CN203230529U - 主动偏航系统和波浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种主动偏航系统和波浪发电装置，其中，主动偏航系统包括动力装置、绞线驱动装置、用于检测当前波浪的波高、波向和漂浮筏体的艏向的检测装置、以及用于根据波高、波向和艏向得到动力装置的控制信号，并将控制信号发送至动力装置以改变漂浮筏体的偏航方向和角度的控制器；检测装置与控制器连接；动力装置的输出端与绞线驱动装置的输入端连接，动力装置和绞线驱动装置用于设置在靠近漂浮筏体一端的内部，绞线驱动装置上绕设有绞线，绞线的两个引出端分别用于锚固在漂浮筏体纵向两侧的海底。本实用新型能够主动进行偏航控制，提高波浪发电装置的波浪能吸收效率，并且可以避免极端海况对波浪发电装置造成损坏。

Description

主动偏航系统和波浪发电装置

技术领域

本实用新型涉及波浪发电技术，尤其涉及一种主动偏航系统和波浪发电装置。 

背景技术

波浪能发电是将波浪能转换为电能，波浪发电装置包括在至少两个铰接海上漂浮的漂浮筏体，漂浮筏体接收波浪能并将波浪能转换为机械能或液压能，再通过机械能或液压驱动发电机发电。 

在波浪能发电过程中，由于波向（波浪的来向）随时间不断变化，只有将波浪发电装置的艏向（位于波浪来向前方的漂浮筏体的长度方向）正对波浪来向，漂浮筏体与波浪起伏的响应和所吸收的波浪能才能达到最大值，波浪能利用效率最高。并且在波高（波浪的高度）较大的极端海况下，为了防止作用于漂浮筏体的载荷过大造成波浪发电装置结构损坏，则要求漂浮筏体的艏向尽可能偏离波浪来向，减小漂浮筏体对于波浪起伏运动的响应。 

现有的偏航装置是在漂浮筏体一侧设置一根支撑绳，支撑绳一端连接在漂浮筏体一侧，另一端连接在锚链上，支撑绳仅适用于约束漂浮筏体发生摇摆，不能准确控制波浪发电装置的偏航角度，以使波浪发电装置艏向与波向一致，并且在极端海况下，不能主动控制波浪发电装置艏向偏离波向。因而不能实现波浪能吸收效率最大化，容易导致波浪发电装置的损坏。 

实用新型内容

本实用新型提供一种主动偏航系统和波浪发电装置，用于解决现有技术中波浪发电装置不能根据当前波浪情况主动调节波浪发电装置的偏航方向的技术缺陷。 

本实用新型提供的一种主动偏航系统，包括动力装置、绞线驱动装置、用于检测当前波浪的波高、波向和漂浮筏体的艏向的检测装置、以及用于根据所述波高、波向和艏向得到所述动力装置的控制信号，并将所述控制信号发送至所述动力装置以改变所述漂浮筏体的偏航方向和角度的控制器；所述检测装置与所述控制器连接； 

所述动力装置的输出端与所述绞线驱动装置的输入端连接，所述动力装置和绞线驱动装置设置在靠近所述漂浮筏体一端的内部，所述绞线驱动装置上绕设有绞线，所述绞线的两个引出端分别用于锚固在所述漂浮筏体纵向两侧的海底。 

如上所述的主动偏航系统，优选地，所述检测装置包括用于检测所述波高、波向的波浪传感器和用于检测所述漂浮筏体的艏向的方向传感器； 

所述波浪传感器设置在漂浮筏体内部且与所述控制器连接；所述方向传感器设置在漂浮筏体外部且与所述控制器连接。 

如上所述的主动偏航系统，优选地，所述动力装置包括电机和变速器，所述电机的输出轴与所述变速器的输入轴连接。 

如上所述的主动偏航系统，优选地，所述动力装置还包括用于对所述电机实施制动的制动器。 

如上所述的主动偏航系统，优选地，所述绞线驱动装置包括卷筒和内齿轮，所述卷筒通过轴及轴承与所述漂浮筏体内部连接，所述内齿轮设置在所述卷筒端面且与所述变速器的输出齿轮啮合； 

所述卷筒具有多个圆周方向的绞线环槽，所述绞线绕设在所述绞线环槽内且引出的两端用于锚固于海底。 

如上所述的主动偏航系统，优选地，所述主动偏航系统还包括设置在所述漂浮筏体上的导缆装置，所述导缆装置为喇叭状结构，所述绞线的两个引出端穿过所述导缆装置而从所述漂浮筏体引出。 

