CN117028157B - 泥浮式海上风机系统的安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上风电技术领域，尤其涉及一种泥浮式海上风机系统的安装方法，系统包括：风机整机、风机基础和多个锚筒；风机基础包括筒体、多个第一球体、第二球体和第一连杆，每个第一连杆的一端分别与筒体的周向侧壁连接，另一端分别与一个球体连接；每个第一球体内均设置有锚链收放装置，每个锚筒上均连接有第一锚链，每个锚链收放装置上均连接有第二锚链；方法包括：在每个第一锚链的开放端均连接一个浮漂；将每个锚筒均沉放至海底的指定位置；将第一锚链的开放端与相应第二锚链的开放端连接以得到目标锚链；保持风机基础处于平衡状态，利用锚链收放装置调整每个目标锚链的长度，以使风机整机达到指定工作高度。本发明方法安装简便、成本低。

Description

泥浮式海上风机系统的安装方法

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，尤其涉及一种泥浮式海上风机系统的安装方法。

背景技术

随着能源危机的日益突出，海上风电作为可再生能源，已经成为当前能源结构的重要组成部分。相关技术中，在将海上风机系统运输至指定位置后，首先将锚结构安装于海床上，然后再将风机基础与锚结构连接，即将锚结构上的锚链与风机基础上的锚链进行对接，对接后再调整每个锚链的长度以将风机基础调整至最佳工作状态。然而，现有风机系统锚结构上的锚链沉于海底后不易定位，且风机系统的工作高度不易调节，安装复杂、成本高。

因此，目前亟待需要提供一种海泥浮式海上风机系统的安装方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明一个或多个实施例描述了一种泥浮式海上风机系统的安装方法，安装简便、成本低。

本发明一个实施例提供了一种泥浮式海上风机系统的安装方法，所述海上风机系统包括风机整机、风机基础和多个锚筒；所述风机基础包括中空的筒体、多个中空的第一球体、第二球体和第一连杆，每个第一连杆的一端分别与所述筒体的周向侧壁连接，另一端分别与一个第一球体或第二球体连接，以使多个第一球体和第二球体均匀地环绕在所述筒体的周向上；每个第一球体内均设置有锚链收放装置，每个锚筒和每个第一球体分别为一一对应关系，每个锚筒上均连接有一段第一锚链，每个锚链收放装置上均连接有一段第二锚链；所述方法包括：

在每个第一锚链的开放端均连接一个浮漂，所述浮漂的浮力大于所述第一锚链的重力；

将每个锚筒均沉放至海底的指定位置，所述指定位置包括指定深度和指定经纬度；

基于每个浮漂分别确定相应第一锚链的开放端在水面上的位置，拆除浮漂并将其开放端与相应第二锚链的开放端进行连接，以得到目标锚链；

保持所述风机基础处于平衡状态，利用所述锚链收放装置调整每个目标锚链的长度，以使所述风机整机达到指定工作高度。

根据本发明实施例提供的泥浮式海上风机系统的安装方法，通过在第一锚链的开放端连接一个浮漂，当锚筒下沉至指定位置后，基于浮漂的浮力可以使第一锚链的开放端浮出水面以快速定位。定位完成后，拆除浮漂，即可将第一锚链和第二锚链进行连接，得到目标锚链。此时，锚链处于松弛状态，然后保持风机基础处于平衡状态，利用所述锚链收放装置调整每个目标锚链的长度，并使锚链收紧，直至将风机整机调整至指定工作高度。由此可见，本发明方法借助浮漂和锚链收放装置可以快速实现定位和工作高度调整，安装简便、成本低。

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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种泥浮式海上风机系统的安装方法的流程图；

图2为本发明一实施例提供的海上风机系统的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的海上风机系统处于平衡状态下的示意图；

图4为图2中A处的局部放大图；

图5为图2中B处的局部放大图；

图6为本发明一实施例提供的风机基础的结构示意图；

图7为本发明一实施例提供的筒体的分舱结构示意图。

附图标记：

1-上部风机；

2-塔筒；

3-风机基础；

31-筒体；311-第一舱室；312第二舱室；

32-第一球体；33-第二球体；34-第一连杆；35-第二连杆；

4-锚筒；

5-第一锚链；

6-第二锚链；

7-目标锚链；

8-浮漂；

9-锚链收放装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更好的理解方案，此处首先对泥浮式海上风机系统进行解释：

泥浮式海上风机系统是指风机基础可以在漂浮态和泥浮态之间转换，漂浮态是指风机基础漂浮在海面或海水中，在该种态下，上部风机工作高度较高，有利于提高发电效率，适用于海洋环境较好的情况；泥浮态是指风机基础固定于海底的泥层中，在该种态下，上部风机工作高度较低，有利于提高安全性，适用于海洋环境较恶劣的情况。

