CN112319691A - 一种适用于浮式风电平台的压载和排载系统及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于浮式风电平台的压载和排载系统，包括压载舱、第一阀门、第二阀门、注水机构、空气管头及加压机构；第一阀门与压载舱的下部连通；第二阀门通过管路与压载舱的顶部连通，注水机构及空气管头均通过管路与第二阀门连通；加压机构通过管路与压载舱的上部连通，通过加压机构能向压载舱内注入压缩空气；本发明还公开了一种适用于浮式风电平台的压载和排载系统的操作方法，通过第一阀门、第二阀门及加压机构的开闭组合，可使得压载舱内进水及排水，从而满足浮式风电平台的低频次的调载。上述压载和排载方案结构简单，系统配置简单，投入成本低，操作安全可行，适用于浮式风电平台这种低频率的调载，具有较高的经济价值。

Description

一种适用于浮式风电平台的压载和排载系统及操作方法

技术领域

本发明涉及海洋浮式风电平台技术领域，具体涉及一种适用于浮式风电平台的压载和排载系统及操作方法。

背景技术

由于深远海中海上风资源和品质较近海更好，我国的海上风电逐步向深远海方向发展。随着水深的增加，单桩基础由于技术和经济方面的因素已经难以满足海上风电技术的要求，浮式风电平台已经成为主流方向。

浮式风电平台的主尺度通常是从平稳性能、运动性能等多个总体方向进行论证分析确定的。平台通常在指定的吃水下进行发电作业，但是平台的结构以及设备的自重通常都难以满足将平台直接压载到指定吃水位置，因此一般要通过压载水系统实现将海上浮式风电平台压载到指定吃水，浮式风电平台作为一种无人值守平台，在整个生命周期内进行压载调整的次数都很少。现有的平台压载和排载方案成本高，结构复杂，因此低频率的调载将导致常规的高成本的平台压载和排载方案浪费且不适用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种适用于浮式风电平台的压载和排载系统及操作方法，以解决上述背景技术中提出的现有的平台压载和排载方案成本高，结构复杂，因此低频率的调载将导致常规的高成本的平台压载和排载方案浪费且不适用的问题。

为了解决该技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种适用于浮式风电平台的压载和排载系统，包括压载舱、第一阀门、第二阀门、注水机构、空气管头及加压机构；

所述压载舱设于浮式风电平台的内部；

所述第一阀门与所述压载舱的下部连通，通过打开关闭所述第一阀门，能向所述压载舱内进水及排水；

所述第二阀门通过管路与所述压载舱的顶部连通，所述注水机构及空气管头均通过管路与所述第二阀门连通，所述注水机构通过所述第二阀门能向所述压载舱内注水；

所述加压机构通过管路与所述压载舱的上部连通，通过所述加压机构能向所述压载舱内注入压缩空气。

通过第一阀门、第二阀门及加压机构的开闭组合，可使得压载舱内进水及排水，从而满足浮式风电平台的低频次的调载，上述压载和排载方案结构简单，系统配置简单，投入成本低，操作安全可行，适用于浮式风电平台这种低频率的调载，具有较高的经济价值。

进一步地，所述第一阀门还包括驱动件，所述驱动件与所述第一阀门驱动连接，以驱动所述第一阀门打开及关闭。由于第一阀门一般都位于水中，所以操作第一阀门的开闭不方便，设置方便操作的驱动件，可将阀门的开闭通过驱动件实现。

进一步地，所述注水机构包括潜水泵，所述潜水泵通过管路与所述第二阀门连通。采用潜水泵抽水方便，易操作。

进一步地，所述注水机构还包括软管绞盘，所述软管绞盘设于连接所述潜水泵的管路上。由于潜水泵只有在使用时才放入海水中，平常都会将潜水泵放置在浮式风电平台上，因此采用软管将潜水泵连接在管路上，通过软管绞盘将软管收纳，使得软管的存放整洁且不易被折断损坏。

进一步地，所述加压机构包括第三阀门及空压机，所述第三阀门通过管路与所述第二阀门及所述压载舱之间的管路连通，或所述第三阀门通过管路与所述压载舱连通，所述空压机通过管路与所述第三阀门连通。采用空压机进行空气压缩非常方便且易操作。

