一种浮式风机的移动压载调平控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种浮式风机的移动压载调平控制装置，可抑制浮式风机的倾斜和运动响应。包括可移动压载，滑动轨道，限位支座及调平控制服务器等。可移动压载带有动力、刹车及锁定系统，能够实时接收信号在轨道上滑动，制动及锁死。滑动轨道依据浮式风机基础的布局及可利用空间设置，并布设压载移动所需的滑轨、铰链、丝杠等。轨道的端部设置限位支座，防止压载装置滑出轨道，并放置压载动力的辅助设备。调平控制服务器可安装在基础的甲板或风机塔筒内，依据风、浪、流的速度大小及方向监测数据，向移动压载装置发送实时主动控制指令。

A floating ballast leveling control device for floating fan

The utility model provides a floating ballast leveling control device for a floating fan, which can restrain the tilt and motion response of a floating fan. It includes mobile ballast, sliding track, limit support and leveling control server, etc. Mobile ballast with power, brake and lock system, can receive signals in real time sliding on the track, braking and locking. The sliding track is based on the layout of the base of the floating fan and the space set can be used, and the slide rails, hinges and screws are set up for the ballast movement. The end of the track is set up to limit the support seat, preventing the ballast device from sliding out of the track and placing the auxiliary equipment of the ballast power. The leveling control server can be installed in a basic deck or fan tower, and the real-time active control instructions are sent to the mobile ballast device according to the monitoring data of wind, wave and flow speed and direction.

