CN114256797B - 一种动态海缆水下锚固装置及海上风电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态海缆水下锚固装置，包括重力基座，其底部插设在海底土壤中；第一限弯部，其包括设置在重力基座上的弯曲加强器，弯曲加强器内开设有第一贯通孔，弯曲加强器相对重力基座斜向上设置；锚固部，包括连接管，连接管的内侧壁上增设有第一柔性垫层，连接管设置在重力基座上且与弯曲加强器相对应，动态海缆经弯曲加强器穿设至连接管内并与第一柔性垫层过盈配合；第二限弯部，其包括弯曲限制器；弯曲限制器与连接管远离弯曲加强器的一端相连，弯曲限制器内开设有第二贯通孔。能够有效降低海缆舞动幅度和大幅轴向运动，降低动态海缆的疲劳失效风险，降低动态海缆应用在浅水海况时的受损伤概率。

Description

一种动态海缆水下锚固装置及海上风电系统

技术领域

本发明涉及动态海缆水下保护技术领域，尤其是指一种动态海缆水下锚固装置及海上风电系统。

背景技术

随着海上风电的发展，浮式风电项目日益增多。从浮式平台到海底过渡至静态海缆的一段海缆为动态海缆，由于动态海缆长期承受波、浪、流及浮体运动的复杂作用，动态海缆会产生反复抽拉、左右舞动等运动，容易造成动态海缆疲劳失效。因此，为了保持动态海缆整体线型同时保证动态海缆安全运行，通常需要在动态海缆的触地点处加装一些水下保护装置。

现有的动态海缆触地点保护装置一般为基座加系链夹具的方式，利用夹具夹紧动态缆，并通过系链将夹具与基座连接起来，具有一定的限制位移作用，比较适合海底流速较小的深水海况。然而，在水深较浅的浮式风电项目中，海底流速和波浪较大，海缆在波浪及海流作用下轴向往复运动和舞动运动更大，现有的动态海缆触地保护装置对海缆运动的限制作用较小，不能对动态起到很好地保护作用，动态海缆容易受损失效，从而影响海上风电系统的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种动态海缆水下锚固装置，其能够有效降低海缆舞动幅度，限制海缆的大幅轴向运动，降低动态海缆的疲劳失效风险，进一步降低动态海缆应用在浅水海况时的受损伤概率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种动态海缆水下锚固装置，包括重力基座，所述重力基座的底部插设在海底土壤中；第一限弯部，包括弯曲加强器，所述弯曲加强器设置在重力基座上，所述弯曲加强器内开设有用于通过动态海缆的第一贯通孔，所述弯曲加强器相对所述重力基座斜向上设置以加强所述动态海缆的局部刚度，防止曲率突变；锚固部，用以固定动态海缆，其包括连接管，所述连接管的内侧壁上增设有第一柔性垫层，所述连接管设置在重力基座上且与所述弯曲加强器相对应，所述动态海缆经弯曲加强器穿设至所述连接管内并与连接管内的第一柔性垫层过盈配合；第二限弯部，用以限制动态海缆的弯曲程度，所述第二限弯部包括弯曲限制器；所述弯曲限制器与所述连接管远离弯曲加强器的一端相连接，所述弯曲限制器内开设有供动态海缆穿过的第二贯通孔，所述第一贯通孔、连接管和第二贯通孔依次连通，所述动态海缆依次通过所述第一贯通孔、连接管和第二贯通孔。

作为优选的，所述的动态海缆水下锚固装置还包括支撑部，所述支撑部包括法兰盘和支撑架；所述支撑架架设在所述重力基座上，所述法兰盘设置在所述支撑架的顶部，所述弯曲加强器设置在所述法兰盘上，所述法兰盘对弯曲加强器进行支撑固定。

作为优选的，所述法兰盘上开设有U形缺口，所述U形缺口与所述弯曲加强器中的第一贯通孔对应设置以通过动态电缆。

作为优选的，所述支撑部还包括导向槽道；所述导向槽道的一端与法兰盘远离弯曲加强器的一侧连接且与所述法兰盘上的U形缺口对应设置，所述导向槽道的另一端与所述锚固部中的连接管对应设置；所述动态海缆依次穿过所述弯曲加强器、U形缺口、导向槽道并进入至所述连接管内。

