一种装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台

1.本发明涉及新能源利用技术领域，更具体地说，涉及一种装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台。


背景技术：

2.当今世界，化石燃料资源紧缺导致了供求关系的日益紧张，污染物的排放又引起了严重的环境和气候问题。因此，加大对清洁无污染的可再生能源的开发，是当前世界各国普遍关注的重要话题之一。海上风能和波浪能储量丰富，是很好的可再生能源，具有广阔的应用前景。海上风能和波浪能在地理分布上具有相似性，在风能丰富的地区通常具有丰富的波浪能，这使波浪能发电装置与海上风力机集成并且实现耦合发电成为可能。在提高海洋可再生能源和海面空间利用率的同时，有效降低单位的发电成本。
3.目前，海上漂浮式风机是属于带有较大顶部集中质量的高耸海洋结构，浮式基础的微幅运动会造成风力机的剧烈运动。振荡水柱式波能转换装置由于其结构简单、可靠性高等优点成为世界上应用最为广泛的波能转换形式之一。然而传统的振荡水柱式波浪能装置存在着能量利用率低、发电容量小、供应不稳定等问题；并且装置作为海上的一种大型浮体结构，不可避免受到风、浪、流的影响而产生六个自由度运动。
4.因此，如何解决现有技术中集成平台的稳定性弱、锚链系泊疲劳性不佳、维护成本高以及使用寿命低的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台以解决现有技术中集成平台的稳定性弱、锚链系泊疲劳性不佳、维护成本高以及使用寿命低的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
6.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：本发明提供了装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台，包括：风力发电系统；张力腿浮式平台，所述风力发电系统与所述张力腿浮式平台固定连接，所述张力腿浮式平台包括沿着所述风力发电系统的周向进行设置的多个立柱、将各个所述立柱的顶端进行连接的上横梁、将各个所述立柱的底端进行连接的浮筒、用于供所述风力发电系统进行贯穿的圆形平台、一一对应固定在所述立柱底端的扇形阻尼板以及多个张力腿，所述上横梁的轴线上固定连接有所述圆形平台，所述浮筒的轴线上固定连接有所述圆形平台，所述扇形阻尼板沿着所述立柱的周向进行设置，固定连接在所述浮筒上的所述圆形平台的底部的中间位置固定连接有所述张力腿，各个所述立柱的底部的外侧均固定连接有所述张力腿，所述立柱的内部设置有空腔；振荡水柱系统，所述振荡水柱系统包括设置在所述立柱内部的内圆柱体以及固定
在所述内圆柱体内部的涡轮发电系统，所述内圆柱体的顶端和底端均与所述立柱连接，所述内圆柱体的两端设置有开口且中间设置有气室，所述内圆柱体的顶端中心位置处设置有用于与所述气室相连通的气孔通道，并且所述涡轮发电系统设置在所述气孔通道内。
7.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
8.进一步的，所述风力发电系统包括用于贯穿所述圆形平台的风机塔柱、固定在所述风机塔柱顶端的风力机机舱、与所述风力机机舱可转动连接的风力机转子轮毂以及固定在所述风力机转子轮毂上的多个风力机叶片，并且各个所述风力机叶片沿着所述风力机转子轮毂的周向进行设置，所述风机塔柱与所述圆形平台固定连接。
9.进一步的，所述张力腿浮式平台还包括沿着所述风机塔柱的周向进行设置的多个斜撑，各个所述斜撑的一端均与设置在所述上横梁上的所述圆形平台固定连接，各个所述斜撑的另一端分别与各个所述立柱一一对应固定连接。
10.进一步的，所述涡轮发电系统包括空气透平以及发电机，所述空气透平与所述发电机电连接。
11.进一步的，所述立柱的数量至少为三个，并且各个所述立柱之间的连线呈三角形。