一种适用于浮式风电平台的压载和排载系统的操作方法，采用上述适用于浮式风电平台的压载和排载系统，包括以下步骤：

压载：

如果压载舱内的水位低于压载舱外的水位，则打开第一阀门后，压载舱外的水在重力作用下，通过第一阀门流入压载舱，压载舱即可进行自动压载作业；

如果压载舱内的水位高于压载舱外的水位以及压载舱内的水位与压载舱外的水位持平，则关闭加压机构的管路及第一阀门，打开第二阀门，通过注水机构将海水直接抽入压载舱内进行压载。

排载：

如果压载舱内的水位高于压载舱外的水位，则打开第一阀门后，压载舱内的水在重力作用下，通过第一阀门流出压载舱，压载舱即可进行自动排载作业；

如果压载舱内的水位低于压载舱外的水位以及压载舱内的水位与压载舱外的水位持平，则关闭第二阀门，同时打开加压机构的管路及第一阀门，通过加压机构向压载舱内注入压缩空气，随着压载舱内压力的增大，压载舱内的水通过第一阀门排入海中，排载作业完成后，关闭加压机构的管路及第一阀门，然后打开第二阀门，压载舱内的压缩空气即可从空气管头进行泄压。

通过第一阀门、第二阀门及加压机构的开闭组合，实现对压载舱的压载和排载，方案及操作步骤清楚简单，对低频率的调载具有较强的实用性。

进一步地，通过注水机构将水直接抽入压载舱内进行压载的过程中，采用潜水泵进行抽水。用潜水泵抽水简单实用，且投资成本低。

进一步地，通过加压机构向压载舱内注入压缩空气的过程中，采用空压机产生压缩空气。用空压机产生压缩空气方便易行，且投资成本低。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过第一阀门、第二阀门及加压机构的开闭组合，可以有效实现浮式风电平台的压载、排载作业。

2、上述适用于浮式风电平台的压载和排载系统，浮式风电平台上配备的设备少，有效降低了成本。

3、上述适用于浮式风电平台的压载和排载系统的操作中充分利用水的压力，自动进行一部分压载和排载作业，达到节能的目的。

4、上述适用于浮式风电平台的压载和排载系统，可通过空气头的管路来进行压载和排载，实现一管路多用，系统简单且有效降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的一实施例中，第三阀门通过管路与第二阀门及压载舱之间的管路连通的系统结构图；

图2为本发明的另一实施例中，第三阀门通过管路与压载舱连通的系统结构图。

附图标记：

1-压载舱；

2-第一阀门，21-驱动件；

3-第二阀门；

4-注水机构，41-潜水泵，42-软管绞盘，43-软管；

5-空气管头；

6-加压机构，61-第三阀门，62-空压机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图1及图2，本实施例提供的适用于浮式风电平台的压载和排载系统，包括压载舱1、第一阀门2、第二阀门3、注水机构4、空气管头5及加压机构6。第一阀门2及第二阀门3可以为截止阀、球阀及闸阀等，只要能起到打开关闭管路的作用即可，本实施例中，第一阀门2及第二阀门3均采用闸阀。

压载舱1设于浮式风电平台的内部，具体地，压载舱1设于浮式风电平台的内部靠近底部的位置，浮式风电平台在海水中的吃水位由压载舱1内的水量多少来决定，但由于浮式风电平台的载重量不一致，所以压载舱1内的水量与浮式风电平台在海水中的吃水位并非一一对应。

第一阀门2与压载舱1的下部连通，通过打开关闭第一阀门2，能向压载舱1内进水及排水。具体地，第一阀门2与压载舱1的连通处位于压载舱1的内底面处，以方便排压载舱1内排水或向压载舱1内进水，第一阀门2处于常闭状态。作为进一步的优化方案，第一阀门2还可以设置驱动件21，驱动件21与第一阀门2驱动连接，以驱动第一阀门2打开及关闭。由于第一阀门2一般都位于水中，所以操作第一阀门2的开闭不方便，设置方便操作的驱动件21，可将阀门的开闭通过驱动件21实现。驱动件21可以采用电机、气缸、手轮及手动摇杆等，只要能实现将第一阀门2打开及关闭即可，本实施例中，驱动件21采用手动摇杆。