作为优选的，所述导向槽道的内侧壁上增设有第二柔性垫层，所述动态海缆穿设在导向槽道内并与第二柔性垫层过盈配合。

作为优选的，所述连接管远离所述弯曲加强器的一端增设有凸环，所述弯曲限制器的内侧壁上设有与所述凸环相配合的凹槽，所述凸环卡设在所述凹槽内。

作为优选的，所述重力基座包括依次设置的钢结构栅格、防沉板和底板；所述防沉板设置在所述钢结构栅格的底部，所述防沉板上开设有多个用以排水的通孔；所述底板设置在所述防沉板的底部，所述底板下陷设置在海底土壤中。

作为优选的，所述钢结构栅格和防沉板相配合以形成容置腔。

作为优选的，所述重力基座的顶部设置有多个吊耳，以便于运输吊装。

一种海上风电系统，其用于海上能源电力的传输，作为优选的，包括所述的动态海缆水下锚固装置。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明通过设置重力基座、第一限弯部、锚固部和第二限弯部，动态海缆能够依次通过第一限弯部、锚固部和第二限弯部，更好地维持动态缆的整体线型，限制动态海缆的舞动幅度和弯曲程度，有效降低动态海缆疲劳失效的风险。

2、本发明的第一限弯部包括弯曲加强器，弯曲加强器内开设第一贯通孔，可供动态缆穿过，且弯曲加强器相对重力基座斜向上设置，弯曲加强器能加强动态海缆的局部刚度，防止曲率突变，降低动态海缆弯曲疲劳。

3、本发明的锚固部包括连接管，且连接管的内侧壁上增设有第一柔性垫层，动态海缆穿设于连接管中并能够与连接管内的第一柔性垫层过盈配合。上述锚固部能够与动态海缆紧密配合，限制海缆的大幅位移，有效降低海缆的舞动幅度，保持动态海缆的稳定性和可靠性，延长其使用寿命。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明去除第一限弯部后的结构示意图；

图3为本发明锚固部的结构示意图；

图4为本发明第一限弯部的结构示意图；

图5为本发明海上风电系统的结构示意图。

说明书附图标记说明：10-重力基座，20-第一限弯部，30-支撑部，40-锚固部，50-第二限弯部，60-动态海缆，70-动静态缆接头盒，90-浮式风机平台，101-吊耳，102-容置腔，103-钢结构栅格，104-防沉板，105-底板，201-弯曲加强器，202-连接件，203-第一贯通孔，301-法兰盘，302-U形缺口，303-支撑架，304-支撑板，305-导向槽道，401-连接管，402-垫块，403-凸环，501-弯曲限制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1～图5所示，本发明公开了一种动态海缆水下锚固装置和海上风电系统。

上述动态海缆水下锚固装置包括重力基座10、第一限弯部20、锚固部40和第二限弯部50。

其中，上述重力基座10的底部下陷插设在海底土壤中。上述限弯部包括设置在重力基座10上的弯曲加强器201，在弯曲加强器201内开设有第一贯通孔203，上述第一贯通孔203的孔径略大于动态海缆60以便于动态海缆60通过，上述弯曲加强器201相对重力基座10为斜向上，弯曲加强器201相对于海底土壤斜向上设置，以加强动态海缆60的局部刚度，防止曲率突变。

优选的，弯曲加强器201外观选用为圆锥形一体化结构，其较粗端与重力基座10连接以增强弯曲加强器201的稳定性，材料为耐磨防腐的聚合物材料，使其使用寿命更长。

上述锚固部40用以对动态海缆60进行固定，锚固部40包括连接管401和多个垫块402，垫块402与连接管401的底部连接且固定在重力基座10上，以使锚固部40结构更稳定。其中，上述连接管401优选为分离式直管，其内部有第一柔性垫层(柔性垫层的材料优选为聚合物)，垫块402通过焊接或螺栓方式与重力基座10连接。动态海缆60穿设在连接管401内，通过螺栓将分离的两半直管紧固，使得动态海缆60与连接管401内的第一柔性垫层过盈配合，限制动态海缆60的大幅位移和轴向运动，有效降低动态海缆60的舞动幅度，保持动态海缆60的稳定性和可靠性，延长其使用寿命。

上述第二限弯部50用于限制动态海缆60的弯曲程度，第二限弯部50包括弯曲限制器501。弯曲限制器501的长度可根据实际情况进行设计，弯曲限制器501与上述连接管401远离弯曲加强器201的一端相连接，弯曲限制器501内开设有供动态海缆60穿过的第二贯通孔。通过设置上述弯曲限制器501能够在避免动态海缆60大幅舞动的同时防止动态海缆60与地面摩擦，降低动态海缆60与海床发生摩擦带来的机械损伤风险。

