一种变直径重心可调型漂浮式SPAR风电平台

摘要

本发明涉及海洋工程领域，具体为一种变直径重心可调型漂浮式SPAR风电平台，包括塔杆，所述塔杆上设置有浮筒，所述浮筒上设置有立柱，所述立柱上设置有稳定机构A以及稳定机构B，所述立柱上设置有系泊缆索组件，所述浮筒上设置有调节机构；所述稳定机构A包括横柱，所述横柱的一侧安装有定位杆，所述定位杆上分别设置有滑板A与滑板B，所述滑板A与滑板B的一端安装有滑杆；本发明的目的在于提供一种变直径重心可调型漂浮式SPAR风电平台，可以增大浮式平台的首摇刚度，防止风机荷载及波浪荷载对浮式平台造成的摆动及转动作用，从而可以适当地减小整个浮式平台的首摇运动，提高浮式平台的稳定性以及适应性。

权利要求

1.一种变直径重心可调型漂浮式SPAR风电平台，包括塔杆(1)，其特征在于，所述塔杆(1)上设置有浮筒(2)，所述浮筒(2)上设置有立柱(3)，所述立柱(3)上设置有稳定机构A(4)以及稳定机构B(5)，所述立柱(3)上设置有系泊缆索组件(6)，所述浮筒(2)上设置有调节机构(7)；

所述系泊缆索组件(6)包括缆索A(61)，所述缆索A(61)的一端分叉有缆索B(62)与缆索C(63)，且所述缆索B(62)和缆索C(63)分别与滑杆(46)和活塞筒(51)连接；

所述调节机构(7)包括安装在浮筒(2)内部的电机(74)，所述电机(74)的输出端驱动有轴承座(72)，所述轴承座(72)上安装有往复丝杆(73)，所述往复丝杆(73)的一端安装有压载舱(75)，所述压载舱(75)的外侧套设有外壳(71)；

所述稳定机构A(4)包括横柱(41)，所述横柱(41)一端与外壳(71)连接，另一端与立柱(3)连接，所述横柱(41)的一侧安装有定位杆(45)，所述定位杆(45)设置有两个，且固定安装在横柱(41)上，两个所述定位杆(45)分别与滑板A(43)以及滑板B(44)连接，所述滑板A(43)与滑板B(44)的一端安装有滑杆(46)，所述滑板A(43)以及滑板B(44)上均安装有摩擦片，所述横柱(41)上固定安装有摩擦盘(42)，所述摩擦盘(42)与摩擦片活动连接，所述滑杆(46)与横柱(41)贯穿连接，所述滑杆(46)上固定安装有滚轮A(47)，所述横柱(41)的内部设置有滑动槽，所述滚轮A(47)在滑动槽的内部滑动，所述滚轮A(47)上安装有滚轮B(48)，所述滚轮B(48)与滑动槽活动连接，所述滑杆(46)与缆索B(62)固定连接；

所述稳定机构B(5)包括活塞筒(51)，所述活塞筒(51)的内部安装有活塞片(53)，所述活塞片(53)与滑杆(46)连接，所述活塞筒(51)的内部设置有单向阀(54)，所述活塞筒(51)的内部设置有活塞管(52)，所述活塞管(52)与横柱(41)连接，所述滑杆(46)与活塞筒(51)贯穿连接，所述活塞筒(51)与缆索C(63)固定连接，所述活塞筒(51)的内部安装有限制环(55)，所述活塞管(52)的一端与横柱(41)固定连接，所述活塞管(52)的另一端安装有球形关节(56)，所述球形关节(56)的一端安装有活塞块，所述活塞块与限制环(55)活动连接；

在整个平台向一侧摇摆时，缆索B(62)通过滑杆(46)拉动滑板A(43)以及滑板B(44)，使滑板A(43)以及滑板B(44)沿着定位杆(45)滑动，且滑板B(44)和滑板A(43)之间的夹角逐渐变小，从而使滑板A(43)以及滑板B(44)上的摩擦片与摩擦盘(42)接触并挤压，抑制横柱(41)活动，增大平台的首摇刚度并减小整个浮式平台的首摇运动；反之整个平台摇摆至另一侧时，缆索C(63)拉动活塞筒(51)，使活塞管(52)在密封的活塞筒(51)上滑动，因气压差抑制活塞管(52)与活塞筒(51)的相对滑动，而减小横柱(41)的运动幅度，配合稳定机构A(4)调控平台的首摇运动。

