经开始向重质量、开发分散式以及海上风电转型。海上风电根据其离海岸线的距离可分为海上风电的分类一般按照开发地点的水深，可以分成滩涂，潮间带，近海大陆架和深海四种。由于海上风电处于不同的水深环境中，故需要不同的基础结构来支撑风机，深海机型风机一般采用浮体式结构，即将风力发电机安装在一个漂浮平台上，由缆索将漂浮平台与海底固定。目前挪威国家石油海德罗公司（StatoilHydro）建设的世界首个海上漂浮式风力发电站在挪威海岸附近的北海正式启用，这个风力发电机名为“Hywind”，高65米，重达5300吨，位于挪威西南部海岸附近卡莫伊岛（Karmoey）10公里处；Hywind发电机设置在一个浮台上，浮台通过三根缆线与海底固定。
对于悬浮式的深海风电机组其具有安装简单，便于迁移和制造，安装成本比海上塔架式风电机组低，深海的风能巨大而稳定，且一般不会占用人们日常生活所需要的空间。但海风的风力等级相比陆地风力等级要大很多，由于深海风力发电机组是悬浮式安装且，因此海风和海浪都会引起风电机组的晃动（低频的振动），这种持续的晃动在影响风机发电效率和质量的基础上还会对风机结构造成损伤。因此，如何抑制这样的振动就显得尤为重要了。
深海悬浮式风力发电机组的结构振动主要由风载荷和海浪载荷作用下产生的，针对固定的深海悬浮风机结构，其引起的振动模式较为稳定，鉴于此，本实用新型提出一种新型的深海悬浮式风力发电机组，以有效抑制由海风和海浪引起的结构振动。
实用新型内容：
本实用新型的目的是提供一种深海悬浮式风力发电机组，该机组能经济有效地抑制深海悬浮风机的振动。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种深海悬浮式风力发电机组，所述风电机组包括从上到下依次设置的风机结构、塔架和悬浮平台，所述悬浮平台通过缆索固定在海底；所述风机结构包括横向依次连接的风机叶片、风机轴和风机机舱；所述风机机舱和所述悬浮平台内均设有减振控制装置。
本实用新型提供的一种深海悬浮式风力发电机组，所述风机机舱和悬浮平台内均设有两组减振控制装置。
本实用新型提供的一种深海悬浮式风力发电机组，所述风机机舱内的两组减振控制装置相互垂直并均设置在所述风机机舱内壁上，其中一组所述减振控制装置与所述风机轴平行设置。
本实用新型提供的另一优选的一种深海悬浮式风力发电机组，所述悬浮平台内的两组减振控制装置相互垂直并均设置在悬浮平台内壁上。
本实用新型提供的再一优选的一种深海悬浮式风力发电机组，所述风机机舱内的减振控制装置包括垂直设置在风机机舱内壁上的弹簧、垂直设置在风机机舱内壁上的阻尼器和设置在所述弹簧和阻尼器上的质量块。
本实用新型提供的又一优选的一种深海悬浮式风力发电机组，所述悬浮平台内的减振控制装置包括垂直设置在悬浮平台内壁上的弹簧、垂直设置在悬浮平台内壁上的阻尼器和设置在所述弹簧和阻尼器上的质量块。
本实用新型提供的又一优选的一种深海悬浮式风力发电机组，所述质量块为盛装液体的密闭容器。
由于采用了上述技术方案，本实用新型得到的有益效果是：
1、本实用新型中将由海风载荷和海浪载荷引起的深海悬浮风机的振动区别开来，分别设计减振控制装置；针对由海风载荷引起的风机振动，将减振控制装置安置在风电机舱中可有效抑制由海风载荷引起的风机振动；针对由海浪载荷引起的悬浮平台及风机整体的振动，将减振控制装置安装在悬浮平台中可有效抑制由海浪载荷引起的悬浮平台及风机整体的振动；
2、本实用新型中安装在风机机舱中的减振控制装置，其中一组减振控制装置的振动方向与风机轴相同的原因是风机按照塔架轴线看是不对称的，由于风机具有偏航控制功能，因此一般情况下，风机轴与风向保持一致；鉴于此，风机的振动方式和风向紧密相关，从而该种安装方式可提高减振效果；
3、本实用新型中采用分布式的减振控制技术可有效抑制由风载荷和海浪载荷引起的深海悬浮风机的振动，降低深海悬浮风机的抗振成本，确保深海悬浮风电机组的安全高效生产；
4、本实用新型中风机机舱3中安装的减振控制装置中一台其方向与风机轴方向一致，另一组减振控制装置方向与风机轴垂直，可以使得任意水平切面上的振动都可以基于直角坐标分解到两个相互垂直的振动方向上去，因此通过两个运动相互垂直的减振装置可实现全方位的减振效果；
5、本实用新型中减振控制装置结构简单，造价较低，节省人力物力。
附图说明
图1为本实用新型的风力发电机组结构示意图；
图2为本实用新型风机机舱中减振装置位置示意图；
