一种海上风力发电设备

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种海上风力发电设备。

背景技术

新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等，其中风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要，随着人类对海洋的不断开发，风力发电设备逐渐出现在海洋之上，距离海岸线越远，风速越大，发电量增加越明显，海上风力发电收益明显，但现有的海上风力发电设备需要在海底安装支撑柱，对于动辄上百吨的支撑柱来说，安装及其困难，且后期极难调整位置和高度。

中国发明专利公告号为CN109505737A提出的一种漂浮式海上风力发电装置及其工作方法，通过充气装置就可升高或降低海上风电机组的高度，不仅可以采用较小的安装平台进行安装作业，而且不需要大型海上风电吊装设备，降低了海上风电的安装难度，也大幅降低了后期的维护保养的工作难度，但此专利的设备稳定性较差，虽然通过充气装置简化了安装和检修过程，但充气装置的自由度未完全进行限制，在扇叶转动过程中，充气装置仍然有向下移动的趋势，虽然不会产生较大的位移量，但会产生振动，对转速较高的发电机组来说，振动会影响其使用寿命甚至存在扇叶折断的风险，同时扇叶转动未做限速安全措施，在海上出现极端强风的情况下，设备极易因转速过快而发生损坏。

发明内容

(一)发明目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种海上风力发电设备，整个设备安装简单方便，便于后期调整位置与改变设备高度；且通过四组固定组件对浮板进行固定，再结合浮板向上的浮力以及四组充气机构向上的浮力，对浮板进行全面固定稳定性强，防止扇叶转动过程中造成的振动；同时设置限速组件，防止扇叶转速过快导致损坏。

(二)技术方案

本发明提出了一种海上风力发电设备，包括浮板、固定组件、盒体、调整组件、连接绳、充气机构、发电机构安装盒、扇叶安装座和主轴；固定组件包括第一导向环、固定锚、系泊线和第二导向环；调整组件包括动力装置、蜗杆、转动轴、蜗轮和绕线轮；

浮板为方形板，浮板水平位于水面以下，浮板上设有竖直的塔架，塔架穿过盒体，盒体设置在塔架上，盒体底部设置多组第四通孔；第一导向环水平设置在浮板侧面上，第二导向环水平设置在塔架底部外周壁上；系泊线一端设置固定锚，固定锚固定在海底，系泊线另一端依次穿过第一导向环、第二导向环和第四通孔伸入盒体内，系泊线与竖直面角度为锐角；固定组件设置四组，四组固定组件中的第一导向环分别位于浮板四个侧面上；动力装置设置在盒体顶部内侧，动力装置与蜗杆传动连接，蜗杆竖直设置，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮与转动轴键连接，转动轴水平且转动设置在盒体内壁上；绕线轮设置在转动轴上，绕线轮轴线与转动轴轴线重合，系泊线顶部系在绕线轮上；调整组件设置四组，四组调整组件与四组系泊线一一对应；盒体两端设置两组开闭门，开闭门外侧均设置一组把手；

连接绳底部与浮板连接，连接绳顶部与充气机构连接，充气机构上设有气嘴，充气机构位于水面下方，连接绳设置四组，四组连接绳分别位于浮板的四角位置处，充气机构设置四组，四组充气机构与四组连接绳一一对应；发电机构安装盒设置在塔架顶部，发电机构安装盒内设有发电机构，发电机构与主轴一端连接，主轴另一端穿过发电机构安装盒上开设的第一通孔与扇叶安装座连接，扇叶安装座上设有多组扇叶；本设备还设有对扇叶转速进行限制的限速组件。

优选的，提出海上风力发电设备的安装方法，包括以下步骤：

S1、通过海上平台上的塔吊对塔架进行扶正，使塔架处于竖直或近似竖直状态；S2、将四组固定锚拉离浮板后放入水中，使固定锚固定在海底且系泊线与竖直面之间夹角为锐角；S3、控制塔吊将浮板下压到水面之下；S4、打开开闭门，将动力装置接通外部电源；S5、通过四组调整组件将四组系泊线拉紧，松开塔吊对塔架的固定，再根据塔架的状态，微调四组调整组件，使塔架处于竖直状态；S6、将四组充气机构充满气，扇叶旋转即可通过发电机构进行发电。

优选的，限速组件包括支撑板、电动伸缩杆、滑板、连杆、摩擦环、风速测量机构和控制器；支撑板设置在发电机构安装盒内壁上，支撑板位于滑板与发电机构之间；电动伸缩杆水平设置在支撑板朝向滑板的端面上，电动伸缩杆的伸缩端与滑板连接；滑板上开设有供主轴穿过的第二通孔，滑板与发电机构安装盒内壁滑动连接，滑动反向为靠近或远离扇叶安装座；连杆水平设置在滑板朝向扇叶安装座的端面上，连杆端部穿过发电机构安装盒上开设的第三通孔并与摩擦环连接，连杆设置多组，多组连杆以主轴轴线为中心沿圆周均布设置；摩擦环位于发电机构安装盒与扇叶安装座之间，摩擦环与发电机构安装盒接触；风速测量机构设置在塔架上，控制器设置在发电机构安装盒内，控制器与风速测量机构数据传输连接，控制器与电动伸缩杆控制连接；发电机构与电动伸缩杆电性连接。

