用于二階低頻波浪力激勵(lì)的水上浮式雙葉風(fēng)電的制造方法
【專利摘要】一種海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】的用于二階低頻波浪力激勵(lì)的水上浮式雙葉風(fēng)電機(jī)，包括：浮式雙葉風(fēng)電機(jī)、連接于其底部的用于減小整體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)幅度、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的筒形平臺(tái)和錨泊機(jī)構(gòu)，其中：筒形平臺(tái)包括：自上而下依次連接設(shè)置的諧和吸收裝置、海水壓載艙和固體壓載艙，其中：諧和吸收裝置的振動(dòng)頻率與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的二階低頻運(yùn)動(dòng)頻率一致，振動(dòng)方向與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的二階低頻運(yùn)動(dòng)方向相反；海水壓載艙為空心結(jié)構(gòu)，其外部與錨泊機(jī)構(gòu)相連，用于調(diào)整浮式雙葉風(fēng)電機(jī)在海面上的浮態(tài)和穩(wěn)性；固體壓載艙為實(shí)心結(jié)構(gòu)，用于降低系統(tǒng)的重心，使得整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到無(wú)條件穩(wěn)定。本發(fā)明具有整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)幅值大為減小，穩(wěn)性更好以及造價(jià)更低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】用于二階低頻波浪力激勵(lì)的水上淳式雙葉風(fēng)電機(jī) 本申請(qǐng)為申請(qǐng)?zhí)?201310261660. 0/發(fā)明名稱：帶諧和吸收裝置的浮式雙葉風(fēng)電機(jī)/申 請(qǐng)人：上海交通大學(xué)/申請(qǐng)日2013年6月27日的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】的裝置，具體是一種用于二階 低頻波浪力激勵(lì)的水上浮式雙葉風(fēng)電機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] 早期的海上風(fēng)電開發(fā)局限于淺水區(qū)域（水深約0-30米），主要采用近海單樁固定 式風(fēng)電機(jī)和重力基底式風(fēng)電機(jī)，而后發(fā)展到在過(guò)渡區(qū)域（水深約30-50米）采用三角架或 導(dǎo)管架式近海風(fēng)電機(jī)。近年來(lái)海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)突飛猛進(jìn)，已發(fā)展到在深水區(qū)域（水深約 50-300米）采用漂浮式風(fēng)電機(jī)，例如Principle Power公司和Windplus公司設(shè)計(jì)建造了 WindFloat浮式風(fēng)電機(jī)，該浮式風(fēng)電機(jī)的下部主體是一個(gè)懸鏈?zhǔn)藉^泊的半潛式平臺(tái)，具有較 大的水線面面積和慣性矩，試圖用此設(shè)計(jì)來(lái)增大WindFloat浮式風(fēng)電機(jī)在海面上的完整穩(wěn) 性，該浮式風(fēng)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)固有頻率是遠(yuǎn)離一階波浪力頻率的，但該浮式風(fēng)電機(jī)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)固有頻率往往難以避免與二階低頻波浪力頻率一致，這樣它在二階低頻波浪力作用下 往往會(huì)產(chǎn)生諧和共振而引起很大的運(yùn)動(dòng)幅值（一階運(yùn)動(dòng)幅值與二階運(yùn)動(dòng)幅值相比往往是 可以忽略不計(jì)的），這對(duì)其上部正在旋轉(zhuǎn)發(fā)電的風(fēng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生很不利的影響。其它種類的懸鏈 式錨泊的浮式風(fēng)電機(jī)也都會(huì)遇到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)固有頻率與二階低頻波浪力頻率一致的情形， 因而如何避免因浮式風(fēng)電機(jī)系統(tǒng)的固有頻率與二階低頻波浪力頻率一致而導(dǎo)致諧和共振 成了人們急待解決的問(wèn)題。
