CN110499788A - 全自动抗冰减振装置、冰区海上风电工程抗冰系统及方法 - Google Patents

全自动抗冰减振装置、冰区海上风电工程抗冰系统及方法 Download PDF

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    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means

Abstract

本公开提供了一种全自动抗冰减振装置、冰区海上风电工程抗冰系统及方法，包括设置于桩基上的壳体，壳体的一端铰接于桩基上，另一端通过连接机构与桩基连接，使得壳体外表面与桩基呈一定夹角；壳体内部于桩基之间设置有若干减振机构；连接机构包括可伸缩支撑杆，所述可伸缩支撑杆的一端固定于桩基上，另一端连接在所述壳体上，所述可伸缩支撑杆受驱动机构的驱动，长度可自动调，进行实现壳体外表面与桩基之间的夹角可调，本公开既能适应冰情或潮差变化较大，又能达到抗冰减振的效果。

Description

全自动抗冰减振装置、冰区海上风电工程抗冰系统及方法
技术领域
本公开属于冰区海上风电工程领域，具体涉及一种适用于冰区海上风电工程的全自动抗冰减振装置、冰区海上风电工程抗冰系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
海上风电工程因同时耦合了高耸结构、大型动力设备基础和海洋工程三种结构特征，风机设备和电气设备的正常运行对结构振动的敏感性异常明显。而冰区海上风电场冬季运行时则面临风、波、流、冰等水动力环境下的冰激振动问题，较大、较长时间的振动会引起结构疲劳问题及风机振动问题。
据发明人了解,目前现有冰区海上风电工程抗冰装置多为在桩基潮差段安装固定于桩基上正倒锥结构以达到破冰、碎冰效果。然而，对于冰情变化较大(在极暖的冬季，工程海域一般不会被海冰覆盖，而在寒冷的冬季，工程海域将完全被海冰覆盖)或潮差变化较大海域，固定于桩腿上抗冰装置因重量过大导致地震力增加，且在夏季容易导致波浪力增加很多。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种全自动抗冰减振装置、冰区海上风电工程抗冰系统及方法，本公开既能适应冰情或潮差变化较大，又能达到抗冰减振的效果。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种全自动抗冰减振装置,包括：
设置于桩基上的壳体，所述壳体的一端铰接于桩基上，另一端通过连接机构与桩基连接，使得壳体外表面与桩基呈一定夹角；
所述壳体内部于桩基之间设置有若干减振机构；
所述连接机构包括可伸缩支撑杆，所述可伸缩支撑杆的一端设置于桩基内，另一端连接在所述壳体上，所述可伸缩支撑杆受驱动机构的驱动，长度可自动调，进行实现壳体外表面与桩基之间的夹角可调。
上述结构，通过壳体与桩基之间具体一定角度设置，构成正倒锥结构达到破冰、碎冰效果，同时，可以根据不同季节/气温的冰情变化或潮差变化，调整正倒锥结构的角度，实现抗冰减振的同时具有一定的适应度。
作为可选择的实施方式，所述减振机构，包括阻尼器或/和弹性件，所述阻尼器和弹性件的一端设置于桩基上，另一端连接壳体的朝向桩基的一侧。能够有效消除冰激振动对桩基的上部结构的影响。
作为可选择的实施方式，还包括传感器和控制器，所述控制器设置于桩基内部，所述传感器至少有一个，设置于桩基上部，并将得到的桩基振动值传输给控制器，所述控制器根据桩基振动值控制驱动机构动作，以改变壳体外表面与桩基之间的夹角大小。
作为可选择的实施方式，所述驱动机构为液压驱动装置。
作为可选择的实施方式，所述壳体外侧设置有压力传感器。以测量作用于壳体上的压力。
