一种用于海上平台电解水制氢的设备稳定装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种用于海上平台电解水制氢的设备稳定装置及其控制方法，特别适用于安装在深远海海上风光发电场作业平台的制氢设备；在风浪的激励下，海上平台发生晃动时，实现有效抑制制氢装置跟随海上平台晃动的幅度，保持制氢设备姿态的稳定，以使制氢设备内部的流场分布、结构受力、压力分布等工作状态更稳定。

背景技术：

1、利用海上风光发电电解海水制氢技术制取绿氢，可让海洋可再生能源利用率大幅增加。深远海风光发电资源丰富，但由于海洋深度的原因，用于深远海风光发电的海上平台往往采用漂浮平台形式。此种平台在海上风浪的激励下，容易发生晃动，安装在平台上的制氢设备跟随晃动，对其内部流场分布、结构受力、压力分布有着重大的不良影响，对控制制氢内部液位稳定造成了较大困难。针对电解水制氢设备随海上平台晃动的问题，急需一种可以抑制电解水制氢设备随海上平台晃动幅度的稳定装置及其控制方法。

2、目前常用的解决电解水制氢设备随海上平台晃动的办法为被动隔振法和电解系统内部流场扰动法。被动隔振法，在电解水制氢设备底部安装弹簧阻尼、橡胶垫等弹性材料，以削弱海上平台晃动向电解水制氢设备的传递，此种方法仅仅通过弹性材料的被动形变削弱晃动的传递，弹性材料本身是一种蓄能材料，当海上平台传递给电解水制氢设备的能量未被消散时，电解水制氢设备的晃动会一直持续；此外，海上平台在海上风浪的激励下，晃动模态多变，若与所采用的弹性材料的共振频率接近时，可能会导致电解水制氢设备发生更大幅度的晃动。电解系统内部流场扰动法，在电解水制氢设备晃动情况下，其内部容易发生液位波动的位置安装扰流板，以削弱液位的变化，进而稳定制氢系统的生产效率；此种方法仅仅通过扰流板进行液位控制，并不能减弱电解水制氢设备本身的晃动，且扰流板对液位变化的控制效果有限。因此，继续一种可以消散海上平台传递给电解水制氢设备的能量的，主动与被动同时作用，抑制电解水制氢设备随海上平台晃动幅度的稳定装置及其控制方法，以使电解水制氢系统的工作状态稳定。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种可以实现主动抑制+被动削弱安装在海上平台的电解水制氢设备随海上平台晃动幅度的装置及其控制方法，使海上平台在风浪激励作用下发生晃动是，安装在海上平台的电解水制氢系统的工作状态保持稳定。

2、本发明涉及一种用于海上平台电解水制氢的设备稳定装置及其控制方法，主要包括制氢集装箱、轿箱、中框架、外支撑框架、y形撑杆、弹簧阻尼、拉力传感器、水箱、水泵、换向阀、水管、轴承座。本发明制氢集装箱和水箱安装在轿箱上，轿箱安装在中框架，中框架安装在外支撑框架，外支撑框架立柱安装在海上平台上；轿箱上部前后横粱上设有装有弹簧阻尼的y形撑杆与中框架连接；中框架左右横梁上设有装有弹簧阻尼的y形撑杆与外支撑框架连接，弹簧阻尼上装有拉力传感器；通过弹簧阻尼减轻轿箱的横摇和纵摇；通过拉力传感器感知轿箱姿态，控制换向阀调整水泵抽水的水路流向，以改变水箱液位，调整轿箱重心，使用于海上平台的电解水制氢设备保持稳定。

3、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

4、本发明第一方面提供一种用于海上平台电解水制氢的设备稳定装置，所述设备稳定装置包括制氢集装箱1、轿箱2、中框架3、外支撑框架4；

5、所述制氢集装箱1安装固定在所述轿箱2内，所述轿箱2安装在所述中框架3上，所述中框架3安装在所述外支撑框架4上；所述外支撑框架4通过四个外支撑框架立柱13固定在外部海上平台上；