[0003] 經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有水上浮式風(fēng)機(jī)均為三葉風(fēng)機(jī)。如中國(guó)專利文獻(xiàn) 號(hào)CN202152102U公開公告日2012. 02. 29,公開的一種漂浮式風(fēng)力發(fā)電平臺(tái)，現(xiàn)有技術(shù)普 遍使用三葉的目的在于其具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，作為犧牲：三葉風(fēng)機(jī)具有更大的自重以及更 加復(fù)雜的安裝流程，即三片葉片的維修安裝較為困難，對(duì)中性的校對(duì)非常不便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種用于二階低頻波浪力激勵(lì)的水上 浮式雙葉風(fēng)電機(jī)，克服了現(xiàn)有技術(shù)因結(jié)構(gòu)固有頻率與二階低頻波浪力頻率一致而導(dǎo)致諧和 共振的缺點(diǎn)，具有整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)幅值大為減小，穩(wěn)性更好以及造價(jià)更低等優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括：浮式雙葉風(fēng)電機(jī)、連接于其底部 的用于減小整體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)幅度、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的筒形平臺(tái)和錨泊機(jī)構(gòu)，其中：
[0006] 筒形平臺(tái)包括：自上而下依次連接設(shè)置的諧和吸收裝置、海水壓載艙和固體壓載 艙，其中：諧和吸收裝置的振動(dòng)頻率與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的二階低頻運(yùn)動(dòng)頻率一致，振動(dòng)方向 與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的二階低頻運(yùn)動(dòng)方向相反；
[0007] 用于調(diào)整浮式雙葉風(fēng)電機(jī)在海面上的浮態(tài)和穩(wěn)性的海水壓載艙為空心結(jié)構(gòu)，其外 部與錨泊機(jī)構(gòu)相連；
[0008] 用于降低系統(tǒng)的重心的固體壓載艙為實(shí)心結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)所述浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的重 心位于浮心之下。使得整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到無(wú)條件穩(wěn)定，即具有足夠的完整穩(wěn)性。
[0009] 所述的二階低頻運(yùn)動(dòng)頻率是指：由二階低頻波浪力激勵(lì)而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)的頻率，而 二階低頻波浪力是由于在頻域里的兩個(gè)波浪頻率之差而引起的。
[0010] 所述的諧和吸收裝置包括：艙體、懸掛于艙體內(nèi)的鋼球和一組液壓缸，其中：艙體 與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的底部相連，鋼球由鋼絲繩懸掛，形成一個(gè)單擺，該單擺的周期由公式 7 = 2;^/^來(lái)計(jì)算，其中1為鋼絲繩長(zhǎng)度，g為重力加速度，通過(guò)調(diào)整鋼絲繩長(zhǎng)度1來(lái)調(diào)整 該諧和吸收裝置的頻率以便使其與預(yù)先計(jì)算的二階低頻波浪力頻率一致，當(dāng)浮式雙葉風(fēng)電 機(jī)系統(tǒng)本體向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球會(huì)由于重力和運(yùn)動(dòng)的滯后效應(yīng)而產(chǎn)生向相反方向的振 動(dòng)；鋼球的底部與一組液壓缸相連，液壓缸的另一端均與基板相連，液壓缸的動(dòng)力由設(shè)于其 上的一個(gè)液壓動(dòng)力源提供，液壓缸的作用是將系統(tǒng)振動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為液壓油磨擦而產(chǎn)生的 熱能。
[0011] 諧和吸收裝置與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)之間產(chǎn)生了一種諧和共振，但共振雙方的方向正 相反，這便可降低浮式雙葉風(fēng)電機(jī)在二階波浪力作用下的運(yùn)動(dòng)幅值。
[0012] 所述的浮式雙葉風(fēng)電機(jī)為水平軸式雙葉風(fēng)機(jī)，包括：葉片、機(jī)艙、輪轂和塔筒，其 中：塔筒的底部與筒形平臺(tái)相連，頂部連接機(jī)艙，葉片設(shè)置于輪轂上；
[0013] 機(jī)艙包括：依次連接的低速軸、圓錐齒輪箱、高速軸和發(fā)電機(jī)，其中：低速軸由葉 片驅(qū)動(dòng)。
[0014] 所述的艙體與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的底部之間由楔形結(jié)構(gòu)體相連。
[0015] 所述的海水壓載艙的數(shù)量為2個(gè)，結(jié)構(gòu)由外部的一個(gè)鋼圓筒和焊接于其上的型鋼 扶強(qiáng)材組成。
[0016] 所述的錨泊機(jī)構(gòu)包括：3對(duì)均勻布置于海水壓載艙外部的重量塊、錨以及用于連 接的錨線。 技術(shù)效果
[0017] 本發(fā)明采用一個(gè)懸鏈?zhǔn)藉^泊的筒形平臺(tái)，其中的諧和吸收裝置與浮式雙葉風(fēng)電機(jī) 之間產(chǎn)生了一種諧和共振，但共振雙方的方向正相反，這便可降低浮式雙葉風(fēng)電機(jī)在二階 波浪力作用下的運(yùn)動(dòng)幅值。
