CN115743407B - 一种具有补偿功能的系泊系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有补偿功能的系泊系统及其控制方法，涉及海洋工程领域，包括锚链、提链装置、止链装置、万向导向装置、受力传感器、姿态传感器、控制系统；提链装置、止链装置安装在风机基础上表面，万向导向装置安装在风机基础下表面；锚链一端绕设在提链装置上，锚链另一端依次穿设在止链装置、万向导向装置后连接在海底上；受力传感器安装在止链装置上，姿态传感器安装在锚链上；万向导向装置包括导向组件，导向组件上设有万向组件；控制系统分别与提链装置、止链装置、万向导向装置电性连接。本系泊系统及其控制方法能使锚链被绷紧状态或者松弛状态得到补偿性缓冲，有效保护锚链，同时，使海上漂浮式风机基础更加稳定，不易发生倾斜。

Description

一种具有补偿功能的系泊系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及海洋工程领域，尤其涉及一种具有补偿功能的系泊系统及其控制方法。

背景技术

近年来，随着陆上、近海的风电资源开发逐渐饱和，深远海的风电开发成为未来风电发展的趋势。但随着水深的增加以及近岸资源开发趋于饱和，固定式风机基础的劣势明显，漂浮式风机基础便成为最佳选择。但是发展漂浮式风机面临许多技术上的挑战，欧洲早在十多年前就进行了海上浮式样机试验，积攒了丰富的设计经验，可现在仍没有大批量的投产。漂浮式风机采用系泊系统将其固定在海床上，在风和波浪的作用下，风机平台在一定范围内运动。

现有的系泊系统包括提链装置(锚机)、导向轮、锚链及锚固装置。提链装置安装在漂浮式风机的平台上，用于直线往复收放和张紧锚链。导向轮安装在漂浮式风机的平台周缘，用于锚链的导向。锚链用于连接提链装置与锚固装置。锚固装置安装在海底，用于将漂浮式风机固定在在海床上。目前使用较多的锚固型式是吸力桩锚和吸力埋置式板锚。由于现有的系泊系统不具备补偿功能，在恶劣天气下，巨大的风浪使得锚链容易随海浪、波浪的摆动而损坏导向轮，甚至导致漂浮式风机发生倾斜翻倒，存在巨大的安全隐患。因此，急需设计一款能够跟随锚链摆动而调整位置，在无波浪无外力作用下能够复位，具有一定补偿功能的系泊系统。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种具有补偿功能的系泊系统。

本发明的目的之二在于提供一种具有补偿功能的系泊控制方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：一种具有补偿功能的系泊系统，包括用于将海上漂浮式风机基础固定在海面上的锚链、用于收放锚链的提链装置、用于制动锁紧锚链的止链装置、用于根据锚链的运动轨迹而多方向调整锚链摆动轨迹的万向导向装置、用于检测锚链受力情况的受力传感器、用于检测锚链的运动轨迹的姿态传感器、用于控制所述提链装置、止链装置、万向导向装置运作的控制系统；

所述提链装置、止链装置安装在海上漂浮式风机基础的上表面，所述万向导向装置安装在海上漂浮式风机基础的下表面；所述锚链的一端绕设在提链装置上，锚链的另一端依次穿设在止链装置、万向导向装置后连接在海底上；所述受力传感器安装在所述止链装置上，所述姿态传感器安装在锚链上；所述万向导向装置包括导向组件，所述导向组件上设有用于调整导向组件摆动方向的万向组件；所述万向组件包括至少两个用于驱动导向组件摆动的动力装置，每个动力装置控制导向组件一个摆动方向；

所述控制系统分别与所述提链装置、止链装置、万向导向装置电性连接，所述控制系统根据锚链的受力情况与运动轨迹控制所述提链装置、止链装置、万向导向装置运作从而调整锚链的收放或/和摆动方向。

进一步地，所述止链装置包括链架基座、锁链组件；所述链架基座上设有导链槽，所述导链槽的底部设有锚链孔；所述锁链组件安装在链架基座上，所述锁链组件包括上压块、下压块和气缸，所述下压块固定在所述导链槽的底部，所述上压块位于下压块的上方，上压块的一端活动枢接在所述导链槽之间，上压块的另一端有连接柱，所述气缸的动力输出端与所述连接柱传动连接；所述锚链从提链装置伸出后穿入所述链架基座的导链槽内，并伸入所述上压块与所述下压块之间，最后从链架基座上锚链孔穿出；通过控制所述气缸的伸缩杆伸缩，带动上压块靠近或者远离下压块以锁紧或松开锚链。