6、所述轿箱2的前正面、后背面、左侧面、右侧面分别设有前水箱15、后水箱11、左水箱14、右水箱16，所述前水箱15、所述后水箱11、所述左水箱14和所述右水箱16中均存有半箱水，通过调节所述前水箱15、所述后水箱11、所述左水箱14和所述右水箱16中水量配重调节所述制氢集装箱1和所述轿箱2的重心。

7、此处定义，两个所述轿箱横梁2.1所在面为前正面和后背面，而两个所述轿箱纵梁2.2所在面为左侧面和右侧面。其中，背向所述前正面，处于左手边的为左侧面，而处于右手边的为右侧面。相应的，本发明中定义以前水箱15所在的方向为前，以后水箱11所在的方向为后，以左水箱14所在的方向为左，以右水箱16所在的方向为右。

8、优选地，所述轿箱2上具有两个轿箱横梁2.1和两个轿箱纵梁2.2，两个所述轿箱横梁2.1上均具有第一支撑轴杆10.1和第一y形撑杆5.1，

9、所述中框架3上具有两个中框架横梁3.1和两个中框架纵梁3.2，两个所述中框架横梁3.1上均具有第一轴承座12.1和第一固定铰支座8.1；两个所述中框架纵梁3.2上均具有第二支撑轴杆10.2和第二y形撑杆5.2；

10、所述外支撑框架4上具有两个外支撑框架横梁4.1和两个外支撑框架纵梁4.2，两个所述外支撑框架纵梁4.2上均具有第二轴承座12.2和第二固定铰支座8.2；

11、所述第一支撑轴杆10.1插入到所述第一轴承座12.1中，以将所述轿箱2安装在所述中框架3上；

12、所述第二支撑轴杆10.2插入到所述第二轴承座12.2中，以将所述中框架3安装在所述外支撑框架4上；

13、所述第一支撑轴杆10.1和所述第二支撑轴杆10.2统称为支撑轴杆10；

14、所述第一y形撑杆5.1和所述第二y形撑杆5.2统称为y形撑杆5；

15、所述第一轴承座12.1和所述第二轴承座12.2统称为轴承座12；

16、所述第一固定铰支座8.1和所述第二固定铰支座8.2统称为固定铰支座8。

17、优选地，每个所述y形撑杆5上均设有拉力轴杆6，所述拉力轴杆6通过弹簧阻尼7与其距离最近的所述固定铰支座8连接，所述弹簧阻尼7上设有拉力传感器9，用于感知所述设备稳定装置的偏转姿态。

18、优选地，所述轿箱2的两个所述轿箱横梁2.1的所述第一支撑轴杆10.1同轴，所述中框架3的两个所述中框架纵梁3.2的所述第二支撑轴杆10.2同轴。

19、优选地，所述制氢集装箱1顶部设有左右平衡调节水泵17和前后平衡调节水泵18；

20、所述左右平衡调节水泵17的唯一出水口连通左右出水换向阀30，所述左右出水换向阀30通过左出水管路21连通左水箱14的顶端，提供所述左右平衡调节水泵17到所述左水箱14的流体通路；所述左右出水换向阀30通过右出水管路23连通所述右水箱16的上端，提供所述左右平衡调节水泵17到所述右水箱16的流体通路；通过控制所述左右出水换向阀30控制所述左右平衡调节水泵17向所述左出水管路21或所述右出水管路23出水的流向；

21、所述左右平衡调节水泵17的唯一入水口连通左右抽水换向阀19，所述左右抽水换向阀19通过左抽水管路22连通所述左水箱14的下端，提供所述左水箱14到所述左右平衡调节水泵17的流体通路；所述左右抽水换向阀19通过右抽水管路20连通所述右水箱16的下端，提供所述右水箱16到所述左右平衡调节水泵17的流体通路；通过控制所述左右出水换向阀30控制所述左右平衡调节水泵17向所述左抽水管路22或所述右抽水管路20抽水的流向；

