CN101318542B - 一种风电机组海上整体安全运输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风电机组海上整体安全运输的方法，其包括以下步骤：1)将包含塔筒及内部电气设备的风电机组组装成一个整体；2)通过吊装船将其吊装到甲板上，并将其底部与甲板焊接固定；3)设置一条测量船监测浪高、风速和风向；4)固定一陀螺运动仪，测量横摇角、纵摇角、横摇角加速度、纵摇角加速度数据；5)设置一加速度传感器，测量塔筒上部的横向加速度和纵向加速度；6)在应力集中处的圆周方向，设置应变片，通过常规电测法获取各应变片处的载荷数据；7)综合步骤3)～6)所获得的数据信息，对运输驳船的启航或停航、航向、航速进行控制；8)将风电机组整体从甲板上切割下来，将所述风电机组整体吊装到到海上安装部位预先制作的基础上。本发明对大规模海上风电场的开发与建设具有十分重要的实用意义。

Description

一种风电机组海上整体安全运输的方法

技术领域

本发明涉及一种海上安全运输的方法，特别是关于一种风电机组海上整体安全运输的方法。

背景技术

风能在可再生能源发展中占据主导地位，全球已有13个国家装机容量超过100万千瓦。海上风能具有不占用土地资源、远离人群、给社会生活干扰小等独特优势。随着技术的不断成熟，海上风能将会成为未来绿色能源的重要组成部分，但我国目前的风力发电事业尚处于起步阶段，海上风力发电还是空白。在海上风电机组整体运输、安装过程中包括许多技术和工程环节，其中风电机组的海上整体运输和吊装是重要的环节之一。如图1所示，由于包含塔筒及内部电气设备的风电机组整体1的重心很高，加之海上自然风和海浪等因素的影响，运输驳船2必然会受到风、浪、海流的干扰而发生随机或周期性的变速运动。风电机组整体1在整个海上运输过程中，除了其自身重力引起的静力载荷以外，运输驳船2受到的各种运动对风电机组整体1的强度影响也很大。运输驳船2和风电机组整体1会因此而产生多自由度的加速度和附加惯性应力，同时承受多种动态载荷，进而使风电机组整体1处于一种较高的应力水平，使风电机组整体1在海上整体运输过程中的安全问题成为大问题。

目前国外在海上设置的风电机组有以下几种运输方式：1、对于风场建设地点距离陆地较远的情况，一般是采用主要部件分体运输，到达目的地后海上组装的方式。然而在海上组装工期比较长，不可控因素较多，如遇到恶劣天气环境条件，工期更长，难度加大，进而造成成本大幅度增加；2、对于风场建设地点距离陆地相对较近的情况，采用双扒杆运输船对风电机组整体吊起进行完成运输，不在甲板上对风电机组进行固定，由于运输距离短，因此风、浪、海流的干扰因素影响不大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种在距离海岸较远，需要通过运输驳船长距离运输的风电机组海上整体安全运输的方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种风电机组海上整体安全运输的方法，其包括以下步骤：1)在陆地上将包含塔筒及内部电气设备的风电机组组装成一个风电机组整体；2)将所述风电机组整体吊装到运输驳船的甲板上，并将其底部与所述甲板焊接固定成一体；3)所述风电机组整体在海上运输过程中，在运输驳船的前方按常规方法设置一条测量船监测浪高、风速和风向，以为所述运输驳船的航行提供自然环境条件的参考数据；4)在所述运输驳船上固定一陀螺运动仪，实时测量所述运输驳船的横摇角、纵摇角、横摇角加速度、纵摇角加速度数据；5)在所述风电机组整体上部设置一加速度传感器，用于测量塔筒上部的横向加速度和纵向加速度；6)在所述风电机组整体上部和中部应力集中处的圆周方向，分别设置有若干作为传感器的应变片，并将各应变片的固定导线及数据线分别与应变测试仪和电脑相连接，通过常规电测法获取各应变片处的载荷数据；7)综合步骤3)～6)所获得的数据信息，对所述运输驳船的启航或停航、航向、航速进行控制，直至将所述风电机组整体运送到海上待安装部位；8)将所述风电机组整体从所述甲板上切割下来，将所述风电机组整体吊装到到海上安装部位预先制作的基础上。

