[发明专利]升沉补偿系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主动升沉补偿系统以及一种主动升沉补偿方法。

背景技术

升沉补偿多年以来已经是众所周知的了。已经提供了许多解决方案，其中一些将在下面进行详述。总体上，升沉补偿是为负载上的波浪运动提供补偿。该负载可能被浸没或者部分浸没，由此经受波浪运动。还有，或者代替所述情形，可能出现的情况是负载被浮动平台(例如船)保持，而该浮动平台则经受波浪运动。另外，可能期望升沉运动的许多其他情形也可以被可想象，例如这样的情况：将负载从浮动平台中取走或者将负载放置在浮动平台上，其中该浮动平台经受波浪运动。可以为任何种类的负载提供升沉补偿，例如，通过吊车或其他提升设施来运送的负载、浸没在水中的构造(例如管道铺设设备)等等。要理解的是，上述示例仅仅用于说明，而并不意图以任何方式限制该文献的范围。

升沉补偿系统可以被细分为主动升沉补偿系统和被动升沉补偿系统。也可以提供主动和被动系统的组合。在被动升沉补偿系统中，以气体弹簧、液压系统等等的形式来提供可压缩介质，以便提供补偿。在主动升沉补偿系统中，提供致动器以便主动地对波浪运动的效果进行补偿。在文献中已经描述了许多构造。通常，在主动升沉补偿系统中，该用途由液压系统来实现。举例来说，可以提供与波浪运动同步伸长和压缩的液压缸，由此与例如保持负载的线缆相互作用。在每个波浪中，能量将被提供给液压系统，以便施加力到负载上。在升沉运动周期的另一个部分中，该能量中的一些可以被回收，并且例如通过气体的压缩而被存储。在下一个周期中，该压缩的气体然后可以被应用于驱动该负载，或者至少对其有所贡献。

虽然液压/气压主动升沉补偿已经在许多配置中被广泛使用，但是不利的方面在于该设置导致了复杂的系统，并且涉及液压流体的渗漏风险，结果在一方面导致相对复杂且昂贵的系统，同时在另一方面需要定期且可靠的维护，以便避免渗漏以及由此引起的环境污染的风险。

发明内容

为了至少部分地对主动升沉补偿系统的以上缺点进行补偿，发明人设计了一种主动升沉补偿系统，其包括与负载相互作用的电动发电机(motor-generator)以及被布置成控制该电动发电机的操作的控制单元，该控制单元被布置成：

-操作该电动发电机以便在波浪运动周期的第一部分中驱动该负载；并且

-操作该电动发电机以便在该波浪运动周期的第二部分中使能量的至少一部分再生，该能量在该波浪运动周期的第一部分中已经被用来对该负载进行驱动。

该主动升沉补偿系统包括电存储元件，以便缓存所再生的能量的至少一部分，用于在波浪运动的接下来的周期中给电动发电机供电。

这样，根据本发明的主动升沉补偿系统包括电动发电机和电存储元件的组合。在波浪运动周期的第一部分中，电动发电机用作电动机并且驱动负载。在波浪运动周期的第二部分中，能量被回收，并且电动发电机被用作发电机，由此再生在波浪运动周期的第一部分中已经用来驱动负载的能量的至少一部分。所再生的能量被保存在电存储元件中。现在，所储存的能量可以被用来在波浪运动接下来的周期的第一部分中给电动发电机供电。在本发明的范围内，关于电动发电机，可使用分离的电动机和分离的发电机，其中这两者都与负载相互作用，然而在有利的实施例中，可使用充当发电机的电动机类型，这样，电动机在不被提供电能而是由对应的负载运动机械地驱动时产生电能，由此用作发电机。可以提供任何类型的电动发电机，举例来说，该用途可以由三相异步电动机来实现。术语“电动发电机”一般可以被定义成适于将电能转换成运动以及适于将运动转换成电能的装置。任何类型的电存储元件都能被使用，然而优选应用电容器，因为电容器能够提供低损耗的存储器，由此增强升沉补偿系统的能量效率。优选地，电容器包括超级电容器，因为这样能够以相对较小的体积提供高电容值，并且因此能够提供高的蓄能容量。此外，超级电容器可以提供低的串联电阻，因此允许低损耗的能量储存；可以允许快速充电和放电；可以提供高效率；并且可以提供长的使用寿命。而且，还能将电池和电容器(例如超级电容器)的组合用作电存储元件。虽然电容器能够提供高的输出能量，但是电池能够在相对长的时段期间提供能量，因此这样的组合能够从两者的特征中受益。