本裝置屬于海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，是一種能夠?qū)⒑Ｉ巷L(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的浮式風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

近年來，能源的綠色、低碳變革已經(jīng)在世界范圍內(nèi)成為一種發(fā)展趨勢，風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、水力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等可再生能源發(fā)電得到了國家政策的扶持，中國可再生能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)處于迅速發(fā)展的階段。作為一種新興產(chǎn)業(yè)，可再生能源發(fā)電具有低污染、可再生、節(jié)能和減排的優(yōu)勢，且開發(fā)潛力巨大，適合現(xiàn)代社會的發(fā)展理念。目前，人類對于新能源的需求正日益增長，風(fēng)能作為一種新型的可再生能源受到了廣泛關(guān)注和開發(fā)。與陸地風(fēng)電相比，海上風(fēng)場具有風(fēng)能資源豐富、干擾物少、噪聲及視覺污染少、空間廣闊等諸多優(yōu)勢。為了提高風(fēng)機發(fā)電功率，需要更高的風(fēng)速，促使海上風(fēng)電不斷向深水海域推進(jìn)。風(fēng)力機根據(jù)轉(zhuǎn)動軸和風(fēng)向相對位置分為水平軸風(fēng)力機和垂直軸風(fēng)力機。與水平軸風(fēng)力機相比，垂直軸風(fēng)力機具有以下優(yōu)勢：

(1)就葉片受力而言，垂直軸風(fēng)力機兩端直接或通過支撐結(jié)構(gòu)與塔柱固定，葉片不易折斷，疲勞壽命長，葉片形式簡單，加工容易，成本較低。

(2)就系統(tǒng)穩(wěn)定性而言，垂直軸風(fēng)力機的傳動和控制系統(tǒng)布置在底部，重心低，系統(tǒng)穩(wěn)定，便于安裝、維修和檢修。

(3)垂直軸風(fēng)力機可以接受360度方位中任何風(fēng)向來風(fēng)，不需要迎風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，降低了成本。

(4)垂直軸風(fēng)力機的理論工作風(fēng)速能達(dá)到65m/s，對暴雪、霜凍、鹽、沙等極端氣候并不敏感，風(fēng)力機葉尖速比較小，噪音污染弱。

風(fēng)力機浮式基礎(chǔ)的設(shè)計需根據(jù)海洋平臺的相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計出能夠適應(yīng)于風(fēng)力機的浮式基礎(chǔ)，在相應(yīng)的數(shù)值模擬軟件中，模擬預(yù)報在風(fēng)、波浪、海流載荷因素作用下，風(fēng)力機、浮式基礎(chǔ)以及系泊系統(tǒng)之間的耦合運動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于設(shè)計一種用于海上風(fēng)力發(fā)電的浮式垂直軸風(fēng)力機，以達(dá)到將海上風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的目的。本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種海上浮式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，包括轉(zhuǎn)子系統(tǒng)以及浮式基礎(chǔ)系統(tǒng)兩個部分，所述的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括塔柱2、風(fēng)機葉片1以及軸系3，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通過軸系3與浮式基礎(chǔ)系統(tǒng)相連接，其特征在于，

浮式基礎(chǔ)系統(tǒng)包括上部浮力艙13、主動壓載艙4、桁架6、垂蕩板5、底部壓載艙7以及系泊纜繩8，上部浮力艙13頂部與軸系相連，下部與主動壓載艙4相互連通，桁架6固定連接在主動壓載艙4的底部與底部壓載艙7之間，垂蕩板5等間距固定在桁架6上；在主動加載艙4外圍邊緣以一定間隔設(shè)置四條系泊纜繩8；軸系3置于在上部浮力艙13以及主動壓載艙4內(nèi)部。

本實用新型具有優(yōu)良的運動性能，作業(yè)工作水深廣泛，整體結(jié)構(gòu)強度好，建造成本低，優(yōu)點如下：

1、浮式基礎(chǔ)兩塊大面積垂蕩板5的設(shè)計，增加了浮式基礎(chǔ)的整體垂蕩阻尼以及附加質(zhì)量，大幅度減小了風(fēng)力機垂蕩方向運動幅度。