22、所述前后平衡调节水泵18的唯一出水口连通前后出水换向阀26，所述前后出水换向阀26通过前出水管路29连通所述前水箱15的上端，提供所述前后平衡调节水泵18到所述前水箱15的流体通路；所述前后出水换向阀26通过后出水管路28连通所述后水箱11的上端，提供所述前后平衡调节水泵18到所述后水箱11的流体通路；通过控制所述前后出水换向阀26控制所述前后平衡调节水泵18向所述前出水管路29或所述后出水管路28出水的流向；

23、所述前后平衡调节水泵18的唯一入水口连通前后抽水换向阀24，所述前后抽水换向阀24通过前抽水管路27连通所述前水箱15的下端，提供所述前水箱15到所述前后平衡调节水泵18的流体通路；所述前后抽水换向阀24通过后抽水管路25连通所述后水箱11的下端，提供所述后水箱11到所述前后平衡调节水泵18的流体通路；通过控制前后出水换向阀26控制前后平衡调节水泵18向所述前抽水管路27或所述后抽水管路25抽水的流向。

24、优选地，所述左右抽水换向阀19仅可在所述右抽水管路20和所述左抽水管路22选择其一连通，所述左右抽水换向阀19与所述左右平衡调节水泵17连接流体管路常通；所述左右出水换向阀30仅可在所述左出水管路21和所述右出水管路23选择其一连通，所述左右抽水换向阀19与所述左右平衡调节水泵17连接流体管路常通；

25、所述前后抽水换向阀24仅可在所述后抽水管路25和所述前抽水管路27选择其一连通，所述前后抽水换向阀24与所述前后平衡调节水泵18连接流体管路常通；所述前后出水换向阀26仅可在所述后出水管路28和所述前出水管路29选择其一连通，所述前后出水换向阀26与所述前后平衡调节水泵18连接流体管路常通。

26、本发明第二方面提供一种本发明第一方面所述的用于海上平台电解水制氢的设备稳定装置的控制方法，在外部风浪的激励下，海上平台带动所述外支撑框架4发生同频晃动；所述制氢集装箱1随同所述轿箱2与所述外支撑框架4发生相对晃动，该相对晃动分为围绕所述轿厢2上所述第一支撑轴杆10.1轴线的横摇和围绕所述中框架3上所述第二支撑轴杆10.2轴线的纵摇；

27、当由所述后背面向所述前正面观测，所述制氢集装箱1与所述轿箱2发生顺时针横摇时，所述轿箱2的两个所述轿箱横梁2.1安装的所述第一y形撑杆5.1相对所述中框架3的所述中框架横梁3.1发生位移，所述第一y形撑杆5.1右侧安装的所述弹簧阻尼7受拉，所述第一y形撑杆5.1左侧安装的所述弹簧阻尼7受压，所述弹簧阻尼7提供的反作用力削弱顺时针横摇的幅度；同时，所述弹簧阻尼7上设的所述拉力传感器9信号通过外部中央控制器的控制逻辑控制所述左右抽水换向阀19连通所述左右平衡调节水泵17和所述右抽水管路20，所述左右出水换向阀30连通所述左右平衡调节水泵17和所述左出水管路21，所述左右平衡调节水泵17开机抽水，使所述右水箱16中的水流向所述左水箱14，进而使所述制氢集装箱1与所述轿箱2的重心向左偏移，抑制顺时针横摇；

28、当由所述后背面向所述前正面观测，所述制氢集装箱1与所述轿箱2发生逆时针横摇时，所述轿箱2的两个所述轿箱横梁2.1安装的所述第一y形撑杆5.1相对所述中框架3的所述中框架横梁3.1发生位移，所述第一y形撑杆5.1右侧安装的所述弹簧阻尼7受压，所述第一y形撑杆5.1左侧安装的所述弹簧阻尼7受拉，所述弹簧阻尼7提供的反作用力削弱顺时针横摇的幅度；同时，所述弹簧阻尼7上设的所述拉力传感器9信号通过外部中央控制器的控制逻辑控制所述左右抽水换向阀19连通所述左右平衡调节水泵17和所述左抽水管路22，所述左右出水换向阀30连通所述左右平衡调节水泵17和所述右出水管路23(左右抽水换向阀19和左右出水换向阀30控制左抽水管路22和右出水管路23与左右平衡调节水泵17连通)，所述左右平衡调节水泵17开机抽水，使左水箱14中的水流向右水箱16，进而使制氢集装箱1与轿箱2的重心向右偏移，抑制逆时针横摇；

