CN114198269B - 一种海上风机抗冰减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风机抗冰减震装置，用于海上风机基础，包括加热装置和破冰装置，加热装置用于加热海上风机基础，加热装置套设于海上风机基础；破冰装置用于破碎冲击海上风机基础的海冰，破冰装置套设于加热装置的外部，且破冰装置设有若干个用于破冰的摩擦孔。本申请通过加热装置对海上风机基础进行加热，避免海上风机基础在寒冷条件下结冰造成挤压破坏，通过破冰装置对冲击海上风机基础的海冰进行破碎处理，有效减缓海冰对海上风机基础的冲击破坏。

Description

一种海上风机抗冰减震装置

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，更具体地说，涉及一种海上风机抗冰减震装置。

背景技术

风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术，海上风电由于其资源丰富、风速稳定、对环境的负面影响较小，近几年来得到快速发展。

海上风机基础设计作为海上风电场建设的关键技术之一，其工程结构的强度及稳定性决定着海上风力发电的安全性和可靠性，将海上风机基础建造在寒冷季节容易结冰的海域时，海水形成海冰，海冰在风与流的作用下移动形成流冰，其与海上风机基础发生相互作用时会使基础产生冰激振动，从而容易造成基础的结构破坏。

因此，在冰区海洋工程的设计中，常需要考虑到海冰对海洋工程结构的影响，其中对海冰的考虑主要有冰载荷评估和冰载荷控制两种方式。冰载荷评估指的是通过研究冰载荷及冰载荷作用下结构的响应机理，对结构设计进行指导；冰载荷控制指的是通过一些装置改变作用在结构上的流冰，从而减小冰载荷，保护结构，延长结构的寿命。目前，为降低作用在海洋工程结构的冰载荷与波浪载荷，大多在结构物上设置破冰装置。

传统的破冰装置直接在海上风机基础上设有椎体结构，但该破冰装置在寒冷条件下并不能阻止在海上风机基础周围形成结冰，造成海上风机基础的挤压破坏。

综上所述，如何解决海上风机基础被破坏的问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种海上风机抗冰减震装置，能够有效减缓海冰对海上风机基础的破坏。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种海上风机抗冰减震装置，用于海上风机基础，包括：

加热装置，其用于加热所述海上风机基础，所述加热装置套设于所述海上风机基础；

破冰装置，其用于破碎冲击所述海上风机基础的海冰，所述破冰装置套设于所述加热装置的外部，且所述破冰装置设有若干个用于破冰的摩擦孔。

优选的，所述加热装置内设有伴热管和用于加热的集肤电缆，所述集肤电缆设于所述伴热管内部，所述集肤电缆与变频电源连接。

优选的，所述加热装置包括用于检测所述海上风机基础温度的检测装置和用于控制所述加热装置加热温度的控制装置，所述检测装置设于所述加热装置的内部，所述加热装置与所述检测装置连接，所述控制装置与所述变频电源连接，所述控制装置用于接收所述检测装置的信号并控制所述变频电源改变频率。

优选的，所述加热装置的内部在轴向上依次设有若干个间隔板，所述间隔板设有若干个通孔，若干个所述间隔板的所述通孔在轴向上对齐，所述伴热管依次穿过若干个所述通孔并安装于所述通孔内。

优选的，所述破冰装置包括至少两个上挡板和至少两个下挡板，至少两个所述上挡板围绕所述加热装置设置一周成圆台结构，至少两个所述下挡板围绕所述加热装置设置一周成倒圆台结构，且所述圆台结构的底部和所述倒圆台结构的顶部对齐且固定连接。

优选的，两个所述上挡板之间通过第一缓冲装置连接，两个所述下挡板之间通过所述第一缓冲装置连接。

优选的，所述圆台结构的顶端和所述倒圆台结构的底端均设有用于缓冲的第三缓冲装置。

优选的，所述加热装置的外周与所述破冰装置的内周之间设有用于缓冲的第二缓冲装置。

优选的，还包括用于将所述加热装置和所述破冰装置浮在海面上的浮舱，所述浮舱与所述破冰装置固定连接，且所述浮舱设于所述破冰装置的下方。

优选的，所述破冰装置的顶部设有用于与吊机配合的吊耳。

本发明提供的海上风机抗冰减震装置，包括加热装置和破冰装置，加热装置套设于海上风机基础上，破冰装置套设于加热装置外部，且破冰装置设有若干个摩擦孔，加热装置对海上风机基础进行加热，破冰装置的摩擦孔将冲击海上风机基础的海冰破碎。