优选的，塔架上设置与其轴线垂直的水平板，水平板位于盒体下方，水平板上开设供系泊线穿过的第五通孔。

优选的，系泊线和连接绳为合成纤维缆绳。

优选的，支撑板设置多组，多组支撑板以主轴轴线为中心沿圆周均布设置，电动伸缩杆设置多组，多组电动伸缩杆与多组支撑板一一对应。

优选的，摩擦环为陶瓷圆环。

优选的，水平板上开设有第一条形槽和第二条形槽，第一条形槽和第二条形槽相互垂直。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：整个设备安装简单方便，便于后期调整位置与改变设备高度；且通过四组固定组件对浮板进行固定，再结合浮板向上的浮力以及四组充气机构向上的浮力，对浮板进行全面固定稳定性强，防止扇叶转动过程中造成的振动；同时设置限速组件，防止扇叶转速过快导致损坏。

附图说明

图1为本发明提出的海上风力发电设备的结构示意图。

图2为本发明提出的海上风力发电设备的A处放大示意图。

图3为本发明提出的海上风力发电设备中调整组件的结构示意图。

图4为本发明提出的海上风力发电设备中限速组件的结构示意图。

图5为本发明提出的海上风力发电设备中水平板的结构示意图。

附图标记：1、浮板；2、第一导向环；3、固定锚；4、系泊线；5、塔架；6、第二导向环；7、盒体；8、第四通孔；9、动力装置；10、蜗杆；11、转动轴；12、蜗轮；13、绕线轮；14、开闭门；15、把手；16、连接绳；17、充气机构；18、气嘴；19、发电机构安装盒；20、扇叶安装座；21、扇叶；22、主轴；23、第一通孔；24、发电机构；25、支撑板；26、电动伸缩杆；27、滑板；28、第二通孔；29、连杆；30、第三通孔；31、摩擦环；32、风速测量机构；33、控制器；34、水平板；35、第五通孔；36、第一条形槽；37、第二条形槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1-5所示，本发明提出的一种海上风力发电设备，包括浮板1、固定组件、盒体7、调整组件、连接绳16、充气机构17、发电机构安装盒19、扇叶安装座20和主轴22；固定组件包括第一导向环2、固定锚3、系泊线4和第二导向环6；调整组件包括动力装置9、蜗杆10、转动轴11、蜗轮12和绕线轮13；

浮板1为方形板，浮板1水平位于水面以下，浮板1上设有竖直的塔架5，塔架5穿过盒体7，盒体7设置在塔架5上，盒体7底部设置多组第四通孔8；第一导向环2水平设置在浮板1侧面上，第二导向环6水平设置在塔架5底部外周壁上；系泊线4一端设置固定锚3，固定锚3固定在海底，系泊线4另一端依次穿过第一导向环2、第二导向环6和第四通孔8伸入盒体7内，系泊线4与竖直面角度为锐角；固定组件设置四组，四组固定组件中的第一导向环2分别位于浮板1四个侧面上；动力装置9设置在盒体7顶部内侧，动力装置9与蜗杆10传动连接，蜗杆10竖直设置，蜗杆10与蜗轮12啮合，蜗轮12与转动轴11键连接，转动轴11水平且转动设置在盒体7内壁上；绕线轮13设置在转动轴11上，绕线轮13轴线与转动轴11轴线重合，系泊线4顶部系在绕线轮13上；调整组件设置四组，四组调整组件与四组系泊线4一一对应；盒体7两端设置两组开闭门14，开闭门14外侧均设置一组把手15；

连接绳16底部与浮板1连接，连接绳16顶部与充气机构17连接，充气机构17上设有气嘴18，充气机构17位于水面下方，连接绳16设置四组，四组连接绳16分别位于浮板1的四角位置处，充气机构17设置四组，四组充气机构17与四组连接绳16一一对应；发电机构安装盒19设置在塔架5顶部，发电机构安装盒19内设有发电机构24，发电机构24与主轴22一端连接，主轴22另一端穿过发电机构安装盒19上开设的第一通孔23与扇叶安装座20连接，扇叶安装座20上设有多组扇叶21；本设备还设有对扇叶21转速进行限制的限速组件。