作为可选择的实施方式，所述壳体为中空结构，内部中空部分填充有弹性件或柔性件。重量轻且减振效果较好。
冰区海上风电工程抗冰系统，包括上述全自动抗冰减振装置和甲板，所述全自动抗冰减振装置设置于桩基上，位于甲板下方，所述甲板上设置控制器，以根据桩基上部的塔筒的振动大小，控制壳体与桩基之间的角度。
作为可选择的实施方式，所述塔筒上设置有若干组传感器，采集塔筒不同位置的振动值。
作为可选择的实施方式，所述传感器为振动传感器、速度传感器或/和位移传感器。
作为可选择的实施方式，所述甲板上还设置有光伏发电系统，具体包括蓄电池、逆变器和太阳能板，所述太阳能板能够给蓄电池充电，蓄电池通过逆变器连接各传感器。
作为可选择的实施方式，所述甲板/塔筒上还设置有摄像装置，所述摄像装置与控制器连接。
基于上述装置或系统的工作方法，实时监测塔筒/桩基受到的振动大小，根据检测的振动值，调整壳体与桩基之间的角度，实现抗冰减振。
进一步的,无海冰作用或海冰作用低于结构冰激振动预警值时，壳体不张开；海冰作用达到结构冰激振动预警值时，壳体与桩基呈一定45°～65°夹角。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开通过壳体与桩基之间具体一定角度设置，构成正倒锥结构达到破冰、碎冰效果，同时，可以根据不同季节/气温的冰情变化或潮差变化，灵活调整正倒锥结构的角度，实现抗冰减振的同时具有一定的适应度。
本公开的减振装置的壳体可以采用钢板/不锈钢钢板，且中空，内部填充有弹性件或柔性件(如橡胶)能够在具有一定刚性的同时，保证减振机构整体重量较轻，且减振效果好。
本公开利用控制器进行控制，无需人为操作，根据风机整体振动情况自动调整抗冰锥壳板角度。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本公开的流程图；
图2是本公开的系统结构图；
图3是本公开的减振装置A放大图；
图4(a)(b)是本公开的系统处于不同状态下的示意图。
其中：1、抗冰锥壳体，2、连接机构，3、减振机构，4、液压驱动机构，5、压力传感器，6、摄像装置，7、牛腿，8、光伏发电机构，9、传感器组件I，10、传感器组件II，11、控制系统，12、桩基，13、甲板，14、塔筒。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
如图2所示，一种适用于冰区海上风电工程的全自动抗冰减振装置，由抗冰锥壳体1、连接机构2、减振装置、液压驱动机构4、传感器组、控制系统11等组成。
其中，抗冰锥壳体1为壳体结构，由厚钢板/不锈钢钢板焊接为中空壳体，内部填充橡胶。其优点在于重量轻且减振效果较好。
当然，在其他实施例中，填充物可以更换为其他柔性或弹性材质。
如图3所示，抗冰锥壳体1呈锥形。为圆周状，能够抵挡各个方向的冰块。抗冰锥壳体1的上部通过连接机构2与桩基12连接，连接机构2包括可伸缩的支撑杆，液压驱动机构4能够驱动所述支撑杆，整体结构简单、稳定性好、支撑刚性强。抗冰锥壳体1的底部通过牛腿7铰接于桩基12上。当然，牛腿7在其他实施例中可以替换为其他铰接支座或连接件。
抗冰锥壳体1与桩基12之间还圆周设置有若干减振机构3，减振机构3可以是阻尼器或弹簧隔震器，以有效消除冰激振动对桩基12上部结构的影响。
抗冰锥壳体1的外侧设置有若干应变片式压力传感器5，用于直接测量作用于锥壳板上压力。
桩基12上部设置有甲板13，甲板13上设置有摄像装置6，能够观测现场海冰类型，便于后续分析，甲板13上还设置有光伏发电机构8，包括蓄电池、太阳能板与逆变器组成，在有阳光的工况下，太阳能板直接通过逆变器给传感器供电，同时给蓄电池充电；在阴天或无阳光的工况下，蓄电池直接通过逆变器给各传感器供电。