通过加热装置的设置，可对海上风机基础加热，因此在寒冷条件下可避免海上风机基础周围形成结冰而造成海上风机基础的挤压破坏，同时海冰在经过位于加热装置外的破冰装置时，会被摩擦孔进行破碎处理，从而避免海上风机基础被海冰冲击破坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的海上风机抗冰减震装置的结构示意图；

图2为本发明所提供的海上风机抗冰减震装置的破冰装置的结构示意图；

图3为本发明所提供的海上风机抗冰减震装置的第二缓冲装置的结构示意图；

图4为本发明所提供的海上风机抗冰减震装置的加热装置的剖视图；

图5为本发明所提供的海上风机抗冰减震装置的间隔板的结构示意图；

图6为本发明所提供的海上风机抗冰减震装置的伴热管和集肤电缆的示意图；

图7为本发明所提供的海上风机抗冰减震装置的固定板的结构示意图；

图8为本发明所提供的海上风机抗冰减震装置的上挡板的结构示意图；

图9为本发明所提供的海上风机抗冰减震装置的浮舱块的结构示意图；

图10为本发明所提供的海上风机抗冰减震装置的吊耳的结构示意图；

图11为本发明所提供的海上风机抗冰减震装置的伴热管和集肤电缆的连接示意图。

图1-11中：

1为加热装置、2为破冰装置、3为浮舱、4为单桩基础、5为吊耳；

12为间隔板、121为通孔、141为伴热管、142为集肤电缆；

211为上挡板、212为下挡板、213为支撑板、214为旋转柱、215为摩擦孔、221为第一缓冲装置、222为第二缓冲装置、23为固定板、231为旋转环、232为垫柱、31为浮舱本体、32为连接杆、33为电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种海上风机抗冰减震装置，能够有效减缓海冰对海上风机基础的破坏。

请参考图1-图10，图1为海上风机抗冰减震装置的结构示意图；图2为破冰装置的结构示意图；图3为第二缓冲装置的结构示意图；图4为加热装置的剖视图；图5为间隔板的结构示意图；图6为伴热管和集肤电缆的示意图；图7为固定板的结构示意图；图8为上挡板的结构示意图；图9为浮舱块的结构示意图；图10为吊耳的结构示意图。

本申请提供的一种海上风机抗冰减震装置，用于海上风机基础，包括加热装置1和破冰装置2，加热装置1用于加热海上风机基础，加热装置1套设于海上风机基础；破冰装置2用于破碎冲击海上风机基础的海冰，破冰装置2套设于加热装置1的外部，且破冰装置2设有若干个用于破冰的摩擦孔215。

具体的，本申请中的风机基础具体可以为单桩基础4、或为导管架基础、或为单桩-吸力桶基础，本实施例中以单桩基础4为例具体介绍。

其中，加热装置1为圆环柱，破冰装置2包括锥体结构和呈圆环状的固定板23，固定板23设于锥体结构的上端和下端，固定板23上设有若干个旋转环231，且固定板23靠近加热装置1的端面设有若干个垫柱232，锥体结构的上端和下端均设有支撑板213，支撑板213上设有若干个旋转柱214。

安装时，加热装置1套设于单桩基础4上，锥体结构套设于加热装置1的外部，并且锥体结构的支撑板213分别与加热装置1的上端面和下端面贴合，固定板23同样套设于单桩基础4上，并且固定板23设于锥体结构的两端，调整固定板23的位置，使若干个支撑板213上的旋转柱214分别位于若干个固定板23的旋转环231的中心，通过焊接的方式将固定板23的垫柱232与加热装置1固定，由于垫柱232具有一定的高度，因此固定板23与加热装置1之间存有间隙，即锥体结构的支撑板213位于间隙处。

安装完成后加热装置1和破冰装置2固定为一体，通过加热装置1可对单桩基础4进行加热，从而将单桩基础4上的海冰融化，避免在寒冷条件下海水在单桩基础4上结冰对单桩基础4产生挤压破坏，并且在整个海面结冰的情况下，加热装置1可保证海上风机基础的周围不会结冰，进一步避免整块冰对海上风机基础的挤压破坏。由于破冰装置2上设有若干个摩擦孔215，因此当海冰冲击单桩基础4时，海冰会经过破冰装置2的摩擦孔215，并且海冰被摩擦孔215进行破碎处理，从而减小海冰对单桩基础4的冲击破坏，同时加热装置1可将经过摩擦孔215并进入至加热装置1的碎冰融化。