第二阀门3通过管路与压载舱1的顶部连通，注水机构4及空气管头5均通过管路与第二阀门3连通，注水机构4通过第二阀门3能向压载舱1内注水。具体地，注水机构4包括潜水泵41，所述潜水泵41通过管路与第二阀门3连通。采用潜水泵41抽水方便，易操作。空气管头5设置于高于压载舱1的舱顶，第二阀门3与压载舱1的连通处设于压载舱1的内顶面处或者内侧面靠近顶部处，第二阀门3处于常开状态，使得空气管头5始终与大气相连通，空气管头5通过吸气和呼气使压载舱1内的气压接近大气压，使其压力保持在设计压力以内，另外可以防止海水，雨水，火星进入压载舱1。

当然，作为进一步的优化方案，注水机构4还可以设置软管绞盘42，软管绞盘42设于连接潜水泵41的管路上。由于潜水泵41只有在使用时才放入海水中，平常都会将潜水泵41放置在浮式风电平台上，因此采用软管43将潜水泵41连接在管路上，通过软管绞盘42将软管43收纳，使得软管43的存放整洁且不易被折断损坏。

加压机构6通过管路与压载舱1的上部连通，通过加压机构6能向压载舱1内注入压缩空气。具体地，加压机构6包括第三阀门61及空压机62，第三阀门61通过管路与第二阀门3及压载舱1之间的管路连通，空压机62通过管路与第三阀门61连通。采用空压机62进行空气压缩非常方便且易操作。加压机构6可利用空气管头5的一部分管路，从而达到降低成本的目的。第三阀门61可以为截止阀、球阀及闸阀等，只要能起到打开关闭管路的作用即可，本实施例中，第三阀门61采用闸阀。

请参阅图2，另一实施例中，第三阀门61通过管路与压载舱1连通，空压机62通过管路与第三阀门61连通。设置第三阀门61通过管路直接与压载舱1连通，使得第三阀门61的设置更灵活。

本发明还提供了一种适用于浮式风电平台的压载和排载系统的操作方法，该操作方法包括以下步骤：

压载：

如果压载舱1内的水位低于压载舱1外的水位，则打开第一阀门2后，压载舱1外的水在重力作用下，通过第一阀门2流入压载舱1，压载舱1即可进行自动压载作业。

如果压载舱1内的水位高于压载舱1外的水位以及压载舱1内的水位与压载舱1外的水位持平，则关闭加压机构6的管路及第一阀门2，打开第二阀门3，通过注水机构4将海水直接抽入压载舱1内进行压载。

具体地，压载舱1内的水位低于压载舱1外的水位，则压载舱1沉浸在水中，第一阀门2的入口也沉浸在水中，压载舱1内无水或者压载舱1内的水位比压载舱1外的水位低，此时打开第一阀门2，压载舱1外的水在重力作用下进入压载舱1内，实现无额外动力自动压载。如果压载舱1内的水位与压载舱1外的水位持平，以及，压载舱1内的水位高于压载舱1外的水位时，则需要关闭加压机构6的管路及第一阀门2，打开第二阀门3，将潜水泵41放入水中并开启，潜水泵41通过空气管头5的管路向压载舱1内注水。由于空气管头5内一进水，空气管头5就关闭，所以使得注水机构4注入的水不会从空气管头5流出。另一实施例中，如果压载舱1内的水位与压载舱1外的水位持平，以及，压载舱1内的水位高于压载舱1外的水位时，注水机构4通过管路直接向压载舱1内注水进行压载。

排载：

如果压载舱1内的水位高于压载舱1外的水位，则打开第一阀门2后，压载舱1内的水在重力作用下，通过第一阀门2流出压载舱1，压载舱1即可进行自动排载作业；

如果压载舱1内的水位低于压载舱1外的水位以及压载舱1内的水位与压载舱1外的水位持平，则关闭第二阀门3，同时打开加压机构6的管路及第一阀门2，通过加压机构6向压载舱1内注入压缩空气，随着压载舱1内压力的增大，压载舱1内的水通过第一阀门2排入海中，排载作业完成后，关闭加压机构6的管路及第一阀门2，然后打开第二阀门3，压载舱1内的压缩空气即可从空气管头5进行泄压。

具体地，当压载舱1内的水位高于压载舱1外的水位，水在重力作用下排出压载舱1外，实现无额外动力自动排载。当压载舱1内的水位低于压载舱1外的水位以及压载舱1内的水位与压载舱1外的水位持平时，打开第一阀门2以排水，关闭第二阀门3使得空气头不不再与压载舱1内连通，使得压载舱1内未充水的空间为一个密闭空间，只有加压机构6通往这个密闭空间，此时，通过空压机62向密闭空间内输送压缩空气，随着压载舱1内空气压力的逐步增大，压载舱1内的水通过第一阀门2排出压载舱1，达到排载的目的。当排载作业完成后，关闭加压机构6的管路及第一阀门2，再打开第二阀门3，压载舱1内的压缩空气可从空气管头5排出进行泄压，并且保持第二阀门3打开，使得空气管头5正常工作。

