CN109868848B - 一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备 - Google Patents

Abstract

一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备，架设于海上的风力发电机包括自海底延伸出海面的塔筒基础，竖直筒状的塔筒基础自下至上依次穿过海洋的海泥区、全浸区、潮差区、浪溅区，直至出入大气区；检测设备包括套装于浪溅区塔筒基础外周的环状平台，环状平台经升降装置安装于塔筒基础上；环状平台上设有多个防水处理的摄像头，各摄像头的镜头朝向处于浪溅区的塔筒基础，以在升降装置驱动环状平台上下移动过程中对处于浪溅区的塔筒基础的外壁面进行图像拍摄。通过上述设置，以使环状平台被升降装置带动而在浪潮区进行相应升降位移，实现环状平台上所设摄像头对浪潮区的塔筒基础进行全面拍摄，准确获取浪潮区塔筒基础腐蚀检测信息的目的。

Description

一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备

技术领域

本发明涉及一种安装于海上的风力发电设备，尤其涉及一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备。

背景技术

在当前煤炭、石油等化石能源资源日益匮乏，温室气体排放威胁人类生存环境的严峻形势下，风能作为自然界中能够不断再生、可持续利用的绿色能源资源，以其蕴藏量巨大、分布广泛、无污染等优势，越来越受到世界各国的重视。自1991 年世界首座海上风电场在丹麦建成以来 , 海上风电已经成为世界可再生能源发展的重点领域。经过 20 多年的发展，海上风电技术日趋成熟，已进入大规模开发阶段。到 2014 年底，欧洲 11 个国家共建设了 84 个海上风电场，总装机容量11,027MW。我国 2010 年并网发电的东海大桥100MW 海上风电场是亚洲第一个大型海上风电项目，到 2013年底我国海上风电总装机容量达到 428.58MW。据报道，我国可开发和利用的陆地上风能储量 2.53 亿千瓦，近海可开发和利用的风能储量有 7.5 亿千瓦，海上风能储量远远大于陆地，有广阔的发展空间。同时，我国东部沿海地区经济发达，能源紧缺，开发丰富的海上风能资源将有效改善能源供应结构。因此，尽管我国海上风电起步较晚，但发展潜力巨大。

与陆上风电相比，海上风电所处环境更为复杂，海洋大气区高湿度、高盐雾、长日照，浪花飞溅区干湿交替，水下区海水浸泡、生物附着等，腐蚀环境非常苛刻，对海上风电设备的腐蚀防护提出了严峻挑战，同时海上风电由于其特殊的地理环境和技术要求，维修费用极高。因此，海洋腐蚀不但给海上风电机组带来巨大安全隐患，缩短机组运营寿命，也大大增加了风电的建设投资和运行维护成本。防腐蚀是海上风电必须考虑的突出问题， 防腐蚀设计成为海上风电场设计的重要环节之一。

水下基础从材料角度主要有钢结构基础和钢筋混凝土结构基础；从结构形式分主要有重力式基础、单桩基础、群桩基础、导管架基础、吸力式筒形基础等固定式基础和漂浮式基础等。现有技术中的风力发电机所采用的单桩塔筒基础主要是由钢材塔筒外刷防腐涂料构成，但由于海上风电机组设计寿命均为25年以上，在海上恶劣的环境中，防腐涂料难免脱落，钢结构裸露在腐蚀性强的海水和海洋大气中，损害海上风电机组结构基础的寿命，甚至会造成严重的安全事故，因此对海上风电基础的结构进行腐蚀检测显得尤为重要。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术的不足，提供一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备，以实现对海上风力发电机的浪溅区塔筒基础腐蚀情况进行精准检测的目的。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备，架设于海上的风力发电机包括自海底延伸出海面的塔筒基础，竖直筒状的塔筒基础自下至上依次穿过海洋的海泥区、全浸区、潮差区、浪溅区，直至出入大气区；检测设备包括套装于浪溅区塔筒基础外周的环状平台，环状平台经升降装置安装于塔筒基础上；环状平台上设有多个防水处理的摄像头，各摄像头的镜头朝向处于浪溅区的塔筒基础，以在升降装置驱动环状平台上下移动过程中对处于浪溅区的塔筒基础的外壁面进行图像拍摄。

