CN103517867B - 布置装置以及布置水下发电机的方法 - Google Patents

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Abstract

描述一种布置装置。该布置装置用于将水下发电机布置到设置在水体的床上的塔架，所述水下发电机具有来自设置在水体的表面上的布置船的发电主体，该布置装置包括：框架，包括一个或多个设置在所述框架的底部区域上的连接器，用于可释放地连接捕获物的连接器设置在所述发电主体的上部区域，在所述连接器与所述扣合装置（catch）接合的连接位置与所述连接器从所述扣合装置脱离的脱离位置之间可远程地操作所述连接器；以及一个或多个摄像机，设置在所述框架上，用于对所述水下发电机相对于所述塔架的位置的布置船提供视觉导航。还描述一种用于水下发电机的布置的方法。

Description

布置装置以及布置水下发电机的方法
技术领域
本发明总体上涉及用于布置水下发电机的装置，以及布置水下发电机的方法。
背景技术
水下发电机(powergenerator，动力发生器)将流动的洋流和水流的能量转化成可用的动力，通常是电力。发电机一般难以安装在有价值的地点，因为在那种有价值的地点处始终或者大多数时间都流动着强劲的洋流。
一般而言，水流产生的力是非常大的，使布置部件上的压力增大，并且因此增大了布置部件的重量。这妨碍着涡轮的布置和安装。
而且，在布置水下发电机时，其被设置在水面以下至少几十米处，这使得水下发电机的布置困难且成本高。当在这种布置中使用的大部分主要装备在水体的表面(水面)之上，远离水体的床(bed，水底)时，水下发电机相对于其它发电机部件、以及相对于所处的潮汐流的精确的设置和定位是较困难的。
本发明提供一种对公知的布置装置和方法的可用的替代方案。
在本说明书中，当引用或讨论文献、法案或知识的项目时，这种引用和讨论并非是承认该文件、法案或知识的条款或其任何结合在优先权日为：
(a)公知常识的部分；或者
(b)被知晓为与用以解决本说明书涉及的任何问题的尝试有关。
发明内容
根据本发明的第一方案，提供一种将具有发电主体的水下发电机从位于水体的表面上的布置船布置到水体的床上的塔架的布置装置，该布置装置包括：
框架，包括设置在该框架的底部区域上的一个或多个连接器，该连接器用于可释放地连接到设置在该发电主体的上部区域的扣合装置，该连接器能够在该连接器和该扣合装置接合的连接位置与该连接器从该扣合装置脱离的脱离位置之间远程地操作；以及
一个或多个摄像机，设置在该框架上，用于基于水下发电机相对于塔架的位置对布置船提供视觉导航。
优选地，该框架包括多个结构元件，这些结构元件呈彼此相对并且彼此分隔开的梃和横档的形式，以形成梯形框架，以便于该发电主体的定位。
优选地，该框架包括引导件，这些引导件设置在该框架上，用以在使用中接纳连接到该塔架的底部区域的引导缆线，使得在使用中该框架可被该引导缆线下放到选定的位置中。优选地，该引导件包括一个或多个孔，该引导缆线在使用时穿过这些孔延伸。
优选地，该连接器是承重的。优选地，该连接器包括可接纳在该扣合装置中的连接器销。优选地，该扣合装置包括吊环。优选地，当该连接器销处于连接的位置时，该连接器销或者每个连接器销从设置在框架上的第一眼板通过发电主体的上部区域上的中间扣合眼板，延伸到设置在与第一眼板间隔开的位置处的框架上的第二眼板。
优选地，该连接器销由液压流体驱动，该液压流体处于从水体的表面上的布置船延伸到框架的液压管线传递的压力作用下。优选地，该框架包括歧管，用以将液压流体分配到该框架的多个部分。
优选地，该框架包括热穿刺(hotstab)连接，用以将液压管线连接到发电主体，使得布置船可对水下发电机上的其它设备(例如，液压回路)供能，这样将便于使湿配合装置伸展和撤回，从而在发电主体与岸上的电网之间连接多个电气设备。
优选地，在发电主体上设有多个摄像机，并且这些摄像机由沿着液压管线运转的电气设备供电，并且通过框架上的热穿刺和发电主体连接。这些摄像机将从其它角度提供其它视觉信息。