具体地，第一贯通孔203、连接管401和第二贯通孔依次连通。动态海缆60依次通过第一限弯部20中的第一贯通孔203、锚固部40中的连接管401和第二限弯部50中的第二贯通孔，可以有效降低动态海缆60舞动幅度，限制动态海缆60的大幅轴向运动，降低动态海缆60的疲劳失效风险，进一步降低动态海缆60应用在浅水海况时的受损伤概率。

上述连接管401远离弯曲加强器201的一端增设有凸环403，弯曲限制器501的内侧壁上设有与凸环403相配合的凹槽，凸环403卡设在凹槽内，使得弯曲限制器501与连接管401紧密连接，提高装置整体结构的稳定性。

上述动态海缆水下锚固装置还包括支撑部30。上述支撑部30包括法兰盘301、支撑架303、支撑板304和导向槽道305。其中，支撑架303和支撑板304均架设在重力基座10的顶部，根据实际施工情况，支撑架303可设置多组，以增强结构的稳定性。法兰盘301设置在支撑架303的顶部，弯曲加强器201通过连接件202固定在法兰盘301上，法兰盘301对弯曲加强器201进行支撑固定。

进一步地，上述法兰盘301上开设有U形缺口302，且U形缺口302与弯曲加强器201中的第一贯通孔203相对应设置以通过动态电缆。上述导向槽道305的一端与法兰盘301远离弯曲加强器201的一侧连接且与法兰盘301上的U形缺口302对应设置，导向槽道305的另一端与锚固部40中的连接管401对应设置。

具体地，上述动态海缆60依次穿过弯曲加强器201、U形缺口302、导向槽道305、连接管401并进入至弯曲限制器501内。

上述导向槽道305设置成弯曲状以引导动态海缆60的安装，并对动态海缆60起到托举作用。上述导向槽道305的内侧壁上增设有第二柔性垫层，动态海缆60穿设在导向槽道305内并与第二柔性垫层过盈配合，可以阻止动态海缆60轴向运动。

第二柔性垫层优选为橡胶或聚氨酯等聚合物垫层。

上述重力基座10包括由上而下依次设置的钢结构栅格103、防沉板104和底板105。上述第一限弯部20和锚固部40优选为设置在钢结构栅格103上。上述钢结构栅格103由多个工字钢或H字钢纵横焊接或螺栓连接而成，上述防沉板104设置在钢结构栅格103的底部，上述底板105设置在防沉板104的底部，且底板105下陷设置在海底土壤中。钢结构栅格103和防沉板104相配合以形成容置腔102，在容置腔102内可填充有水泥混凝土以增加重力基座10的自重，同时降低成本，保证在海流冲刷下重力基座10也能保持稳定。进一步地，在上述容置腔102内是否填充水泥混凝土可根据实际施工需求进行选择；若上述容置腔102内需要填充水泥混凝土，填充的混凝土的量根据实际的施工情况进行设计。

防沉板104上开设有多个通孔，通孔可为圆形或多边形等形状，在将重力基座10下放安装时，通过通孔排出圈集的海水，减小海水对重力基座10的阻力，防沉板104优选为钢板，在长期工作中，可以防止重力基座10整体完全下陷至海底。底板105可优选为由多个具有一定长宽厚度的钢板组成，在重力基座10安装下放时，更有效地下陷在海底，增加与海底土壤的阻力，保持重力基座10的稳定。

在另外一个较佳的实施例中，钢结构栅格103也可采用钢筋混泥土浇筑而成以进一步降低成本。

重力基座10的顶部设置有多个吊耳101，多个吊耳101排列成轴对称形状，方便钢丝绳吊起下放整个装置。

进一步优选的，上述动态缆水下锚固装置的整体均涂覆有防腐涂层，以使得装置的使用寿命更长。

本发明能够使得动态海缆60依次通过第一限弯部20中的弯曲加强器201、支撑部30中的导向槽道305、锚固部40中的连接管401并进入至第二限弯部50内的弯曲限制器501内，可以有效降低海缆舞动幅度，限制海缆的大幅轴向运动，降低动态海缆60的疲劳失效风险，进一步降低动态海缆60应用在浅水海况时的受损伤概率。

基于上述的动态海缆水下锚固装置，本发明还提出了一种海上风电系统。

上述海上风电系统可用于海上能源电力的传送。上述海上风电系统包括上述的动态海缆水下锚固装置、动静态缆接头盒70和浮式风机平台90。

其中，动态海缆水下锚固装置中的第一限弯部20靠近浮式风机平台90一侧，第二限弯部50靠近动静态缆接头盒70一侧。从浮式风机平台90引出的动态海缆60依次通过所述第一限弯部20、锚固部40和第二限弯部50连接至动静态缆接头盒70。从浮式风机平台90到海底过渡的动态海缆60舞动幅度小，使用寿命更长，进一步提高了海上风电系统的稳定性和可靠性。