进一步地，所述链架基座包括底板、两块分别直立设置在底板两侧的直立板；两块直立板之间形成所述导链槽；所述下压块固定在底板上，两块直立板上均对应开设有弧形槽，所述上压块一端活动枢接在两块直立板之间，上压块另一端的连接柱对应伸出所述弧形槽之外，并与所述气缸的动力输出端传动连接；所述气缸安装在直立板远离导链槽的一侧。

进一步地，所述止链装置还包括导向块、导向滚轮；所述导向块、导向滚轮均固定在导链槽内，导向块位于锚链穿入端的一侧，导向滚轮位于锚链穿出端的一侧。

进一步地，所述止链装置还包括卡止组件，所述卡止组件包括锁链板和驱动电机；所述锁链板的一侧设有两根连接杆，另一侧开设有卡链缺口；所述锁链板通过两根连接杆活动枢接在导链槽之间，其中一根连接杆与所述驱动电机的动力输出端传动连接；所述卡链缺口在卡止状态时与所述锚链孔部分重叠。

进一步地，所述受力传感器包括压力传感器或/和扭矩传感器；所述压力传感器或/和扭矩传感器安装在止链装置上。

进一步地，所述万向组件包括第一连接件、第二连接件、齿轮轴、外齿圆环、第一动力装置、第二动力装置；所述第一连接件安装在漂浮式风机基础平台的底部，所述齿轮轴可转动地穿插在所述第一连接件上，所述齿轮轴的两端固定在所述外齿圆环的内腔，所述第一动力装置用于驱动所述齿轮轴沿着齿轮轴的轴线自转，所述齿轮轴自转从而带动外齿圆环沿着所述齿轮轴轴线作旋转运动；所述外齿圆环的侧壁设有周向滑动结构，所述第二连接件通过周向滑动结构滑动连接在所述外齿圆环的侧壁上；所述第二动力装置用于驱动所述第二连接件沿着外齿圆环的圆周方向作周向摆动；所述导向组件固定在第二连接件上。

进一步地，所述齿轮轴包括转轴和固定在所述转轴外周的第一齿轮；所述第一动力装置包括第一减速机和第二齿轮；所述第一减速机安装在所述第一连接件上，所述第二齿轮套设在第一减速机的动力输出端，所述第二齿轮与所述第一齿轮相互啮合传动；

所述外齿圆环的外周设有外齿；所述第二动力装置包括第二减速机和第三齿轮；所述第二减速机安装在所述第二连接件上，所述第三齿轮套设在减速机的动力输出端，所述第三齿轮与所述外齿圆环的外齿相互啮合传动。

进一步地，所述万向组件还包括与海上漂浮式风机基础的下表面转动连接的圆盘和用于驱动所述圆盘转动的第三减速机；所述第一连接件固定安装在圆盘的底部，所述第三减速机的动力输出端与所述圆盘传动连接。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：一种具有补偿功能的系泊控制方法，包括如下步骤：

预先设定海上漂浮式风机基础在不受风浪影响的常态下，受力传感器检测锚链的受力范围值作为预设的受力阈值范围；

受力传感器实时检测锚链的实际受力值，并将检测到的实际受力值传输至控制系统；姿态传感器实时检测锚链的运动轨迹，并将检测到的运动轨迹传输至控制系统；

当海上漂浮式风机基础被海浪推至偏移位置，锚链随之偏移被绷紧，即锚链处于绷紧状态，锚链对受力传感器的作用力超过预设的受力阈值范围，控制系统控制止链装置启动，松开锚链，同时控制提链装置开始放链；当锚链对受力传感器的作用力落入预设的受力阈值范围内时，控制系统提链装置停止放链，止链装置锁紧锚链；

当锚链过于松弛状态，锚链对受力传感器的作用力小于预设的受力阈值范围，控制系统控制止链装置启动，松开锚链，同时控制提链装置开始收链；当锚链对受力传感器的作用力落入预设的受力阈值范围内时，控制系统提链装置停止收链，止链装置锁紧锚链；

与此同时，控制系统控制万向导向装置上的各个动力装置，动力装置带动导向组件根据锚链的运动轨迹进行补偿性方向调整，使锚链被绷紧状态或者松弛状态得到缓冲。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

当海上漂浮式风机基础遇到恶劣天气时，随着海浪方向一侧发生偏移时，本系泊系统及其控制方法能够根据锚链的受力情况与运动轨迹通过控制系统控制所述提链装置、止链装置、万向导向装置运作从而调整锚链的收放或/和摆动方向，使锚链被绷紧状态或者松弛状态得到补偿性缓冲，有效保护锚链，同时，使海上漂浮式风机基础更加稳定，不易发生倾斜。当海况相对平静时，无波浪无外力作用下，通过控制系统对应反向控制提链装置、止链装置、万向导向装置运作，使海上漂浮式风机基础能够复位。

