一种基于绿色能源的圆筒形海洋平台运动抑制系统

技术领域

本发明涉及海洋工程的技术领域，具体是涉及一种基于绿色能源的圆筒形海洋平台运动抑制系统。

背景技术

浮式海洋平台主要有半潜式、张力腿式、SPAR式等多种形式。其中，圆形截面的圆筒形平台，对称的截面形式使其能够抵抗风、浪、流等复杂海洋环境时，不需要考虑作用方向的敏感性；同时，规则的圆筒形结构大大降低了其设计、建造和使用维护难度。因此，圆筒形平台被广泛应用于长期定位于海上固定作业的生产类海洋平台。

圆筒形海洋平台需要长期定位于海上作业，对平台的定位能力要求很高。目前圆筒形海洋平台通常采用锚泊定位为主，动力定位为辅：锚泊定位能够很好的控制平台的水平方向运动。但对于平台的扭转、垂荡、涡激运动难以有效的抑制；动力定位的推进器通常安装于底部，仅能实现水平方向辅助定位，不能提供垂向定位，且能耗非常大，同时由于安装在底部抗扭转力臂较短，难以提供足够的扭转力矩以抑制平台的扭转。因此，圆筒形平台的水平定位可以通过锚泊定位控制，存在的主要问题在于抑制垂荡、涡激运动和水平扭转的能力较差，尤其是较大的垂荡运动及涡激运动会降低立管顶部的疲劳寿命，威胁平台的作业安全性。针对这些问题常用的方法是：圆筒底部安装环形垂荡板，通过增加垂向阻尼以抑制垂荡运动；圆筒平台外壁安装螺旋形列板，通过改变流场以抑制平台水平方向的涡激运动。但这些方法会在平台外部增加连续附体结构，对平台锚链和立管的布置和安装带来很多困难；且无法解决水平扭转的问题；同时螺旋列板鳍高是固定的，在抑制涡激运动的同时会大幅增加平台拖曳力。因此，这些方法都难以满足平台在恶劣海洋环境下的使用。

发明内容

本发明的目的是：提出一种新的基于绿色能源的圆筒形海洋平台运动抑制系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于绿色能源的圆筒形海洋平台运动抑制系统，其特征在于，包括智能控制中心、波浪能发电系统、温差能发电系统以及全回转运动抑制推进器，其中：

通过波浪能发电系统和温差能发电系统将绿色能源转化为电能，智能控制中心将电能有效分配给全回转运动抑制推进器，并根据圆筒形海洋平台的运动状态控制全回转运动抑制推进器的推力和方向以抑制圆筒形海洋平台的运动。

优选地，共布置有8套所述波浪能发电系统，沿所述圆筒形海洋平台外板水平均布。

优选地，每套所述波浪能发电系统由浮筒、蓄电池、发电装置组成，由浮筒收集波浪能，发电装置基于波浪能产生电能，发电装置所产生的电能存储于蓄电池内。

优选地，所述浮筒布置于水面处，所述浮筒在波浪中上下运动带动发电装置内的齿轮旋转来发电。

优选地，每套所述波浪能发电系统配置两个所述浮筒，所述浮筒截面为T型，上大下小。

优选地，所述浮筒与连杆一端铰接，连杆另一端连接所述发电装置内的旋转齿轮，整套运动机构的水平方向运动约束、垂向运动放开。

优选地，所述温差能发电系统由温差发电装置、取水管以及蓄电池组成，通过取水管抽取水面下约200米的海水，温差发电装置利用其与表面海水的温度差发电，基于温差能产生的电能存储于蓄电池内。

优选地，所述全回转运动抑制推进器共配置4套，沿圆筒形海洋平台外板水平均布，其垂向高度位于平台重心高度处，能够在垂向360°旋转；所述全回转运动抑制推进器推力和角度由所述智能控制中心控制。

优选地，4套所述全回转运动抑制推进器可独立控制。

优选地，还沿所述圆筒形海洋平台水平均布配置4套可调式螺旋列板，每套可调式螺旋列板由螺旋列板和液压伸缩油缸组成，每条螺旋列板下布置若干个液压伸缩油缸，通过液压油缸调整螺旋列板的鳍高，调整范围为0.01D～0.05D，其中，D为平台直径。

