CN108755734B - 一种具有减振功能的海上风力发电机的基础结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有减振功能的海上风力发电机的基础结构，包括基础桩，基础桩为钢管桩，基础桩上部桩芯内固定有贮水水箱，贮水水箱为环形水箱，贮水水箱的侧壁为基础桩桩身管体，基础桩顶部或风电机塔筒上固定安装有变压器、蓄电池以及智能控制器，基础桩在海平面以下固定一水泵，水泵通过注水管与贮水水箱连接，水泵能将海水泵入贮水水箱，贮水水箱内安装有用于测量贮水水箱内水位的水箱水位高度检测器，基础桩上安装有用于检测基础桩晃动幅度的加速度传感器和声呐。本发明具有能减小海上风力发电机装置水平向振动、智能化程度高的优点。

Description

一种具有减振功能的海上风力发电机的基础结构

技术领域

本发明属于的海上风力发电机的技术领域，具体涉及一种具有减振功能的海上风力发电机的基础结构。

背景技术

风能是一种清洁的可再生绿色能源，开发效率高，经济性好，具有大规模开发条件和商业化前景，世界各国正在大力建设风电场，风力发电技术也得到了快速发展。风电场主要分为陆地风电场和海上风电场。陆地风电场起步较早，发展比较成熟，但存在严重的用地矛盾、噪声污染、优良场址已逐渐开发完毕等问题，风电场的开发正逐渐向海上转移。

由于海上多风浪，风浪会撼动海上风力发电机的基础结构，使风机水平向振动，当振动程度超过阈值，则会对风力发电机造成损伤，如果能对风力发电机的基础结构进行改进，使其能有效减小水平向振动，则能很好地提高风力发电机的稳定性，减少结构的疲劳，提高其使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能减小海上风力发电机装置水平向振动、智能化程度高的海上风力发电机的基础结构。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种具有减振功能的海上风力发电机的基础结构，包括基础桩，基础桩顶部安装用于支撑风力发电机的风电机塔筒，基础桩的下部插入海底地面以下，中部位于海水中，上部伸出至海平面以上，其中：基础桩为钢管桩，基础桩上部桩芯内固定有贮水水箱，贮水水箱为环形水箱，贮水水箱的侧壁为基础桩桩身管体，基础桩顶部或风电机塔筒上固定安装有变压器、蓄电池以及智能控制器，变压器与蓄电池连接，变压器与风力发电机连接并将风机部分电力储备进蓄电池，基础桩在海平面以下固定一水泵，水泵通过注水管与贮水水箱连接，水泵能将海水泵入贮水水箱，贮水水箱内安装有用于测量贮水水箱内水位的水箱水位高度检测器，基础桩上安装有用于检测基础桩晃动幅度的加速度传感器，蓄电池分别与智能控制器、水泵 、水箱水位高度检测器以及加速度传感器连接并为之供电，水箱水位高度检测器和加速度传感器均与智能控制器连接并能将检测信号传递至智能控制器，智能控制器通过水箱水位高度检测器的数据调节水泵运作，使贮水水箱内的水位保持在预定值上，智能控制器通过加速度传感器的数据测算基础桩晃动幅度，并在基础桩晃动幅度超出阈值时，通过无限信号向外发出报警信号。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的基础桩在海平面以下固定一网状挂篮，水泵放置在网状挂篮中固定。

上述的贮水水箱的数量为若干个，沿竖直方向固定在基础桩上部桩芯中，每个贮水水箱中均安装水箱水位高度检测器，基础桩在每个贮水水箱下部均固定一横向的钢梁，贮水水箱架在钢梁上固定，钢梁下部设置有斜撑，斜撑的下端与基础桩桩身固定，上端与钢梁下表面固定。

上述的贮水水箱底板为钢制底板，贮水水箱的侧壁内侧设钢制内壁，贮水水箱的内表面均涂覆耐腐蚀高分子材料涂层。

上述的注水管紧贴在基础桩桩身外侧布置，注水管为耐腐蚀软管，水泵位于水下1至2m的桩外侧，水泵为大功率防腐蚀水泵。

上述的基础桩在水下位置安装有声呐，与蓄电池连接，声呐能发出水下声波信号，监测船舶靠近距离，并将监测信号传给智能控制器，出现警情时，通过无限信号向外发出报警信号，防止船舶撞击。