如上所述的主动偏航系统，优选地，所述主动偏航系统还包括岸基监控器，所述岸基监控器与所述控制器连接。 

本实用新型还提供一种波浪发电装置，包括漂浮筏体和固定锚链，所述固定锚链一端与所述漂浮筏体的前部连接，所述固定锚链另一端锚固于海底，该波浪发电装置还包括如上所述的主动偏航系统，所述主动偏航系统设置在所述漂浮筏体内且靠近后端的位置。 

本实用新型提供的主动偏航系统和波浪发电装置，通过检测装置检测当前波浪的波高、波向和漂浮筏体的艏向，通过控制器接收波高、波向和艏向信息，经过计算分析，得到控制动力装置的运动量和运动方向的控制信号，以控制绞线驱动装置中绞线的调整量和方向，进而调整漂浮筏体的偏航方向和角度，能够根据当前波浪的波高、波向以及漂浮筏体的艏向主动进行偏航控制，提高波浪发电装置的波浪能吸收效率，并且可以避免极端海况对波浪发电装置造成损坏。 

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的主动偏航系统的机械结构示意图； 

图2为本实用新型实施例提供的主动偏航系统的拓扑结构示意图； 

图3为本实用新型实施例提供的主动偏航系统的局部结构示意图； 

图4为本实用新型实施例提供的动力装置和绞线驱动装置的结构示意图； 

图5为本实用新型实施例提供的主动偏航系统的偏航角度范围示意图； 

图6为本实用新型实施例提供的主动偏航系统的控制方法的流程图； 

图7为图6所示实施例中步骤200的一种具体实现方式的流程图。 

附图标记： 

1-动力装置；            11-电机；              12-变速器； 

2-绞线驱动装置；        21-绞线；              22-内齿轮； 

23-外轴承；             24-卷筒；              25-绞线环槽； 

3-检测装置；            4-控制器；             5-导缆装置； 

6-岸基监控器；          10-漂浮筏体；          20-固定锚链。 

具体实施方式

参考图1和2，图1为本实用新型实施例提供的主动偏航系统的机械结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的主动偏航系统的拓扑结构示意图。 

如图1和2所示，本实施例提供的主动偏航系统，包括动力装置1、绞 线驱动装置2、用于检测当前波浪的波高、波向和波浪发电装置的漂浮筏体10的艏向的检测装置3、以及用于根据波高、波向和艏向得到动力装置的控制信号，并将控制信号发送至动力装置以改变波浪发电装置的漂浮筏体10的偏航方向和角度的控制器4；检测装置3与控制器4连接，具体可以通过模拟数字电路接口或现在总线接口将检测装置3和控制器4连接，当然也可以采用其他的接口形式连接。 

动力装置1的输出端与绞线驱动装置2的输入端连接，动力装置1和绞线驱动装置2用于设置在靠近漂浮筏体10一端的内部，绞线驱动装置2上绕设有绞线21，绞线21的两个引出端分别用于锚固漂浮筏体10纵向两侧的海底，实际应用中，可以通过海底锚固物（锚、桩柱或沉块）将绞线21的两个引出端锚固于海底。 

在本实施例中，动力装置1可以为可控制的电力驱动装置或液压驱动装置，例如电机或液压马达等，检测装置3可以为多种类型的传感器等。控制器4可以为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）或者工业控制计算机等。通过检测装置3检测当前波浪的波高、波向和漂浮筏体10的艏向，控制器4接收波高、波向和艏向信息，经过计算分析，得到控制动力装置1的运动量和运动方向的控制信号，以控制绞线驱动装置2中绞线21的调整量和方向，进而调整波浪发电装置的漂浮筏体10的偏航方向和角度。 

本实施例提供的主动偏航系统，通过检测装置检测当前波浪的波高、波向和漂浮筏体的艏向，通过控制器接收波高、波向和艏向信息，经过计算分析，得到控制动力装置的运动量和运动方向的控制信号，以控制绞线驱动装置中绞线的调整量和方向，进而调整漂浮筏体的偏航方向和角度，能够根据当前波浪的波高、波向以及漂浮筏体的艏向主动进行偏航控制，提高波浪发电装置的波浪能吸收效率，并且可以避免极端海况对波浪发电装置造成损坏。 

在上述实施例提供的技术方案的基础上，检测装置3可以包括用于检测波高、波向的波浪传感器和用于检测艏向的方向传感器；波浪传感器用于设置在波浪发电装置内部且与控制器4连接；具体地，波浪传感器可以为非接触式传感器，也可以加速度式传感器或者压力式传感器等。方向传感器用于设置在波浪发电装置外部且与控制器4连接。具体地，方向传感器可以为艏向传感 器、罗经或双探头定向系统，其中，罗经可以为电罗经、磁罗经或电磁罗经等；双探头定向系统可以为双全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）接收机定向系统、GPS天线和信标天线二合一的定向系统等。 

