圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)平衡裝置及其構(gòu)成的平衡系統(tǒng)和平衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)的平衡技術(shù)，特別是涉及浮動(dòng)式反應(yīng)堆的平衡技術(shù)，即圓柱型浮動(dòng)核反應(yīng)堆平臺(tái)平衡裝置及其構(gòu)成的平衡系統(tǒng)和平衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]浮動(dòng)式反應(yīng)堆是指利用浮動(dòng)平臺(tái)建造的可移動(dòng)的核反應(yīng)堆。浮動(dòng)式反應(yīng)堆可用于提供動(dòng)力、發(fā)電、淡化海水、采暖、供應(yīng)蒸汽等，能滿(mǎn)足遠(yuǎn)海、極地或偏遠(yuǎn)地區(qū)、孤島等區(qū)域熱、電、水、汽聯(lián)產(chǎn)的特殊需要。
[0003]目前世界上僅有俄羅斯一個(gè)國(guó)家正在建設(shè)浮動(dòng)式核電站KLT-40S，計(jì)劃用于西伯利亞?wèn)|部等偏遠(yuǎn)地區(qū)能源供給，預(yù)計(jì)將于2016年實(shí)現(xiàn)發(fā)電。俄羅斯所建造的浮動(dòng)式核電站主要用于提供電力和熱能以解決遠(yuǎn)東地區(qū)自然資源開(kāi)發(fā)所需要的能源。
[0004]動(dòng)力定位系統(tǒng)(Dynamic Posit1ning System)是一種閉環(huán)的控制系統(tǒng)，其采用助推器提供抵抗風(fēng)、浪、流等作用在船上的環(huán)境力，從而使船盡可能地保持在海平面上要求的位置上，其定位成本不會(huì)隨著水深增加而增加，并且操作也比較方便。動(dòng)力定位系統(tǒng)首先在海洋鉆井船、平臺(tái)支持船、管道和電纜敷設(shè)船、科學(xué)考察船、深海救生船等方面得到應(yīng)用，其主要原理是利用計(jì)算機(jī)對(duì)采集來(lái)的環(huán)境參數(shù)(風(fēng)浪流)，根據(jù)位置參照系統(tǒng)提供的位置，自動(dòng)地進(jìn)行計(jì)算，控制各助推器的推力大小，使船舶保持船頭方向和船位的紋絲不動(dòng)。
[0005]鉆井平臺(tái)、艦船等海洋結(jié)構(gòu)物經(jīng)常需要將其定位于海上某一點(diǎn)以進(jìn)行鉆井、打撈、海上救助、鋪管、海洋調(diào)查、潛水等各種作業(yè)。以往，大多采用錨泊等方法進(jìn)行定位，所需建設(shè)工程時(shí)間較長(zhǎng)，尤其在深海處，錨泊定位方法存在較大困難。隨著船舶與海洋工程的迅速崛起，傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)已經(jīng)不能滿(mǎn)足深海地域定位作業(yè)的要求，船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)能夠很好地解決這一問(wèn)題。船舶的動(dòng)力定位從70年代逐漸發(fā)展起來(lái)，在海洋工程、科學(xué)考察等領(lǐng)域有著重要的用途。包括三個(gè)分系統(tǒng):動(dòng)力系統(tǒng)、推力器系統(tǒng)和動(dòng)力定位控制系統(tǒng)。
[0006]動(dòng)力定位系統(tǒng)是一種閉環(huán)的控制系統(tǒng)，在不借助錨泊系統(tǒng)的情況下，不斷檢測(cè)出船舶的實(shí)際位置與目標(biāo)位置的偏差，再根據(jù)外界風(fēng)、浪、流等外界擾動(dòng)力的影響計(jì)算出使船舶恢復(fù)到目標(biāo)位置所需推力的大小，并對(duì)船舶上各推力器進(jìn)行推力分配，使各推力器產(chǎn)生相應(yīng)的推力，從而使船盡可能地保持在海平面上要求的位置上。其中動(dòng)力系統(tǒng)是給整個(gè)動(dòng)力定位提供能量的，在浮動(dòng)核電站平臺(tái)中若采用動(dòng)力定位技術(shù)需由反應(yīng)堆產(chǎn)熱推動(dòng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電提供能源需求。
[0007]上述【背景技術(shù)】的局限性如下:
由于傳統(tǒng)的助推器，是直接逆向?qū)ζ脚_(tái)施加對(duì)抗浪流方向的作用力，因此隨著浪流的強(qiáng)度增大，那么需要助推器輸出的作用力也就越大，因此傳統(tǒng)定位系統(tǒng)的耗能大，因此傳統(tǒng)動(dòng)力定位存在能源需求大，耗能大，初投資大，維修成本較高，且造價(jià)隨著船舶和平臺(tái)的噸位大小成直線(xiàn)上升，若按5萬(wàn)噸的200MWe浮動(dòng)平臺(tái)來(lái)估算，大概產(chǎn)生的50%左右的電力能源需要用于傳統(tǒng)動(dòng)力定位上面，且提高海上浮動(dòng)電站成本30%左右。而傳統(tǒng)鏈條錨固方式雖然經(jīng)濟(jì)性好，但存在著對(duì)水深要求高、船體固定不精確和不穩(wěn)定等缺陷。且傳統(tǒng)平臺(tái)和船舶無(wú)法利用自身構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)來(lái)克服風(fēng)浪流的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主要目的是提供一種針對(duì)圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)或圓柱型浮動(dòng)核電平臺(tái)的平衡裝置和平衡系統(tǒng)以及平衡方法，可以大大減少平衡裝置和平衡系統(tǒng)的能源消耗。
[0009]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方案如下:圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)平衡裝置，包括渦流推進(jìn)器本體，在渦流推進(jìn)器本體的末端設(shè)置有軸套，軸套外壁與渦流推進(jìn)器本體連接，還包括轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸外徑套設(shè)有限位齒輪，限位齒輪設(shè)置在軸套內(nèi)，軸套通過(guò)限位齒輪可以繞轉(zhuǎn)軸的軸線(xiàn)進(jìn)行0°至180°范圍的自由旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸安裝在圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)的圓周面上。
[0010]上述結(jié)構(gòu)中，軸套、限位齒輪、轉(zhuǎn)軸構(gòu)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，限位齒輪的設(shè)置是為了防止渦流推進(jìn)器本體在海浪中隨波擺動(dòng)，依靠限位齒輪的定向限位作用，使得渦流推進(jìn)器本體在一定的方向上，軸套、限位齒輪、流推進(jìn)器本體形成的一個(gè)整體結(jié)構(gòu)可以繞轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)海浪的水流方向和強(qiáng)度，通過(guò)改變渦流推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速大小和調(diào)整渦流推進(jìn)器的朝向，來(lái)實(shí)現(xiàn)整體平臺(tái)的穩(wěn)定性，例如，當(dāng)圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)正向收到海浪的沖擊，可以調(diào)整渦流推進(jìn)器的朝向，并在反向方向上推進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)抵抗海浪的沖擊。通過(guò)將外部的定位裝置(一般為定位雷達(dá))和水下傳感器采集的平臺(tái)海洋坐標(biāo)和海洋風(fēng)浪流等流速、強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，計(jì)算出啟動(dòng)各個(gè)渦流推進(jìn)器需要的作用力大小和方向，借助動(dòng)力定位控制系統(tǒng)進(jìn)行平臺(tái)定位精密測(cè)量，傳遞給動(dòng)力系統(tǒng)確定渦流推進(jìn)器的大小和方向，再指揮渦流推進(jìn)器的系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證平臺(tái)的位置固定不變。為了節(jié)約成本，一般沿圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)的圓周面布置一圈的渦輪推動(dòng)器，渦輪推動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)180度范圍內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)。然后將錨鏈連接在海底，利用錨鏈的作用抵消掉大部分風(fēng)浪流的作用力，保證平臺(tái)不會(huì)被帶走。借助錨固的優(yōu)勢(shì)，在動(dòng)力定位系統(tǒng)的配合下，精確控制平臺(tái)的位置。采用上述定位方式，可降低推進(jìn)器單臺(tái)功率和大小，有效減少能耗和成本，較好的降低建造成本和日常運(yùn)行時(shí)的耗能比例。
