圓柱型浮動平臺平衡裝置及其構成的平衡系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及圓柱型浮動平臺的平衡技術，特別是涉及浮動式反應堆的平衡技術，即圓柱型浮動核反應堆平臺平衡裝置及其構成的平衡系統(tǒng)和平衡方法。
【背景技術】
[0002]浮動式反應堆是指利用浮動平臺建造的可移動的核反應堆。浮動式反應堆可用于提供動力、發(fā)電、淡化海水、采暖、供應蒸汽等，能滿足遠海、極地或偏遠地區(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國家正在建設浮動式核電站KLT-40S，計劃用于西伯利亞東部等偏遠地區(qū)能源供給，預計將于2016年實現(xiàn)發(fā)電。俄羅斯所建造的浮動式核電站主要用于提供電力和熱能以解決遠東地區(qū)自然資源開發(fā)所需要的能源。
[0004]動力定位系統(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、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，其定位成本不會隨著水深增加而增加，并且操作也比較方便。動力定位系統(tǒng)首先在海洋鉆井船、平臺支持船、管道和電纜敷設船、科學考察船、深海救生船等方面得到應用，其主要原理是利用計算機對采集來的環(huán)境參數(shù)(風浪流)，根據(jù)位置參照系統(tǒng)提供的位置，自動地進行計算，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。
[0005]鉆井平臺、艦船等海洋結構物經(jīng)常需要將其定位于海上某一點以進行鉆井、打撈、海上救助、鋪管、海洋調查、潛水等各種作業(yè)。以往，大多采用錨泊等方法進行定位，所需建設工程時間較長，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)不能滿足深海地域定位作業(yè)的要求，船舶動力定位系統(tǒng)能夠很好地解決這一問題。船舶的動力定位從70年代逐漸發(fā)展起來，在海洋工程、科學考察等領域有著重要的用途。包括三個分系統(tǒng):動力系統(tǒng)、推力器系統(tǒng)和動力定位控制系統(tǒng)。
[0006]動力定位系統(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，不斷檢測出船舶的實際位置與目標位置的偏差，再根據(jù)外界風、浪、流等外界擾動力的影響計算出使船舶恢復到目標位置所需推力的大小，并對船舶上各推力器進行推力分配，使各推力器產(chǎn)生相應的推力，從而使船盡可能地保持在海平面上要求的位置上。其中動力系統(tǒng)是給整個動力定位提供能量的，在浮動核電站平臺中若采用動力定位技術需由反應堆產(chǎn)熱推動渦輪發(fā)動機發(fā)電提供能源需求。
[0007]上述【背景技術】的局限性如下:
[0008]由于傳統(tǒng)的助推器，是直接逆向對平臺施加對抗浪流方向的作用力，因此隨著浪流的強度增大，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，且造價隨著船舶和平臺的噸位大小成直線上升，若按5萬噸的200MWe浮動平臺來估算，大概產(chǎn)生的50%左右的電力能源需要用于傳統(tǒng)動力定位上面，且提高海上浮動電站成本30%左右。而傳統(tǒng)鏈條錨固方式雖然經(jīng)濟性好，但存在著對水深要求高、船體固定不精確和不穩(wěn)定等缺陷。且傳統(tǒng)平臺和船舶無法利用自身構造的優(yōu)勢來克服風浪流的影響。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]本實用新型的主要目的是提供一種針對圓柱型浮動平臺或圓柱型浮動核電平臺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。
[0010]本實用新型的實現(xiàn)方案如下:圓柱型浮動平臺平衡裝置，包括渦流推進器本體，在渦流推進器本體的末端設置有軸套，軸套外壁與渦流推進器本體連接，還包括轉軸，轉軸外徑套設有限位齒輪，限位齒輪設置在軸套內(nèi)，軸套通過限位齒輪可以繞轉軸的軸線進行0°至180°范圍的自由旋轉，轉軸安裝在圓柱型浮動平臺的圓周面上。