请参考图1，本发明实施例提供了一种泥浮式海上风机系统的安装方法，如图2所示，所述海上风机系统包括风机整机、风机基础3和多个锚筒4；所述风机基础3包括中空的筒体31、多个中空的第一球体32、第二球体33和第一连杆34，每个第一连杆34的一端分别与所述筒体31的周向侧壁连接，另一端分别与一个第一球体32或第二球体33连接，以使多个第一球体32和第二球体33均匀地环绕在所述筒体31的周向上；每个第一球体32内均设置有锚链收放装置9，每个锚筒4和每个第一球体32分别为一一对应关系，每个锚筒4上均连接有一段第一锚链5，每个锚链收放装置9上均连接有一段第二锚链6；所述方法包括：

步骤100，在每个第一锚链5的开放端均连接一个浮漂8，所述浮漂8的浮力大于所述第一锚链5的重力；

步骤102，将每个锚筒4均沉放至海底的指定位置，所述指定位置包括指定深度和指定经纬度；

步骤104，基于每个浮漂8分别确定相应第一锚链5的开放端在水面上的位置，拆除浮漂8并将其开放端与相应第二锚链6的开放端进行连接，以得到目标锚链7；

步骤106，保持所述风机基础3处于平衡状态，利用所述锚链收放装置9调整每个目标锚链7的长度，以使所述风机整机达到指定工作高度。

在该实施例中，通过在第一锚链5的开放端连接一个浮漂8，当锚筒4下沉至指定位置后，基于浮漂8的浮力可以使第一锚链5的开放端浮出水面以快速定位。定位完成后，拆除浮漂8，即可将第一锚链5和第二锚链6进行连接，得到目标锚链7。此时，锚链处于松弛状态，然后保持风机基础3处于平衡状态，利用所述锚链收放装置9调整每个目标锚链7的长度，并使锚链收紧，直至将风机整机调整至指定工作高度。由此可见，本实施例借助浮漂8和锚链收放装置9可以快速实现定位和工作高度调整，安装简便、成本低。

如图4所示，浮漂8套设在第一锚链5的开放端，方便拆卸。另外，锚链收放装置9可以是卷扬机，如图5所示，卷扬机设置在第一球体32内，第二锚链6的一端与卷扬机的卷筒连接，另一端与第一锚链5连接。

在一些实施方式中，如图6所示，风机基础3还包括多个第二连杆35，每个第二连杆35的两端分别连接相邻的一个第一球体32或第二球体33，从而进一步提高风机基础3的稳定性。每个第一连杆34和每个第二连杆35均优选圆管，从而可以增加风机基础3的浮力。另外，为了利于风机基础3保持平衡，当风机基础3处于平衡状态时，每个第一连杆34的轴线、每个第二连杆35的轴线、每个第一球体32的球心和每个第二球体33的球心均在同一水平面内，如图3所示。另外，第一球体32的直径等于第二球体33的直径，每个第一球体32的球心和每个第二球体33的球心到筒体31轴线的垂直距离均相等。

还需要说明的是，如图2所示，风机整机包括上部风机1和塔筒2，上部风机1的底端安装于塔筒2的顶端中心，塔筒2的底端安装于筒体31的顶端。风机整机的指定工作高度为使上部风机1在额定发电状态下的工作高度。

针对步骤102，在一些实施方式中，每个所述锚筒4均为顶部密封、底部开口的结构，每个锚筒4的侧壁上均具有阀门；步骤102包括：

将每个所述锚筒4均托运至海面上的预设位置，松开每个锚筒4，以基于重力将每个锚筒4分别沿竖直方向沉放至海底的泥面上；

通过每个锚筒4侧壁上的阀门对相应锚筒4进行抽真空，以基于锚筒4内外形成的压力差将每个锚筒4下沉至泥面下的所述指定位置，每个锚筒4的内部压力均小于其外部压力，所述预设位置和所述指定位置在竖直方向上为一一对应关系。

在该实施例中，依次对锚筒4进行重力下沉和吸力下沉，可以将锚筒4沉降至海床的较深位置，使锚结构具有较强的承载能力和稳固性。

另外，在一些实施方式中，将每个锚筒4均下沉至指定位置后，还可以通过每个锚筒4侧壁上的阀门分别对每个锚筒4进行灌浆，使锚筒4具有更大的着力点，进一步提高锚筒4的稳定性。