图3为本实用新型实施例提供的主动偏航系统的局部结构示意图；图4为本实用新型实施例提供的动力装置和驱动装置的结构示意图。 

如图3和4所示，在上述实施例提的技术方案基础上，动力装置1具体可以包括电机11和变速器12，电机11的输出轴与变速器12的输入轴连接。 

绞线驱动装置2包括卷筒24和内齿轮22，卷筒24用于通过轴承与波浪发电装置内部链接，内齿轮22设置在卷筒24端面且与变速器12的输出齿轮121啮合。 

卷筒24具有圆周方向的绞线环槽25，绞线21绕设在绞线环槽25内且引出的两端用于锚固于海底。 

实际应用中，电机11和变速器12的回转支承的内齿轮22固定在漂浮筏体10内部，回转支承的外轴承23与卷筒24端面连接，内齿轮22与外轴承23固定连接，卷筒24上的绞线环槽25绕设有绞线21，绞线21的两个引出端通过锚固定于漂浮筏体10两侧的海底。电机11带动变速器12的输出齿轮121旋转，输出齿轮121与回转支撑的内齿轮22啮合，带动回转支撑的外轴承23与卷筒24一起转动，调节卷筒24上的绞线21的长度。 

具体地，绞线21的两个引出端在卷筒24上缠绕方向相反，卷筒24两侧绞线21收放速率相同，卷筒24转动时，绞线21的两个引出端执行相反的收放动作，在第一引出端211的拉力作用下，第一引出端211之外的长度缩短，而第二引出端212长度增大，漂浮发电装置以前端固定锚链20与海底固定点为圆心向第一引出端211与海底的固定点方向旋转，同理，在第二引出端212的拉力作用下向相反方向旋转，电机11采取角度闭环控制，控制器4根据检测装置3实时检测的当前的波向信号和艏向信号，判定波向是否与艏向一致，以确定电机11是否执行刹车动作，实现精确位置跟踪。使得漂浮筏体10时刻跟踪波向，漂浮筏体10的艏向偏航至与波浪方向一致。 

进一步地，动力装置1还包括用于对电机11实施制动的制动器（图中未示出），可以通过制动器保持和锁定波浪发电装置的偏航后的位置。 

图5为本实用新型实施例提供的主动偏航系统的偏航角度范围示意 图；如图5所示，主动偏航角度范围的大小取决于绞线21的第一引出端211和第二引出端212在海底锚定点的位置和绞线21的长度。偏航角度范围小于180°，虽然海洋中波浪的方向是多变的，但其变化幅度通常仅有几十度，因此，该主动偏航系统的偏航能力可以涵盖浪向的变化范围。 

另外，如图3所示，该主动偏航系统还包括用于设置在漂浮筏体10上的导缆装置5，导缆装置5为喇叭状结构，绞线21的两个引出端穿过导缆装置5而从漂浮筏体10引出，通过导缆装置5减小绞线21与漂浮筏体10之间的摩擦力，提高偏航调整精度。如图2所示，主动偏航系统还包括岸基监控器6，岸基监控器6与所述控制器4连接。通过岸基监控器6实现远程遥测和遥控，可以通过海底光缆实现偏航控制系统与岸基监控器6之间的远程通讯。同时，为便于海上作业和提高控制可靠性，可以通过无线通信设备作为无线控制方式冗余。 

此外，控制器4还可以对上述主动偏航系统进行控制与保护、通讯与数据存储以及人机交互等功能。控制器4根据当前波向和艏向信息控制动力装置1的启停和转动方向。控制器4可以实时监测电机11的电压和电流情况，设置热过载继电器和绞线位置限位开关，当电机11过载或绞线21超过限定位置时切断电机11的供电，实现对绞线驱动装置2的有效保护。 

图6为本实用新型提供的主动偏航系统的控制方法的流程图；如图6所示，本实施例提供一种基于上述实施例提供的主动偏航系统的控制方法，包括： 

步骤100，检测当前波浪的波高、波向以及漂浮筏体的艏向； 

步骤200，根据所述波高、波向和艏向得到用于控制动力装置的控制信号； 

步骤300，将控制信号发送至所述动力装置以改变漂浮筏体的偏航方向和角度。 

具体地，通过波浪传感器检测当前波浪的波高和波向，通过方向传感器检测波浪发电装置的艏向，并将波高、波向和艏向发送至控制器。控制器根据波高、波向和艏向信息进行分析技术，得到控制动力装置转动量和转动方向的控制信号，控制器将控制信号发送给动力装置，动力装置运动以驱动绞线驱动装置运动，调整波浪发电装置的偏航方向和角度。 