附图说明

图1为本发明较佳实施例具有补偿功能的系泊系统的结构示意图；

图2为图1中a处的放大示意图；

图3为本发明较佳实施例止链装置的结构示意图；

图4为本发明较佳实施例止链装置的剖视图；

图5为本发明较佳实施例止链装置另一角度的结构示意图；

图6为本发明较佳实施例止链装置中锁链板的结构示意图；

图7为本发明较佳实施例万向导向装置的结构示意图；

图8为本发明较佳实施例万向导向装置另一角度的结构示意图；

图9为本发明较佳实施例万向导向装置的局部剖视图；

图10为本发明较佳实施例万向导向装置中第一连接件与第一动力装置安装关系的示意图；

图11为本发明较佳实施例万向导向装置中第二连接件与第二动力装置安装关系的示意图；

图12为本发明较佳实施例系泊系统的锚链受力、方向补偿后的示意图；

图13为图12中b处的放大示意图。

图中：A、海上漂浮式风机基础；B、海浪方向；1、锚链；2、止链装置；21、链架基座；211、底板；212、直立板；213、导链槽；214、弧形槽；215、锚链孔；22、锁链组件；221、上压块；222、下压块；223、气缸；224、连接柱；23、导向块；24、导向滚轮；25、卡止组件；251、锁链板；2511、连接杆；2512、卡链缺口；2513、限位槽；252、驱动电机；26、保护罩；3、万向导向装置；31、导向组件；311、导向盒；312、导向轮；32、万向组件；321、第一连接件；322、第二连接件；3221、滑块；323、齿轮轴；3231、转轴；3232、第一齿轮；324、外齿圆环；3241、缺口；3242、周向滑槽；3243、外齿；325、第一动力装置；3251、第一减速机；3252、第二齿轮；326、第二动力装置；3261、第二减速机；3262、第三齿轮；327、圆盘；328、第三减速机；4、受力传感器；41、压力传感器；42、扭矩传感器；5、姿态传感器；6、锚固装置。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

当海上漂浮式风机基础A及其锚链受复杂海况影响下，锚链容易绷紧，当海上恶劣环境对锚链的拉力大于锚链的承载力时，锚链容易发生绷断或者脱离海底，导致海上漂浮式风机侧翻，造成更大的经济损失。因此需要通过测量锚链的受力情况与运动轨迹调整锚链的收放或/和摆动方向，实时调节锚链的伸缩量和摆动方向，使锚链不易绷紧或者脱离海底，从而保护海上漂浮式风机基础。

如图1-13所示，本发明具有补偿功能的系泊系统，包括用于将海上漂浮式风机基础A固定在海面上的锚链1、用于收放锚链1的提链装置(图中未示)、用于制动锁紧锚链1的止链装置2、用于根据锚链1的运动轨迹而多方向调整锚链1摆动轨迹的万向导向装置3、用于检测锚链受力情况的受力传感器4、用于检测锚链的运动轨迹的姿态传感器5、用于控制所述提链装置、止链装置2、万向导向装置3运作的控制系统(图中未示)；

所述提链装置(图中未示)、止链装置2具体安装在海上漂浮式风机基础A的上表面，所述万向导向装置3安装在海上漂浮式风机基础A的下表面，海上漂浮式风机基础A上开设有锚链孔；所述锚链1的一端绕设在提链装置上，锚链的另一端依次穿设在止链装置2、海上漂浮式风机基础A上的锚链孔、万向导向装置3后通过锚固装置6固定在海底上，目前使用较多的锚固装置6是吸力桩锚和吸力埋置式板锚。

其中，所述受力传感器4安装在所述止链装置2上，所述姿态传感器5安装在锚链1上；所述万向导向装置3包括导向组件31，所述导向组件上设有用于调整导向组件摆动方向的万向组件32；所述万向组件包括至少两个用于驱动导向组件摆动的动力装置，每个动力装置控制导向组件一个摆动方向；

所述控制系统分别与所述提链装置、止链装置2、万向导向装置3电性连接，当海上漂浮式风机基础A遇到恶劣天气时，随着海浪方向B一侧发生偏移时，所述控制系统根据锚链1的受力情况与运动轨迹控制所述提链装置、止链装置2、万向导向装置3运作从而调整锚链1的收放或/和摆动方向，使锚链1被绷紧状态或者松弛状态得到补偿性缓冲，有效保护锚链1，同时，使海上漂浮式风机基础A更加稳定，不易发生倾斜。当海况相对平静时，无波浪无外力作用下，通过控制系统对应反向控制提链装置、止链装置2、万向导向装置3运作，使海上漂浮式风机基础A能够复位。

