一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台

本发明涉及风浪能耦合电能供给平台，具体为一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台。

背景技术：

1、在深远海环境中，具有储量丰富、分布广且污染程度为零的风能。大力发展深远海风电在减少了噪音污染与生态影响的同时，还可以减少陆上占地面积。

2、半潜式风机的塔筒基础往往设计成空心圆截面，这是因为在截面面积相等的情况下，空心圆截面相较于实心圆截面具有更大的抗弯截面系数，从而使得半潜式风机具有更高的强度与更好的经济性。而在空心圆柱中灌入压载水，可以使得半潜式风机吃水深度增大，减缓其纵摇与横摇运动，防止其倾覆，一般适用于浪高为2-4m的五级左右海况。

3、现有多数半潜式风机塔筒基础之间的连接管道是实心截面，仅能起到约束的作用，即缺少各塔筒基础压载水之间的流动；而对于少数能够将塔筒基础之间连接管道设计为空心截面的半潜式风机，其在连接管道内的缺少控制压载水流速的装置或者只能实现压载水的单向循环流动。这些情况对于半潜式风机在恶劣海况下均是不利的。因此，本领域的科研人员有必要设计一种既能实现压载水在各塔筒基础间有序流动且可以实现双向循环的半潜式风浪能耦合电能供给平台。

技术实现思路

1、本发明的目的是这样实现的：本发明旨在提供一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台，在保持了半潜式电能供给平台的结构与功能基础上，还可以实现减小平台在浪高为2-4m的五级左右海况下的运动响应，即减缓其纵摇与横摇的程度，从而使得半潜式电能供给平台具有更好的自稳性。此外，在平台实现自身运动抑制的过程中，伴随着压载水冲击小型水轮机发电的过程，为平台备用电源的储蓄提供保障。本发明可应用于水深超过60米、离岸超过100km的深远海海域。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台，包括压载水舱、中心立柱、系泊系统和桁架结构，压载水舱由三个主立柱组成，三个主立柱布置于中心立柱的周围成等边三角形状，中心立柱位于等边三角形的形心位置；

3、每个主立柱的底端固定连接有垂荡板，实心的垂荡板固定于空心的主立柱底部，每个主立柱的内部均有主立柱内腔，主立柱内腔内部置有体积小于主立柱内腔的压载水；

4、垂荡板的径向尺寸大于主立柱的径向尺寸，垂荡板的轴向尺寸小于主立柱的轴向尺寸；

5、中心立柱上部安装水平轴风力机，中心立柱内部空腔嵌有能源转换装置与蓄电池，可将风力机捕获的风能转换为电能并输出。

6、作为本发明一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台优选地，所述的每个主立柱内腔的压载水为海水，中心立柱内部空心结构无液体，通过加减中心立柱内部的固体压载物重量实现半潜式电能供给平台的浮心高度，使半潜式电能供给平台的浮心高于重心。

7、作为本发明一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台优选地，相邻的主立柱之间固定连接有桁架结构，桁架结构包括若干下部水平桁架杆、若干上部水平桁架杆和若干中部斜撑桁架杆，每个垂荡板与中心立柱底部之间通过下部水平桁架杆固定连接，每个主立柱与中心立柱顶部之间通过上部水平桁架杆相连接，中部斜撑桁架杆固定连接垂荡板与中心立柱的顶部。

8、作为本发明一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台优选地，桁架结构为耐腐蚀的空心钢管。

9、作为本发明一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台优选地，相邻的两个主立柱的底端之间连通有水平通道，水平通道用来连通相邻的主立柱内腔并形成调谐液体阻尼器，水平通道中央位置设置有小型水轮机，小型水轮机前后涡轮叶片的连接轴内设置有根据系泊缆上波浪传感器测得的波况信号控制小型水轮机转速的滑动变阻器，用于控制通过水平通道内压载水流速的平衡。

10、作为本发明一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台优选地，所述小型水轮机外部周向直径小于水平通道的直径从而形成节流孔，用于保证压载水流动的连续性。

11、作为本发明一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台优选地，小型水轮机的水轮机叶片连接轴内设有滑动变阻器，用于控制小型水轮机的转速，从而控制通过的压载水的流速。

12、作为本发明一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台优选地，系泊系统包括垂荡板上固定连接的系泊缆，所述系泊缆上连接有波浪传感器。

13、作为本发明一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台优选地，波浪传感器用于检测波高、波向和波周期等波浪数据，波浪传感器将电信号反馈给水轮机叶片连接轴内的滑动变阻器，从而控制小型水轮机的转速。