2.根据权利要求1所述的一种变直径重心可调型漂浮式SPAR风电平台，其特征在于，所述立柱(3)至少为三组排列设置在浮筒(2)上。

3.根据权利要求1所述的一种变直径重心可调型漂浮式SPAR风电平台，其特征在于，所述压载舱(75)上安装有连接板(76)，所述调节机构(7)还包括移动杆(77)，所述移动杆(77)与活塞管(52)贯穿连接，且所述移动杆(77)与活塞管(52)滑动连接，所述移动杆(77)的一端设置有密封块，所述移动杆(77)的外侧设置有螺纹，所述移动杆(77)上设置有螺纹环，所述螺纹环的外侧设置有啮合齿，所述啮合齿与连接板(76)啮合。

说明书

一种变直径重心可调型漂浮式SPAR风电平台

技术领域

[0001] 本发明涉及海洋工程领域，具体为一种变直径重心可调型漂浮式SPAR风电平台。

背景技术

[0002] 风能发电是以风能为动力生产电能，海上蕴藏着巨大的风能，通过浮式风机可将海上风能转换为机械能量，然后带动转子转动产生电能；而浮式风机是由风力机、浮式支撑平台以及系泊系统组成的复杂海洋结构物；常见的浮式平台有张力腿平台(TLP)、单柱式平台(SPAR)和半潜式平台(Semi‑Submersible)；

[0003] 目前浮式风电平台结构设计简单，造价低廉，适用的水深更深，对各种风机类型的适用性强；但是传统的SPAR浮式风电平台由于在工作时受风浪流等环境因素的影响较大，不仅危险性较高，而且在外部载荷的作用下会使浮式风机发生倾斜，稳定效果差；同时现有的浮式SPAR风电平台对不同深度的海域适应性较差。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种变直径重心可调型漂浮式SPAR风电平台，可以增大浮式平台的首摇刚度，防止风机荷载及波浪荷载对浮式平台造成的摆动及转动作用，从而可以适当地减小整个浮式平台的首摇运动，提高浮式平台的稳定性以及适应性。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变直径重心可调型漂浮式SPAR风电平台，包括塔杆，所述塔杆上设置有浮筒，所述浮筒上设置有立柱，所述立柱上设置有稳定机构A以及稳定机构B，所述立柱上设置有系泊缆索组件，所述浮筒上设置有调节机构；所述稳定机构A包括横柱，所述横柱的一侧安装有定位杆，所述定位杆上分别设置有滑板A与滑板B，所述滑板A与滑板B的一端安装有滑杆；所述稳定机构B包括活塞筒，所述活塞筒的内部安装有活塞片，所述活塞片与滑杆连接，所述活塞筒的内部设置有单向阀，所述活塞筒的内部设置有活塞管，所述活塞管与横柱连接；所述系泊缆索组件包括缆索A，所述缆索A的一端分叉有缆索B与缆索C，且所述缆索B和缆索C分别与滑杆和活塞筒连接；由于缆索A的一端设置在海底，因此在整个平台受海浪影响向一侧摇摆时，缆索B会拉动滑杆，滑杆拉动滑板A以及滑板B，此时滑板A以及滑板B沿着定位杆滑动，并使滑板B和滑板A之间的夹角逐渐变小，进而抑制横柱活动，从而增大平台的首摇刚度适当地减小整个浮式平台的首摇运动；
在整个平台受海浪影响向另一侧摇摆时，缆索C会拉动活塞筒，进而使活塞管在活塞筒上滑动，由于活塞筒内部的密封设计，进而抑制活塞管与活塞筒的滑动关系，从而减小横柱的运动幅度，由此配合稳定机构A进一步保证平台受风机荷载和波浪荷载时的受力平衡限制浮式平台的首摇运动。