优选地，该框架包括对齐装置，用以在发电主体的回收期间将框架与发电主体对齐。在一个优选的形式中，该对齐装置在框架上包括至少一个大体圆锥形的接收部，用以接纳该发电主体上的凸台。备选的实施例可包括相反的布局，其中凸台位于框架上，并且大体圆锥形的接收部位于发电主体上。优选地，该对齐装置包括设置在框架的中心区域的单个大体圆锥形的接收部，虽然可设想到两个接收部，并且每个接收部可设置在框架的相对端也是可行的。在使用中，作为将发电主体从水体的床回收中的第一步骤，在框架再次附连到发电主体期间，该对齐装置使连接器与接收部快速且精确地对齐。该对齐装置还有助于与热穿刺精确地连接。优选地，对齐装置被设置在框架的上部。
优选地，设置剪切销，其用于由更弱的材料构成，或者借助具有弱化的区域而以比锁定销更低的剪切力在使用中被剪切。在使用中，可将剪切销而非锁定销插入眼板。因此，如果不能将锁定销从其眼板撤回，则将剪切销推入到眼板中，随后将框架向上牵来以将其从发电机上拉开。在该拉开过程中，剪切销要被彻底破坏，使框架被回收但将发电机保持在塔架上。
优选地，该框架包括停放部，用以停放水下机器人(ROVs，远程操纵车)。
优选地，该框架包括旋转装置，以便于框架的一部分相对于另一部分绕竖直轴线旋转。优选地，该旋转装置包括连接到框架眼板的一个或多个定位缆线。
优选地，上述一个或多个摄像机是录像机。
上述一个或多个摄像机(优选地为录像机)可设置在上述横档的面向外的部分上，以便于获得发电主体及其所接近的塔架的广阔的视野。优选地，这些摄像机借助从布置船延伸到框架的电缆电连接到布置船，以便于将影像传递到布置船。
根据本发明的第二方案，提供一种将水下发电机从布置船布置到塔架的方法，该方法包括以下步骤：
将根据本发明的第一方案的布置装置的框架的下部区域可释放地连接到发电主体的上部区域；
将框架和发电主体下放到水下发电主体支撑件上；
传送发电主体和塔架的相对定位的影像，以提供下放步骤的进展的反馈；
从发电主体远程释放框架。
根据本发明的另一方案，提供一种将水下发电机从布置船布置到塔架的方法，该方法包括以下步骤：
将框架的下部区域可释放地连接到发电主体的上部区域；
将框架和发电主体下放到到水下发电主体支撑件上；
传送发电主体和塔架的相对定位的影像，以提供下放步骤的进展的反馈；
从发电主体远程释放框架。
优选地，该布置船包括动态定位系统，该动态定位系统有助于精确定位该布置船而不需使用锚。
优选地，该布置船包括起重机，用以下放框架和发电主体。优选地，该方法包括借助起重机下放框架和发电主体的步骤。优选地，该起重机包括回转特征，使得起重机能够沿着动态定位的船的甲板回转，以改变发电主体相对于塔架的定位。
附图说明
为有助于理解，现在将参照附图进一步解释和阐示本发明的优选实施例，在附图中：
图1是发电机主体和支撑结构的侧视图，该图示出在将发电机主体布置到支撑结构塔架上的安装位置期间的两个结构的布局；
图2是涡轮和穿刺连接器的端视图，该涡轮要恰好在主体和支撑结构塔架处于配合位置之前布置在该穿刺连接器上；
图3是结合有缆线引导线路、导线及提升缆线的根据本发明一优选实施例的安装框架的侧视图；
图4是同样示出结合的缆线引导线路、导线及提升缆线的图3的安装框架的平面图；
图5是从上方以及一侧观察的具有结合的缆线引导线路、导线及提升缆线的图3的安装框架的轴测图；
图6是图3的安装框架及用于连接提升缆线和其它辅助设备的连接点的另一轴测图；
图7是与图3的安装框架结合的机械锁机构的细部正视图，该锁被示出为处于锁定位置；
图8是与图7的机械锁机构的细部正视图，该锁被示出为处于非锁定位置；
图9是增设的用于将发电机主体锁定到支撑塔架的锁的示意性端视图，该锁被示出为处于锁定位置；
图10是图9的增设的锁的示意性的端视图，该锁被示出为处于非锁定位置；
图11是根据本发明的另一优选实施例的布置装置的轴测图；
图12是图11的布置装置的平面图；
图13是热穿刺系统的细部轴测图，该热穿刺系统设置在布置框架上，用于将布置船的液压与水下发电机的液压设备连接；以及
图14是水下发电机上的湿配合系统的侧视图，示出了由布置船的液压系统一起驱动的配合系统的多个组成部件。该船将液压能提供给框架歧管，该框架歧管随后将发电机的电力系统与岸上的电网配合。