本发明的系泊系统具有两重补偿机制，第一重补偿机制是通过测量锚链1的受力情况调整锚链1的收放，实时调节锚链1的伸缩量，使锚链1不易绷紧或者脱离海底，锚链1的受力情况主要通过安装在止链装置2上的受力传感器4监测，然后通过止链装置2、提链装置的配合运作对锚链1实现收放控制。第二重补偿机制是通过测量锚链1的运动轨迹，实时调整锚链1摆动方向，使锚链1不易绷紧或者脱离海底，锚链1的运动轨迹主要通过安装在锚链1上的姿态传感器5监测，然后通过控制万向导向装置3运作对锚链1实现收放控制。两重补偿机制相辅相成，达到最理想的补偿效果。

在本较佳实施例中，如图3-6所示，所述止链装置2包括链架基座21、锁链组件22；所述链架基座21上设有导链槽213，所述导链槽213的底部设有锚链孔215；所述锁链组件22安装在链架基座21上，所述锁链组件22包括上压块221、下压块222和气缸223，所述下压块222固定在所述导链槽213的底部，所述上压块221位于下压块222的上方，上压块221的一端活动枢接在所述导链槽213之间，上压块221的另一端有连接柱224，所述气缸223的动力输出端与所述连接柱224传动连接；所述锚链1从提链装置伸出后穿入所述链架基座21的导链槽213内，并伸入所述上压块221与所述下压块222之间，最后从链架基座21上锚链孔215穿出；通过控制所述气缸223的伸缩杆伸缩，带动上压块221靠近或者远离下压块222以锁紧或松开锚链1。

本止链装置2利用链架基座21上导链槽213的空间位置安装锁链组件22的上、下压块222，并通过锚链穿过上、下压块222的之间，控制气缸223的伸缩带动上压块221靠近或者远离下压块222，以实现锚链1处于锁紧或放松状态。当海上漂浮式风机基础A遇到恶劣天气随海浪方向B偏移时，本止链装置2可根据受力传感器4检测到锚链受力情况，调整锚链1松紧状态后对锚链1及时制动。具体过程如下：当提链装置需要收放锚链1时，气缸223的气缸轴带动连接柱224朝上运动，连接柱224则带动上压块221运动，使上压块221松开锚链1，使提链装置能收放锚链1；当不需要收放锚链1时，气缸223的气缸轴带动上压块221朝下运动，使上压块221紧压锚链1，锚链1在上压块221与下压块222的作用下被锁紧，起到及时制动的作用，同时也可用于防止提链装置出现故障时锚链1的突然收放。

作为进一步优选方案，所述链架基座21包括底板211、两块分别直立设置在底板211两侧的直立板212；两块直立板212之间形成所述导链槽213；本申请通过两块直立板212与底板211之间的位置设置，形成狭窄的导链槽213，该导链槽213一方面为锚链的穿过提供一定的容置空间，起到链条导向作用，另一方面该空间设计也方便锁链组件22的安装。所述下压块222固定在底板211上，两块直立板212上均对应开设有弧形槽214，所述上压块221一端活动枢接在两块直立板212之间，上压块221另一端的连接柱224对应伸出所述弧形槽214之外，并与所述气缸223的动力输出端传动连接；所述气缸223安装在直立板212远离导链槽213的一侧。

作为进一步优选方案，所述止链装置2还包括导向块23、导向滚轮24；所述导向块23、导向滚轮24均固定在导链槽213内，导向块23位于锚链穿入端的一侧，导向滚轮24位于锚链穿出端的一侧。导向块23、导向滚轮24的设置为了满足锚链的定位，起到一定的引导锚链在预设的轨道进行收放，提高锚链1收放顺畅度。

作为进一步优选方案，为了进一步提高止链装置的锁紧效果，所述止链装置2还包括卡止组件25，所述卡止组件25包括锁链板251和驱动电机252；所述锁链板251的一侧设有两根连接杆2511，另一侧开设有卡链缺口2512；所述锁链板251通过两根连接杆2511活动枢接在导链槽213之间，其中一根连接杆2511与所述驱动电机252的动力输出端传动连接；所述卡链缺口2512在卡止状态时与所述锚链孔215部分重叠。当驱动电机252的动力输出轴转动，从而带动锁链板251向锚链孔215倾斜，并盖设在锚链孔215上，将锚链孔215的孔径缩小，将锚链上相邻的两个锁环卡入卡链缺口2512上，进一步锁紧锚链1，防止锚链1移动。