上述的贮水水箱内设置有若干道竖向的能阻碍水体流动的网格板。

本发明的一种具有减振功能的海上风力发电机的基础结构，桩体顶部内部为贮水水箱，贮水水箱内可以由水泵泵入海水，当海上风浪、地震对海上风力发电机的基础结构进行晃动时，内部存储有海水的贮水水箱作为调频液体阻尼器使用，可以有效减小水平向振动作用。贮水水箱设置在桩芯中，利用桩壁作为贮水水箱的箱壁，使贮水水箱与基础桩融为一体，提高基础结构与贮水水箱的连接稳定性，同时还能降低贮水水箱的制作成本，一举两得。通过实验知晓，基础桩在海上风浪的作用下，桩顶部位是晃动幅度最大的部位，将贮水水箱设置在桩顶，可以使贮水水箱的阻尼效果最大化，本发明进一步设计了多水箱结构，使基础结构可以根据具体情况选择使用的水箱数量，优先使用最上方的水箱，下部水箱作为备用，可在风浪较大的时候再注水，提高风力发电机平台的稳定性和减振灵活度。贮水水箱内设置竖向网格板，能阻碍水体流动，增加贮水水箱的减振效率。

附图说明

图1是单贮水水箱的海上风力发电机基础结构的结构示意图；

图2是多贮水水箱的海上风力发电机基础结构的结构示意图；

图3是图2的A部结构放大图。

其中的附图标记为：基础桩1、风电机塔筒2、贮水水箱3、变压器4、蓄电池5、智能控制器6、网状挂篮7、水泵8、网格板9、水箱水位高度检测器10、加速度传感器11、钢梁12、斜撑13、声呐14。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

第一实施例：

本发明的一种具有减振功能的海上风力发电机的基础结构，包括基础桩1，基础桩1顶部安装用于支撑风力发电机的风电机塔筒2，基础桩1的下部插入海底地面以下，中部位于海水中，上部伸出至海平面以上，其中：基础桩1为钢管桩，基础桩1上部桩芯内固定有一个贮水水箱3，贮水水箱3为环形水箱，贮水水箱3的侧壁为基础桩1桩身管体，基础桩1顶部或风电机塔筒2上固定安装有变压器4、蓄电池5以及智能控制器6，变压器4与蓄电池5连接，变压器4与风力发电机连接并将风机部分电力储备进蓄电池5，基础桩1在海平面以下固定一水泵8，水泵8通过注水管与贮水水箱3连接，水泵8能将海水泵入贮水水箱3，贮水水箱3内安装有用于测量贮水水箱3内水位的水箱水位高度检测器10，基础桩1上安装有用于检测基础桩1晃动幅度的加速度传感器11，蓄电池5分别与智能控制器6、水泵8、水箱水位高度检测器10和加速度传感器11连接并为之供电，水箱水位高度检测器10和加速度传感器11均与智能控制器6连接并能将检测信号传递至智能控制器6，智能控制器6通过水箱水位高度检测器10的数据调节水泵8运作，使贮水水箱3内的水位保持在预定值上，智能控制器6 通过加速度传感器11的数据测算基础桩1晃动幅度，并在基础桩1晃动幅度超出阈值时，通过无限信号向外发出报警信号。

实施例中，基础桩1在海平面以下固定一网状挂篮7，水泵8放置在网状挂篮7中固定。

实施例中，贮水水箱3底板为钢制底板，贮水水箱3的侧壁内侧设钢制内壁，贮水水箱3的内表面均涂覆耐腐蚀高分子材料涂层。

实施例中，注水管紧贴在基础桩1桩身外侧布置，注水管为耐腐蚀软管，水泵8位于水下1至2m的桩外侧，水泵8为大功率防腐蚀水泵。

实施例中，贮水水箱3内设置有若干道竖向的能阻碍水体流动的网格板9。

第二实施例：

实施例中，贮水水箱3的数量为若干个，沿竖直方向固定在基础桩1上部桩芯中，每个贮水水箱3中均安装水箱水位高度检测器10，基础桩1在每个贮水水箱3下部均固定一横向的钢梁12，贮水水箱3架在钢梁12上固定，钢梁12下部设置有斜撑13，斜撑13的下端与基础桩1桩身固定，上端与钢梁12下表面固定，水泵8向贮水水箱3注水时，优先向靠上的贮水水箱3注水。