进一步，升降装置包括安装于塔筒基础上的驱动电机，驱动电机的旋转端与拉升绳的一端相连接，拉升绳的另一端与环状平台相固定连接；

优选的，多个驱动电机分别经对应的拉升绳与环状平台相连接，各拉升绳的端部与环状平台的连接处相对环状平台等间隔角度的均布排列。

进一步，升降装置还包括沿塔筒基础外壁竖直设置的导轨，环状平台上设有供导轨穿过的对应凹槽，以使环状平台沿导轨轴向升降、避免环状平台产生倾斜；

优选的，塔筒基础外壁上设有多条竖直延伸的导轨，各导轨相对塔筒基础轴线等间隔角度的排布，导轨的上下端与浪溅区的顶部和底部分别相对应平齐设置。

进一步，导轨外侧设有凹槽，所述凹槽沿导轨轴向延伸，所述拉升绳埋设于导轨上所设的凹槽内。

进一步，塔筒基础的外壁上还设有凸出设置的、内部构成环形腔室的收纳清洗仓，所述收纳清洗仓设于浪溅区顶部的塔筒基础处，收纳清洗仓为下端开口，以供环状平台升入其内部腔室进行收纳；所述收纳清洗仓内还设有对摄像头进行清洗的清洗设备；

优选的，驱动电机固定安装于收纳清洗仓的顶部、或与塔筒基础相固定连接，拉升绳穿过收纳清洗仓并与环状平台相固定连接。

进一步，环状平台上安装有获取环状平台与海水面之间相对距离的距离传感器。

进一步，环状平台上等间隔角度的排布有多个摄像头，各摄像头的镜头轴线沿与环状平台相平行的平面延伸设置，以对处于潮差区的塔筒基础外壁面进行多角度图像采集；

优选的，各摄像头的镜头轴线处于同一水平面中。

进一步，各摄像头上分别集成有通信组件，通信组件与风力发电机塔筒内所安装的控制器相远程匹配连接，以将摄像头采集的图像信息收集至控制器、并将控制器下发的控制指令传输至摄像头。

进一步，控制器与环状平台上所设距离传感器经通信组件相匹配连接，以使控制器获取距离传感器的检测信号；控制器依据所获取的检测信号进行分析判断以得出环状平台与海面相接触的时间节点，并在对应时间节点向驱动电机发送停止下降指令，使环状平台下落至海面高度后向上返回至收纳清洗仓；

优选的，在距离传感器检测到环状平台与海面相接触时，控制器向驱动电机发送停止下降指令，同时控制器向摄像头发送停止拍摄指令。

进一步，海岸上设有整个海上风电场的控制服务器，海上各风力发电机的塔筒内分别设有控制器，各控制器分别经通信电缆与控制服务器相连接，以使控制器与控制服务器之间可进行双向数据传输。

本发明与现有技术相比具有如下显著技术进步：

通过上述设置，以使环状平台被升降装置带动而在浪潮区进行相应升降位移，实现环状平台上所设摄像头对浪潮区的塔筒基础进行全面拍摄，进而达到准确获取处于浪潮区的塔筒基础腐蚀检测信息的目的。

同时，本发明结构简单，方法简洁，效果显著，适宜推广使用。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

图1：本发明实施例中处于海水中的塔筒基础高度分部示意图；

图2：本发明实施例中海上风电单桩基础潮差区腐蚀在线检测设备的结构示意图；

图3：本发明实施例中海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备的结构示意图；

图4：本发明实施例中控制组件之间的连接示意框图。

主要原件说明：1—塔筒基础，2—浮标，3—摄像头，4—安装座，5—限位挡板，6—环状平台，7—导轨，8—收纳清洗仓,9—清洗装置，10—驱动电机，11—拉升绳，12—距离传感器，13—加速度传感器,14—控制器，15—通信组件，16—控制服务器。

具体实施方式

实施例一

如图1和图2所示，本实施例中介绍了一种海上风电单桩基础潮差区腐蚀在线检测设备，架设于海上的风力发电机包括自海底延伸出海面的塔筒基础1，竖直筒状的塔筒基础1自下至上依次穿过海洋的海泥区、全浸区、潮差区、浪溅区，直至出入大气区；检测设备包括套装于潮差区塔筒基础1外周的浮标2，浮标2上设有多个防水处理的摄像头3，各摄像头3的镜头朝向处于潮差区的塔筒基础1，以对浸没于潮差区的塔筒基础1的外壁面进行图像拍摄。