作为进一步优选方案，所述卡链缺口2512为Y型缺口，所述Y型缺口的底部凹设有限位槽2513。Y型缺口的上部呈V字型，锁链板251逐渐下降，锚链孔215逐渐收窄，V字型缺口在这过程中起到一定导向作用，最终使锚链1相邻两个锁环刚好卡在Y型缺口的下部，Y型缺口的下部与限位槽2513的长度方向呈“十”字形，刚好用于卡接两个相邻的锁环，锁紧效果更优。

作为进一步优选方案，该止链装置2还包括保护罩26，所述保护罩26盖设在气缸223上。保护罩26的设计用于保护气缸223。

作为进一步优选方案，所述受力传感器4包括压力传感器41或/和扭矩传感器42；本优选实施例中，所述压力传感器41和扭矩传感器42均安装在止链装置2上。具体地，在本实施方式中，压力传感器41安装在链架基座21的底板211上，用于检测锁链板251的重力，扭矩传感器42安装在导向滚轮24的轴内，用于检测导向滚轮24的滚轴内的扭矩。压力传感器选自BROSA公司的BROSA型号为0310的压力传感器或者BROSA公司的型号为0301的压力传感器。扭矩传感器选自AML公司型号为DBBSS/TSF的扭矩传感器或TMLAML公司型号为FGDH-3A的扭矩传感器。

受力传感器4用于检测锚链1的实际受力情况，控制系统根据锚链1的受力情况判断其处于绷紧状态还是松弛状态，然后对应控制提链装置、止链装置2运作从而调整锚链1的收放，对锚链1的松紧程度进行补偿性调整，以防止锚链1断裂、防止海上漂浮式风机基础A侧翻，具体的实现过程如下：

其中，预先设定海上漂浮式风机基础A在不受风浪影响的常态下，压力传感器41和扭矩传感器42检测出的受力值，并将检测到的受力值传输至控制系统，控制系统解算出的常态锚链1张力范围值作为预设的受力阈值范围；

当锚链1处于绷紧状态时，锚链1对锁链板251与导向滚轮24施加过大的压力，压力传感器41和扭矩传感器42测出实际受力值，并将检测到的实际受力值传输至控制系统；控制系统解算出锚链张力，当锚链张力大于预设的受力阈值范围时，控制系统则控制锁链部件松开，提链装置开始松放锚链1，使锚链1绷紧状态得到缓冲；当锚链1松放到一定程度，即导向滚轮24上扭矩传感器测定的锚链张力值落入预设的受力阈值范围内时，控制系统控制提链装置停止放链，控制止链装置2的锁链板251、上压块221等锁链部件锁紧锚链1，锚链1止动。

当锚链1处于松弛状态时，锚链1对锁链板251与导向滚轮24施加较小的压力，压力传感器41和扭矩传感器42测出实际受力值，并将检测到的实际受力值传输至控制系统；控制系统解算出锚链张力，当锚链张力小于预设的受力阈值范围时，控制系统则控制锁链板251、上压块221等锁链部件松开，开始收链，使锚链1松弛状态得到同步缓冲，当锚链1松放到一定程度，即导向滚轮24上的扭矩传感器42测定的锚链张力值落入预设的受力阈值范围内时，控制系统控制提链装置停止收链，控制止链装置2的锁链板251、上压块221等锁链部件锁紧锚链1，锚链1止动。这样，一侧绷紧的锚链1不会发生断裂，另一侧松弛的锚链被收紧，整个海上漂浮式风机基础A不会发生侧翻。当海况相对平静时，无波浪无外力作用下，通过控制系统对应反向控制提链装置、止链装置2运作，使海上漂浮式平台基础能够恢复到原始位置。

在本较佳实施例中，如图7-11所示，万向导向装置3包括导向组件31，所述导向组件31上设有万向组件32；所述万向组件32包括第一连接件321、第二连接件322、齿轮轴323、外齿圆环324、第一动力装置325、第二动力装置326；

所述第一连接件321安装在漂浮式风机基础平台的底部，所述齿轮轴323可转动地穿插在所述第一连接件321上，所述齿轮轴323的两端固定在所述外齿圆环324的内腔，所述第一动力装置325用于驱动所述齿轮轴323沿着齿轮轴323的轴线自转，所述齿轮轴323自转从而带动外齿圆环324沿着所述齿轮轴轴线作旋转运动；所述外齿圆环324的侧壁设有周向滑动结构，所述第二连接件322通过周向滑动结构滑动连接在所述外齿圆环324的侧壁上；所述第二动力装置326用于驱动所述第二连接件322沿着外齿圆环324的圆周方向作周向摆动；所述导向组件31固定在第二连接件322上。