具体实施方式
参照附图，其示出用于布置具有发电主体1的水下发电机的布置装置50。在被布置时，发电主体1设置在塔架12上，该塔架本身设置在水体的床上。发电主体1呈密封的机舱51的形式，该机舱51容置例如转子、轴、轴承、变速箱、发电机、变速驱动(VSD)、监视装备、传感器以及变流器/换流器之类的发电装备。布置装置50包括框架6，框架6适合于可释放地连接到发电主体1，并且为此目的，框架6包括一个或多个连接器60，用以可释放地连接到发电主体1。
连接器60设置在框架的底部区域75上，并且在借助连接到液压管线16和歧管93的液压活塞而在接合位置与脱离位置之间可远程地操作，该液压管线16从布置船延伸到框架6，该歧管93将液压流体分配到活塞(ram)和连接器60。连接器60由不锈钢或其它坚固、耐用且防锈的材料建造，并且是承重的，从而在使用中，当连接器销15处于接合位置时，这些连接器在布置或回收期间支撑发电主体1的载荷。
发电主体1包括其顶面上的提升眼板89，在采用连接时，连接器60连接到其上。也就是，连接销15以下文描述的方式延伸穿过眼板66并穿过眼板89。
因此，连接器60呈锁65的形式，其在使用中处于脱离位置(图8)和接合位置(图7)。锁65包括可接纳在接收部66中的多个连接器销15。接收部66包括提升眼板67。当销15处于接合位置时，连接器销15或每个连接器销15从设置在框架6上的第一眼板68通过发电主体的上部区域上的提升眼板89延伸到设置在与第一眼板68隔开的位置处的框架6上的第二眼板69。以此方式，销15在布置或回收(下放或提升)期间以受剪切方式支撑发电主体1的载荷。
连接器销15借助液压活塞伸展和撤回，该液压活塞由处于来自液压管线16的压力作用下的液压流体驱动，液压管线16从位于水体(未示出)的表面上的布置船(未示出)延伸出。
设置有剪切销99，其由尼龙构成，从而其在受剪切时比连接器销15更弱。在使用中，如果连接器销15由于某种原因在适当的地方被卡住，则借助处于液压动力作用下的液压活塞将剪切销99从连接器销15端部通过眼板67插入，以将连接器销15推出接收部66。然后，框架6被布置船提升，并且剪切销99被彻底破坏，使框架6能够从机舱51被扯开，并且在另一布置或回收之中使用。然后，更换剪切销99，由此能够看出，这是比更换整个框架6更便宜的选择，并且节省了更多的时间。
框架6包括彼此相对且间隔开的呈梃(stile)和横档(梯子)41、42的形式的多个结构元件40，以形成梯式框架。由于在横档41、42的端部(大体上在框架6的角部)连接到框架6的定位缆线10能够更容易地将框架6旋转并平移到选定的有角的及平移的位置，因此梯子框架的布置型式有助于发电主体1的提升和定位。
框架6包括眼板70，眼板70适合于连接到提升(布置和回收)缆线7。眼板70接纳设置在缆线7的端部处的钩环71。眼板70在梃41上彼此隔开以便于定位发电主体1的缆线。
框架6包括引导件90，以借助一个或多个引导缆线9接收和协助引导。引导件90包括一个或多个孔91，在使用时引导缆线9穿过这些孔91延伸。
框架6包括停放部14，用于停放水下机器人或者ROVs(未示出)。还设置有热穿刺98，使得ROV可借助其而停放，并且因此控制销15和剪切销99的伸展和撤回，并且控制发电主体51上的其它功能及其相关的系统，如框架能够控制的湿配合电气设备(图14)，包括控制伸展和撤回(电缆与岸上的配合和分离)。
框架6可包括用以使框架的一部分相对于另一部分绕竖直轴线旋转的旋转装置。在所示的布局中，为此目的而设置连接到框架眼板70的定位缆线10。
框架6包括对齐装置88，对齐装置88包括大体圆锥形的接收部87，接收部87被支撑在框架6上的介于梃与横档41、42之间的中心位置处。该对齐装置适合于接纳机舱51的顶表面上的凸台(未示出)，使得眼板66与眼板89对齐，并使连接器销15容易地穿过眼板66并容易地连接到机舱51的顶部。可以看到的是，当框架被下放到发电主体时，该装置在回收期间是特别有用的。