工作原理：将第一限弯部20、支撑部30和锚固部40依次设置在重力基座10上，第二限弯部50与锚固部40的尾端相连接；将动态海缆60依次穿过第一限弯部20中的弯曲加强器201、支撑部30中的导向槽道305、锚固部40中的连接管401并进入至第二限弯部50内的弯曲限制器501内。

第一限弯部20中的弯曲加强器201相对重力基座10为斜向上设置以加强动态海缆60的局部刚度，防止曲率突变；支撑部30中的导向槽道305的内侧壁上增设有第二柔性垫层，动态海缆60穿设在导向槽道305内并与第二柔性垫层过盈配合，进一步降低动态缆轴向运动；第二限弯部50内的弯曲限制器501能有效限制动态海缆60发生过弯，在避免动态海缆60大幅舞动的同时防止动态海缆60与地面摩擦，降低动态海缆60与海床发生摩擦带来的机械损伤风险。

第一限弯部20、支撑部30、锚固部40和第二限弯部50相互配合可以有效降低海缆舞动幅度，限制海缆的大幅轴向运动，降低动态海缆60的疲劳失效风险，进一步降低动态海缆60应用在浅水海况时的受损伤概率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种动态海缆水下锚固装置，其特征在于，包括：

重力基座，所述重力基座的底部插设在海底土壤中；

第一限弯部，包括弯曲加强器，所述弯曲加强器设置在重力基座上，所述弯曲加强器内开设有用于通过动态海缆的第一贯通孔，所述弯曲加强器相对所述重力基座斜向上设置以加强所述动态海缆的局部刚度，防止曲率突变；

锚固部，用以固定动态海缆，其包括连接管，所述连接管的内侧壁上增设有第一柔性垫层，所述连接管设置在重力基座上，所述动态海缆经弯曲加强器穿设至所述连接管内并与连接管内的第一柔性垫层过盈配合；

第二限弯部，用以限制动态海缆的弯曲程度，所述第二限弯部包括弯曲限制器；所述弯曲限制器与所述连接管远离弯曲加强器的一端相连接，所述弯曲限制器内开设有供动态海缆穿过的第二贯通孔，所述第一贯通孔、连接管和第二贯通孔依次连通，所述动态海缆依次通过所述第一贯通孔、连接管和第二贯通孔；

还包括支撑部，所述支撑部包括法兰盘和支撑架；

所述支撑架架设在所述重力基座上，所述法兰盘设置在所述支撑架的顶部，所述弯曲加强器设置在所述法兰盘上，所述法兰盘对弯曲加强器进行支撑固定；

所述法兰盘上开设有U形缺口，所述U形缺口与所述弯曲加强器中的第一贯通孔对应设置以通过动态电缆；

所述支撑部还包括导向槽道；所述导向槽道的一端与法兰盘远离弯曲加强器的一侧连接且与所述法兰盘上的U形缺口对应设置，所述导向槽道的另一端与所述锚固部中的连接管对应设置；所述动态海缆依次穿过所述弯曲加强器、U形缺口、导向槽道并进入至所述连接管内；

所述导向槽道的内侧壁上增设有第二柔性垫层，所述动态海缆穿设在导向槽道内并与第二柔性垫层过盈配合。

2.根据权利要求1所述的动态海缆水下锚固装置，其特征在于，所述连接管远离所述弯曲加强器的一端增设有凸环，所述弯曲限制器的内侧壁上设有与所述凸环相配合的凹槽，所述凸环卡设在所述凹槽内。

3.根据权利要求1所述的动态海缆水下锚固装置，其特征在于，所述重力基座包括依次设置的钢结构栅格、防沉板和底板；

所述防沉板设置在所述钢结构栅格的底部，所述防沉板上开设有多个用以排水的通孔；所述底板设置在所述防沉板的底部，所述底板下陷设置在海底土壤中。

4.根据权利要求3所述的动态海缆水下锚固装置，其特征在于，所述钢结构栅格和防沉板相配合以形成容置腔。

5.根据权利要求1所述的动态海缆水下锚固装置，其特征在于，所述重力基座的顶部设置有多个吊耳，以便于运输吊装。

6.一种海上风电系统，其用于海上能源电力的传输，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述的动态海缆水下锚固装置。