一种海上风电筒型基础浮运装置栅格减摇结构

1.本发明涉及海上风电浮运装置，特别涉及一种海上风电筒型基础浮运装置栅格减摇结构。


背景技术：

2.与其他舰船相比，海上风电浮运装置拥有更高的运载能力与更低的建造价格。但是相比之下海上风电浮运装置通常由于自身缺少动力系统，且拖航运输过程中航速较低，传统的减摇装置难以直接应用在浮运装置上，这也限制了海上风电浮运装置向深远海域的发展。此外，随着海上风电开发的走向深远海，长距离运输中浮运装置上电力也会受限。因此，经济、高效、稳定、可靠的减摇结构或装置是促使海上风电浮运装置走向深远海域的关键技术难点。


技术实现要素：

3.本发明的目的为了克服现有技术中的不足，提供一种对海上风电筒型基础浮运装置不仅能够有较好的减摇效果，且兼具了发电功能的海上风电筒型基础浮运装置栅格减摇结构。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
5.本发明的一种海上风电筒型基础浮运装置栅格减摇结构，包括海上风电筒型基础浮运装置,在所述的海上风电筒型基础浮运装置的船舷侧和船尾位置分别固定有多个栅格阵列结构；
6.每一个栅格阵列结构为矩形体框架结构，多个横向栅格板前后平行间隔设置，两个纵向栅格板分别固定在多个横向栅格板的左壁、右壁上，每一个横向栅格板与纵向栅格板之间相互垂直，在多个横向栅格板上分别设置有相同数量的镂空孔，从外侧到内侧横向栅格板的镂空孔尺寸依次减小，连接在船舷侧或船尾位置船壁处的最内侧横向栅格板镂空孔尺寸为0，两个纵向栅格板的结构相同；每个栅格阵列结构的多个横向栅格板之间分别通过多根沿水平方向设置的支撑肋固定相连，多根支撑肋分别布置在栅格阵列结构的横向栅格板的每个镂空孔的上下两侧且与横向栅格板之间固定相连；
7.在每相邻的两个横向栅格板之间且位于同一列的支撑肋中每上下相邻的两根支撑肋之间通过一根沿竖直方向设置的转轴相连，所述的转轴的上下两端分别与相应连接的支撑肋上的轴承的内圈固定相连，在沿同轴线设置的一列转轴处每间隔一根支撑肋在对应转轴位置处的支撑肋上安装有两台励磁可调的发电机，其中一台发电机的旋转输出轴与下方的转轴固定相连，另一台发电机的旋转输出轴与上方的转轴固定相连；
8.在每根转轴上分别固定有叶轮，对应每台发电机的支路输电线分别固定在支撑肋上，发电机的集电环之间通过支路输电线连接，支路输电线并联接入到电磁管理系统的电力入口接线端，所述的电磁管理系统和太阳能板均布置在栅格阵列结构的顶板上，太阳能板的集线盒通过支路输电线接入到电磁管理系统的输入接线端，干路输电线一端与电磁管
理系统的电力出口接线端连接并且另一端和安装在船尾处的能源控制中心的电力入口接线端连接。
9.与现有技术相比，本发明具有以下优势：
10.首先，通过栅格减摇结构与海上风电筒型基础浮运装置的连接，通过栅格的不同孔径的镂空孔对波浪的阻尼作用，减少浮运装置在风浪下的响应。其次，发电叶轮的存在会对吃水变化造成阻尼作用，把造成浮运装置摇荡的大部分能量转化为电能，在降低浮运装置对风浪条件下动力响应的同时提高海上风电筒型基础浮运装置的长距离运输的可能性。再次，通过电磁管理系统调节与叶轮相连的发电机励磁大小，可调节叶轮阻尼效果，达到主动减摇效果。此外，该结构能够分段制作，而后拼装在海上风电筒型基础浮运装置的侧舷处，可适用于设计或在建的不同尺寸浮运装置及各种在运行船舶。
附图说明
11.图1为本发明的一种海上风电筒型基础浮运装置栅格减摇结构的整体结构示意图；
12.图2为图1所示的栅格阵列的侧视图；
13.图3-1为图1所示的栅格阵列不带发电叶轮拆解示意图；
14.图3-2为图1所示的栅格阵列带发电叶轮拆解示意图；
15.图4-1为本发明结构中发电叶轮随吃水升高运动示意图；
16.图4-2为本发明结构中发电叶轮随吃水降低运动示意图；
17.图5-1为实验验证减摇结构减摇效果横荡加速度对比图；
18.图5-2为实验验证减摇结构减摇效果横摇角度对比图。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施过程对本发明进行详细描述。