桩基12或塔筒14上还设置有若干传感器组件I9和传感器组件II10，其中，传感器组件1，包括加速计、位移传感器和速度计，沿塔筒14内壁每隔一段距离均布安装。传感器组件II10包括加速计、位移传感器和速度计和GPS，放置于风力发电机舱内。
控制系统11设置于甲板13上或者塔筒14内部，能够采集各传感器或传感器组件的采集信息，并根据采集信息控制液压驱动机构4改变可伸缩支撑杆的长度，进而自动调整抗冰锥壳板角度。海上风电机组对冰激振动的影响较为敏感，抗冰减振结构的主要作用为避免冰激振动频率与风电机组运行频率接近。因此，根据风机厂家提供的风机运行频率，结合对整体结构数值仿真计算结构，设置结构冰激振动预警值。
在本实施例中，结合海上油气平台抗冰经验，壳体与桩基的夹角控制在45°～65°之间。如图4(a)和图4(b)所示，无海冰作用或海冰作用低于结构冰激振动预警值时，壳体不张开；海冰作用达到结构冰激振动预警值时，壳体与桩基呈一定45°～65°夹角。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种全自动抗冰减振装置,其特征是：包括：
设置于桩基上的壳体，所述壳体的一端铰接于桩基上，另一端通过连接机构与桩基连接，使得壳体外表面与桩基呈一定夹角；
所述壳体内部于桩基之间设置有若干减振机构；
所述连接机构包括可伸缩支撑杆，所述可伸缩支撑杆的一端设置于桩基内，另一端连接在所述壳体上，所述可伸缩支撑杆受驱动机构的驱动，长度可自动调，进行实现壳体外表面与桩基之间的夹角可调。
2.如权利要求1所述的一种全自动抗冰减振装置,其特征是：所述减振机构，包括阻尼器或/和弹性件，所述阻尼器和弹性件的一端设置于桩基上，另一端连接壳体的朝向桩基的一侧。
3.如权利要求1所述的一种全自动抗冰减振装置,其特征是：还包括传感器和控制器，所述控制器设置于桩基内部，所述传感器至少有一个，设置于桩基上部，并将得到的桩基振动值传输给控制器，所述控制器根据桩基振动值控制驱动机构动作，以改变壳体外表面与桩基之间的夹角大小。
4.如权利要求1所述的一种全自动抗冰减振装置,其特征是：所述壳体为中空结构，内部中空部分填充有弹性件或柔性件。
5.冰区海上风电工程抗冰系统，其特征是：包括权利要求1-4中任一项所述的全自动抗冰减振装置和甲板，所述全自动抗冰减振装置设置于桩基上，位于甲板下方，所述甲板上设置控制器，以根据桩基上部的塔筒的振动大小，控制壳体与桩基之间的角度。
6.如权利要求5所述的冰区海上风电工程抗冰系统，其特征是：所述塔筒上设置有若干组传感器，采集塔筒不同位置的振动值；
或，所述传感器为振动传感器、速度传感器或/和位移传感器。
7.如权利要求5所述的冰区海上风电工程抗冰系统，其特征是：所述甲板上还设置有光伏发电系统，具体包括蓄电池、逆变器和太阳能板，所述太阳能板能够给蓄电池充电，蓄电池通过逆变器连接各传感器。
8.如权利要求5所述的冰区海上风电工程抗冰系统，其特征是：所述甲板/塔筒上还设置有摄像装置，所述摄像装置与控制器连接。
9.基于权利要求1-4中任一项所述的装置或权利要求5-9中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：实时监测塔筒/桩基受到的振动大小，根据检测的振动值，调整壳体与桩基之间的角度，实现抗冰减振。
10.如权利要求9所述的工作方法，当无海冰作用或海冰作用引起的振动值低于结构冰激振动预警值时，壳体不张开；海冰作用达到结构冰激振动预警值时，壳体与桩基呈一定45°～65°夹角。
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