一种浮式风力发电设备

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其涉及到一种浮式风力发电设备。

背景技术

风力发电是水力发电以外的最具有潜力的可再生能源发电技术。近年来，风力发电在我国得到了飞速的发展。

现阶段，海上风电正在逐步起步和蓬勃发展。由于海上风速较大，不受障碍物和地表粗糙度的影响，风速风向更加稳定，湍流较小，并且靠近陆上电力消费中心，因此海上风电开发价值极大。我国已经建成滩涂、潮间带以及近海多个海上风电场，今后风电还将向更远更深海域进军。而深海海域的风力发电机组将不再采用直接深入海床的桩基础，而是采用漂浮式基础，目前在欧洲已经有了设置于水深在一百至两百米范围的漂浮式海上风力发电机组样机并取得了成功，大型商用漂浮式海上风力发电场也在规划和建设中。这说明海上风电技术已经开始走向大力发展的快车道。

现有的浮式风力发电设备一般包括风力发电机装置、浮式基座装置、储能装置等。由于随季节变化，海上风速也会随之相应变化，风力等级也有所不同，需要调节风力发电机装置高度，实现风力发电最佳效果，现有调节风力发电装置高度的方式主要通过调节浮式基座装置的浮力实现，但是上述方式调节风力发电装置高度有限；另外当风力过大超过风力发电装置承载极限时，容易导致风力发电装置受损或整个浮式风力发电设备倾倒等情况。

因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种浮式风力发电设备，有效增加风力发电装置升降高度，便于调节所受风力大小；通过翻转机构避免风力过大而导致风力发电装置损坏。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：一种浮式风力发电设备，包括风力发电装置、浮式基座、储能装置，所述浮式基座包括三个浮力基体、三个分别设置于相邻两个浮力基体之间的固定柱，三个所述固定柱呈等边三角形状设置，所述浮力基体包括与所述固定柱连接的浮力基体、设置于所述浮力基体底部的压载舱室、设置于所述压载舱室并供海水进入的调节舱室、设置于所述压载舱室并用于控制海水进入调节舱室或从调节舱室排出的调节泵，所述浮力基体下端面固定有呈竖直设置的支撑柱，所述支撑柱下端面设有呈水平设置的稳流板；

三个所述固定柱通过设置连接柱连接有箱体，所述箱体位于三个浮力基体中心位置，所述储能装置设置于所述箱体内，所述箱体部分浸入于海水中，所述箱体上端面穿设有升降柱，所述风力发电装置固定于所述升降柱上端面，所述箱体与升降柱之间设有驱动所述升降柱升降的升降组件、固定所述升降柱相对于箱体位置的定位组件、防止海水顺着升降柱进入至箱体内腔的防水结构；

所述升降组件包括设置于所述箱体内腔的驱动电机、设置于所述驱动电机输出端的驱动齿轮、固定于所述升降柱并与所述驱动齿轮啮合的齿条，所述齿条呈竖直设置，且所述驱动齿轮转动轴向呈水平设置，所述箱体设有容纳所述升降柱升降的空间；

所述定位组件包括固定连接于所述升降柱侧壁的固定块、若干开设于所述固定块且呈竖直排列的定位卡槽、呈水平滑动连接于所述箱体上底面的定位块、开设于所述定位块朝向固定块一侧端面且呈U形的定位槽、设置于所述定位槽侧壁及底面并与所述定位卡槽啮合的啮合齿、设置于所述箱体内腔并驱动所述定位块水平移动的驱动结构，所述固定块截面呈C形设置并与所述定位槽相匹配，所述啮合齿与所述定位卡槽啮合后限制所述升降柱升降；

所述防水结构包括设置于所述箱体上端面且套设于所述升降柱的防水套管，所述防水套管呈折叠状且可根据所述升降柱升降而伸缩，所述防水套管上端面固定于所述升降柱侧壁；

所述风力发电装置包括发电机组、驱动轴、叶轮座、旋转叶片，所述叶轮座与所述旋转叶片之间设有驱动所述旋转叶片翻转至平行于所述驱动轴的翻转机构；

所述翻转机构包括一体成型于所述旋转叶片并铰接于所述叶轮座侧壁的叶柄、转动连接于所述叶轮座的驱动座、若干开设于所述驱动座并控制所述叶柄朝向驱动方向翻转90°的翻转通道、设置于所述叶轮座并控制所述驱动座往复旋转的旋转结构、设置于所述叶轮座与所述驱动座之间限制所述驱动座旋转的控制组件，所述叶柄转动轴向呈垂直于所述驱动轴轴向。

本发明的进一步设置为：所述旋转叶片、翻转通道均设置为三个，所述控制组件包括滑动连接于所述叶轮座并抵接于所述驱动座朝向发电机组一侧端面的控制块、设置于所述叶轮座并驱动所述控制块沿驱动轴轴向滑移的电动缸，所述控制块抵触所述驱动座并限制驱动座转动。