【技术实现步骤摘要】
一种浮式风机的移动压载调平控制装置
本技术属于风力发电领域，涉及一种海上漂浮式风机基础。
技术介绍
陆地风资源的逐步枯竭将人类的视线转移到了清洁能源的新方向——海上风电。海上风电具有风速高、电量大、运行稳定、适合大规模开发等优势，且海上风能资源最丰富的东南沿海地区，毗邻用电需求大的经济发达地区，可以实现用电就近消化，降低输送成本，发展潜力巨大。据估算，海上风能资源的能量效益比陆上风电要高20％至40％。对于水深大于40米的深水海洋环境，漂浮式的风机基础经济性更好。与海上风机的固定基础相比，漂浮式风机基础的优势包括：(a)受水深限制小，风场地址选取更灵活；(b)远海上风资源量更足、质更高；(c)风机、浮式基础及系泊锚的海上安装工艺简单，大部分施工可在港口完成；(d)受海床地基条件的影响小，成型方案可移植性高；(e)可安装在远海消除对近海景观的视觉污染。目前，依托于石油工业的海洋平台技术，主要存在三种浮式风机基础：单柱型(Spar)、张力腿型(Tension-LegPlatform,TLP)、半潜型(Semi-Submersible)。张力腿型的浮式基础具有非常好的垂荡和转动稳性，但张力腿造价高、安装复杂，潮汐变化也会影响系泊腿中张力大小，且上部结构与张力腿系统的同频耦合振动都使得此类系统难于设计与施工。单柱型基础结构简单，通过降低重心及较大的吃水深度，可提供足够回复力矩和稳性，其在竖向波浪外激力较小，具有较好的垂荡稳性。但较小的水线面面积无法贡献横摇及纵摇两个方向的稳性，风机的倾覆力矩将降低基础稳定和风机效率。本技术利用固体压载提供的回复力矩，能够克服立柱式基础大倾角稳性不足的问题。此外，依靠分散柱体稳定的半潜式多柱平台水线面积较小(材料省)却能提供较大的回复力矩，在保证经济性的前提下，平台稳定性最好。此外，该基础和风机的施工安装均可在港口完成，拖航至海上风场下锚固定。基于以上分析，国际上提出的浮式风机概念设计很多，但目前已建造运营的浮式海上风机多数采用了柱稳式半潜基础，包括由PrinciplePower公司的Windfloat及日本FukushimaForward项目中2MWMirai及7MWShimpuu。Windfloat是由PrinciplePower公司设计海上浮式风机基础产品。在2011年建造了全尺寸原型机安装在离海岸5km的葡萄牙海域，其上安装了一台2MW风机，试运行一年后的发电量为3GWh。该平台由对称的三个圆立柱及连接的杆件组成，三个圆立柱底部设置了压水板，与桁架式立柱平台类似。风机安装在一个立柱上，每个圆立柱底部设置了恒定的压水舱用来降低浮体中心，提高稳性。当来流风向改变时，通过主动控制的闭环水泵调节三个浮筒的压舱水重也可提高系统的稳性，抑制振动。FukushimaForward项目第一阶段(2011-2013)包括建造一台2MW的半潜式四柱漂浮风机。FukushimaMirai采用全钢结构设计，采用了高品质钢材以提高平台防腐蚀和抗疲劳特性，其上安装的2MW风机转子直径80m，轮毂高度离水面65m，基础平台高度为32m，吃水约16m，采用6根悬链式的钢制系泊索。改基础结构中四根立柱均为圆柱，外围圆柱底部向外扩展，起到了垂荡板的作用，底部浮筒截面较大，提供浮力并降低重心。FukushimaForward项目第二阶段(2014-2015)包括建造一台7MW的漂浮式风机FukushimaShimpuu，采用钢材制造，V型三柱式平台，立柱截面为矩形。此外，已建造运营的浮式海上风机还有部分采用了立柱式半潜基础，包括有挪威的SWAY及Hywind2.3MW，以及日本FukushimaForward项目中的Hamakaze5MW。SWAY是一台1:6的测试风机，2011年3月安装于挪威卑尔根沿海，基础由一根立柱组成，全尺寸SWAY风机能够承受26米高巨浪，而该缩尺风机仅可经受4米高海浪。当年11月，一次超过6米的波浪导致风机沉没。Statoil公司的Hywind立柱式风机2009年9月安装于挪威离岸10公里的西南沿海，基础的立柱由钢材制造，底部填入了压舱水和石块，水下长度为100米，通过三点悬链系泊保持风机不发生漂移。自2010年以来，已发电32,5GWh。基于该测试风机的设计，英国苏格兰海域正在筹划建立5台6MW的30MW的浮式风机风场。日本FukushimaForward项目第二阶段(2014-2015)包括建造一台5MW的漂浮式风机FukushimaHamakaze，采用钢材制造，吃水33米，立柱底部有一边长为30米的正六边形截面柱体。为了提高稳性，在水线面附近也设置了相同截面的舱室。海上浮式风机基础的设计并不能完全按照成熟的油气海洋平台设计方法进行。一方面，一部5MW风机的重量(700ton)约为一般海洋平台上部结构重量的十分之一甚至更小，因此浮式风机基础在波浪力作用下的动力响应将更大。另一方面，海洋平台的钻井及输油升管无法承受较大的竖向变形，因此对垂荡运动的抑制至关重要，而摇摆对平台的安全运营影响较小。海上风机对浮式基础平台的水动力特性要求恰恰相反，垂荡运动对于风机采能影响不大，只有足够小的纵摇及横摇自由度动态响应才能保证风机的高效运转。
技术实现思路
为了解决50米以上水深的海上风能利用问题，本技术提供了一种浮式风机的移动压载调平控制装置，安装于浮式风机基础内部，可抑制漂浮式风机的运动响应，适用于各级别风机，保证正常作业、极限自存下的结构强度，提高风能转化效率。本技术中的移动压载调平控制装置包括可移动压载，滑动轨道，限位支座及调平控制服务器等。作为本技术的进一步改进，移动压载可以为一个或多个，可由钢材、混凝土等廉价高密度材料构成，其带有动力、刹车及锁定系统，能够实时接收信号在轨道上滑动，制动及锁死。作为本技术的进一步改进，滑动轨道依据半潜式基础的布局及可利用空间设置，并布设压载移动所需的滑轨、铰链、丝杠等。作为本技术的进一步改进，限位支座设置在滑动轨道(1)的端部，防止压载装置(2)滑出轨道，并放置压载动力的辅助设备。作为本技术的进一步改进，固体压载的动力可通过自身携带电动机实现，也可通过在轨道上铺设螺杆，利用滚珠丝杠实现，还可通过曳引机和钢丝绳拖拽实现，但不局限于以上动力系统。作为本技术的进一步改进，调平控制服务器依据风、浪、流的速度大小及方向监测数据，向移动压载装置发送实时控制指令。作为本技术的进一步改进，通过实测来流风速及风向，波浪及海流的速度和大小，调平控制服务器实时发送最优主动控制信号，调整可移动压载在轨道上位置，基础的质量分布、重心及浮心位置，以达到抑制系统整体运动和动力响应的目的，包括倾斜角度，机舱加速度及结构疲劳荷载。作为本技术的进一步改进，可移动压载的质量大小以及滑动轨道的空间位置及尺寸需结合风机的功率及基础的尺寸确定。作为本技术的进一步改进，主动控制策略包括各种工况下移动压载在轨道上的位置坐标，移动速度等，可通过遗传算法等多目标全局优化算法获得。由上可见，本技术的浮式风机的移动压载调平控制装置能够实现WindFloat的液体压载调平的基础功能，如：a)结构的非对称性将使不同方向下的稳性差别较大，但合理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浮式风机的移动压载调平控制装置，安装于浮式风机基础的内部空间，其特征在于所述装置包括：滑动轨道（1），可移动压载（2），限位支座（3），调平控制服务器安装于基础的甲板上或塔筒（8）内。

【技术特征摘要】
1.一种浮式风机的移动压载调平控制装置，安装于浮式风机基础的内部空间，其特征在于所述装置包括：滑动轨道（1），可移动压载（2），限位支座（3），调平控制服务器安装于基础的甲板上或塔筒（8）内。2.根据权利要求1所述的浮式风机的移动压载调平控制装置，其特征在于：可移动压载（2）可以为一个或多个，可由钢材、混凝土、石材这些高密度材料或者充满的密封水箱构成，其带有动力、刹车及锁定系统，能够实时接收信号在轨道上滑动，制动及锁死。3.根据权利要求1所述的浮式风机的移动压载调平控制装置，其特征在于：滑动轨道（1）依据半潜式基础的布局及可利用空间设置，并布设压载移动所需的滑轨、铰链、丝杠。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李朝，肖仪清，周盛涛，韩喜双，刘海涛，王晓璐，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：新型
国别省市：广东,44