[0011]平衡系統(tǒng)，包括多個(gè)所述的圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)平衡裝置，還包括圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)殼體，圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)殼體的底部伸入水面以下，圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)殼體的底部設(shè)置有底部雙重殼體，多個(gè)圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)平衡裝置以圓形整列的方式設(shè)置在底部雙重殼體的外圓周壁上，圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)平衡裝置的轉(zhuǎn)軸與底部雙重殼體的外圓周壁連接，還包括用于控制圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)平衡裝置的動(dòng)力定位控制系統(tǒng)、獲取海洋環(huán)境參數(shù)的水下傳感器、用于獲取圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)的定位裝置，水下傳感器、定位裝置、圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)平衡裝置都與動(dòng)力定位控制系統(tǒng)連接。
[0012]所述的平衡系統(tǒng)，圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)內(nèi)設(shè)置有核島和常規(guī)島。
[0013]所述的平衡系統(tǒng)，還包括錨鏈驅(qū)動(dòng)裝置，錨鏈驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭連接有錨鏈，錨鏈連接有插入巖體的鋼釬。
[0014]當(dāng)圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)為圓柱型浮動(dòng)核電平臺(tái)時(shí)，首先設(shè)計(jì)一種可移動(dòng)圓柱型平臺(tái)式浮動(dòng)核電站的結(jié)構(gòu)形式，該核電站為多用途核電站，包括核島和常規(guī)島，核島反應(yīng)堆利用核裂變能產(chǎn)生蒸汽，常規(guī)島的設(shè)備利用核島產(chǎn)生的蒸汽和蒸汽發(fā)生器和汽輪機(jī)將核裂變能轉(zhuǎn)化為電、熱、水、汽等能源，部分電能動(dòng)力定位控制系統(tǒng)，供動(dòng)力定位控制系統(tǒng)裝置工作。核島置于水平面下方，在出現(xiàn)緊急嚴(yán)重事故時(shí)，安全閥可迅速打開(kāi)，海水將立刻灌入，實(shí)現(xiàn)完全非能動(dòng)安全，不需要外部人為干預(yù)。
[0015]在上述系統(tǒng)中，利用上述可以旋轉(zhuǎn)的圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)平衡裝置，并借助圓柱型的優(yōu)勢(shì)，按照來(lái)流的速度和方向，帶動(dòng)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將海洋潮流的運(yùn)動(dòng)順勢(shì)抵消掉?？梢源蟠鬁p少常規(guī)動(dòng)平衡裝置被動(dòng)的正面迎接所帶來(lái)的能量大量流失，圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)下部中央設(shè)置錨鏈裝置，錨鏈裝置包括錨鏈驅(qū)動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)接頭、錨鏈、插入巖體的鋼釬，錨鏈驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)錨鏈的收放，根據(jù)平臺(tái)大小來(lái)確定錨鏈數(shù)量(一般4根以上)，錨鏈下端靠鋼釬固定在海底基巖里面，靠錨鏈的重力和鋼釬錨力，將圓柱型浮動(dòng)平臺(tái)基本固定在某一個(gè)海域位置。此外，錨鏈通過(guò)一般將平臺(tái)選擇在靠近海底島嶼的位置，這樣可以大大減少錨鏈的長(zhǎng)度，與傳統(tǒng)錨鏈直接放在海底通過(guò)錨鏈