[0006] 可选的，所述立柱至少为三组排列设置在浮筒上。

[0007] 可选的，所述定位杆为两个固定安装在横柱上，两个所述定位杆分别与滑板A以及滑板B连接，所述滑板A以及滑板B上均安装有摩擦片，所述横柱上固定安装有摩擦盘，所述摩擦盘与摩擦片活动连接。

[0008] 可选的，所述滑杆与横柱贯穿连接，所述滑杆上固定安装有滚轮A，所述横柱的内部设置有滑动槽，所述滚轮A在滑动槽的内部滑动，所述滚轮A上安装有滚轮B，所述滚轮B与滑动槽活动连接，所述滑杆与缆索B固定连接。

[0009] 可选的，所述滑杆与活塞筒贯穿连接，所述活塞筒与缆索C固定连接，所述活塞筒的内部安装有限制环。

[0010] 可选的，所述活塞管的一端与横柱固定连接，所述活塞管的另一端安装有球形关节，所述球形关节的一端安装有活塞块，所述活塞块与限制环活动连接。

[0011] 可选的，所述调节机构包括安装在浮筒内部的电机，所述电机的输出端驱动有轴承座，所述轴承座上安装有往复丝杆，所述往复丝杆的一端安装有压载舱。

[0012] 可选的，所述压载舱的外侧套设有外壳，所述外壳与横柱连接。

[0013] 可选的，所述压载舱上安装有连接板，所述调节机构还包括移动杆，所述移动杆与活塞管贯穿连接，且所述移动杆与活塞管滑动连接，所述移动杆的一端设置有密封块，所述移动杆的外侧设置有螺纹，所述移动杆上设置有螺纹环，所述螺纹环的外侧设置有啮合齿，所述啮合齿与连接板啮合。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0015] 1、本发明在实际使用过程中，海浪对平台产生影响时，由于缆索A一端的海底锚位于海底，因此在平台受海浪影响时，海浪会带动平台摆动，在向一侧摆动时，横柱会带动定位杆移动，由于滑板A以及摩擦盘与滑杆连接，并且滑杆与缆索B连接，因此在定位杆移动时，滑杆会通过缆索B拉动滑板A以及滑板B，由此使滑板A和滑板B在定位杆上活动，因此使滑板A与滑板B之间的夹角逐渐变小，从而使滑板A以及滑板B上的摩擦片与摩擦盘接触并挤压，由此可以在波浪带动平台摆动时，通过缆索B拉动滑板A以及滑板B，一方面抑制横柱的运动，另一方面起到缓冲作用，由此可以增大浮式平台的首摇刚度，防止风机荷载及波浪荷载对浮式平台造成的摆动及转动作用，从而可以适当地减小整个浮式平台的首摇运动，提高浮式平台的稳定性。

[0016] 2、本发明在海浪带动平台向另一侧摆动时，缆索C会拉动活塞筒运动，由于活塞管一端的活塞块位于活塞筒的内部，同时由于活塞筒的内部为密封环境，因此在活塞筒与活塞管发生滑动关系时，对平台起到抑制运动效果，进一步配合稳定机构A增大浮式平台的首摇刚度，从而可以适当地减小整个浮式平台的首摇运动，进一步提高浮式平台的稳定性。

[0017] 3、本发明在压载舱移动时，压载舱带动连接板移动，由于连接板与移动杆上的螺纹环啮合连接，因此在连接板移动时，连接板带动螺纹环转动，由于移动杆的外侧设置有螺纹，因此在螺纹环转动时，由于移动杆只能在活塞管的内部滑动，由此螺纹环会驱动移动杆在活塞管的内部移动，由于移动杆的一端设置有密封块，因此会将活塞管内部的气体涌入到活塞筒的内部，对活塞筒内部增压，因此在活塞筒与活塞管发生滑动时，增加抑制平台摆动的效果。