20.如附图所示，本发明的一种海上风电筒型基础浮运装置栅格减摇结构，包括海上风电筒型基础浮运装置1(现有结构，如可以参见公开号为cn212423396u中公开的结构),在海上风电筒型基础浮运装置的船舷侧和船尾位置分别固定有多个栅格阵列结构2。
21.每一个栅格阵列结构2为矩形体框架结构，多个(如可以为5个)横向栅格板2-1前后平行间隔设置，两个纵向栅格板2-2分别固定在多个横向栅格板2-1的左壁、右壁上，每一个横向栅格板与纵向栅格板之间相互垂直。在多个横向栅格板上分别设置有相同数量的镂空孔，从外侧到内侧横向栅格板的镂空孔尺寸依次减小，连接在船舷侧或船尾位置船壁处的最内侧横向栅格板镂空孔尺寸为0，即没有镂空。两个纵向栅格板的结构相同。如图3-1所述，两个纵向栅格板分别在水平方向上有4个镂空孔，在竖直方向是有5个镂空孔，所有镂空孔大小尺寸相等。
22.每个栅格阵列结构的多个横向栅格板之间分别通过多根(如可以为25根)沿水平方向设置的支撑肋2-3固定相连，多根支撑肋2-3分别布置在栅格阵列结构的横向栅格板2-1的每个镂空孔的上下两侧且与横向栅格板2-1之间固定相连。
23.在每相邻的两个横向栅格板2-1之间且位于同一列的支撑肋2-3中每上下相邻的两根支撑肋之间通过一根沿竖直方向设置的转轴2-4相连，所述的转轴2-4的上下两端分别
与相应连接的支撑肋上的轴承的内圈固定相连，在沿同轴线设置的一列转轴处每间隔一根支撑肋在对应转轴位置处的支撑肋上安装有两台励磁可调的发电机3-2，其中一台发电机的旋转输出轴与下方的转轴固定相连，另一台发电机的旋转输出轴与上方的转轴固定相连。
24.在每根转轴上分别固定有叶轮3-1，对应每台发电机的支路输电线4-2分别固定在支撑肋上，发电机3-2的集电环之间通过支路输电线4-2连接，支路输电线4-2最后并联接入到电磁管理系统3-3的电力入口接线端。太阳能板3-4布置在栅格阵列结构的顶板2-5上。太阳能板的集线盒通过支路输电线接入到电磁管理系统3-3的输入接线端。干路输电线4-1一端与电磁管理系统3-3的电力出口接线端连接并且另一端和安装在船尾处的能源控制中心5的电力入口接线端连接。
25.所述的电磁管理系统3-3(采用现有设备即可，如可以参见湖北海睿达电气有限公司所生产的rdlc励磁控制装置)布置在顶板2-5上，负责电流的整流、调节励磁发电机的电磁。电磁管理系统3-3将整合后的电能通过干路输电线4-1送往船尾处的能源控制中心5的电力入口接线端。能源控制中心5(采用现有设备即可，如可参见弘正公司生产的iess-cab-w126h型号智慧储能一体柜)用于电流的整流、电能的分发和多余电能的存储。
26.由于浮运装置1在波浪作用下产生动力响应，导致栅格阵列结构的各个位置吃水也在不断发生变化。当栅格阵列处的吃水升高时，发电叶轮3-1因转动存在的阻尼作用会减缓该位置的吃水升高，同时相对于栅格阵列向上运动的水会带动发电叶轮3-1正向转动，带动发电机3-2发电。而当栅格阵列处的吃水降低时，发电叶轮3-1因转动存在的阻尼作用又会减缓该位置的吃水降低，同时相对于栅格阵列向下运动的水会带动发电叶轮3-1反向转动，带动发电机3-2发电。
27.下面举例说明本结构的测试效果：
28.该实施例中：筒型基础浮运装置长88.2m、宽61m、高6m，设计吃水2m，栅格减摇结构布置在船舷两侧，每侧栅格减摇结构长75m，宽6m，高6m。栅格减摇结构的侧向栅格板分为五层，侧向栅格板由外侧到内侧镂空大小分别为0.8m，0.7m，0.6m，0.5m，0.4m。试验中省略发电叶轮的布置。
29.实验按照1:50比尺进行，且只在筒型基础浮运装置模型两侧加入减摇结构，测试了不同波浪周期情况下，对比加入减摇结构和不加减摇结构情况下的驳船摇荡响应。实验波浪选取为规则波，试验波高2m，波浪周期选取为7s、9s、11s、13s。记录在横浪规则波条件下浮运装置的横摇角度和机头处的横荡加速度。图5-1与图5-2显示了波浪条件下带减摇结构的浮运装置比无减摇结构的浮运装置的横摇角度和横荡加速度小，9s周期的波浪条件下横荡加速度减小53.76％，横摇角度减小58.47％。
30.实验验证结果表明，减摇结构能够有效减少波浪作用下筒型基础浮运装置的摇荡响应。