所示的框架6包括主致动系统，该主致动系统可被致动以旋转框架和/或伸展和撤回销15。此外，该主致动系统为液压型并由软管16致动和控制，并且从水面上的布置船或者靠近框架的水下机器人处被致动。该致动系统还包括：热穿刺停放部97，附接到液压系统；以及歧管，与用于电气设备的湿配合系统(图14)以及用于将产生的电力传输到岸上的电网的缆线相结合。在取回/回收期间，热穿刺停放部97有利地使用于发电机上的电气设备的湿配合系统能够撤回。
该布置船是动态定位船，包括GPS和复杂的定位系统，其利用多种推进器控制，以便无论水流如何均能保持在选定的地理位置。此外，起重机能够沿着动态定位船的甲板回转以及旋转，使得发电主体1能够相对于塔架12进行较小的定位调节。
为了进行布置，框架6由穿过眼板66并进入锁定眼板69的连接器销15连接到水下发电机主体。因此，框架6可释放地连接到发电主体1，在发电主体悬挂在销15上时该发电主体的重量由销15承受。框架6还被连接到热穿刺97，进而连接到湿配合系统72。然后，借助缆线7下放框架，当然也可借助臂下放该框架。设置在ROV或框架上的可视化装置或声呐装置或者布置臂协助将发电主体1定位到塔架12的头部5上。在此，摄像机96和95设置在框架上并位于阶梯横档42的向外的面上，以增大摄像机提供的视野。设置在液压缆线16旁边的电缆将影像传输给布置船的甲板上的操作员。如果发电主体1相对于塔架12偏离目标，那么操作员将通过屏幕看到差异，并且因此借助缆线10，或者通过将起重机沿着布置船的甲板回转，或者前进或后撤布置船自身的位置来调整位置。在发电主体1上还设有摄像机94，使得在对齐期间其它角度也可被利用。通过热穿刺97以及在液压管线16旁边延伸的管线，可以连接到这些摄像机。
缆线10使框架便于绕竖直轴线旋转，用于使发电主体1相对于环境的洋流精确定位。然后，液压系统远程地使穿刺72延伸，使得发电主体被连接到海岸，因此其能够将电力传递到电网。然后，布置船上的操作员使框架6将连接器销释放到脱离位置，并且框架6从发电主体1被释放以被牵引到在水面上等待的布置船。
将框架6沿着引导缆线9布置(该引导缆线9的下端处连接到支撑结构12、13)也是可行的。为了将缆线附接到该下端，布置ROV并随后使缆线绷紧。支撑结构一般重约1200吨，因此其形成固态底部。这种缆线布置类型能够在某些环境中有利于进行布置，并且能够减小对可视化定位或声呐定位的需求。在使用中，引导缆线9借助复杂的锚固点被固定到塔架12的底部，该锚固点在受到选定的额定力时简单地释放。因此，缆线9直有克服了力才会简单地撤回，使得支撑结构12上的锚固点简单地释放。
在发电主体1上设有多个增设的锁18，以使发电主体1与塔架12的头部或穿刺5之间便于进行连接。在图9中这些锁被示出为处于锁定位置。在一些(使用热穿刺97的)实施例中的框架6能够致动和/或释放这些增设的锁18。在图10所示的实施例中，框架6被示出为致动这些锁，使这些锁移动到非锁定位置，以便移除发电主体1。
在布置期间，如果液压锁无法通过来自布置或回收船的指令来打开，则可布置ROV并借助框架将其停放，并且通过借助框架停放在停放部14和穿刺98处并与液压系统配合来操作液压锁。或者，布置船能够发送指令以使尼龙或弱化的剪切销99从连接销15的端部穿过眼板66，使得剪切销可被容易地剪断，以将框架6从机舱51扯下。因此，有利的是在释放系统中内置三个冗余度。
通过反向执行以上过程，能够实现发电主体1的取回。在取回中，发电主体1沿箭头3的方向行进，而在布置中，发电主体1沿箭头2的方向行进。因此，框架6在低潮汐流期间被下放，摄像机显示框架相对于发电主体的对齐情况。对齐装置88有助于精确连接到发电主体。热穿刺97连接，随后撤回穿刺72，然后操作员使销15穿过眼板89和框架眼板66，然后将缆线7向上牵引到水体的表面。
当在该描述和权利要求书中使用词语“包括”以及词语“包括”的多种形式时，并非是限制所请求保护的发明而排除任何变型或附加物。
对本发明的修改和改进对于本领域技术人员将是显而易见的。这样的修改和改进理应落入本发明的范围内。

Claims (22)

1.一种将具有发电主体的水下发电机从位于水体的表面上的布置船布置到设置在该水体的床上的塔架上的布置装置，该布置装置包括：