附图说明

[0018] 图1为本发明的整体结构示意图；

[0019] 图2为本发明的局部结构示意图其一；

[0020] 图3为本发明的局部结构示意图其二；

[0021] 图4为本发明的图3中A部分放大图；

[0022] 图5为本发明的局部剖视图其一；

[0023] 图6为本发明的局部剖视图其二；

[0024] 图7为本发明的图6中B部分放大图；

[0025] 图8为本发明的局部剖视图其三。

[0026] 图中：1、塔杆；2、浮筒；3、立柱；4、稳定机构A；41、横柱；42、摩擦盘；43、滑板A；44、滑板B；45、定位杆；46、滑杆；47、滚轮A；48、滚轮B；5、稳定机构B；51、活塞筒；52、活塞管；53、活塞片；54、单向阀；55、限制环；56、球形关节；6、系泊缆索组件；61、缆索A；62、缆索B；63、缆索C；7、调节机构；71、外壳；72、轴承座；73、往复丝杆；74、电机；75、压载舱；76、连接板；77、移动杆。

具体实施方式

[0027] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0028] 请参阅图1至图8，本发明提供一种变直径重心可调型漂浮式SPAR风电平台，包括塔杆1，塔杆1上设置有浮筒2，浮筒2上设置有立柱3，立柱3上设置有稳定机构A4以及稳定机构B5，立柱3上设置有系泊缆索组件6，浮筒2上设置有调节机构7；在实际工作的过程中，在近水面处的浮筒2的直径较小，受到的波浪力较小，因此当遇到恶劣海况时，该变直径重心可调型平台相对于其他的传统式风电平台运动响应较小，会对其发电效率产生更小的影响，而为了提供足够的浮力，使其正常工作，因此在远离水面较深的地方，浮筒2的直径较大，变直径的平台结构设计增强了平台的抗风浪等级，提高顶部风电机组的发电效率和运营安全性；另外由浮筒2和立柱3以及横柱41等部件组成浮式平台；

[0029] 稳定机构A4包括横柱41，横柱41的一侧安装有定位杆45，定位杆45上分别设置有滑板A43与滑板B44，滑板A43与滑板B44的一端安装有滑杆46；

[0030] 另外在实际使用过程中，海浪对平台产生影响时，由于缆索A61一端的海底锚位于海底，因此在平台受海浪影响时，海浪会带动平台摆动，在向一侧摆动时，横柱41会带动定位杆45移动，由于滑板A43以及摩擦盘42与滑杆46连接，并且滑杆46与缆索B62连接，因此在定位杆45移动时，滑杆46会通过缆索B62拉动滑板A43以及滑板B44，由此使滑板A43和滑板B44在定位杆45上活动，因此使滑板A43与滑板B44之间的夹角逐渐变小，从而使滑板A43以及滑板B44上的摩擦片与摩擦盘42接触并挤压，由此可以在波浪带动平台摆动时，通过缆索B62拉动滑板A43以及滑板B44，一方面抑制横柱41的运动，另一方面起到缓冲作用，由此可以增大浮式平台的首摇刚度，防止风机荷载及波浪荷载对浮式平台造成的摆动及转动作用，从而可以适当地减小整个浮式平台的首摇运动，提高浮式平台的稳定性；

[0031] 稳定机构B5包括活塞筒51，活塞筒51的内部安装有活塞片53，活塞片53与滑杆46连接，活塞筒51的内部设置有单向阀54，活塞筒51的内部设置有活塞管52，活塞管52与横柱41连接；

[0032] 另外海浪带动平台向另一侧摆动时，缆索C63会拉动活塞筒51运动，由于活塞管52一端的活塞块位于活塞筒51的内部，同时由于活塞筒51的内部为密封环境，因此在活塞筒51与活塞管52发生滑动关系时，对平台起到抑制运动效果，进一步配合稳定机构A4增大浮式平台的首摇刚度，从而可以适当地减小整个浮式平台的首摇运动，进一步提高浮式平台的稳定性；

[0033] 另外在滑杆46移动时，滑杆46会带动活塞片53移动，使活塞片53挤压活塞筒51内部的气体移动，因为活塞筒51内部设置的单向阀54，因此只能将气体推送至单向阀54的一侧，因此可以在单向阀54的一侧气压不足时，进行补充气体并对其增压，避免单向阀54的一侧气压不足，抑制效果变差；