本万向导向装置3通过设置万向组件32，当海况出现变化时，通过万向组件32调整导向组件31的实现多方向摆动，再加上提链装置对锚链1的收放，使锚链1随风浪的变化，调整锚链1的方向或者松弛紧绷状态，从而使锚链1不易损坏，也能保护导向组件31免受波浪摆动的损坏，同时也使漂浮式风机基础平台更加稳定，不易发生倾斜。当海况相对平静时，无波浪无外力作用下，通过万向组件32调整导向组件31的摆动方向，使万向导向装置3能够复位。

具体地，当第一动力装置325驱动所述齿轮轴323沿着齿轮轴323的轴线自转，齿轮轴323自转带动外齿圆环324沿着所述齿轮轴323轴线作旋转运动，外齿圆环324旋转从而使得安装在第二连接件322上的导向组件31同步作对应的旋转摆动；当第二动力装置326驱动所述第二连接件322沿着外齿圆环324的圆周方向作周向摆动，从而使得安装在第二连接件322上的导向组件31同步作对应的周向摆动；即当海况出现变化时，通过控制万向组件32的各个动力装置的运作，实现沿着所述齿轮轴323轴线作旋转摆动动作或者/和沿着外齿圆环324的圆周方向作周向摆动动作，最终实现锚链1能随风浪的变化，调整锚链1的方向或者松弛紧绷状态，保护导向组件31、锚链1以及海上漂浮式风机基础A。

作为进一步优选方案，第一动力装置325包括但不限于采用减速机与齿轮组配合实现齿轮轴323沿着齿轮轴323的轴线自转。在本较佳实施例中，所述齿轮轴323包括转轴3231和固定在所述转轴3231外周的第一齿轮3232；所述第一动力装置325包括第一减速机3251和第二齿轮3252；所述第一减速机3251安装在所述第一连接件321上，所述第二齿轮3252套设在第一减速机3251的动力输出端，所述第二齿轮3252与所述第一齿轮3232相互啮合传动。

作为进一步优选方案，第二动力装置326包括但不限于采用减速机与齿轮组配合实现第二连接件322沿着外齿圆环324的圆周方向作周向摆动。在本较佳实施例中，所述外齿圆环324的外周设有外齿3243；所述第二动力装置326包括第二减速机3261和第三齿轮3262；所述第二减速机3261安装在所述第二连接件322上，所述第三齿轮3262套设在减速机的动力输出端，所述第三齿轮3262与所述外齿圆环324的外齿3243相互啮合传动。

作为进一步优选方案，为了实现导向装置结构上更为简洁，所述外齿圆环324设有缺口3241，所述第一连接件321的上端从所述缺口3241伸出所述外齿圆环324的环外，然后安装在海上漂浮式风机基础A的底部。

作为进一步优选方案，周向滑动结构的具体结构如下：所述第二连接件322的上端设有滑块3221，所述外齿圆环324的侧壁设有周向滑槽3242，滑块3221与周向滑槽3242相互配合作为周向滑动结构；所述第二连接件322通过滑块3221与周向滑槽3242配合沿着外齿圆环324的圆周方向作周向摆动。

作为进一步优选方案，导向组件31与第二连接件322的安装方式可以多样化，具体地，所述导向组件31以可拆卸方式固定在第二连接件322上，或者所述导向组件31与所述第二连接件322一体成型。在本实施例中，导向组件31与第二连接件322一体成型。

作为进一步优选方案，所述导向组件31包括中空的导向盒311和设置在导向盒311内的导向轮312。锚链1的收放由提链装置控制，然后锚链1绕经位于漂浮式风机基础平台边缘的止链装置2后贯穿漂浮式风机基础平台，继而穿过导向盒311和与导向轮312之间，最后与海底的锚固装置6固定连接。

作为进一步优选方案，所述万向组件32还包括与海上漂浮式风机基础A的下表面转动连接的圆盘327和用于驱动所述圆盘转动的第三减速机328；所述第一连接件321固定安装在圆盘的底部，所述第三减速机328的动力输出端与所述圆盘传动连接。具体地，圆盘327的外周缘设有滑块，漂浮式风机基础平台的底面设有与所述滑块配合安装的滑槽，圆盘327通过滑块与滑槽的滑动配合实现可转动连接，该转动连接方式可以是被动转动或者主动转动，即当锚链收到波浪外力牵引时，会自动通过牵引力受力方向的不同自动向对应的方向补偿性转动，使得导向装置能够以第一连接件321长度方向为轴线做竖直旋转的被动补偿反馈，不需要第三减速机的参与。另外，本申请的圆盘327通过滑块与滑槽的滑动配合实现主动转动，具体方式如下：第三减速机328的动力输出端与所述圆盘327传动连接，即通过第三减速机328的设置实现导向装置能够以第一连接件321长度方向为轴线做竖直旋转的主动补偿反馈。