本发明的进一步设置为：所述叶柄设有与所述翻转通道侧壁抵触的轴承。

本发明的进一步设置为：所述叶轮座侧壁设有供所述叶柄抵接并使叶柄保持垂直于所述驱动轴的抵接凸环。

本发明的进一步设置为：所述升降柱与箱体之间设有保持升降柱竖直升降的导向结构，所述导向结构包括设置于所述箱体的导向块，所述固定块与所述齿条之间形成有供所述导向块部分卡入的导向槽。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过压载舱室重于海水，并通过调节泵调节调节舱室内海水量控制整个浮力基体的沉浮，通过三个浮力基体提高稳定性能，确保整个浮式风力发电设备平稳，另外通过稳流板可以进一步稳定整个浮力基体，避免浮力基体受风浪而颠簸。

由于在海面不同高度位置，风力等级不同，通过调节风力发电装置高度，实现风力发电装置接受不同大小的风力，即通过升降柱升降实现进一步调节风力发电装置升降，另外通过定位组件固定升降柱相对于箱体位置，提高固定强度。

通过固定块与齿条呈合围升降柱，另外固定块侧壁设置定位卡槽，定位卡槽同样呈C形设置，当驱动电机驱动升降柱升降一定高度后，通过驱动结构驱动定位块滑移，实现固定块、升降柱卡入定位槽内，并使啮合齿与定位卡槽卡固，实现固定住升降柱相对位置，另外通过固定块、定位卡槽呈C形设置，有效增加固定强度，提高安全性能。

当风力过大时，通过旋转结构驱动驱动座转动，驱动座转动后，翻转通道的一侧侧壁抵触于叶柄，并推动推动朝向驱动轴方向翻转，直至驱动叶柄翻转至与驱动轴平行状态，并停止旋转结构工作，同时通过控制组件控制驱动座位置，从而实现保持叶片呈平行于驱动轴状态；当需要复位叶片时，通过旋转结构驱动驱动座反向旋转，翻转通道的另一侧侧壁抵接并带动叶柄反向翻转，直至叶柄翻转至垂直于驱动轴状态，并达到保持并固定叶柄，实现叶片正常受风力而旋转；另外通过轴承减小叶柄相对于翻转通道移动时，所受的摩擦力。

通过电动缸驱动控制块移动，并通过控制块抵触并限制驱动座转动，实现固定驱动座相对位置，避免驱动座受环境因素而转动。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖视图；

图3是图2的A部放大视图；

图4是图2的B部放大视图；

图5是本发明中箱体的剖视图；

图6是本发明隐去防水套管的示意图。

图中数字所表示的相应部件名称：1、浮力基体；2、固定柱；4、压载舱室；5、调节舱室；6、调节泵；7、支撑柱；8、稳流板；9、箱体；10、升降柱；11、驱动电机；12、驱动齿轮；13、齿条；14、固定块；15、定位卡槽；16、定位块；17、定位槽；18、啮合齿；19、驱动结构；20、防水套管；21、发电机组；22、驱动轴；23、叶轮座；24、旋转叶片；25、叶柄；26、驱动座；27、翻转通道；28、旋转结构；29、抵接凸环；30、轴承；31、控制块；32、电动缸；33、导向块；34、导向槽。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1至图6所示，本发明提出的一种浮式风力发电设备，包括风力发电装置、浮式基座、储能装置(储能装置为现有技术，不赘述)。

其中所述浮式基座包括三个浮力基体1、三个分别设置于相邻两个浮力基体1之间的固定柱2，三个所述固定柱2呈等边三角形状设置，且风力发电装置、储能装置位于三个固定柱2所形成三角形中心位置。所述浮力基体1包括设置于所述浮力基体1底部的压载舱室4、设置于所述压载舱室4并供海水进入的调节舱室5、设置于所述压载舱室4并用于控制海水进入调节舱室5或从调节舱室5排出的调节泵6，调节舱室5与压载舱室4呈上下分隔设置，所述浮力基体1下端面固定有呈竖直设置的支撑柱7，所述支撑柱7下端面设有呈水平设置的稳流板8。通过压载舱室4重于海水，并通过调节泵6调节调节舱室5内海水量控制整个浮力基体1的沉浮，通过三个浮力基体1提高稳定性能，确保整个浮式风力发电设备平稳，另外通过稳流板8可以进一步稳定整个浮力基体1，避免浮力基体1受风浪而颠簸。

三个所述固定柱2通过设置连接柱连接有箱体9，所述箱体9位于三个浮力基体1中心位置，所述储能装置设置于所述箱体9内，所述箱体9部分浸入于海水中，所述箱体9上端面穿设有升降柱10，所述风力发电装置固定于所述升降柱10上端面，所述箱体9与升降柱10之间设有驱动所述升降柱10升降的升降组件、固定所述升降柱10相对于箱体9位置的定位组件、防止海水顺着升降柱10进入至箱体9内腔的防水结构。由于在海面不同高度位置，风力等级不同，通过调节风力发电装置高度，实现风力发电装置接受不同大小的风力，即通过升降柱10升降实现进一步调节风力发电装置升降，另外通过定位组件固定升降柱10相对于箱体9位置，提高固定强度。