14、本发明的半潜式电能供给平台置于水深超过60m的深远海区域并浮在海面上，本发明的半潜式电能供给平台适用于台风、强海浪等恶劣海况环境，或浪高为2-4m的五级左右的极端海况。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1、与传统半潜式风机平台相比，本发明的半潜式电能供给平台基于调谐液体阻尼的原理，能够在使原有结构发生强烈振动或纵摇、横摇运动的非正常概况下，达到减缓运动响应的效果，使半潜式电能供给平台的自稳性更强，工作过程更持续。

17、2、本发明的半潜式电能供给平台在水平通道内设置了水轮机系统，在所述的系泊系统内设置了波浪传感器。波浪传感器可以通过监测海况，并将数据以电信号的形式传送给水轮机涡轮叶片连接轴内的滑动变阻器，从而实现水轮机转速的可控性，此外，测得的历史数据还可以用于未来预测该海域内的海况。

18、3、在恶劣海况发生时，本发明的半潜式电能供给平台不但可以通过调谐主立柱内腔之间的页面高度实现运动抑制；压载水在通过水平通道时，还可以冲击小型水轮机，其自身将捕获的动能转化为电能，为半潜式电能供给平台在非正常海况下提供备用电源，实现在波浪冲击过程中的风浪能耦合发电。

技术特征：

1.一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台，包括压载水舱、中心立柱（10）、若干系泊缆（1）和桁架结构，其特征在于：压载水舱由三个主立柱（11）组成，三个主立柱（11）布置于中心立柱（10）的周围成等边三角形状；

2.根据权利要求1所述的一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台，其特征在于：所述的每个主立柱内腔（7）的压载水为海水，中心立柱（10）内部空心结构无液体，通过加减中心立柱（10）内部的固体压载物重量实现半潜式电能供给平台的浮心高度，使半潜式电能供给平台的浮心高于重心。

3.根据权利要求2所述的一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台，其特征在于：相邻的主立柱（11）之间固定连接有桁架结构，桁架结构包括若干下部水平桁架杆（4）、若干上部水平桁架杆（8）和若干中部斜撑桁架杆（9），每个垂荡板（5）与中心立柱（10）底部之间通过下部水平桁架杆（4）固定连接，每个主立柱（11）与中心立柱（10）顶部之间通过上部水平桁架杆（8）相连接，中部斜撑桁架杆（9）固定连接垂荡板（5）与中心立柱（10）的顶部。

4.根据权利要求3所述的一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台，其特征在于：桁架结构为耐腐蚀的空心钢管。

5.根据权利要求4所述的一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台，其特征在于：相邻的两个主立柱（11）的底端之间连通有水平通道（2），水平通道（2）用来连通相邻的主立柱内腔（7）并形成调谐液体阻尼器，水平通道（2）中央位置设置有小型水轮机（3）。

6.根据权利要求5所述的一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台，其特征在于：所述小型水轮机（3）外部周向直径小于水平通道（2）的直径从而形成节流孔，用于保证压载水流动的连续性。

7.根据权利要求6所述的一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台，其特征在于：小型水轮机（3）的水轮机叶片连接轴（12）内设有滑动变阻器，用于控制小型水轮机（3）的转速，从而控制通过的压载水的流速。

8.根据权利要求7所述的一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台，其特征在于：垂荡板（5）与系泊缆（1）固定连接，所述系泊缆（1）上连接有波浪传感器（6）。

9.根据权利要求8所述的一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台，其特征在于：波浪传感器（6）用于检测波高、波向和波周期等波浪数据，波浪传感器（6）将电信号反馈给水轮机叶片连接轴（12）内的滑动变阻器，从而控制小型水轮机（3）的转速。

技术总结本发明涉及风浪能耦合电能供给平台技术领域，尤其为一种基于调谐阻尼的新型半潜式风浪能耦合电能供给平台，包括压载水舱、中心立柱、系泊系统和桁架结构，三个主立柱布置于中心立柱的周围成等边三角形状，每个主立柱的底端固定连接有垂荡板，实心的垂荡板固定于空心的主立柱底部，每个主立柱的内部均有主立柱内腔，主立柱内腔内部置有体积小于主立柱内腔的压载水，与传统半潜式风机平台相比，本发明的半潜式电能供给平台基于调谐液体阻尼的原理，能够在使原有结构发生强烈振动或纵摇横摇运动的非正常概况下，达到减缓运动响应的效果，使半潜式电能供给平台的自稳性更强，工作过程更持续。技术研发人员：孙崇飞,滕怀钰,王雪瑞,田业帅,李明浩,郭杨林,段育鹏,邵存,刘恒序受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15