本发明的姿态传感器5用于检测锚链1的运动轨迹，控制系统根据锚链1的运动轨迹判断其处于锚链1的偏移方向，然后控制系统根据运动轨迹控制万向导向装置3运作从而调整锚链1的方向，对锚链1摆动进行补偿性调整。即当海况出现变化时，通过控制万向组件32的各个动力装置的运作，实现万向导向装置3以第一连接件321的长度方向为轴线的竖直旋转摆动、以齿轮轴的轴线方向的水平旋转摆动、以外齿圆环的圆周方向作周向摆动三个方向摆动，最终实现锚链1能随风浪的变化，调整锚链1的方向，保护导向组件31、锚链1以及海上漂浮式风机基础A。在本实施例中，姿态传感器选自YESENS公司的YIN660-D姿态传感器、YIN660-R姿态传感器、YIS300-V姿态传感器中的一种。

综上，本万向导向装置3能够随波浪、海浪的流动进行多方位的摆动实现相应的受力补偿，使得锚链1不易随波浪、海浪的摆动而损坏导向组件31和锚链，同时也使漂浮式风机基础平台更加稳定，不易发生倾斜。

根据上述的系泊系统，本发明还提供一种具有补偿功能的系泊控制方法，包括如下步骤：

预先设定海上漂浮式风机基础A在不受风浪影响的常态下，受力传感器4检测锚链1的受力范围值作为预设的受力阈值范围；

受力传感器4实时检测锚链1的实际受力值，并将检测到的实际受力值传输至控制系统；姿态传感器5实时检测锚链1的运动轨迹，并将检测到的运动轨迹传输至控制系统；

当海上漂浮式风机基础A被海浪推至偏移位置，锚链1随之偏移被绷紧，即锚链1处于绷紧状态，锚链1对受力传感器4的作用力超过预设的受力阈值范围，控制系统控制止链装置2启动，松开锚链1，同时控制提链装置开始放链；当锚链1对受力传感器4的作用力落入预设的受力阈值范围内时，控制系统提链装置停止放链，止链装置2锁紧锚链1；

当锚链1过于松弛状态，锚链1对受力传感器4的作用力小于预设的受力阈值范围，控制系统控制止链装置2启动，松开锚链1，同时控制提链装置开始收链；当锚链1对受力传感器4的作用力落入预设的受力阈值范围内时，控制系统提链装置停止收链，止链装置2锁紧锚链1；

与此同时，控制系统控制万向导向装置3上的各个动力装置，动力装置带动导向组件31根据锚链1的运动轨迹进行补偿性方向调整，使锚链1被绷紧状态或者松弛状态得到缓冲。

通过本发明的系泊控制方法，能够根据波浪、海浪的流动对锚链1的松紧状态进行补偿性调整，保护锚链1的同时，使海上漂浮式风机基础A更加稳定，不易发生倾斜。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种具有补偿功能的系泊系统，其特征在于，包括用于将海上漂浮式风机基础固定在海面上的锚链、用于收放锚链的提链装置、用于制动锁紧锚链的止链装置、用于根据锚链的运动轨迹而多方向调整锚链摆动轨迹的万向导向装置、用于检测锚链受力情况的受力传感器、用于检测锚链的运动轨迹的姿态传感器、用于控制所述提链装置、止链装置、万向导向装置运作的控制系统；

所述提链装置、止链装置安装在海上漂浮式风机基础的上表面，所述万向导向装置安装在海上漂浮式风机基础的下表面；所述锚链的一端绕设在提链装置上，锚链的另一端依次穿设在止链装置、万向导向装置后连接在海底上；所述受力传感器安装在所述止链装置上，所述姿态传感器安装在锚链上；所述万向导向装置包括导向组件，所述导向组件上设有用于调整导向组件摆动方向的万向组件；所述万向组件包括至少两个用于驱动导向组件摆动的动力装置，每个动力装置控制导向组件一个摆动方向；

所述控制系统分别与所述提链装置、止链装置、万向导向装置电性连接，所述控制系统根据锚链的受力情况与运动轨迹控制所述提链装置、止链装置、万向导向装置运作从而调整锚链的收放或/和摆动方向；

所述止链装置包括链架基座、锁链组件；所述链架基座上设有导链槽，所述导链槽的底部设有锚链孔；所述锁链组件安装在链架基座上，所述锁链组件包括上压块、下压块和气缸，所述下压块固定在所述导链槽的底部，所述上压块位于下压块的上方，上压块的一端活动枢接在所述导链槽之间，上压块的另一端有连接柱，所述气缸的动力输出端与所述连接柱传动连接；所述锚链从提链装置伸出后穿入所述链架基座的导链槽内，并伸入所述上压块与所述下压块之间，最后从链架基座上锚链孔穿出；通过控制所述气缸的伸缩杆伸缩，带动上压块靠近或者远离下压块以锁紧或松开锚链；