未述部分同第一实施例。

本发明用作海上风力发电机基础的桩，承受风机上部结构传来的荷载，桩上以贮水水箱减小水平向振动作用、并配有能源供给系统、智能控制系统、补水系统及预警系统。

当海上风浪或地震时，基础桩1水平晃动，贮水水箱内的水作为调频液体阻尼器存在。

基础桩1为圆形钢管桩，其尺寸可以改变，海底地面以下30~40m，海底地面以上20~40m，全长的桩长约为50~80m，桩直径为6~10m，壁厚为6-10cm。贮水水箱3为环形，是利用桩身管体，加钢制底板、内壁构成。为支撑水箱及水体重量，水箱底板下设有钢梁和斜撑。为了防止腐蚀，水箱内部采用高分子材料涂层。桩体配有能源供给系统，风力机发电电缆通过电流分配器及变压器4将一部分风力机的电能储备进蓄电池5中作为能源供给，给智能控制系统、补水系统及预警系统提供电能。智能控制器6可以选择单片机。智能控制系统能控制水箱水位，水箱内的水是可以通过水箱水位高度检测器10监测控制其高度。当水箱中水由于蒸发减少时，通过水箱水位高度检测器10将水位过低的信号传给信号控制处理器，智能控制器6控制水泵8工作，海水经过水泵8和水管补充进水箱。水管为耐腐蚀的软管，水管紧贴在桩身外侧布置，水管上部连入水箱内，下部与水泵相连。水泵用螺栓固定在桩侧并外包一个网状挂篮7，挂篮防止水体中杂物被吸入水泵，桩安装有声呐14、加速度传感器11、水箱内安装动水压力传感器，这些与智能控制器6组成预警系统。声呐14安装桩外侧海平面以下3~4m，可以发出水下声波信号，防止大型船只、海洋生物与之碰撞，一旦出现警情，可通过信号控制处理器，经网络（局域网、广域网）将警情自动传输到远程客户端上。根据动水压力传感器、加速度传感器11的监测数据，智能控制器6自动判断风、波浪、地震等荷载影响的大小，再自动发出危险等级信号，必要时提醒远程客户端控制海上风机停转。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种具有减振功能的海上风力发电机的基础结构，包括基础桩(1)，基础桩(1)顶部安装用于支撑风力发电机的风电机塔筒(2)，所述的基础桩(1)的下部插入海底地面以下，中部位于海水中，上部伸出至海平面以上，其特征是：所述的基础桩(1)为钢管桩，基础桩(1)上部桩芯内固定有贮水水箱(3)，所述的贮水水箱(3)为环形水箱，贮水水箱(3)的侧壁为基础桩(1)桩身管体，所述的基础桩(1)顶部或风电机塔筒(2)上固定安装有变压器(4)、蓄电池(5)以及智能控制器(6)，所述的变压器(4)与蓄电池(5)连接，所述的变压器(4)与风力发电机连接并将风机部分电力储备进蓄电池(5)，所述的基础桩(1)在海平面以下固定一水泵(8)，所述的水泵(8)通过注水管与贮水水箱(3)连接，所述的水泵(8)能将海水泵入贮水水箱(3)，所述的贮水水箱(3)内安装有用于测量贮水水箱(3)内水位的水箱水位高度检测器(10)，所述的基础桩(1)上安装有用于检测基础桩(1)晃动幅度的加速度传感器(11)，所述的蓄电池(5)分别与智能控制器(6)、水泵(8)、水箱水位高度检测器(10)以及加速度传感器(11)连接并为之供电，所述的水箱水位高度检测器(10)和加速度传感器(11)均与智能控制器(6)连接并能将检测信号传递至智能控制器(6)，所述的智能控制器(6)通过水箱水位高度检测器(10)的数据调节水泵(8)运作，使贮水水箱(3)内的水位保持在预定值上，所述的智能控制器(6)通过加速度传感器(11)的数据测算基础桩(1)晃动幅度，并在基础桩(1)晃动幅度超出阈值时，通过无限信号向外发出报警信号；所述的基础桩(1)在海平面以下固定一网状挂篮(7)，所述的水泵(8)放置在网状挂篮(7)中固定；所述的贮水水箱(3)的数量为若干个，沿竖直方向固定在基础桩(1)上部桩芯中，每个贮水水箱(3)中均安装水箱水位高度检测器(10)，基础桩(1)在每个贮水水箱(3)下部均固定一横向的钢梁(12)，所述的贮水水箱(3)架在钢梁(12)上固定，所述的钢梁(12)下部设置有斜撑(13)，所述的斜撑(13)的下端与基础桩(1)桩身固定，上端与钢梁(12)下表面固定；所述的贮水水箱(3)内设置有若干道竖向的能阻碍水体流动的网格板(9)。

2.根据权利要求1所述的一种具有减振功能的海上风力发电机的基础结构，其特征是：所述的贮水水箱(3)底板为钢制底板，贮水水箱(3)的侧壁内侧设钢制内壁，贮水水箱(3)的内表面均涂覆耐腐蚀高分子材料涂层。

3.根据权利要求2所述的一种具有减振功能的海上风力发电机的基础结构，其特征是：所述的注水管紧贴在基础桩(1)桩身外侧布置，注水管为耐腐蚀软管，所述的水泵(8)位于水下1至2m的桩外侧，水泵(8)为大功率防腐蚀水泵。

4.根据权利要求3所述的一种具有减振功能的海上风力发电机的基础结构，其特征是：所述的基础桩(1)在水下位置安装有声呐(14)，与蓄电池(5)连接，所述的声呐(14)能发出水下声波信号，监测船舶靠近距离，并将监测信号传给智能控制器(6)，出现警情时，通过无限信号向外发出报警信号，防止船舶撞击。

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