图3为本实用新型的悬浮平台中减振装置位置侧视图；
其中，1-风机叶片，2-风机轴，3-风机机舱，4-减振控制装置，5-塔架，6-悬浮平台，7-海平面，8-缆索、9-海底；
401-质量块，402-弹簧，403-阻尼器。
具体实施方式
下面结合实施例对实用新型作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1所示，本实用新型的实用新型的深海悬浮式风力发电机组包括从上到下依次设置的风机结构、塔架5和悬浮平台6，所述悬浮平台6通过缆索8固定在海底9；所述风机结构包括横向依次连接的风机叶片1、风机轴2和风机机舱3；所述风机机舱3和所述悬浮平台6内均设有减振控制装置4。所述风机机舱3和悬浮平台6内均设有两组减振控制装置4。
如图2所示，所述风机机舱3内的两组减振控制装置4相互垂直并均设置在所述风机机舱3内壁上，其中一组所述减振控制装置4与所述风机轴2平行设置。
风力发电机组自身具有偏航控制功能，风电机组正常工作的情况下能够根据风向的变化风轮能够自动调节跟踪变化稳定的风向，一次风载荷作用在风机上的方向是和风向基本一致的，故设置在风机机舱3中两组运动相互垂直的减振控制装置4可实现全方位的减振效果。
所述风机机舱3内的减振控制装置4包括垂直设置在风机机舱内壁上的弹簧402、垂直设置在风机机舱内壁上的阻尼器403和设置在所述弹簧402和阻尼器403上的质量块401。所述质量块401的运动自由度为所述沿弹簧402和阻尼器403方向的一维直线运动。所述质量块401为盛装液体的密闭容器。
所述风机机舱3内的每个所述质量块401的质量为所述风机结构在该质量块401设置方向上振型广义质量的0.5%-2%。
所述风机机舱3内的弹簧402和阻尼器403选取的原则是减振控制装置4的振动频率与风机结构的振动频率相同。
如图3所示，所述悬浮平台6内的两组减振控制装置4相互垂直并均设置在悬浮平台6内壁上。
对于悬浮平台6中减振控制装置4的安装方向在具体实施过程中可实际考察当地海域的季风和洋流情况进行安装，即优先考虑其中的一组安装方向与经常发生的载荷方向趋于一致。
所述悬浮平台6内的减振控制装置包括垂直设置在悬浮平台6内壁上的弹簧402、垂直设置在悬浮平台6内壁上的阻尼器403和设置在所述弹簧402和阻尼器403上的质量块401。所述质量块401的运动自由度为沿所述弹簧402和阻尼器403方向的一维直线运动。所述质量块401为盛装液体的密闭容器。
所述悬浮平台内的每个质量块的质量为所述风机结构和悬浮平台在该质量块设置方向上振型广义质量的0.5%-2%。
所述悬浮平台6中的弹簧402和阻尼器403选取的原则是减振控制装置4的振动频率与悬浮平台及风机整体的振动频率相同。
最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种深海悬浮式风力发电机组，所述风电机组包括从上到下依次设置的风机结构、塔架和悬浮平台，所述悬浮平台通过缆索固定在海底；所述风机结构包括横向依次连接的风机叶片、风机轴和风机机舱；其特征在于：所述风机机舱和所述悬浮平台内均设有减振控制装置。
2.如权利要求1所述的一种深海悬浮式风力发电机组，其特征在于：所述风机机舱和悬浮平台内均设有两组减振控制装置。
3.如权利要求2所述的一种深海悬浮式风力发电机组，其特征在于：所述风机机舱内的两组减振控制装置相互垂直并均设置在所述风机机舱内壁上，其中一组所述减振控制装置与所述风机轴平行设置。
4.如权利要求2所述的一种深海悬浮式风力发电机组，其特征在于：所述悬浮平台内的两组减振控制装置相互垂直并均设置在悬浮平台内壁上。
5.如权利要求3所述的一种深海悬浮式风力发电机组，其特征在于：所述风机机舱内的减振控制装置包括垂直设置在风机机舱内壁上的弹簧、垂直设置在风机机舱内壁上的阻尼器和设置在所述弹簧和阻尼器上的质量块。
6.如权利要求4所述的一种深海悬浮式风力发电机组，其特征在于：所述悬浮平台内的减振控制装置包括垂直设置在悬浮平台内壁上的弹簧、垂直设置在悬浮平台内壁上的阻尼器和设置在所述弹簧和阻尼器上的质量块。
7.如权利要求5或6所述的一种深海悬浮式风力发电机组，其特征在于：所述质量块为盛装液体的密闭容器。
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