29、当由左侧面向右侧面观测，所述制氢集装箱1与所述轿箱2发生顺时针纵摇时，所述中框架3的两个中框架纵梁3.2安装的所述第二y形撑杆5.2相对所述外支撑框架4的所述外支撑框架纵梁4.2发生位移，所述第二y形撑杆5.2前侧安装的所述弹簧阻尼7受压，所述第二y形撑杆5.2后侧安装的所述弹簧阻尼7受拉，所述弹簧阻尼7提供的反作用力削弱纵摇的幅度；同时，所述弹簧阻尼7上设的所述拉力传感器9信号通过外部中央控制器的控制逻辑控制所述前后抽水换向阀24连通所述前后平衡调节水泵18和所述后抽水管路25，所述前后出水换向阀26连通所述前后平衡调节水泵18和所述前出水管路29，所述前后平衡调节水泵18开机抽水，使所述后水箱11中的水流向所述前水箱15，进而使所述制氢集装箱1与所述轿箱2的重心向前偏移，抑制顺时针纵摇；

30、当由左侧面向右侧面观测，所述制氢集装箱1与所述轿箱2发生逆时针纵摇时，所述中框架3的两个中框架纵梁3.2安装的所述第二y形撑杆5.2相对所述外支撑框架4的所述外支撑框架纵梁4.2发生位移，所述第二y形撑杆5.2前侧安装的所述弹簧阻尼7受拉，所述第二y形撑杆5.2后侧安装的所述弹簧阻尼7受压，所述弹簧阻尼7提供的反作用力削弱纵摇的幅度；同时，所述弹簧阻尼7上设的所述拉力传感器9信号通过外部中央控制器的控制逻辑控制所述前后抽水换向阀24连通所述前后平衡调节水泵18和所述前抽水管路27，所述前后出水换向阀26连通所述前后平衡调节水泵18和所述后出水管路28(所述前后抽水换向阀24和所述前后出水换向阀26控制所述前抽水管路27和所述后出水管路28与所述前后平衡调节水泵18连通)，所述前后平衡调节水泵18开机抽水，使所述前水箱15中的水流向所述后水箱11，进而使所述制氢集装箱1与所述轿箱2的重心向后偏移，抵抗逆时针纵摇。

31、优选地，规定所述轿箱2前侧所述轿箱横梁2.1安装的所述第一y形撑杆5.1上的左、右两侧的所述拉力传感器9测得的拉力值分为f前左和f前右，所述轿箱2后侧所述轿箱横梁2.1安装的所述第一y形撑杆5上左、右两侧的所述拉力传感器9测得的拉力值分为f后左和f后右；且以拉力值取值以拉为正，以压为负；规定横摇偏心系数当由后背面向前正面观测时，b横为负数，代表所述制氢集装箱1与所述轿箱2发生顺时针横摇，当b横为正数，代表所述制氢集装箱1与所述轿箱2发生逆时针横摇，且b横数值越大，横摇幅度越大；

32、规定所述中框架3左侧所述中框架纵梁3.2安装的第二y形撑杆5.2上的前、后两侧的所述拉力传感器9测得的拉力值分为f左前和f左后，所述中框架3右侧所述中框架纵梁3.2安装的第二y形撑杆5.2上的前、后两侧的所述拉力传感器9测得的拉力值分为f右前和f右后；且以拉力值取值以拉为正，以压为负；规定纵摇偏心系数当由左侧面向右侧面观测时，b纵为负数，代表所述制氢集装箱1与所述轿箱2发生顺时针横摇，当b纵为正数，代表所述制氢集装箱1与所述轿箱2发生逆时针横摇，且b纵数值越大，横摇幅度越大。