通过上述步骤即可完成适用于浮式风电平台的压载和排载系统的压载和排载。

此适用于浮式风电平台的压载和排载系统，通过第一阀门2、第二阀门3及加压机构6的开闭组合，可以有效实现浮式风电平台的压载、排载作业；浮式风电平台上配备的设备少，有效降低了成本，系统简单，具有较高的经济价值；通过空气头来进行压载和排载，实现一管路多用，进一步降低了成本。此适用于浮式风电平台的压载和排载系统的操作方法，步骤清楚简单，操作安全可行，对低频率的调载具有较强的实用性，且在操作方法中充分利用水的压力，自动进行一部分压载和排载作业，实现节能的目的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种适用于浮式风电平台的压载和排载系统，其特征在于，包括压载舱、第一阀门、第二阀门、注水机构、空气管头及加压机构；

所述压载舱设于浮式风电平台的内部；

所述第一阀门与所述压载舱的下部连通，通过打开关闭所述第一阀门，能向所述压载舱内进水及排水；

所述第二阀门通过管路与所述压载舱的顶部连通，所述注水机构及空气管头均通过管路与所述第二阀门连通，所述注水机构通过所述第二阀门能向所述压载舱内注水；

所述加压机构通过管路与所述压载舱的上部连通，通过所述加压机构能向所述压载舱内注入压缩空气。

2.根据权利要求1所述的适用于浮式风电平台的压载和排载系统，所述第一阀门还包括驱动件，所述驱动件与所述第一阀门驱动连接，以驱动所述第一阀门打开及关闭。

3.根据权利要求1所述的适用于浮式风电平台的压载和排载系统，所述注水机构包括潜水泵，所述潜水泵通过管路与所述第二阀门连通。

4.根据权利要求3所述的适用于浮式风电平台的压载和排载系统，其特征在于，所述注水机构还包括软管绞盘，所述软管绞盘设于连接所述潜水泵的管路上。

5.根据权利要求1所述的适用于浮式风电平台的压载和排载系统，其特征在于，所述加压机构包括第三阀门及空压机，所述第三阀门通过管路与所述第二阀门及所述压载舱之间的管路连通，或所述第三阀门通过管路与所述压载舱连通，所述空压机通过管路与所述第三阀门连通。

6.一种适用于浮式风电平台的压载和排载系统的操作方法，采用权利要求1-5任一项所述的适用于浮式风电平台的压载和排载系统，其特征在于，包括以下步骤：

压载：

如果压载舱内的水位低于压载舱外的水位，则打开第一阀门后，压载舱外的水在重力作用下，通过第一阀门流入压载舱，压载舱即可进行自动压载作业；

如果压载舱内的水位高于压载舱外的水位以及压载舱内的水位与压载舱外的水位持平，则关闭加压机构的管路及第一阀门，打开第二阀门，通过注水机构将海水直接抽入压载舱内进行压载。

排载：

如果压载舱内的水位高于压载舱外的水位，则打开第一阀门后，压载舱内的水在重力作用下，通过第一阀门流出压载舱，压载舱即可进行自动排载作业；

如果压载舱内的水位低于压载舱外的水位以及压载舱内的水位与压载舱外的水位持平，则关闭第二阀门，同时打开加压机构的管路及第一阀门，通过加压机构向压载舱内注入压缩空气，随着压载舱内压力的增大，压载舱内的水通过第一阀门排入海中，排载作业完成后，关闭加压机构的管路及第一阀门，然后打开第二阀门，压载舱内的压缩空气即可从空气管头进行泄压。

7.根据权利要求6所述的适用于浮式风电平台的压载和排载系统的操作方法，其特征在于，所述压载步骤中，通过注水机构将水直接抽入压载舱内进行压载的过程中，采用潜水泵进行抽水。

8.根据权利要求6所述的适用于浮式风电平台的压载和排载系统的操作方法，其特征在于，所述排载步骤中，通过加压机构向压载舱内注入压缩空气的过程中，采用空压机产生压缩空气。

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