在所述风电机组整体的下部应力集中处的圆周方向也设置有应变片。

本发明方法由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明与现有技术不同，首先本发明将风电机组与塔筒(含内部电气设备)在陆地上完成组装，并将其焊接固定在运输驳船的甲板上进行整体运输，使风电机组整体与运输驳船连接牢固稳定，当运输驳船到达目的地后，仅使用一次吊装即完成风电机组整体的安装，有效地缩短了海上作业的时间，大幅度减低了海上作业的成本。2、本发明在风电机组海上整体运输过程中，不但通过各种常规方法对海浪、风力、风向、运输驳船横摇与纵摇运动、运输驳船的加速度等自然环境因素对风电机组整体的影响进行了实时监控，而且在风电机组整体上设置了多组作为传感器的应力片，对风电机组整体的载荷受力情况进行了实时监测，因此可以综合各种不同的影响因素对运输驳船进行启航、航行和行进速度的控制，有效地实现了本发明将风电机组整体安全运输的目的。本发明方法解决了风电机组在海上整体安全运输的问题，从而对大规模海上风电场的开发与建设具有十分重要的实用意义。

附图说明

图1是本发明中风电机组整体运输示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明方法进行详细的描述。

本发明方法包括以下步骤：

1、首先在陆地上完成含塔筒4及内部电气设备的风电机组整体1的组装。

2、将风电机组整体1吊装到运输驳船2的甲板上，并将风电机组整体1的底部与运输驳船2的甲板焊接固定成一体。

3、风电机组整体1在海上运输过程中，在运输驳船2的前方按常规方法设置一条测量船监测浪高、风速和风向等自然环境因素，以为运输驳船2的启航或停航，航向的改变和航速变化等操作控制提供参考依据。

4、在运输驳船2上按照常规方法固定一陀螺运动仪，实时测量运输驳船2的横摇角、纵摇角、横摇角加速度、纵摇角加速度等数据，以为风电机组整体1所承受载荷的分析提供参考依据。

5、在风电机组整体1上部设置一加速度传感器，用于测量塔筒上部的横向加速度和纵向加速度；

6、根据风电机组整体1运输中的自身强度和自然环境的影响因素分析，在风电机组整体1上部和中部或者在上、中、下三部分(不限于此可以更多)应力较为集中处的圆周方向，分别设置有若干作为传感器的应变片，并将各应变片通过数据线分别与应变测试仪和电脑相连接，通过常规电测法获取各应变片处承受载荷的数据；

7、综合步骤3～步骤6所获得的数据信息，对所述运输驳船2的启航、停航、航向、航行速度等进行控制，直至将风电机组整体1运送到海上风场的安装处；

8、将风电机组整体1从运输驳船2的甲板上切割下来，将风电机组整体1直接吊装到预先制作的海上安装平台上，并安装固定。

具体实施例：

1、设置以下监测仪器

风速仪1-2个，定点浪高仪及采集系统1套，陀螺运动仪及采集系统1套，加速度传感器1-2个，36通道的数据采集与处理系统，应变片若干个，DH3817动静态应变测试分析仪；笔记本电脑3台，台式电脑1台，导线、丙酮、502胶以及砂纸等若干。

2、由起运码头至风电机组整体1在海上安装的平台之间经过的整个航线(比如：120海里，但不限于此)上，每隔一段距离(比如：20海里，但不限于此)选定一个水面测量点，沿整个航线每个测量点分别抛置一个SZF1-2型浮标式浪高仪，同时设置一个AVM-03型风速计。浪高仪每间隔一段时间(比如：15分钟，但不限于此)测量一次波浪高度，实时记录海上运输全过程(比如：48小时)中收集的浪高数据，然后经过数据采集系统中的常规分析软件的处理，获得波浪的波高和周期；同时实时测量海上运输全过程中的风速、风向数据，实时记录海上运输全过程中的风速、风向数据。使用陀螺运动仪实时测量并记录运输驳船的横摇角、纵摇角、横摇角加速度、纵摇角加速度。同时在风电机组整体的顶部设置一加速度传感器，用于测量塔筒上部的横向加速度和纵向加速度。

3、根据理论分析及有限元计算结果，选择风电机组整体主承载结构(塔筒)的三处(可不限于三处)应力水平较为显著的截面部位作为监测部位，沿各监测部位的塔筒内壁周向均匀布置若干个应变片，对运输驳船上的风电机组主承载结构的定点应力与变形进行测量和分析。

本实施例风电机组整体的第一处应力水平较为显著的截面部位，位于风电机组塔筒根部，此处结构刚度发生很大变化，在此处沿风电机组塔筒内壁设置应变片。与下述两处应变片承受载荷的情况相比，此处也可以不设置。