33、优选地，根据所述弹簧阻尼7上设的所述拉力传感器9信号，和设定的允许横摇最大值b横max，外部中央控制器对横摇的控制逻辑为：

34、s1、中央控制器读取橫摇的4个拉力，所述拉力传感器9数据：f前左、f前右、f后左、f后右；设定允许横摇系数b横max；

35、s2、判断数据合理性；

36、s3、如果不合理，则提示错误信息，并返回s1；

37、如果合理，则计算横摇偏心系数：b横＝(f前左+f后左)/(f前右+f后右)；

38、s4、判断|b横|和b横max的大小；

39、s5、如果|b横|小于等于b横max，则提示：横摇幅度合理，不做重心调整，流程结束；

40、如果|b横|大于b横max，则判断b横是否大于0；

41、s6、如果b横大于0，则为逆时针横摇，抽所述左水箱14中的水至所述右水箱(16)；

42、如果b横小于0，则为顺时针横摇，抽所述右水箱16中的水至所述左水箱14；

43、调节重心后返回s1进一步调控，直至|b横|小于等于b横max。

44、其中，s2中系统数据合理性的检查，若数据不合理，即拉力传感器所测数据不在传感器量程之内、台车允许偏心系数的值超过了设定的范围，系统将提示错误信息，并返回上一步；若数据合理，系统将执行下一步程序。

45、优选地，根据所述弹簧阻尼7上设的所述拉力传感器9信号，和设定的允许纵摇最大值b纵max；外部中央控制器对纵摇的控制逻辑为：

46、s1、中央控制器读取纵摇的4个拉力，所述拉力传感器9数据：f左前、f左后、f右前、f右后；设定允许横摇系数b纵max；

47、s2、判断数据合理性；

48、s3、如果不合理，则提示错误信息，并返回s1；

49、如果合理，则计算纵摇偏心系数：b纵＝(f左前+f右前)/(f左后+f右后)；

50、s4、判断|b纵|和b纵max的大小；

51、s5、如果|b纵|小于等于b纵max，则提示：纵摇幅度合理，不做重心调整，流程结束；

52、如果|b纵|大于b纵max，则判断b纵是否大于0；

53、s6、如果b纵大于0，则为逆时针纵摇，抽所述前水箱15中的水至所述后水箱(11)；

54、如果b纵小于0，则为顺时针纵摇，抽所述后水箱11中的水至所述前水箱15；

55、调节重心后返回s1进一步调控，直至|b纵|小于等于b纵max。

56、其中，s2中系统数据合理性的检查，若数据不合理，即拉力传感器所测数据不在传感器量程之内、台车允许偏心系数的值超过了设定的范围，系统将提示错误信息，并返回上一步；若数据合理，系统将执行下一步程序。

57、以上所述为本发明的最佳技术方案，不构成对本发明保护范围的限制；任何在不脱离本发明采用制氢集装箱1、轿箱2、中框架3、外支撑框架4为支撑，弹簧阻尼7反作用力+水箱改变轿箱2重心复合方式削弱横摇和纵摇的幅度的的技术方案原则的情况下，所做的修改、改进，均属本发明权利要求保护范围之内。

58、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

59、本发明制氢集装箱和水箱安装在轿箱上，轿箱安装在中框架，中框架安装在外支撑框架，外支撑框架立柱安装在海上平台上；轿箱上部前后横粱上设有装有弹簧阻尼的y形撑杆与中框架连接；中框架左右横梁上设有装有弹簧阻尼的y形撑杆与外支撑框架连接，弹簧阻尼上装有拉力传感器；通过弹簧阻尼减轻轿箱的横摇和纵摇；通过拉力传感器感知轿箱姿态，控制换向阀调整水泵抽水的水路流向，以改变水箱液位，调整轿箱重心，使用于海上平台的电解水制氢设备保持稳定。本发明为可以实现主动抑制+被动削弱安装在海上平台的电解水制氢设备随海上平台晃动幅度的装置及其控制方法，使海上平台在风浪激励作用下发生晃动是，安装在海上平台的电解水制氢系统的工作状态保持稳定。