[0034] 系泊缆索组件6包括缆索A61，缆索A61的一端分叉有缆索B62与缆索C63，且缆索B62和缆索C63分别与滑杆46和活塞筒51连接；另外利用缆索B62和缆索C63分别与稳定机构A4和稳定机构B5连接，组成三角形连接方式可以使整个平台在各个方向上的受力更加均匀，在受到较大波浪力的时候能够保证平台较高的稳定性；

[0035] 由于缆索A61的一端设置在海底，因此在整个平台受海浪影响向一侧摇摆时，缆索B62会拉动滑杆46，滑杆46拉动滑板A43以及滑板B44，此时滑板A43以及滑板B44沿着定位杆45滑动，并使滑板B44和滑板A43之间的夹角逐渐变小，进而抑制横柱41活动，从而增大平台的首摇刚度适当地减小整个浮式平台的首摇运动；在整个平台受海浪影响向另一侧摇摆时，缆索C63会拉动活塞筒51，进而使活塞管52在活塞筒51上滑动，由于活塞筒51内部的密封设计，进而抑制活塞管52与活塞筒51的滑动关系，从而减小横柱41的运动幅度，由此配合稳定机构A4进一步保证平台受风机荷载和波浪荷载时的受力平衡限制浮式平台的首摇运动。

[0036] 进一步的，立柱3至少为三组排列设置在浮筒2上。

[0037] 进一步的，定位杆45为两个固定安装在横柱41上，两个定位杆45分别与滑板A43以及滑板B44连接，滑板A43以及滑板B44上均安装有摩擦片，横柱41上固定安装有摩擦盘42，摩擦盘42与摩擦片活动连接，滑杆46与横柱41贯穿连接，滑杆46上固定安装有滚轮A47，横柱41的内部设置有滑动槽，滚轮A47在滑动槽的内部滑动，滚轮A47上安装有滚轮B48，滚轮B48与滑动槽活动连接，滑杆46与缆索B62固定连接，滑杆46与活塞筒51贯穿连接，活塞筒51与缆索C63固定连接，活塞筒51的内部安装有限制环55，通过滑杆46上的滚轮A47设计，可以使滑杆46移动时按照滑动槽的路径滑动，避免滑杆46活动时受到缆索B62的拉力影响发生歪斜，导致滑杆46无法移动甚至卡住，另外滚轮A47通过滚轮B48的设计，可以避免滚轮A47与滑动槽卡住，使滚轮A47在滑动槽的内部正常滑动。

[0038] 进一步的，活塞管52的一端与横柱41固定连接，活塞管52的另一端安装有球形关节56，球形关节56的一端安装有活塞块，活塞块与限制环55活动连接。

[0039] 进一步的，调节机构7包括安装在浮筒2内部的电机74，电机74的输出端驱动有轴承座72，轴承座72上安装有往复丝杆73，往复丝杆73的一端安装有压载舱75，压载舱75的外侧套设有外壳71，外壳71与横柱41连接，压载舱75上安装有连接板76，调节机构7还包括移动杆77，移动杆77与活塞管52贯穿连接，移动杆77的一端设置有密封块，移动杆77的外侧设置有螺纹，移动杆77上设置有螺纹环，螺纹环的外侧设置有啮合齿，啮合齿与连接板76啮合；且移动杆77与活塞管52滑动连接，另外可以启动电机74，电机74的输出端带动轴承座72转动，由于轴承座72与往复丝杆73通过滚珠螺母副连接，因此在轴承座72转动时往复丝杆73移动，往复丝杆73带动压载舱75移动，由此可以使平台的重心移动，可以调节压载舱75的深度，能够应对拖航过程中不同的水深要求，同时对于不同水深的运营海域，该变直径重心可调型平台的适应性也更强；另外有效增加了重心与浮心之间的距离，有效增大了转动恢复刚度，从而提高了平台的稳定性；