本发明中，通过海上平台上的塔吊对塔架5进行扶正，使塔架5处于竖直或近似竖直状态，将四组固定锚3拉离浮板1后放入水中，使固定锚3固定在海底且系泊线4与竖直面之间夹角为锐角，控制塔吊将浮板1下压到水面之下，打开开闭门14，将动力装置9接通外部电源，通过四组调整组件将四组系泊线4拉紧，松开塔吊对塔架5的固定，再根据塔架5的状态，微调四组调整组件，使塔架5处于竖直状态，将四组充气机构17充满气，扇叶21旋转即可通过发电机构24进行发电，塔架5的高度能通过改变四组系泊线4的长度来调整。本发明中，整个设备安装简单方便，便于后期调整位置与改变设备高度；且通过四组固定组件对浮板1进行固定，再结合浮板1向上的浮力以及四组充气机构17向上的浮力，对浮板1进行全面固定稳定性强，防止扇叶21转动过程中造成的振动；同时设置限速组件，防止扇叶21转速过快导致损坏。

在一个可选的实施例中，提出海上风力发电设备的安装方法，包括以下步骤：

S1、通过海上平台上的塔吊对塔架5进行扶正，使塔架5处于竖直或近似竖直状态；便于减少后续调整的工作量；

S2、将四组固定锚3拉离浮板1后放入水中，使固定锚3固定在海底且系泊线4与竖直面之间夹角为锐角；确保固定锚3的固定效果；

S3、控制塔吊将浮板1下压到水面之下；

S4、打开开闭门14，将动力装置9接通外部电源；

S5、通过四组调整组件将四组系泊线4拉紧，松开塔吊对塔架5的固定，再根据塔架5的状态，微调四组调整组件，使塔架5处于竖直状态；通过控制动力装置9的正反转即可改变系泊线4的长度，从而调整塔架5的竖直度，操作简单方便。

S6、将四组充气机构17充满气，扇叶21旋转即可通过发电机构24进行发电；四组充气机构17充气方便，能对浮板1提供向上的拉力，防止浮板1抖动，提高浮板1的稳定性。

在一个可选的实施例中，限速组件包括支撑板25、电动伸缩杆26、滑板27、连杆29、摩擦环31、风速测量机构32和控制器33；支撑板25设置在发电机构安装盒19内壁上，支撑板25位于滑板27与发电机构24之间；电动伸缩杆26水平设置在支撑板25朝向滑板27的端面上，电动伸缩杆26的伸缩端与滑板27连接；滑板27上开设有供主轴22穿过的第二通孔28，滑板27与发电机构安装盒19内壁滑动连接，滑动反向为靠近或远离扇叶安装座20；连杆29水平设置在滑板27朝向扇叶安装座20的端面上，连杆29端部穿过发电机构安装盒19上开设的第三通孔30并与摩擦环31连接，连杆29设置多组，多组连杆29以主轴22轴线为中心沿圆周均布设置；摩擦环31位于发电机构安装盒19与扇叶安装座20之间，摩擦环31与发电机构安装盒19接触；风速测量机构32设置在塔架5上，控制器33设置在发电机构安装盒19内，控制器33与风速测量机构32数据传输连接，控制器33与电动伸缩杆26控制连接；发电机构24与电动伸缩杆26电性连接；风速测量机构32将测量到的风速数据传递至控制器33，当风速达到控制器33设定的风速上限值时，电动伸缩杆26伸长推动滑板27移动，滑板27通过连杆29推动摩擦环31紧贴在扇叶安装座20上，通过增大摩擦力来降低扇叶安装座20的转速，防止扇叶21转速过快造成损坏，提高了使用寿命。

在一个可选的实施例中，塔架5上设置与其轴线垂直的水平板34，水平板34位于盒体7下方，水平板34上开设供系泊线4穿过的第五通孔35；安装设备过程中，通过调整水平板34至水平状态，即表明塔架5已处于竖直状态，调整方便。

在一个可选的实施例中，系泊线4和连接绳16为合成纤维缆绳；合成纤维缆绳除比重轻、强度高、抗冲击和耐磨性好以外，有耐腐蚀、耐霉烂和耐虫蛀优点，使用寿命长。

在一个可选的实施例中，支撑板25设置多组，多组支撑板25以主轴22轴线为中心沿圆周均布设置，电动伸缩杆26设置多组，多组电动伸缩杆26与多组支撑板25一一对应；提高摩擦环31与扇叶安装座20接触的稳定性。

在一个可选的实施例中，摩擦环31为陶瓷圆环；陶瓷有耐高温的作用，所以摩擦系数不会经常变，而且在使用的时候不用担心因为高温不好使的情况，稳定性非常好。

在一个可选的实施例中，水平板34上开设有第一条形槽36和第二条形槽37，第一条形槽36和第二条形槽37相互垂直；设备安装过程中，能够将两组水平仪分别放置在第一条形槽36和第二条形槽37中，当两组水平仪均调节至水平状态即表明水平板34处于水平状态。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。