针对步骤106，在一些实施方式中，步骤106包括：

每隔第一时间间隔，获取所述风机基础3的目标倾斜角度；

判断该目标倾斜角度是否大于预设角度；

若是，则控制所述锚链收放装置9减小向下倾斜的一侧的目标锚链7的收紧速率，增大向上倾斜的一侧的目标锚链7的收紧速率，以保证所述风机基础3和所述风机整机平稳地到达指定工作高度。

在该实施例中，第一时间间隔可以根据海洋环境确定，当海洋环境恶劣时，时间间隔取较小值，反之取较大值，例如，第一时间间隔可以取5秒。由于风机整机和风机基础3为一个整体，且整体为刚性件，因此测量风机基础3的倾斜角度，即整体的倾斜角度。另外，预设角度可以是3°，当目标倾斜角度大于3°时，则需要调节目标锚链7的收紧速率，以使风机基础3回正，保证风机系统的平衡。

在一些实施方式中，所述方法还包括：

基于所述目标倾斜角度的大小，确定所述目标倾斜角度的危险等级；

基于不同的危险等级，调整每个目标锚链7的收紧速率，其中，针对任意一个目标锚链7，危险等级越大，其收紧速率越大。

在该实施例中，危险等级可以包括第一等级、第二等级和第三等级；其中，第一等级对应的目标倾斜角度大于所述预设角度且不大于5°，第二等级对应的目标倾斜角度大于5°且不大于7°，第三等级对应的目标倾斜角度大于7°。

当所述危险等级为第一等级时，将向下倾斜的一侧的目标锚链7的收紧速率降低2-3%，将向上倾斜的一侧的目标锚链7的收紧速率增大2-3%；

当所述危险等级为第二等级时，将向下倾斜的一侧的目标锚链7的收紧速率降低3-5%，将向上倾斜的一侧的目标锚链7的收紧速率增大3-5%；

当所述危险等级为第三等级时，将向下倾斜的一侧的目标锚链7的收紧速率降低5-10%，将向上倾斜的一侧的目标锚链7的收紧速率增大5-10%。

当然，用户也可以根据海洋环境划分其它危险等级和每个危险等级对应的目标倾斜角度范围，并根据危险等级确定其它的目标锚链7收缩速率标准。

在一些实施方式中，每个所述第二球体33内均设置有气-水置换阀，所述方法还包括：

每隔第二时间间隔，获取每个目标锚链7的张紧力；

判断是否存在至少一个目标锚链7的张紧力大于张紧阈值；

若是，则针对向下倾斜的一侧的各个第二球体33，执行：增大各第二球体33内的气-水置换阀的开启度，以对相应第二球体33进行放水；其中，各第二球体33中最下端的第二球体33的气-水置换阀的开启度最大，沿远离该最下端的第二球体33的方向，逐级减小各第二球体33的气-水置换阀的开启度；每个气-水置换阀的开启度分别与相应第二球体33的放水速率成正比例关系。

在该实施例中，若存在某个目标锚链7的张紧力大于张紧阈值，则存在目标锚链7受力过大风险，此时，需要通过调节每个第二球体33的压载辅助目标锚链7进行调平。通过调节每个第二球体33上的气-水置换阀的开启度，可以调节相应第二球体33的充放水速率和压载，进而使风机系统回正。另外，第二时间间隔可以等于第一时间间隔，本申请不对其做具体限定。另外，根据目标倾斜角度的方向调整不同第二球体33上的充放水速率，即气-水置换阀的开启度，可以加快风机基础3的回正速度，调整效率更高。

上述实施例只调节单侧第二球体33的气-水置换阀的开启度，调节速度缓慢，稳定性高。但是，若存在至少一个目标锚链7的张紧力大于张紧阈值且所述危险等级超过预设等级，可能发生锚链断裂以及风机基础3翻倒的风险，此时应该加快风机基础3的回正速度。因此，所述方法还包括：

针对向上倾斜的一侧的各个第二球体33，执行：增大各第二球体33内的气-水置换阀的开启度，以对相应第二球体33进行充水；其中，各第二球体33中最上端的第二球体33的气-水置换阀的开启度最大，沿远离该最上端的第二球体33的方向，逐级减小各第二球体33的气-水置换阀的开启度；每个气-水置换阀的开启度分别与相应第二球体33的充水速率成正比例关系。

在该实施例中，一方面对向下倾斜的一侧第二球体33进行放水处理，以减小其压载。另一方面，对向上倾斜的一侧第二球体33进行充水处理，以增加其压载。如此，可以加快基础的回正，但是要实时监测风机基础3的倾斜角度，防止过度调整导致反向偏转。