通过上述设置，以使浮标随海面涨跌潮而在潮差区进行对应升降位移，实现浮标上所设摄像头对潮差区的塔筒基础进行全面拍摄，进而达到准确获取处于潮差区的塔筒基础腐蚀检测信息的目的。

本实施例中，所述浮标2呈环状，环状浮标2的内径大于处于潮差区的塔筒基础1的外周直径，以实现浮标2随潮水涨落而上下浮动、且在浮动过程中与塔筒基础1外壁不会产生相对干涉。

本实施例中，环状浮标2上等间隔角度的排布有多个摄像头3，各摄像头3的镜头轴线沿与浮标2相平行的平面延伸设置，以对处于潮差区的塔筒基础1外壁面进行多角度图像采集；优选的，各摄像头3的镜头轴线处于同一水平面中。

本实施例中，浮标2上设有多个等间隔角度设置的安装座4，各安装座4的上表面均为一安装平面，各安装平面处于同一水平面中，各安装平面上分别对应安装有一摄像头3。

本实施例中，塔筒基础1上设有向外径向凸出的限位挡板5，限位挡板5与潮差区的最高处向平齐设置，以阻挡浮标2被浪潮波动至超出潮差区范围。通过在塔筒基础的潮差区最高处设置限位挡板，使得漂浮于海水表面的浮标不会随浪潮而波动至浪溅区，令浮标被限位挡板限制于浪潮区，达到对处于浪潮区的塔筒基础腐蚀状态进行对应检测的目的。

本实施例中，所述限位挡板5为塔筒基础1外壁面上凸出的一圈挡筋，限位挡板5的外径大于环形浮标2的内径，以限制浮标2上浮超过限位挡板5的高度。

优选的，本实施例中，各摄像头3与浮标2内周分别相距一定间距，限位挡板5的外周半径与浮标2的内周半径之差小于摄像头3与浮标2内周之间的间距，以防止摄像头3与限位挡板5之间产生碰撞。

本实施例中，浮标2上还设有加速度传感器13，以对浮标2所处区域的海浪进行实时监测，进而获知浮标2的运动状态，以在海水表面较为平静、浮标处于水平位置时，控制摄像头3对塔筒基础1进行对应拍摄，以准确、全面的获知相应高度处塔筒基础1的外壁腐蚀图片。

本实施例中，各摄像头3上分别集成有通信组件15，通信组件与风力发电机塔筒内所安装的控制器14相远程匹配连接，以将摄像头3采集的图像信息收集至控制器14、并将控制器14下发的控制指令传输至摄像头3。

如图4所示，本实施例中，控制器14与浮标2上所设加速度传感器13经通信组件15相匹配连接，以使控制器14获取加速度传感器13的检测信号；控制器14依据所获取的检测信号进行分析判断以得出合适的拍摄时间节点，并在合适的拍摄时间节点经通信组件15向各摄像头3发送拍摄指令，使各摄像头3对处于潮差区的塔筒基础1进行拍照。优选的，在浮标2上所设加速度传感器13的加速度检测值为0时，控制器14向摄像头3发送拍摄指令，以获取相应高度处的塔筒基础1腐蚀图片信息。

实施例二

如图1和图3所示，本实施例中介绍了一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备，架设于海上的风力发电机包括自海底延伸出海面的塔筒基础1，竖直筒状的塔筒基础1自下至上依次穿过海洋的海泥区、全浸区、潮差区、浪溅区，直至出入大气区；检测设备包括套装于浪溅区塔筒基础1外周的环状平台6，环状平台6经升降装置安装于塔筒基础1上；环状平台6上设有多个防水处理的摄像头3，各摄像头3的镜头朝向处于浪溅区的塔筒基础1，以在升降装置驱动环状平台6上下移动过程中对处于浪溅区的塔筒基础1的外壁面进行图像拍摄。

通过上述设置，以使环状平台被升降装置带动而在浪潮区进行相应升降位移，实现环状平台上所设摄像头对浪潮区的塔筒基础进行全面拍摄，进而达到准确获取处于浪潮区的塔筒基础腐蚀检测信息的目的。

本实施例中，升降装置包括安装于塔筒基础1上的驱动电机10，驱动电机10的旋转端与拉升绳11的一端相连接，拉升绳11的另一端与环状平台6相固定连接；优选的，多个驱动电机10分别经对应的拉升绳11与环状平台6相连接，各拉升绳11的端部与环状平台6的连接处相对环状平台6等间隔角度的均布排列。