[0018] 水平軸式雙葉風(fēng)機(jī)與等同的三葉風(fēng)機(jī)相比產(chǎn)電效率僅會(huì)降低2-3%，但葉片的穩(wěn) 定性更高。而且由于零部件減少和運(yùn)輸輕便，因而大大降低了制造和運(yùn)輸成本，同時(shí)也會(huì)降 低安裝成本。另外采用雙葉風(fēng)機(jī)也可顯著降低上部重量，這可有效地降低整個(gè)浮式風(fēng)電機(jī) 系統(tǒng)的重心，大大提高該浮式風(fēng)電機(jī)在海面上的完整穩(wěn)性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖2為諧和吸收裝置的結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 實(shí)施例
[0022] 如圖1所示，本實(shí)施例包括：浮式雙葉風(fēng)電機(jī)、連接于其底部的用于減小系統(tǒng)運(yùn)動(dòng) 幅度、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的筒形平臺(tái)和錨泊機(jī)構(gòu)，其中：
[0023] 筒形平臺(tái)包括：自上而下依次連接設(shè)置的諧和吸收裝置8、基板9、海水壓載艙10、 14和固體壓載艙16,其中：諧和吸收裝置8的振動(dòng)頻率與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的二階低頻運(yùn)動(dòng) 頻率一致，振動(dòng)方向與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的二階低頻運(yùn)動(dòng)方向相反；
[0024] 海水壓載艙10、14為空心結(jié)構(gòu)，其外部與錨泊機(jī)構(gòu)相連，用于調(diào)整浮式雙葉風(fēng)電 機(jī)系統(tǒng)在海面上的浮態(tài)和穩(wěn)性；
[0025] 固體壓載艙16為實(shí)心結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝一定數(shù)量的石塊，以便降低重心，確保整個(gè)系統(tǒng) 的重心位于浮式雙葉風(fēng)電機(jī)系統(tǒng)的浮心之下，以使得整個(gè)浮式風(fēng)電機(jī)系統(tǒng)達(dá)到無(wú)條件穩(wěn) 定，即具有足夠的完整穩(wěn)性。
[0026] 該固體壓載艙16的底部設(shè)置一個(gè)底封板17。
[0027] 所述的二階低頻運(yùn)動(dòng)頻率是指：由二階低頻波浪力激勵(lì)而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)的頻率，而 二階低頻波浪力是由于在頻域里的兩個(gè)波浪頻率之差而引起的。
[0028] 如圖2所示,所述的諧和吸收裝置8包括：艙體、懸掛于艙體內(nèi)的鋼球18、一組液 壓缸19。其中：艙體與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的底部相連，鋼球由4根鋼絲繩懸掛，形成一個(gè)單擺， 該單擺的周期由公式r=2仏/iTi來(lái)計(jì)算，其中1為鋼絲繩長(zhǎng)度，g為重力加速度，因?yàn)轭l率 是周期的倒數(shù)，這樣在設(shè)計(jì)時(shí)便可通過(guò)調(diào)整鋼絲繩長(zhǎng)度1來(lái)調(diào)整該諧和吸收裝置的頻率以 便使其與（預(yù)先已計(jì)算好了的）二階低頻波浪力頻率一致。當(dāng)浮式雙葉風(fēng)電機(jī)系統(tǒng)本體向 一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球會(huì)由于重力和運(yùn)動(dòng)的滯后效應(yīng)而產(chǎn)生向相反方向的振動(dòng)。鋼球的底 部與液壓缸相連，液壓缸的另一端與一塊基板9相連，這組液壓缸的動(dòng)力由設(shè)于其上的一 個(gè)液壓動(dòng)力源6提供，這組液壓缸的作用是將系統(tǒng)振動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為液壓油磨擦而產(chǎn)生的 熱能。
[0029] 諧和吸收裝置8與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)系統(tǒng)之間產(chǎn)生了一種諧和共振，但共振雙方的 方向正相反，這便可降低浮式雙葉風(fēng)電機(jī)在二階波浪力作用下的運(yùn)動(dòng)幅值。
[0030] 所述的艙體與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的底部之間由楔形結(jié)構(gòu)體5相連。
[0031] 所述的浮式雙葉風(fēng)電機(jī)為水平軸式雙葉風(fēng)機(jī)，包括：葉片1、機(jī)艙2、輪轂3和塔筒 4,其中：塔筒4的底部與筒形平臺(tái)相連，頂部連接機(jī)艙2,葉片1設(shè)置于輪轂3上；
[0032] 機(jī)艙2包括：依次連接的低速軸、圓錐齒輪箱、高速軸和發(fā)電機(jī)，其中：低速軸由葉 片1驅(qū)動(dòng)。