所述升降组件包括设置于所述箱体9内腔的驱动电机11、设置于所述驱动电机11输出端的驱动齿轮12、固定于所述升降柱10并与所述驱动齿轮12啮合的齿条13，所述齿条13呈竖直设置，齿条13位于升降柱10一侧侧壁位置，且所述驱动齿轮12转动轴向呈水平设置，所述箱体9设有容纳所述升降柱10升降的空间。通过驱动电机11带动齿轮转动，并实现驱动齿条13即升降柱10升降，便于调节风力发电装置的高度。

所述定位组件包括固定连接于所述升降柱10侧壁的固定块14、若干开设于所述固定块14且呈竖直排列的定位卡槽15、呈水平滑动连接于所述箱体9上底面的定位块16、开设于所述定位块16朝向固定块14一侧端面且呈U形的定位槽17、设置于所述定位槽17侧壁及底面并与所述定位卡槽15啮合的啮合齿18、设置于所述箱体9内腔并驱动所述定位块16水平移动的驱动结构19，驱动结构19可以为电动缸32等，所述固定块14截面呈C形设置并与所述定位槽17相匹配，所述啮合齿18与所述定位卡槽15啮合后限制所述升降柱10升降。通过固定块14与齿条13呈合围升降柱10，另外固定块14侧壁设置定位卡槽15，定位卡槽15同样呈C形设置，当驱动电机11驱动升降柱10升降一定高度后，通过驱动结构19驱动定位块16滑移，实现固定块14、升降柱10卡入定位槽17内，并使啮合齿18与定位卡槽15卡固，实现固定住升降柱10相对位置，另外通过固定块14、定位卡槽15呈C形设置，有效增加固定强度，提高安全性能。

所述防水结构包括设置于所述箱体9上端面且套设于所述升降柱10的防水套管20，所述防水套管20呈折叠状且可根据所述升降柱10升降而伸缩，所述防水套管20上端面固定于所述升降柱10侧壁；通过防水结构有效避免海水通过升降柱10与箱体9之间缝隙进入箱体9内，影响升降柱10升降，另外避免出现漏电风险。

所述风力发电装置包括发电机组21、驱动轴22、叶轮座23、旋转叶片24，其中旋转叶片24设置为三个，所述叶轮座23与所述旋转叶片24之间设有驱动所述旋转叶片24翻转至平行于所述驱动轴22的翻转机构。

所述翻转机构包括一体成型于所述旋转叶片24并铰接于所述叶轮座23侧壁的叶柄25、转动连接于所述叶轮座23的驱动座26、三个开设于所述驱动座26并控制所述叶柄25朝向驱动方向翻转90°的翻转通道27、设置于所述叶轮座23并控制所述驱动座26往复旋转的旋转结构28、设置于所述叶轮座23与所述驱动座26之间限制所述驱动座26旋转的控制组件，旋转结构28可以为旋转电机等，所述叶柄25转动轴向呈垂直于所述驱动轴22轴向，翻转通道27由驱动座26上端面位置呈水平状态向下螺旋状设置，且在驱动座26下端面位置呈竖直状态。叶轮座23侧壁设有供所述叶柄25抵接并使叶柄25保持垂直于所述驱动轴22的抵接凸环29，通过抵接凸环29与驱动座26夹持叶柄25，保持叶柄25呈垂直于驱动轴22。在叶柄25位置转动连接有与翻转通道27相匹配的轴承30。当风力过大时，通过旋转结构28驱动驱动座26转动，驱动座26转动后，翻转通道27的一侧侧壁抵触于叶柄25，并推动推动朝向驱动轴22方向翻转，直至驱动叶柄25翻转至与驱动轴22平行状态，并停止旋转结构28工作，同时通过控制组件控制驱动座26位置，从而实现保持叶片呈平行于驱动轴22状态；当需要复位叶片时，通过旋转结构28驱动驱动座26反向旋转，翻转通道27的另一侧侧壁抵接并带动叶柄25反向翻转，直至叶柄25翻转至垂直于驱动轴22状态，并达到保持并固定叶柄25，实现叶片正常受风力而旋转；另外通过轴承30减小叶柄25相对于翻转通道27移动时，所受的摩擦力。

控制组件包括滑动连接于所述叶轮座23并抵接于所述驱动座26朝向发电机组21一侧端面的控制块31、设置于所述叶轮座23并驱动所述控制块31沿驱动轴22轴向滑移的电动缸32，所述控制块31抵触所述驱动座26并限制驱动座26转动。通过电动缸32驱动控制块31移动，并通过控制块31抵触并限制驱动座26转动，实现固定驱动座26相对位置，避免驱动座26受环境因素而转动。

本实施例中，为保持升降柱10呈竖直方向移动，升降柱10与箱体9之间设有保持升降柱10竖直升降的导向结构，所述导向结构包括设置于所述箱体9的导向块33，所述固定块14与所述齿条13之间形成有供所述导向块33部分卡入的导向槽34。通过导向块33与导向槽34相对滑移，确保升降柱10能够呈竖直移动。

在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”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，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。