本实施例中，升降装置还包括沿塔筒基础外壁竖直设置的导轨7，环状平台6上设有供导轨7穿过的对应凹槽，以使环状平台6沿导轨7轴向升降、避免环状平台6产生倾斜；优选的，塔筒基础1外壁上设有多条竖直延伸的导轨7，各导轨7相对塔筒基础1轴线等间隔角度的排布，导轨7的上下端与浪溅区的顶部和底部分别相对应平齐设置。

本实施例中，导轨7外侧设有凹槽，所述凹槽沿导轨7轴向延伸，所述拉升绳11埋设于导轨7上所设的凹槽内。通过将拉升绳对应埋设与凹槽内部，可有效防止拉升绳与溅射的海水相接触，进而有效避免拉升绳被海水腐蚀、显著延长了升降装置的寿命。

本实施例中，塔筒基础1的外壁上还设有凸出设置的、内部构成环形腔室的收纳清洗仓8，所述收纳清洗仓8设于浪溅区顶部的塔筒基础1处，收纳清洗仓8为下端开口，以供环状平台6升入其内部腔室进行收纳；所述收纳清洗仓8内还设有对摄像头3进行清洗的清洗设备9。本实施例中，所述的清洗设备9可以为现有技术中任一可对摄像头3进行清洁的设备，例如：超声波清洗探头、清水喷洗器等。

优选的，本实施例中，驱动电机10固定安装于收纳清洗仓8的顶部、或与塔筒基础1相固定连接，拉升绳11穿过收纳清洗仓8并与环状平台6相固定连接。

本实施例中，环状平台6上安装有获取环状平台6与海水面之间相对距离的距离传感器12。通过加装距离传感器，以对环状平台与海水面之间的距离进行精确测量，进而防止了环状平台浸没入海水中情况的发生，有效延长了摄像头的使用寿命、降低了故障率。

本实施例中，环状平台6上等间隔角度的排布有多个摄像头3，各摄像头3的镜头轴线沿与环状平台6相平行的平面延伸设置，以对处于潮差区的塔筒基础1外壁面进行多角度图像采集；优选的，各摄像头3的镜头轴线处于同一水平面中。环状平台6的顶面为一水平面，各摄像头3均安装于环状平台6的顶面上，且各摄像头3的镜头处于同一高度的水平面中。

如图4所示，本实施例中，各摄像头3上分别集成有通信组件15，通信组件15与风力发电机塔筒内所安装的控制器14相远程匹配连接，以将摄像头3采集的图像信息收集至控制器14、并将控制器14下发的控制指令传输至摄像头3。

本实施例中，控制器14与环状平台上所设距离传感器12经通信组件15相匹配连接，以使控制器14获取距离传感器12的检测信号；控制器14依据所获取的检测信号进行分析判断以得出环状平台6与海面相接触的时间节点，并在对应时间节点向驱动电机10发送停止下降指令，使环状平台6下落至海面高度后向上返回至收纳清洗仓8。

优选的，在距离传感器12检测到环状平台6与海面相接触时，控制器14向驱动电机10发送停止下降指令，同时控制器14向摄像头3发送停止拍摄指令。

本实施例中，海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备的具体检测过程如下：

步骤S1.控制器接收到对浪溅区腐蚀状况进行检查的指令；

步骤S2.控制器向驱动电机发送下降指令，驱动电机带动拉升绳工作，令环状平台下降；

步骤S3.控制器在设定时间节点向摄像头发送拍摄指令，摄像头对各个高度处的浪溅区塔筒基础进行图像拍摄采集；

步骤S4.在距离传感器检测到环状平台与海面之间的相对距离为0时，控制器向驱动电机发送停止下降指令，驱动电机带动拉升绳工作，令环状平台上升；同时，控制器不再向摄像头发送拍摄指令，摄像头停止工作；

步骤S5.在环状平台提升至收纳清洗仓后，驱动电机停止工作。

通过上述步骤，利用海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备对塔筒基础的浪溅区进行一次全面覆盖拍摄，以获取浪溅区全部高度所对应的塔筒基础外壁腐蚀图片信息。