框架，该框架在使用中设置在大体水平的平面上，并包括在所述平面上的间隔开的多个结构元件以及设置在所述框架的底部区域上的一个或多个连接器，所述连接器用于可释放地连接到设置在所述发电主体的上部区域的扣合装置，所述连接器能够在所述连接器和所述扣合装置接合的连接位置与所述连接器从所述扣合装置脱离的脱离位置之间远程地操作；以及
一个或多个摄像机，设置在所述框架上，用于基于所述水下发电机相对于所述塔架的位置对布置船提供视觉导航。
2.根据权利要求1所述的布置装置，其中所述框架包括多个结构元件，所述结构元件呈彼此相对并且彼此分隔开的梃和横档的形式，以形成梯形框架，以便于该发电主体借助定位缆线的定位。
3.根据权利要求1所述的布置装置，其中所述框架包括引导件，所述引导件设置在所述框架上，用以在使用中接纳连接到所述塔架的底部区域的引导缆线，使得在使用中该框架可被该引导缆线下放到选定的位置。
4.根据权利要求3所述的布置装置，其中所述引导件包括一个或多个孔，所述引导缆线在使用时穿过所述孔延伸。
5.根据权利要求1所述的布置装置，其中所述连接器包括能够接纳在所述扣合装置中的多个承载的连接器销。
6.根据权利要求1所述的布置装置，其中所述扣合装置包括提升眼板。
7.根据权利要求5所述的布置装置，其中当所述连接器销处于连接的位置时，每个所述连接器销从设置在所述框架上的第一眼板延伸到设置在框架上的与所述第一眼板隔开的位置处的第二眼板。
8.根据权利要求5所述的布置装置，其中所述连接器销由液压流体驱动，所述液压流体处于从所述水体的表面上的布置船延伸到所述框架的液压管线传递的压力作用下。
9.根据权利要求8所述的布置装置，其中所述框架包括歧管，用以将所述液压流体分配到所述框架的各个部分。
10.根据权利要求8所述的布置装置，其中所述框架包括热穿刺连接，用以将所述液压管线连接到所述发电主体，使得所述布置船可对水下发电机上的其它设备供能。
11.根据权利要求10所述的布置装置，其中所述其它设备包括液压回路，所述液压回路使湿配合装置便于伸展和撤回，从而在所述发电主体与岸上的电网之间连接多个电气设备。
12.根据权利要求10所述的布置装置，其中所述其它设备包括电力系统，用以连接设置在所述发电主体上的摄像机并对其供电。
13.根据权利要求1所述的布置装置，其中所述框架包括对齐装置，用以在所述发电主体的回收期间将所述框架与该发电主体对齐，所述对齐装置在所述框架上包括至少一个大体圆锥形的接收部，以接纳所述发电主体上的凸台。
14.根据权利要求13所述的布置装置，其中所述大体圆锥形的接收部设置在所述框架的中心区域。
15.根据权利要求7所述的布置装置，其中可借助多个剪切销将所述连接器销从其接合位置排出，其中在使用中，所述剪切销而非锁定销通过所述第一眼板和第二眼板被插入。
16.根据权利要求1所述的布置装置，其中所述框架包括停放部，用以停放能潜入水中的水下机器人(ROVs)。
17.根据权利要求1所述的布置装置，其中所述一个或多个摄像机是录像机。
18.根据权利要求2所述的布置装置，其中所述一个或多个摄像机是录像机，并且设置在所述横档的面向外的部分上，以便于获得所述发电主体的更广阔的视野。
19.根据权利要求1所述的布置装置，其中所述一个或多个摄像机由电缆电连接到所述布置船，所述电缆从所述布置船延伸到所述框架，以便于将影像发送到所述布置船。
20.一种将水下发电机从布置船布置到设置在水体的床上的塔架的方法，该方法包括以下步骤：
将根据权利要求1所述的布置装置的框架的下部区域可释放地连接到发电主体的上部区域；
将所述框架和所述发电主体下放到所述塔架上；
传送所述发电主体和所述塔架的相对定位的影像，以提供下放步骤的进展的反馈；
从所述发电主体远程释放所述框架。
21.根据权利要求20所述的方法，包括以下步骤：通过使用带GPS的动态定位系统将所述布置船保持在选定的位置，以便于精确定位所述布置船而不使用锚。
22.根据权利要求20所述的方法，包括以下步骤：使起重机沿着动态定位的所述布置船的甲板回转，以改变所述发电主体相对于所述塔架的定位。
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