本实施例提供的控制方法，能够根据当前波浪的波高、波向以及漂浮筏体的艏向主动进行偏航控制，提高波浪发电装置的波浪能吸收效率，并且可以避免极端海况对波浪发电装置造成损坏。 

图7为图6所示实施例中步骤200的一种具体实现的流程图。如图6所示，在上述实施例的技术方案的基础上，步骤200，根据所述波高、波向和艏向得到用于控制动力装置的控制信号，具体包括： 

步骤201，若所述波高大于设定值，则得到动力装置驱动漂浮筏体偏离波向的控制信号； 

步骤202，若所述波高小于设定值，则得到动力装置驱动漂浮筏体迎向波向的控制信号。 

具体地，波高的设定值为不威胁波浪发电装置的设备安全的最大波高。 

本实施例中，可以根据波高确定是否将漂浮筏体的艏向调整为与波向一致，可以根据波向和艏向信号，控制漂浮筏体的偏航角度和方向，以实现一般海况下漂浮筏体的艏向正对波向，提高发电效率，在极端海况下使漂浮筏体的艏向尽可能大地偏离波向，减小漂浮筏体对波浪起伏运动的响应，避免损坏。 

如图1所示，本实用新型实施例还提供一种波浪发电装置，包括漂浮筏体10和固定锚链20，固定锚链20一端与漂浮筏体10的前部连接，固定锚链20另一端锚固于海底，该波浪发电装置还上述实施例提供的主动偏航系统，主动偏航系统设置在漂浮筏体10内且靠近后端的位置。 

本实施例提供的波浪发电装置，通过检测装置检测当前波浪的波高、波向和漂浮筏体的艏向，通过控制器接收波高、波向和艏向信息，经过计算分析，得到控制动力装置的运动量和运动方向的控制信号，以控制绞线驱动装置中绞线的调整量和方向，进而调整漂浮筏体的偏航方向和角度，能够根据当前波浪的波高、波向以及漂浮筏体的艏向主动进行偏航控制，提高波浪发电装置的波浪能吸收效率，并且可以避免极端海况对波浪发电装置造成损坏。 

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或 者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。 

Claims (8)

1.一种主动偏航系统，其特征在于，包括动力装置、绞线驱动装置、用于检测当前波浪的波高、波向和漂浮筏体的艏向的检测装置、以及用于根据所述波高、波向和艏向得到所述动力装置的控制信号，并将所述控制信号发送至所述动力装置以改变所述漂浮筏体的偏航方向和角度的控制器；所述检测装置与所述控制器连接； 

所述动力装置的输出端与所述绞线驱动装置的输入端连接，所述动力装置和绞线驱动装置设置在靠近所述漂浮筏体一端的内部，所述绞线驱动装置上绕设有绞线，所述绞线的两个引出端分别用于锚固在所述漂浮筏体纵向两侧的海底。 

2.根据权利要求1所述的主动偏航系统，其特征在于，所述检测装置包括用于检测所述波高、波向的波浪传感器和用于检测所述漂浮筏体的艏向的方向传感器； 

所述波浪传感器设置在漂浮筏体内部且与所述控制器连接；所述方向传感器设置在漂浮筏体外部且与所述控制器连接。 

3.根据权利要求1或2所述的主动偏航系统，其特征在于，所述动力装置包括电机和变速器，所述电机的输出轴与所述变速器的输入轴连接。 

4.根据权利要求3所述的主动偏航系统，其特征在于，所述动力装置还包括用于对所述电机实施制动的制动器。 

5.根据权利要求3所述的主动偏航系统，其特征在于，所述绞线驱动装置包括卷筒和内齿轮，所述卷筒通过轴及轴承与所述漂浮筏体内部连接，所述内齿轮设置在所述卷筒端面且与所述变速器的输出齿轮啮合； 

所述卷筒具有多个圆周方向的绞线环槽，所述绞线绕设在所述绞线环槽内且引出的两端用于锚固于海底。 

6.根据权利要求1或2所述的主动偏航系统，其特征在于，所述主动偏航系统还包括设置在所述漂浮筏体上的导缆装置，所述导缆装置为喇叭状结构，所述绞线的两个引出端穿过所述导缆装置而从所述漂浮筏体引出。 

7.根据权利要求1或2所述的主动偏航系统，其特征在于，所述主动偏航系统还包括岸基监控器，所述岸基监控器与所述控制器连接。 

8.一种波浪发电装置，包括漂浮筏体和固定锚链，所述固定锚链一端与所述漂浮筏体的前部连接，所述固定锚链另一端锚固于海底，其特征在于，该波浪发电装置还包括权利要求1~7任一项所述的主动偏航系统，所述主动偏航系统设置在所述漂浮筏体内且靠近后端的位置。 

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