支撑板213在周向上存有间隙，垫柱232设于间隙处并且与支撑板213在周向上卡接，以避免破冰装置2过度转动导致无法将海冰有效破碎，可选的，也可以将支撑板213设为整体的圆环，同时在支撑板213上设置安装孔，垫柱232穿过安装孔与加热装置1焊接固定，或者设置为其他结构。

在上述实施例的基础上，加热装置1包括伴热管141和用于加热的集肤电缆142，集肤电缆142设于伴热管141内部，集肤电缆142与变频电源33连接。

具体的，伴热管141设于圆环柱的圆环处，且伴热管141靠近单桩基础4设置，集肤电缆142设于伴热管141的内部，集肤电缆142的一端穿过伴热管141与变频电源33连接，集肤电缆142的另一端穿过伴热管141并且连接于伴热管141的外部，同时变频电源33和伴热管141的外部通过集肤电缆142连接，此时变频电源33、伴热管141以及集肤电缆142形成闭合回路。

当对加热装置1施加交流电时，由于集肤效应和邻近效应使得电流集中在伴热管141的内壁，产生大量的焦耳热，由于伴热管141靠近单桩基础4设置，因此集肤电缆142产生的热量可经过伴热管141传递至单桩基础4，同时热量经过伴热管141传递至加热装置1的外周。

通过集肤电缆142和伴热管141的方式加热，产生的热量多并且保温效果较好，从而能够有效的避免单桩基础4上结冰，由于有些海冰较碎较小，因此其可通过破冰装置2到达加热装置1，此时加热装置1可将海冰融化，避免其对单桩基础4产生冲击破坏。

可选的，伴热管141可以为碳钢管或者其他伴热管141。

在上述实施例的基础上，加热装置1包括用于检测单桩基础4温度的检测装置和用于控制加热装置1加热温度的控制装置，检测装置设于加热装置1的内部，加热装置1与检测装置连接，控制装置与变频电源33连接，控制装置用于接收检测装置的信号并控制变频电源33改变频率。

具体的，检测装置设置于加热装置1靠近单桩基础4的位置，当检测装置检测到单桩基础4的温度时，传递信号至控制器，控制器控制变频电源33改变频率，从而控制集肤电缆142的集肤效应程度，进而调节集肤电缆142产生的热量，改变单桩基础4的温度。

通过检测装置和控制装置的设置，可实现温度的自动调节功能，以使加热装置1的加热温度随单桩基础4的温度变化，保证单桩基础4上的温度不易结冰。

可选的，检测装置可以为光纤温度传感器或者其他检测装置。

可选的，检测装置可连接显示器，将检测到的单桩基础4温度实时传至显示器，以便于获取单桩基础4的温度信息。

在上述实施例的基础上，加热装置1的内部在轴向依次设有若干个间隔板12，间隔板12设有若干个通孔121，若干个间隔板12的通孔121在轴向上对齐，伴热管141依次穿过若干个通孔121并安装于通孔121内。

具体的，圆环柱的圆环处在轴向上依次设有若干个间隔板12，每个间隔板12在周向上均设有若干个通孔121，且每个间隔板12的通孔121在轴向上对齐，伴热管141穿过每个间隔板12的通孔121并安装于通孔121内。

间隔板12的设置，为伴热管141的安装提供支持，同时为加热装置1提供结构刚度，避免加热装置1受到海冰冲击时变形而导致单桩基础4受到挤压破坏。

通孔121在周向上均匀的设置于间隔板12上，即伴热管141在周向上均匀的安装于加热装置1内，以保证单桩基础4的各个位置均受到加热，可选的，伴热管141也可以在保证单桩基础4各个位置受到加热的条件下不均匀的设于加热装置1内。

可选的，间隔板12可通过焊接或者螺钉固定的方式固定于圆环柱上，也可以通过其他方式固定于圆环柱上。

在上述实施例的基础上，破冰装置2包括至少两个上挡板211和至少两个下挡板212，至少两个上挡板211围绕加热装置1设置一周成圆台结构，至少两个下挡板212围绕加热装置1设置一周成倒圆台结构，且圆台结构的底部和倒圆台结构的顶部对齐且固定连接。

具体的，锥体结构包括上挡板211和下挡板212，上挡板211和下挡板212均为弧形挡板，至少两个上挡板211围绕加热装置1设置一周，且呈圆台结构，下挡板212同样围绕加热装置1设置一周呈倒圆台结构，倒圆台结构设于圆台结构的下方，圆台结构的底部和倒圆台结构的顶部对齐并通过焊接或者其他方式固定连接。