所述止链装置还包括导向块、导向滚轮；所述导向块、导向滚轮均固定在导链槽内，导向块位于锚链穿入端的一侧，导向滚轮位于锚链穿出端的一侧；

所述止链装置还包括卡止组件，所述卡止组件包括锁链板和驱动电机；所述锁链板的一侧设有两根连接杆，另一侧开设有卡链缺口；所述锁链板通过两根连接杆活动枢接在导链槽之间，其中一根连接杆与所述驱动电机的动力输出端传动连接；所述卡链缺口在卡止状态时与所述锚链孔部分重叠；

所述万向组件包括第一连接件、第二连接件、齿轮轴、外齿圆环、第一动力装置、第二动力装置；所述第一连接件安装在漂浮式风机基础平台的底部，所述齿轮轴可转动地穿插在所述第一连接件上，所述齿轮轴的两端固定在所述外齿圆环的内腔，所述第一动力装置用于驱动所述齿轮轴沿着齿轮轴的轴线自转，所述齿轮轴自转从而带动外齿圆环沿着所述齿轮轴轴线作旋转运动；所述外齿圆环的侧壁设有周向滑动结构，所述第二连接件通过周向滑动结构滑动连接在所述外齿圆环的侧壁上；所述第二动力装置用于驱动所述第二连接件沿着外齿圆环的圆周方向作周向摆动；所述导向组件固定在第二连接件上；

所述齿轮轴包括转轴和固定在所述转轴外周的第一齿轮；所述第一动力装置包括第一减速机和第二齿轮；所述第一减速机安装在所述第一连接件上，所述第二齿轮套设在第一减速机的动力输出端，所述第二齿轮与所述第一齿轮相互啮合传动；

所述外齿圆环的外周设有外齿；所述第二动力装置包括第二减速机和第三齿轮；所述第二减速机安装在所述第二连接件上，所述第三齿轮套设在减速机的动力输出端，所述第三齿轮与所述外齿圆环的外齿相互啮合传动；

所述万向组件还包括与海上漂浮式风机基础的下表面转动连接的圆盘和用于驱动所述圆盘转动的第三减速机；所述第一连接件固定安装在圆盘的底部，所述第三减速机的动力输出端与所述圆盘传动连接。

2.如权利要求1所述的具有补偿功能的系泊系统，其特征在于，所述链架基座包括底板、两块分别直立设置在底板两侧的直立板；两块直立板之间形成所述导链槽；所述下压块固定在底板上，两块直立板上均对应开设有弧形槽，所述上压块一端活动枢接在两块直立板之间，上压块另一端的连接柱对应伸出所述弧形槽之外，并与所述气缸的动力输出端传动连接；所述气缸安装在直立板远离导链槽的一侧。

3.如权利要求1所述的具有补偿功能的系泊系统，其特征在于，所述受力传感器包括压力传感器或/和扭矩传感器；所述压力传感器或/和扭矩传感器安装在止链装置上。

4.一种具有补偿功能的系泊控制方法，采用如权利要求1-3任一项所述的系泊系统，其特征在于，包括如下步骤：

预先设定海上漂浮式风机基础在不受风浪影响的常态下，受力传感器检测锚链的受力范围值作为预设的受力阈值范围；

受力传感器实时检测锚链的实际受力值，并将检测到的实际受力值传输至控制系统；姿态传感器实时检测锚链的运动轨迹，并将检测到的运动轨迹传输至控制系统；

当海上漂浮式风机基础被海浪推至偏移位置，锚链随之偏移被绷紧，即锚链处于绷紧状态，锚链对受力传感器的作用力超过预设的受力阈值范围，控制系统控制止链装置启动，松开锚链，同时控制提链装置开始放链；当锚链对受力传感器的作用力落入预设的受力阈值范围内时，控制系统提链装置停止放链，止链装置锁紧锚链；

当锚链过于松弛状态，锚链对受力传感器的作用力小于预设的受力阈值范围，控制系统控制止链装置启动，松开锚链，同时控制提链装置开始收链；当锚链对受力传感器的作用力落入预设的受力阈值范围内时，控制系统提链装置停止收链，止链装置锁紧锚链；

与此同时，控制系统控制万向导向装置上的各个动力装置，动力装置带动导向组件根据锚链的运动轨迹进行补偿性方向调整，使锚链被绷紧状态或者松弛状态得到缓冲。