实施例三

如图4所示，本实施例基于上述实施例一和二，还介绍了一种海上风电单桩基础腐蚀在线检测系统，海岸上设有整个海上风电场的控制服务器16，海上各风力发电机的塔筒内分别设有控制器14，各控制器14分别经通信电缆与控制服务器16相连接，以使控制器14与控制服务器16之间可进行双向数据传输，使上述实施例一所述的海上风电单桩基础潮差区腐蚀在线检测设备检测得出的海上风电单桩基础潮差区腐蚀信号和实施例二所述的海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备上的摄像头3检测得出的海上风电单桩基础浪溅区腐蚀信号经通信组件15传输至塔筒内所设的控制器14，各风力发电机塔筒内所设的控制器14将采集信息收集整理后经通信电缆直接传输至海上风电场的控制服务器16处，由控制服务器16依据检测信息进行进一步分析整理以获知各个海上风力发电机的塔筒基础腐蚀状况。

以上所述的仅是本发明的优先实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的情况下，还可以做出若干改进和变形，这也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备，架设于海上的风力发电机包括自海底延伸出海面的塔筒基础，竖直筒状的塔筒基础自下至上依次穿过海洋的海泥区、全浸区、潮差区、浪溅区，直至出入大气区；其特征在于：检测设备包括套装于浪溅区塔筒基础外周的环状平台，环状平台经升降装置安装于塔筒基础上；环状平台上设有多个防水处理的摄像头，各摄像头的镜头朝向处于浪溅区的塔筒基础，以在升降装置驱动环状平台上下移动过程中对处于浪溅区的塔筒基础的外壁面进行图像拍摄；

升降装置包括安装于塔筒基础上的驱动电机，驱动电机的旋转端与拉升绳的一端相连接，拉升绳的另一端与环状平台相固定连接；

多个驱动电机分别经对应的拉升绳与环状平台相连接，各拉升绳的端部与环状平台的连接处相对环状平台等间隔角度的均布排列；

升降装置还包括沿塔筒基础外壁竖直设置的导轨，环状平台上设有供导轨穿过的对应凹槽，以使环状平台沿导轨轴向升降、避免环状平台产生倾斜；

塔筒基础外壁上设有多条竖直延伸的导轨，各导轨相对塔筒基础轴线等间隔角度的排布，导轨的上下端与浪溅区的顶部和底部分别相对应平齐设置；

导轨外侧设有凹槽，所述凹槽沿导轨轴向延伸，所述拉升绳埋设于导轨上所设的凹槽内；

塔筒基础的外壁上还设有凸出设置的、内部构成环形腔室的收纳清洗仓，所述收纳清洗仓设于浪溅区顶部的塔筒基础处，收纳清洗仓为下端开口，以供环状平台升入其内部腔室进行收纳；所述收纳清洗仓内还设有对摄像头进行清洗的清洗设备；

驱动电机固定安装于收纳清洗仓的顶部、或与塔筒基础相固定连接，拉升绳穿过收纳清洗仓并与环状平台相固定连接；

环状平台上安装有获取环状平台与海水面之间相对距离的距离传感器。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备，其特征在于，环状平台上等间隔角度的排布有多个摄像头，各摄像头的镜头轴线沿与环状平台相平行的平面延伸设置，以对处于潮差区的塔筒基础外壁面进行多角度图像采集。

3.根据权利要求2所述的一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备，其特征在于，各摄像头的镜头轴线处于同一水平面中。

4.根据权利要求1所述的一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备，其特征在于，各摄像头上分别集成有通信组件，通信组件与风力发电机塔筒内所安装的控制器相远程匹配连接，以将摄像头采集的图像信息收集至控制器、并将控制器下发的控制指令传输至摄像头。

5.根据权利要求4所述的一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备，其特征在于，控制器与环状平台上所设距离传感器经通信组件相匹配连接，以使控制器获取距离传感器的检测信号；控制器依据所获取的检测信号进行分析判断以得出环状平台与海面相接触的时间节点，并在对应时间节点向驱动电机发送停止下降指令，使环状平台下落至海面高度后向上返回至收纳清洗仓。

6.根据权利要求5所述的一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备，其特征在于，在距离传感器检测到环状平台与海面相接触时，控制器向驱动电机发送停止下降指令，同时控制器向摄像头发送停止拍摄指令。

7.根据权利要求4至6任一所述的一种海上风电单桩基础浪溅区腐蚀在线检测设备，其特征在于，海岸上设有整个海上风电场的控制服务器，海上各风力发电机的塔筒内分别设有控制器，各控制器分别经通信电缆与控制服务器相连接，以使控制器与控制服务器之间可进行双向数据传输。