连接后的圆台结构和倒圆台结构，形成中间凸出的结构，即锥体结构，因此当海冰沿着破冰装置2向上或向下移动时，摩擦孔215可对海冰进行破碎处理，并且便于海冰绕过破冰装置2，避免海冰对单桩基础4冲击产生破坏。

需要说明的是，支撑板213分别设于上挡板211的上端和下挡板212的下端。

在上述实施例的基础上，两个上挡板211之间通过第一缓冲装置221连接，两个下挡板212之间通过第一缓冲装置221连接。

具体的，第一缓冲装置221为弹簧，上挡板211之间存有间隙，上挡板211和下挡板212的两侧均设有挂钩，弹簧分别与两个上挡板211位于同一个间隙处的挂钩连接，即两个上挡板211通过弹簧连接，下挡板212之间同样通过弹簧连接。

需要说明的是，上述两个上挡板211之间通过第一缓冲装置221连接，两个下挡板212之间通过第一缓冲装置221连接，具体指的是，两个相邻的上挡板211之间通过第一缓冲装置221连接，两个相邻的下挡板212之间通过第一缓冲装置221连接。可选的，不相邻的上挡板211之间、以及不相邻的下挡板212之间也可以通过其他方式的弹性件、缓冲件连接，从而达到稳定空间位置，避免移动过量的目的。

通过第一缓冲装置221的设置，使锥体结构在周向上存在一定的自由度，从而可减缓海冰对单桩基础4的冲击。

可选的，第一缓冲装置221也可以为弹性块，使锥体结构在周向上存在自由度的同时具有一定的刚度，以保证对海冰的有效破碎。

在上述实施例的基础上，圆台结构的顶端和倒圆台结构的底端均设有用于缓冲的第三缓冲装置。

具体的，第三缓冲装置为弹簧，固定板23的旋转环231的两端均设有挂钩，每个挂钩均连接一个弹簧的一端，即一个旋转环231内设有两个弹簧，两个弹簧通过圆环连接，支撑板213上的旋转柱214位于圆环内。

第三缓冲装置的设置同样使锥体结构在周向上具有一定的自由度，从而减缓对单桩基础4产生的冲击破坏。

可选的，第三缓冲装置可以为具有弹性的卡扣件，且卡扣件中间设有旋转孔，旋转柱214设于孔内，或者设置为其他装置。

在上述任意一个方案的基础之上，加热装置1的外周与破冰装置2的内周之间设有用于缓冲的第二缓冲装置222。

具体的，第二缓冲装置222为弹簧加热装置1的外周设有挂钩，上挡板211和下挡板212的内壁同样设有挂钩，弹簧分别连接于加热装置1和锥体结构的挂钩上，从而使锥体结构在径向上存有一定的自由度，减缓锥体结构对单桩基础4造成的冲击。

可选的，第二缓冲装置222也可以为具有弹性的卡扣件或者其他装置。

在上述任意一个方案的基础之上，还包括用于将加热装置1和破冰装置2浮在海面上的浮舱3，浮舱3与破冰装置2固定连接，且浮舱3设于破冰装置2的下方。

具体的，破冰装置2底部连接有浮舱3，浮舱3由若干个浮舱块围绕单桩基础4组成，由于破冰装置2和加热装置1连接为一体，因此两者可通过浮舱3随潮差变化而在单桩基础4上上下浮动，避免海水没过或相较于破冰装置2和加热装置1过低导致无法对海冰进行有效破碎，同时由于破冰装置2和单桩基础4不固定连接，因此可减缓破冰过程中破冰装置2对单桩基础4产生的冲击。

浮舱块包括浮舱本体31和连接杆32，浮舱本体31围绕单桩基础4设置一周，连接杆32与破冰装置2固定连接，由于连接杆32具有一定的高度，且海水也会波起一定的高度，因此使破冰装置2和加热装置1距离海平面一定高度，从而减少海冰越过破冰装置2和加热装置1对单桩基础4造成的冲击，连接杆32可便于破冰装置2和加热装置1随浮舱3上下浮动。

可选的，浮舱3和破冰装置2通过焊接或者其他方式固定连接。

连接杆32至少设有两个，以保证破冰装置2和加热装置1能够整体浮动，可选的，也可以在浮舱本体31上设置连接环，连接环与破冰装置2连接。

在上述任意一个方案的基础之上，破冰装置2的顶部设有若干个用于与吊机配合的吊耳5。

具体的，位于锥体结构上方的固定板23的顶部设有若干个吊耳5，当破冰装置2位于水平面处时，破冰装置2使波浪与单桩基础4的受力面积增大，因此通过吊耳5可便于吊机在非冰期将抗冰装置拉至水平面以上，减小波浪对单桩基础4的冲击。