12.进一步的，所述气孔通道的横截面面积小于所述内圆柱体的横截面面积。
13.本技术提供的技术方案包括以下有益效果：本发明提供的技术方案中，装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台，包括风力发电系统、张力腿浮式平台以及振荡水柱系统，风力发电系统与张力腿浮式平台固定连接，张力腿浮式平台包括沿着风力发电系统的周向进行设置的多个立柱、将各个立柱的顶端进行连接的上横梁、将各个立柱的底端进行连接的浮筒、用于供风力发电系统进行贯穿的圆形平台、一一对应固定在立柱底端的扇形阻尼板以及多个张力腿，上横梁的轴线上固定连接有圆形平台，浮筒的轴线上固定连接有圆形平台，扇形阻尼板沿着立柱的周向进行设置，固定连接在浮筒上的圆形平台的底部的中间位置固定连接有张力腿，各个立柱的底部的外侧均固定连接有张力腿，立柱的内部设置有空腔；振荡水柱系统包括设置在立柱内部的内圆柱体以及固定在内圆柱体内部的涡轮发电系统，内圆柱体的顶端和底端均与立柱连接，内圆柱体的两端设置有开口且中间设置有气室，内圆柱体的顶端中心位置处设置有用于与气室相连通的气孔通道，并且涡轮发电系统设置在气孔通道内。如此设置，本发明将振荡水柱式波能装置和海上张力腿浮式风力机进行科学集成，由于风能和波浪能的互补性，能够更高效利用可再生能源。采用振荡水柱系统，可以应用于目标工作海况长波作用下的区域，通过将波浪能转换为气动能，消减作用在平台结构上的荷载；采用底部带有扇形阻尼板的结构，能显著降低波、浪、流对装置产生的较大运动响应；采用张力腿平台使得结构具有良好的运动性能，保护结构安全，从而保证集成平台能够长时间高效和稳定地运行；从而解决了现有技术中集成平台的稳定性弱、锚链系泊疲劳性不佳、维护成本高以及使用寿命低的问题。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明实施例中装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台整体的结构示意图；图2是本发明实施例中装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台的俯视图；图3是本发明实施例中振荡水柱系统的剖视图；图4是本发明实施例中振荡水柱系统的立体剖面图；图5是本发明实施例中装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台的仰视图。
16.附图标记：1、立柱；2、上横梁；3、浮筒；4、圆形平台；5、扇形阻尼板；6、张力腿；7、内圆柱体；8、涡轮发电系统；9、气室；10、气孔通道；11、风机塔柱；12、风力机机舱；13、风力机转子轮毂；14、风力机叶片；15、斜撑。
实施方式
17.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
18.本具体实施方式的目的在于提供装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台；从而解决了现有技术中集成平台的稳定性弱、锚链系泊疲劳性不佳、维护成本高以及使用寿命低的问题。
19.以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
20.请参阅图1-图5，本实施例提供了装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台，包括风力发电系统、张力腿浮式平台以及振荡水柱系统，张力腿浮式平台能够为装置提供浮力和结构强度；张力腿浮式平台能够增加平台附加质量，在不影响结构强度的同时，有效抵抗风、浪、流对平台的作用，抑制平台的运动响应，显著降低平台垂荡，纵摇幅度；有利于提高稳定性，减轻锚链系泊疲劳，降低维护成本，提高使用寿命；风力发电系统与张力腿浮式平台固定连接，张力腿浮式平台包括沿着风力发电系统的周向进行设置的多个立柱1