[0011]上述結構中，軸套、限位齒輪、轉軸構成一個旋轉機構，限位齒輪的設置是為了防止渦流推進器本體在海浪中隨波擺動，依靠限位齒輪的定向限位作用，使得渦流推進器本體在一定的方向上，軸套、限位齒輪、流推進器本體形成的一個整體結構可以繞轉軸進行轉動。根據(jù)海浪的水流方向和強度，通過改變渦流推進器的轉速大小和調整渦流推進器的朝向，來實現(xiàn)整體平臺的穩(wěn)定性，例如，當圓柱型浮動平臺正向收到海浪的沖擊，可以調整渦流推進器的朝向，并在反向方向上推進，以實現(xiàn)抵抗海浪的沖擊。通過將外部的定位裝置(一般為定位雷達)和水下傳感器采集的平臺海洋坐標和海洋風浪流等流速、強度等環(huán)境參數(shù)，輸入計算機進行分析，計算出啟動各個渦流推進器需要的作用力大小和方向，借助動力定位控制系統(tǒng)進行平臺定位精密測量，傳遞給動力系統(tǒng)確定渦流推進器的大小和方向，再指揮渦流推進器的系統(tǒng)運轉，保證平臺的位置固定不變。為了節(jié)約成本，一般沿圓柱型浮動平臺的圓周面布置一圈的渦輪推動器，渦輪推動器可以實現(xiàn)180度范圍內(nèi)高速旋轉。然后將錨鏈連接在海底，利用錨鏈的作用抵消掉大部分風浪流的作用力，保證平臺不會被帶走。借助錨固的優(yōu)勢，在動力定位系統(tǒng)的配合下，精確控制平臺的位置。采用上述定位方式，可降低推進器單臺功率和大小，有效減少能耗和成本，較好的降低建造成本和日常運行時的耗能比例。
[0012]平衡系統(tǒng)，包括多個所述的圓柱型浮動平臺平衡裝置，還包括圓柱型浮動平臺殼體，圓柱型浮動平臺殼體的底部伸入水面以下，圓柱型浮動平臺殼體的底部設置有底部雙重殼體，多個圓柱型浮動平臺平衡裝置以圓形整列的方式設置在底部雙重殼體的外圓周壁上，圓柱型浮動平臺平衡裝置的轉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平臺平衡裝置的動力定位控制系統(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平臺坐標的定位裝置，水下傳感器、定位裝置、圓柱型浮動平臺平衡裝置都與動力定位控制系統(tǒng)連接。
[0013]所述的平衡系統(tǒng)，圓柱型浮動平臺內(nèi)設置有核島和常規(guī)島。
[0014]所述的平衡系統(tǒng)，還包括錨鏈驅動裝置，錨鏈驅動裝置通過旋轉接頭連接有錨鏈，錨鏈連接有插入巖體的鋼釬。
[0015]當圓柱型浮動平臺為圓柱型浮動核電平臺時，首先設計一種可移動圓柱型平臺式浮動核電站的結構形式，該核電站為多用途核電站，包括核島和常規(guī)島，核島反應堆利用核裂變能產(chǎn)生蒸汽，常規(guī)島的設備利用核島產(chǎn)生的蒸汽和蒸汽發(fā)生器和汽輪機將核裂變能轉化為電、熱、水、汽等能源，部分電能動力定位控制系統(tǒng)，供動力定位控制系統(tǒng)裝置工作。核島置于水平面下方，在出現(xiàn)緊急嚴重事故時，安全閥可迅速打開，海水將立刻灌入，實現(xiàn)完全非能動安全，不需要外部人為干預。
[0016]在上述系統(tǒng)中，利用上述可以旋轉的圓柱型浮動平臺平衡裝置，并借助圓柱型的優(yōu)勢，按照來流的速度和方向，帶動平臺旋轉運動，將海洋潮流的運動順勢抵消掉?？梢源蟠鬁p少常規(guī)動平衡裝置被動的正面迎接所帶來的能量大量流失，圓柱型浮動平臺下部中央設置錨鏈裝置，錨鏈裝置包括錨鏈驅動裝置、旋轉接頭、錨鏈、插入巖體的鋼釬，錨鏈驅動裝置驅動錨鏈的收放，根據(jù)平臺大小來確定錨鏈數(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，將圓柱型浮動平臺基本固定在某一個海域位置。此外，錨鏈通過一般將平臺選擇在靠近海底島嶼的位置，這樣可以大大減少錨鏈的長度，與傳統(tǒng)錨鏈直接放在海底通過錨鏈長度來提供不同大小的拉力不同之處，本文將錨鏈一端通過鋼釬打進海底島嶼的巖層里面，這樣大大增加錨鏈的拉力和減少不必要的下放錨鏈長度。
[0017]此外通過布置多臺小功率的推進器，可以在良好海況環(huán)境時，啟動很少幾臺推進器就可以實現(xiàn)浮動平臺的精確定位，此外也可以在部分推進器發(fā)生故障時，不用全面停止動力定位系統(tǒng)來檢修更換了。推進器的位置布置連貫，可以在XYZ三個平面內(nèi)分散式間隔布置，同時調整推進器的旋轉頭，這樣確保及時響應外部環(huán)境的變化，實現(xiàn)360度無死角的推動力。此外，通過圓柱型浮動平臺繞中心軸做自身旋轉，可以將惡劣環(huán)境時，抵消掉高強度的風浪流作用力，節(jié)約了能量的損耗，在XYZ三個平面內(nèi)分散式間隔布置的推進器包括X向圓柱型浮動平臺平衡裝置、Y向圓柱型浮動平臺平衡裝置、Z向圓柱型浮動平臺平衡裝置，即在所有圓柱型浮動平臺平衡裝置中，至少有一個圓柱型浮動平臺平衡裝置為X向圓柱型浮動平臺平衡裝置，至少有一個圓柱型浮動平臺平衡裝置為Y向圓柱型浮動平臺平衡裝置，至少有一個圓柱型浮動平臺平衡裝置為Z向圓柱型浮動平臺平衡裝置，X向圓柱型浮動平臺平衡裝置的轉軸軸線沿X方向設置，Y向圓柱型浮動平臺平衡裝置的轉軸軸線沿Y方向設置，Z向圓柱型浮動平臺平衡裝置的轉軸軸線沿Z方向設置。
[0018]在圓柱型浮動平臺的圓周固定圓柱型浮動平臺平衡裝置。平時根據(jù)海浪流動的大小，產(chǎn)生不同的推動力，減少平臺的大幅晃動，遇到較大流動，則將海浪流動的力量通過平臺的自旋抵消掉或規(guī)避掉，節(jié)省了自身能量的使用，具體情形如下:
[0019]圓柱型浮動平臺的平衡方法，
[0020]包括所述的平衡系統(tǒng)；
[0021]對圓柱型浮動平臺進行