吊耳5在周向上均匀设置于固定板23上，以保证吊机能够平衡的将抗冰装置吊起，减少抗冰装置对海上风机基础的摩擦损坏。

吊耳5为长方体，长方体中设有通孔121，以便于吊机通过吊耳5将抗冰装置吊起，可选的，吊耳5也可以设为其他结构。

可选的，吊耳5也可以在周向上不均匀的设置一圈。

该海上风机抗冰减震装置利用集肤电缆142的集肤效应原理，满足加热装置1的功能需求，且借助温控设计，可以有效弥补由海水流动造成的热量流失，同时有效避免由于海水凝固对单桩基础4平台的挤压，其中间隔板12的设计，不仅为伴热管141的安装提供支持，且为加热装置1提供结构刚度；破冰装置2具有一定的水平自由度和周向自由度，并呈圆锥形，既便于海冰绕过该破冰装置2，又能实现有效破冰，大大减缓海冰对单桩基础4的冲击；另外，该海上风机抗冰减震装置设有浮舱3，使得破冰装置2的中部始终维持在海水和空气的交界处，而不受潮差的影响，这不仅使该抗冰装置的功用得到充分发挥，而且还可适用于潮差带较大的海域；同时固定板23的上方设有吊耳5，以便于吊机在非冰期将抗冰装置吊至水平面以上，从而减少波浪对单桩基础4的冲击。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的海上风机抗冰减震装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种海上风机抗冰减震装置，用于海上风机基础，其特征在于，包括：

加热装置(1)，其用于加热所述海上风机基础，所述加热装置(1)套设于所述海上风机基础；

破冰装置(2)，其用于破碎冲击所述海上风机基础的海冰，所述破冰装置(2)套设于所述加热装置(1)的外部，且所述破冰装置(2)设有若干个用于破冰的摩擦孔(215)；

所述破冰装置(2)包括至少两个上挡板(211)和至少两个下挡板(212)，至少两个所述上挡板(211)围绕所述加热装置(1)设置一周成圆台结构，至少两个所述下挡板(212)围绕所述加热装置(1)设置一周成倒圆台结构，且所述圆台结构的底部和所述倒圆台结构的顶部对齐且固定连接；

两个所述上挡板(211)之间通过第一缓冲装置(221)连接，两个所述下挡板(212)之间通过所述第一缓冲装置(221)连接；

所述圆台结构的顶端和所述倒圆台结构的底端均设有用于缓冲的第三缓冲装置。

2.根据权利要求1所述的海上风机抗冰减震装置，其特征在于，所述加热装置(1)内设有伴热管(141)和用于加热的集肤电缆(142)，所述集肤电缆(142)设于所述伴热管(141)内部，所述集肤电缆(142)与变频电源(33)连接。

3.根据权利要求2所述的海上风机抗冰减震装置，其特征在于，所述加热装置(1)包括用于检测所述海上风机基础温度的检测装置和用于控制所述加热装置(1)加热温度的控制装置，所述检测装置设于所述加热装置(1)的内部，所述加热装置(1)与所述检测装置连接，所述控制装置与所述变频电源(33)连接，所述控制装置用于接收所述检测装置的信号并控制所述变频电源(33)改变频率。

4.根据权利要求3所述的海上风机抗冰减震装置，其特征在于，所述加热装置(1)的内部沿轴向依次设有若干个间隔板(12)，所述间隔板(12)设有若干个通孔(121)，若干个所述间隔板(12)的所述通孔(121)在轴向上对齐，所述伴热管(141)依次穿过若干个所述通孔(121)并安装于所述通孔(121)内。

5.根据权利要求1-4任一项所述的海上风机抗冰减震装置，其特征在于，所述加热装置(1)的外周与所述破冰装置(2)的内周之间设有用于缓冲的第二缓冲装置(222)。

6.根据权利要求1-4任一项所述的海上风机抗冰减震装置，其特征在于，还包括用于将所述加热装置(1)和所述破冰装置(2)浮在海面上的浮舱(3)，所述浮舱(3)与所述破冰装置(2)固定连接，且所述浮舱(3)设于所述破冰装置(2)的下方。

7.根据权利要求1-4任一项所述的海上风机抗冰减震装置，其特征在于，所述破冰装置(2)的顶部设有用于与吊机配合的吊耳(5)。