技术特征：
1.一种海上风电筒型基础浮运装置栅格减摇结构，其特征在于：包括海上风电筒型基础浮运装置(1),在所述的海上风电筒型基础浮运装置的船舷侧和船尾位置分别固定有多个栅格阵列结构(2)；每一个栅格阵列结构为矩形体框架结构，多个横向栅格板(2-1)前后平行间隔设置，两个纵向栅格板(2-2)分别固定在多个横向栅格板的左壁、右壁上，每一个横向栅格板与纵向栅格板之间相互垂直，在多个横向栅格板上分别设置有相同数量的镂空孔，从外侧到内侧横向栅格板的镂空孔尺寸依次减小，连接在船舷侧或船尾位置船壁处的最内侧横向栅格板镂空孔尺寸为0，两个纵向栅格板的结构相同；每个栅格阵列结构的多个横向栅格板之间分别通过多根沿水平方向设置的支撑肋(2-3)固定相连，多根支撑肋分别布置在栅格阵列结构的横向栅格板的每个镂空孔的上下两侧且与横向栅格板之间固定相连；在每相邻的两个横向栅格板之间且位于同一列的支撑肋中每上下相邻的两根支撑肋之间通过一根沿竖直方向设置的转轴(2-4)相连，所述的转轴的上下两端分别与相应连接的支撑肋上的轴承的内圈固定相连，在沿同轴线设置的一列转轴处每间隔一根支撑肋在对应转轴位置处的支撑肋上安装有两台励磁可调的发电机(3-2)，其中一台发电机的旋转输出轴与下方的转轴固定相连，另一台发电机的旋转输出轴与上方的转轴固定相连；在每根转轴上分别固定有叶轮(3-1)，对应每台发电机的支路输电线(4-2)分别固定在支撑肋上，发电机的集电环之间通过支路输电线连接，支路输电线并联接入到电磁管理系统(3-3)的电力入口接线端，所述的电磁管理系统和太阳能板(3-4)均布置在栅格阵列结构的顶板(2-5)上，太阳能板的集线盒通过支路输电线接入到电磁管理系统的输入接线端，干路输电线(4-1)一端与电磁管理系统的电力出口接线端连接并且另一端和安装在船尾处的能源控制中心(5)的电力入口接线端连接。

技术总结
本发明公开了一种海上风电筒型基础浮运装置栅格减摇结构，包括海上风电筒型基础浮运装置和多个固定在船侧的栅格阵列结构，栅格阵列由带孔栅格板组装成，内置励磁发电机将水位变化的动能转化为电能，并在上顶盖处布置有太阳能光板。在水位变化时，电磁管理系统根据浮运装置运动响应调节励磁发电机的励磁大小，在降低浮运装置运动响应的同时高效产生电能。太阳能板和励磁发电机产生的电能经过整流后被存储及用于浮运装置的用电。该结构在有效降低浮运装置在风浪作用下运动响应同时，大大提高了浮运装置走向深远海的可能性。了浮运装置走向深远海的可能性。了浮运装置走向深远海的可能性。


技术研发人员：练继建 熊冬至 王孝群 王海军 刘润
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/6/14