风电机组整体的第二处应力水平较为显著的截面部位，位于风电机组筒体标高30米左右处，此处为通过有限元计算方法确定出的风电机组最不利的位置，该位置在船体摇摆作用下，水平的惯性力作用在此处产生的竖向应力最大。在此处沿风电机组筒体内壁设置应变片。

风电机组整体的第三处应力水平较为显著的截面部位，位于风电机组筒体标高55米左右处，此处为塔筒顶端法兰盘底部与主机连接的部位，此处截面最小，在竖向力或者恒定弯矩的作用下，此处受力最为不利。在此处沿风电机组筒体内壁设置应变片。

电脑系统中安装有DH3817动静态应变测试分析系统软件，并在该系统软件中，对应上述各个应变片进行相应设置。对风电机组应力的实时监测是通过实时监测各个测点的竖向应力值来实现的。本发明在测试时，采用了10台(但不限于此)动静态电阻应变测量仪，每个测点粘贴的应变片为双向应变片，每一个双向应变片上有两个单向应变片，比如40个测点，共需采集80个单向应变片的数据，占用应变仪80个通道。

对于风电机组，其壁厚相对直径来说相对较小，可以将其看作平面应力状态。将双向应变片的两个应变片分别沿风电机组的竖向和周向粘贴在塔筒筒体内壁上，测量两个方向的应变值，从而通过计算得出应变片粘贴部位的主应力值。

具体测试过程中采集到的各个应变片的应变数据，通过软件控制程序中的计算程序，将各个测点的主应力的大小自动计算出来，以直观图形方式实时显示。由于测点测得的应变数据曲线的变化具有一定的规律性，可以根据测试曲线、角速度测试曲线来考察不同外部载荷作用下风电机组的振动周期。

4、通过测量信号和数据远程实时传输、处理和显示系统，将测量得到的海面浪高、风速、风向、运输驳船横摇与纵摇运动、运输驳船的加速度、风电机组主承载结构的定点应力与变形数据，传输到计算机系统，通过软件进行统一处理后，以数值、曲线或颜色的形式直观的显示在计算机屏幕上。

5、根据测量结果，以风电机组主承载结构的主应力振动幅度作为考察运输驳船动态作用对风电机组产生安全影响的参量。根据海上风速、海浪参数、驳船的运动和加速度等因素的影响下，风电机组各测点应力值随时间不断变化的规律，可以识别出塔筒主承载结构及航船的安全状况。

6、通过对风电机组在海上整体运输过程中的安全状况进行实时监测，根据监测结果，来决定运输驳船的启航或停航，改变航向和改变航速等，直至安全到达目的地，具体的控制方案可以根据经验，也可以另行设计方案。

7、将风电机组整体1从运输驳船2的甲板上切割下来，将风电机组整体1直接吊装到预先制作的海上安装平台上，并安装固定。

Claims (2)

1.一种风电机组海上整体安全运输的方法，其包括以下步骤：

1)在陆地上将包含塔筒及内部电气设备的风电机组组装成一个风电机组整体；

2)将所述风电机组整体吊装到运输驳船的甲板上，并将其底部与所述甲板焊接固定成一体；

3)所述风电机组整体在海上运输过程中，在运输驳船的前方按常规方法设置一条测量船监测浪高、风速和风向，以为所述运输驳船的航行提供自然环境条件的参考数据；

4)在所述运输驳船上固定一陀螺运动仪，实时测量所述运输驳船的横摇角、纵摇角、横摇角加速度和纵摇角加速度数据；

5)在所述风电机组整体上部设置一加速度传感器，用于测量塔筒上部的横向加速度和纵向加速度；

6)在所述风电机组整体上部和中部应力集中处的圆周方向，分别设置有若干作为传感器的应变片，并将各应变片的固定导线及数据线分别与应变测试仪和电脑相连接，通过常规电测法获取各应变片处的载荷数据；

7)综合步骤3)～6)所获得的数据信息，对所述运输驳船的启航或停航、航向、航速进行控制，直至将所述风电机组整体运送到海上待安装部位；

8)将所述风电机组整体从所述甲板上切割下来，将所述风电机组整体吊装到到海上安装部位预先制作的基础上。

2.如权利要求1所述的一种风电机组海上整体安全运输的方法，其特征在于：在所述风电机组整体的下部应力集中处的圆周方向也设置有应变片，并将各应变片的固定导线及数据线分别与应变测试仪和电脑相连接，通过常规电测法获取各应变片处的载荷数据。

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