、将各个立柱1的顶端进行连接的上横梁2、将各个立柱1的底端进行连接的浮筒3、用于供风力发电系统进行贯穿的圆形平台4、一一对应固定在立柱1底端的扇形阻尼板5以及多个张力腿6，上横梁2的轴线上固定连接有圆形平台4，浮筒3的轴线上固定连接有圆形平台4，扇形阻尼板5沿着立柱1的周向进行设置，本实施例中的扇形阻尼板5增加了集成平台的附加质量和附加阻尼，可以有效降低波浪中长波对装置的运动响应，使平台有良好的稳性，保护装置安全，提高其生存能力；固定连接在浮筒3上的圆形平台4的底部的中间位置固定连接有张力腿6，各个立柱1的底部的外侧均固定连接有张力腿6，张力腿6能够将平台和海底垂直固接在一起，为生产提供一个相对平稳安全的工作环境；立柱1的内部设置有空腔；振
荡水柱系统包括设置在立柱1内部的内圆柱体7以及固定在内圆柱体7内部的涡轮发电系统8，内圆柱体7的顶端和底端均与立柱1连接，内圆柱体7的两端设置有开口且中间设置有气室9，内圆柱体7的顶端中心位置处设置有用于与气室9相连通的气孔通道10，并且涡轮发电系统8设置在气孔通道10内；使用时在海浪的作用下，波浪进入内圆柱体7的内部，内圆柱体7内的水柱在波浪作用下上下振荡，迫使气室9内部的气体膨胀、压缩，形成气流通过内圆柱体7进入气孔通道10形成气流，推动涡轮发电系统8旋转发电。
21.如此设置，本发明将振荡水柱式波能装置和海上张力腿浮式风力机进行科学集成，由于风能和波浪能的互补性，能够更高效利用可再生能源。采用振荡水柱系统，可以应用于目标工作海况长波作用下的区域，通过将波浪能转换为气动能，消减作用在平台结构上的荷载；采用底部带有扇形阻尼板5的结构，能显著降低波、浪、流对装置产生的较大运动响应；采用张力腿6平台使得结构具有良好的运动性能，保护结构安全，从而保证集成平台能够长时间高效和稳定地运行；从而解决了现有技术中集成平台的稳定性弱、锚链系泊疲劳性不佳、维护成本高以及使用寿命低的问题。
22.作为可选的实施方式，风力发电系统包括用于贯穿圆形平台4的风机塔柱11、固定在风机塔柱11顶端的风力机机舱12、与风力机机舱12可转动连接的风力机转子轮毂13以及固定在风力机转子轮毂13上的多个风力机叶片14，并且各个风力机叶片14沿着风力机转子轮毂13的周向进行设置，风机塔柱11与圆形平台4固定连接。本实施例中风机塔柱11底端的直径略小于圆形平台4的直径；风力发电系统在使用时，装置浮在水面上，在风力的作用下，风力机叶片14将发生旋转，将风的动能转化为风力机机舱12内风轮轴的机械能，风力机机舱12内的发电机在风轮轴的带动下旋转发电。
23.更具体的实施方式，张力腿浮式平台还包括沿着风机塔柱11的周向进行设置的多个斜撑15，各个斜撑15的一端均与设置在上横梁2上的圆形平台4固定连接，各个斜撑15的另一端分别与各个立柱1一一对应固定连接；本实施例中振荡水柱系统相互夹角为60度，张力腿浮式平台正三角形结构。如此设置，斜撑15的设置能够有效增强装置的承受载荷的能力，提升整体的强度；可以减少气室9内部水面晃荡对装置的影响，提高平台稳定性。
24.作为可选的实施方式，涡轮发电系统8包括空气透平以及发电机，空气透平与发电机电连接，本实施例中的涡轮发电系统8在双向气流作用下产生单向旋转，气室9在吸气和排气的两个过程中都能发电。
25.作为可选的实施方式，立柱1的数量至少为三个，并且各个立柱1之间的连线呈三角形。如此设置，三角形具有非常高的稳定性，确保集成平台能够长时间高效和稳定地运行。
26.作为可选的实施方式，气孔通道10的横截面面积小于内圆柱体7的横截面面积。如此设置，能够在气室9水体的作用下产生高速气流，提高发电效率。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵
盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台，其特征在于，包括：风力发电系统；张力腿浮式平台，所述风力发电系统与所述张力腿浮式平台固定连接，所述张力腿浮式平台包括沿着所述风力发电系统的周向进行设置的多个立柱（1）、将各个所述立柱（1）的顶端进行连接的上横梁（2）、将各个所述立柱（1）的底端进行连接的浮筒（3）、用于供所述风力发电系统进行贯穿的圆形平台（4）、一一对应固定在所述立柱（1）底端的扇形阻尼板（5）以及多个张力腿（6），所述上横梁（2）的轴线上固定连接有所述圆形平台（4），所述浮筒（3）的轴线上固定连接有所述圆形平台（4），所述扇形阻尼板（5）沿着所述立柱（1）的周向进行设置，固定连接在所述浮筒（3）上的所述圆形平台（4）的底部的中间位置固定连接有所述张力腿（6），各个所述立柱（1）的底部的外侧均固定连接有所述张力腿（6），所述立柱（1）的内部设置有空腔；振荡水柱系统，所述振荡水柱系统包括设置在所述立柱（1）内部的内圆柱体（7）以及固定在所述内圆柱体（7）内部的涡轮发电系统（8），所述内圆柱体（7）的顶端和底端均与所述立柱（1）连接，所述内圆柱体（7）的两端设置有开口且中间设置有气室（9），所述内圆柱体（7）的顶端中心位置处设置有用于与所述气室（9）相连通的气孔通道（10），并且所述涡轮发电系统（8）设置在所述气孔通道（10）内。2.根据权利要求1所述的装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台，其特征在于，所述风力发电系统包括用于贯穿所述圆形平台（4）的风机塔柱（11）、固定在所述风机塔柱（11）顶端的风力机机舱（12）、与所述风力机机舱（12）可转动连接的风力机转子轮毂（13）以及固定在所述风力机转子轮毂（13）上的多个风力机叶片（14），并且各个所述风力机叶片（14）沿着所述风力机转子轮毂（13）的周向进行设置，所述风机塔柱（11）与所述圆形平台（4）固定连接。3.根据权利要求2所述的装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台，其特征在于，所述张力腿浮式平台还包括沿着所述风机塔柱（11）的周向进行设置的多个斜撑（15），各个所述斜撑（15）的一端均与设置在所述上横梁（2）上的所述圆形平台（4）固定连接，各个所述斜撑（15）的另一端分别与各个所述立柱（1）一一对应固定连接。4.根据权利要求1所述的装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台，其特征在于，所述涡轮发电系统（8）包括空气透平以及发电机，所述空气透平与所述发电机电连接。5.根据权利要求1所述的装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台，其特征在于，所述立柱（1）的数量至少为三个，并且各个所述立柱（1）之间的连线呈三角形。6.根据权利要求1所述的装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台，其特征在于，所述气孔通道（10）的横截面面积小于所述内圆柱体（7）的横截面面积。

技术总结
本发明公开了一种装配减载增稳装置的张力腿式风-波能互补浮式平台，涉及新能源利用技术领域。风力发电系统与张力腿浮式平台固定连接，张力腿浮式平台包括多个立柱、上横梁、浮筒、圆形平台、扇形阻尼板以及多个张力腿，上横梁的轴线上固定连接有圆形平台，浮筒的轴线上固定连接有圆形平台，扇形阻尼板沿着立柱的周向进行设置，固定连接在浮筒上的圆形平台的底部以及各个立柱的底部均固定连接有张力腿，立柱的内部设置有空腔；振荡水柱系统包括内圆柱体以及涡轮发电系统，内圆柱体的顶端中心位置处设置有气孔通道，涡轮发电系统设置在气孔通道内；从而解决了现有技术中集成平台的稳定性弱、锚链系泊疲劳性不佳、维护成本高以及使用寿命低的问题。寿命低的问题。寿命低的问题。


技术研发人员：宁德志 张煜航 何耀华 张翔宇 周宇
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2023.02.02
技术公布日：2023/4/25