本发明为圆筒形海洋平台提供一种基于绿色能源的圆筒形海洋平台运动抑制系统，其与现有技术相比具有如下优点：

(一)设置了全回转运动抑制推进器，且安装在平台重心高度位置处，与传统安装在平台底部的动力定位推进器不同，好处在于：1)可以有效的抑制平台的垂荡运动；2)同时由于安装在圆筒外板，可以产生较大的扭转力矩，增大扭转运动抑制能力；3)安装在平台重心高度处，在对平台运动进行抑制的同时，不会产生额外的横摇、纵摇力矩，比底部安装具有更好的水平运动抑制能力。

(二)设置了可调式螺旋列板，通过液压伸缩油缸调节螺旋列板高度，实现在保证涡激运动抑制效果的同时，尽量降低对平台拖曳力的增加量，以保护锚泊定位系统。

(三)设置了波浪能发电系统，通过波浪带动浮筒运动来发电，可以高效的利用波浪能这种绿色能源、降低二氧化碳排放。

(四)波浪能发电系统的浮筒采用双浮筒、梯形截面设计，可以有效增加对波浪能的利用率，同时增加垂向运动阻尼，在发电的同时又对平台垂荡运动起到抑制作用，一举两得。

(五)设置了温差能发电系统，通过取水管抽取水面以下约200米处的深层海水，利用与海洋表面海水的温差发电。

(六)设置了智能控制中心，可以有效利用和分配波浪能和温差能发电系统产生的电力，并可在电力不足或高海况等紧急情况下，使用船舶主电站的电力为运动抑制系统供电。

(七)设置的智能控制中心，可以根据风速、流速、波高已经船体状体，通过控制全回转运动抑制推进器的角度和转速、可调式螺旋列板的鳍高等，实现对平台垂荡、扭转以及涡激运动的有效抑制。

附图说明

图1为本发明公开的一种基于绿色能源的圆筒形海洋平台运动抑制系统的侧视图；

图2为本发明公开的一种基于绿色能源的圆筒形海洋平台运动抑制系统的侧视图一；

图3为本发明公开的一种基于绿色能源的圆筒形海洋平台运动抑制系统的侧视图二；

图4为图3的A-A向剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明公开的一种基于绿色能源的圆筒形海洋平台运动抑制系统，由智能控制中心、波浪能发电系统、温差能发电系统、全回转运动抑制推进器、可调式螺旋列板等组成，主要方案为：

通过波浪能发电系统和温差能发电系统将绿色能源转化为电能，智能控制中心将电能有效分配给全回转运动抑制推进器，并根据平台的运动状态控制全回转运动抑制推进器的推力和方向以抑制平台运动。

波浪能发电系统共布置8套，沿平台外板水平均布。每套波浪能发电系统由浮筒、蓄电池、发电装置组成，其中，浮筒与连杆一端铰接，连杆另一端连接发电装置内的旋转齿轮，整套运动机构的水平方向运动约束、垂向运动放开。浮筒布置于水面处，浮筒在波浪中上下运动带通发电装置内的齿轮旋转来发电。每套波浪能发电系统配置两个浮筒，浮筒截面为T型，上大下小。基于波浪能产生的电能存储于蓄电池内。

温差能发电系统由温差发电装置、取水管以及蓄电池组成。取水管采用约200米长的带有配重的复合材料软管，通过取水管抽取水面下约200米的海水，温差发电装置利用其与表面海水的温度差发电。基于温差能产生的电能存储于蓄电池内。

全回转运动抑制推进器共配置4套，沿平台外板水平均布。全回转运动抑制推进器的垂向高度位于平台重心高度处，可在垂向360°旋转，其推力和角度由智能控制中心控制，各全回转运动抑制推进器均可独立控制。

配置4套可调式螺旋列板，沿平台外板水平均布。每套可调式螺旋列板由螺旋列板和液压伸缩油缸组成，每条螺旋列板下布置若干个液压伸缩油缸。可通过液压油缸调整螺旋列板的鳍高，调整范围0.01D～0.05D，其中，D为平台直径。