2、浮式基礎(chǔ)上部浮力艙13以及主動壓載艙大容積的設(shè)計，為風(fēng)力發(fā)電機提供了充足的浮力裕量；

3、垂直軸風(fēng)力機葉片1的設(shè)計，能適用于任何風(fēng)向，葉尖速比小，運轉(zhuǎn)噪聲較小，系統(tǒng)穩(wěn)定，便于安裝、維修和檢修。

4、下部浮式基礎(chǔ)與懸鏈線系泊的組合設(shè)計結(jié)構(gòu)，對深海中的風(fēng)浪的聯(lián)合作用抵抗作用明顯，能適用于國內(nèi)外不同水深的海域環(huán)境。

附圖說明

圖1為本實用新型的浮式垂直軸風(fēng)力機主體示意圖；

圖2為本實用新型的浮式垂直軸風(fēng)力機俯視圖；

圖3為本實用新型的浮式基礎(chǔ)A-A截面示意圖；

圖4為本實用新型的浮式垂直軸風(fēng)力機軸系結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、風(fēng)機葉片；2、風(fēng)機塔柱；3、軸系；4、主動壓載艙；5、垂蕩板；6、桁架；7、底部壓載艙；8、系泊纜繩；9、上部法蘭艙蓋；10、發(fā)電機組；11、飛輪結(jié)構(gòu)；12、主傳動軸；13、上部浮力艙； 14、電纜；15、套筒；16、防傾肘板；17次傳動軸；18、上部套筒軸盤；19、下部套筒軸盤；20、軸承

具體實施方式

由圖1-圖4所示為浮式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，主要分為了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)以及浮式基礎(chǔ)系統(tǒng)兩個部分，所述的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要分為了塔柱2、風(fēng)機葉片1以及軸系3，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通過軸系3與浮式基礎(chǔ)系統(tǒng)相連接，如圖所示軸系結(jié)構(gòu)主要由套筒15、防傾肘板16、飛輪結(jié)構(gòu)11、主傳動軸12、發(fā)電機組10以及次傳動軸17組成，其中主傳動軸12穿過套筒15中部，套筒15的上部固定有上部套筒軸盤18，下部固定有下部套筒軸盤19，主傳動軸12穿過套筒15，通過上下部軸承20卡死，并使用雙螺母固定連接，防傾肘板16等間距焊接在套筒15軸向邊緣，上、下部邊緣與上部套筒軸盤18、下部套筒軸盤19互相齊平，在主傳動軸12 下部由雙螺母固定安裝飛輪結(jié)構(gòu)11，在套筒15下部軸盤19上安裝發(fā)電機組10，并由次傳遞軸17連接發(fā)電機組與飛輪結(jié)構(gòu)11，最終由飛輪結(jié)構(gòu)11實現(xiàn)風(fēng)機主傳動軸12與發(fā)電機組10之間的動力連接，整個軸系3下放在上部浮力艙13以及主動壓載艙4內(nèi)部，軸系3上部軸盤18通過螺栓與上部法蘭艙蓋9緊固連接；浮式基礎(chǔ)主要由上部浮力艙13、主動壓載艙4、桁架6、垂蕩板5、底部壓載艙7以及系泊纜繩8組成，上部浮力艙13頂部通過法蘭9連接頂部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，下部焊接在主動壓載艙4上，形成連接套筒結(jié)構(gòu)；兩塊正六邊形大面積垂蕩板5等間距設(shè)置在主動壓載艙4下，通過六根桁架立管6固定，桁架上下兩端分別固定在主動壓載艙4底部以及底部壓載艙7上表面，在整個裝置最下部設(shè)置底部壓載艙7，為了保證浮式風(fēng)力機的重心低于浮心，可以在主動壓載艙4以及底部壓載艙7內(nèi)加載重物，從而保證風(fēng)力機正常漂浮在水面上；在主動加載艙4外圍邊緣以一定間隔設(shè)置四條系泊纜繩8，系泊采用半張緊的懸鏈線型結(jié)構(gòu)，即在每個系泊上都采用錨鏈-鋼纜-錨鏈的形式；所示電纜14通過上部浮力艙13、主動壓載艙4、垂蕩板5 以及底部壓載艙7，連接到海底變電器，最終匯入電網(wǎng)。