[0040] 另外在压载舱75移动时，压载舱75带动连接板76移动，由于连接板76与移动杆77上的螺纹环啮合连接，因此在连接板76移动时，连接板76带动螺纹环转动，由于移动杆77的外侧设置有螺纹，因此在螺纹环转动时，由于移动杆77只能在活塞管52的内部滑动，由此螺纹环会驱动移动杆77在活塞管52的内部移动，由于移动杆77的一端设置有密封块，因此会将活塞管52内部的气体涌入到活塞筒51的内部，对活塞筒51内部增压，因此在活塞筒51与活塞管52发生滑动时，增加抑制平台摆动的效果；

[0041] 另外可以根据实际情况设计螺纹环与移动杆77外侧螺纹的纹路，在压载舱75移动时，可以控制移动杆77的移动方向，进而对活塞筒51的内部增压或者减压。

[0042] 工作原理：在实际工作的过程中，在近水面处的浮筒2的直径较小，受到的波浪力较小，因此当遇到恶劣海况时，该变直径重心可调型平台相对于其他的传统式风电平台运动响应较小，会对其发电效率产生更小的影响，而为了提供足够的浮力，使其正常工作，因此在远离水面较深的地方，浮筒2的直径较大，变直径的平台结构设计增强了平台的抗风浪等级，提高顶部风电机组的发电效率和运营安全性；另外由浮筒2和立柱3以及横柱41等部件组成浮式平台；另外在实际使用过程中，海浪对平台产生影响时，由于缆索A61一端的海底锚位于海底，因此在平台受海浪影响时，海浪会带动平台摆动，在向一侧摆动时，横柱41会带动定位杆45移动，由于滑板A43以及摩擦盘42与滑杆46连接，并且滑杆46与缆索B62连接，因此在定位杆45移动时，滑杆46会通过缆索B62拉动滑板A43以及滑板B44，由此使滑板A43和滑板B44在定位杆45上活动，因此使滑板A43与滑板B44之间的夹角逐渐变小，从而使滑板A43以及滑板B44上的摩擦片与摩擦盘42接触并挤压，由此可以在波浪带动平台摆动时，通过缆索B62拉动滑板A43以及滑板B44，一方面抑制横柱41的运动，另一方面起到缓冲作用，由此可以增大浮式平台的首摇刚度，防止风机荷载及波浪荷载对浮式平台造成的摆动及转动作用，从而可以适当地减小整个浮式平台的首摇运动，提高浮式平台的稳定性；

[0043] 另外海浪带动平台向另一侧摆动时，缆索C63会拉动活塞筒51运动，由于活塞管52一端的活塞块位于活塞筒51的内部，同时由于活塞筒51的内部为密封环境，因此在活塞筒51与活塞管52发生滑动关系时，对平台起到抑制运动效果，进一步配合稳定机构A4增大浮式平台的首摇刚度，从而可以适当地减小整个浮式平台的首摇运动，进一步提高浮式平台的稳定性；

[0044] 另外在滑杆46移动时，滑杆46会带动活塞片53移动，使活塞片53挤压活塞筒51内部的气体移动，因为活塞筒51内部设置的单向阀54，因此只能将气体推送至单向阀54的一侧，因此可以在单向阀54的一侧气压不足时，进行补充气体并对其增压，避免单向阀54的一侧气压不足，抑制效果变差；

[0045] 另外利用缆索B62和缆索C63分别与稳定机构A4和稳定机构B5连接，组成三角形连接方式可以使整个平台在各个方向上的受力更加均匀，在受到较大波浪力的时候能够保证平台较高的稳定性；另外在压载舱75移动时，压载舱75带动连接板76移动，由于连接板76与移动杆77上的螺纹环啮合连接，因此在连接板76移动时，连接板76带动螺纹环转动，由于移动杆77的外侧设置有螺纹，因此在螺纹环转动时，由于移动杆77只能在活塞管52的内部滑动，由此螺纹环会驱动移动杆77在活塞管52的内部移动，由于移动杆77的一端设置有密封块，因此会将活塞管52内部的气体涌入到活塞筒51的内部，对活塞筒51内部增压，因此在活塞筒51与活塞管52发生滑动时，增加抑制平台摆动的效果。

[0046] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。