[0033] 深海海面上的紊流風(fēng)的質(zhì)量很好，風(fēng)速高、風(fēng)力強(qiáng)且風(fēng)速穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)葉片1轉(zhuǎn)動(dòng)并 帶動(dòng)發(fā)電機(jī)艙2內(nèi)的一根低速軸旋轉(zhuǎn)，機(jī)艙2中裝有一個(gè)圓錐齒輪箱與該低速軸相聯(lián)，將低 速軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為高速軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)內(nèi)的線圈切割磁力線產(chǎn)生感生電 流發(fā)出電能。
[0034] 所述的海水壓載艙10、14的數(shù)量為2個(gè)，結(jié)構(gòu)由外部的一個(gè)鋼圓筒和焊接于其上 的型鋼扶強(qiáng)材組成。
[0035] 所述的錨泊機(jī)構(gòu)包括：3對(duì)均勻布置于海水壓載艙10和14外部的重量塊15、錨以 及用于連接的錨線11、12、13。
[0036] 本實(shí)施例中，葉片1的轉(zhuǎn)徑為118米，發(fā)電機(jī)的功率為4. 5MW，輪轂3距海平面為 88米，整個(gè)筒型平臺(tái)的吃水為118米。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于二階低頻波浪力激勵(lì)的水上浮式雙葉風(fēng)電機(jī)，其特征在于，包括；浮式雙 葉風(fēng)電機(jī)、連接于其底部的用于減小整體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)幅度、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的筒形平臺(tái)和銷 泊機(jī)構(gòu)，其中： 筒形平臺(tái)包括：自上而下依次連接設(shè)置的諧和吸收裝置、海水壓載艙和固體壓載艙，其 中；諧和吸收裝置的振動(dòng)頻率與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的二階低頻運(yùn)動(dòng)頻率一致，振動(dòng)方向與浮 式雙葉風(fēng)電機(jī)的二階低頻運(yùn)動(dòng)方向相反； 用于調(diào)整浮式雙葉風(fēng)電機(jī)在海面上的浮態(tài)和穩(wěn)性的海水壓載艙為空也結(jié)構(gòu)，其外部與 銷泊機(jī)構(gòu)相連； 用于降低系統(tǒng)的重也的固體壓載艙為實(shí)也結(jié)構(gòu)，W實(shí)現(xiàn)所述浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的重也位 于浮也之下； 所述的二階低頻波浪力激勵(lì)是指在頻域里的兩個(gè)波浪頻率之差而引起的激勵(lì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于二階低頻波浪力激勵(lì)的水上浮式雙葉風(fēng)電機(jī)，其特征 是，所述的諧和吸收裝置包括：艙體、息掛于艙體內(nèi)的鋼球、一組液壓缸和基板，其中：艙體 與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的底部相連，鋼球由鋼絲繩息掛，形成一個(gè)單擺，該單擺的周期由公式 r=2來(lái)計(jì)算，其中1為鋼絲繩長(zhǎng)度，g為重力加速度，通過(guò)調(diào)整鋼絲繩長(zhǎng)度1來(lái)調(diào)整 該諧和吸收裝置的頻率W便使其與預(yù)先計(jì)算的二階低頻波浪力頻率一致；鋼球的底部與一 組液壓缸相連，液壓缸的另一端均與基板相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于二階低頻波浪力激勵(lì)的水上浮式雙葉風(fēng)電機(jī)，其 特征是，所述的浮式雙葉風(fēng)電機(jī)為水平軸式雙葉風(fēng)機(jī)，包括：葉片、機(jī)艙、輪毅和培筒，其中： 培筒的底部與筒形平臺(tái)相連，頂部連接機(jī)艙，葉片設(shè)置于輪毅上； 所述的機(jī)艙包括：依次連接的低速軸、圓錐齒輪箱、高速軸和發(fā)電機(jī)，其中：低速軸由 葉片驅(qū)動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于二階低頻波浪力激勵(lì)的水上浮式雙葉風(fēng)電機(jī)，其特征 是，所述的艙體與浮式雙葉風(fēng)電機(jī)的底部之間由模形結(jié)構(gòu)體相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于二階低頻波浪力激勵(lì)的水上浮式雙葉風(fēng)電機(jī)，其特征 是，所述的銷泊機(jī)構(gòu)包括；H對(duì)均勻布置于海水壓載艙外部的重量塊、銷W及用于連接的銷 線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于二階低頻波浪力激勵(lì)的水上浮式雙葉風(fēng)電機(jī)，其特征 是，所述的二階低頻運(yùn)動(dòng)頻率是指；由二階低頻波浪力激勵(lì)而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)的頻率，而二階低 頻波浪力是由于在頻域里的兩個(gè)波浪頻率之差而引起。
【文檔編號(hào)】F03D11/00GK104265569SQ201410362409
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】王迎光 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)