另外，张紧阈值为所述目标锚链7的破断力的1.1倍，即目标锚链7的内力应控制在不高于其破断力的10%，以保证其安全性。

还需要说明的是，当所述风机基础3处于平衡状态时，每个所述第一连杆34的轴线和每个所述第二球体33的球心均在同一水平面上。针对任一时刻，本发明以其平衡状态下每个第二球体33的中心所在的水平面作为基准平面，球心高于该基准平面的第二球体33确定为向上倾斜的第二球体33，球心低于该基准平面的第二球体33确定为向下倾斜的第二球体33。

在一些实施方式中，所述筒体31的顶部设置有多个倾角传感器，所述目标倾斜角度是通过如下方式确定的：

基于每个倾角传感器分别获取所述筒体31的倾斜角度；

针对每个倾斜角度，判断该倾斜角度与其它倾斜角度的差值的绝对值是否大于设定值；若是，则去除该倾斜角度；

将剩余倾斜角度的平均值作为目标倾斜角度。

在该步骤中，利用多个倾角传感器确定风机基础3的目标倾斜角度，去除偏差较大的倾斜角度，保留均衡的倾斜角度，可以提高测量结果的准确性。基于目标倾斜角度调节各目标锚链7的收紧速率，可以保证调节结果的准确性，进而保证海上风机系统始终处于垂直度要求的范围内。

在一些实施方式中，如图7所示，所述筒体31内设置有第一舱室311和多个第二舱室312，所述第一舱室311为圆筒形舱室，与所述筒体31同轴设置，多个第二舱室312沿所述筒体31的周向均匀地设置在所述第一舱室311的外壁和所述筒体31的内壁之间；

所述第一舱室311和每个所述第二舱室312之间互不连通，且所述第一舱室311和每个所述第二舱室312内均设置有气-水置换阀。

所述方法还包括：当风机基础3的目标倾斜角度超过预设角度时，针对向上倾斜的一侧的第二舱室312，增加其气-水置换阀的开启度，增大充水速率以增加其压载。针对向下倾斜的一侧的第二舱室312，关闭其内部的气-水置换阀，停止充水。当然，也可以增大向下倾斜的一侧的第二舱室312的开启度，增大放水速率以减小其压载，从而使风机基础3回正，保持平衡。

由此可见，该实施例通过对筒体31进行分舱，可以加快风机基础3的平衡调节。

需要说明的是，本发明不对锚筒4、锚链、第一球体32和第二球体33的数量做具体限定，用户可以根据需要选择4个、6个和8个等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种泥浮式海上风机系统的安装方法，其特征在于，所述海上风机系统包括风机整机、风机基础（3）和多个锚筒（4）；所述风机基础（3）包括中空的筒体（31）、多个中空的第一球体（32）、多个中空的第二球体（33）和多个第一连杆（34），每个第一连杆（34）的一端分别与所述筒体（31）的周向侧壁连接，另一端分别与一个第一球体（32）或第二球体（33）连接，以使多个第一球体（32）和第二球体（33）均匀地环绕在所述筒体（31）的周向上；每个第一球体（32）内均设置有锚链收放装置（9），每个锚筒（4）和每个第一球体（32）分别为一一对应关系，每个锚筒（4）上均连接有一段第一锚链（5），每个锚链收放装置（9）上均连接有一段第二锚链（6）；所述方法包括：

在每个第一锚链（5）的开放端均连接一个浮漂（8），所述浮漂（8）的浮力大于所述第一锚链（5）的重力；

将每个锚筒（4）均沉放至海底的指定位置，所述指定位置包括指定深度和指定经纬度；

基于每个浮漂（8）分别确定相应第一锚链（5）的开放端在水面上的位置，拆除浮漂（8）并将其开放端与相应第二锚链（6）的开放端进行连接，以得到目标锚链（7）；

保持所述风机基础（3）处于平衡状态，利用所述锚链收放装置（9）调整每个目标锚链（7）的长度，以使所述风机整机达到指定工作高度；

所述保持所述风机基础（3）处于平衡状态，利用所述锚链收放装置（9）调整每个目标锚链（7）的收放速率，以使所述风机整机达到指定工作高度，包括：

每隔第一时间间隔，获取所述风机基础（3）的目标倾斜角度；

判断该目标倾斜角度是否大于预设角度；

若是，则控制所述锚链收放装置（9）减小向下倾斜的一侧的目标锚链（7）的收紧速率，增大向上倾斜的一侧的目标锚链（7）的收紧速率，以保证所述风机基础（3）和所述风机整机平稳地到达指定工作高度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述锚筒（4）均为顶部密封、底部开口的结构，每个锚筒（4）的侧壁上均具有阀门；

所述将每个锚筒（4）均沉放至海底的指定位置，包括：

将每个所述锚筒（4）均托运至海面上的预设位置，松开每个锚筒（4），以基于重力将每个锚筒（4）分别沿竖直方向沉放至海底的泥面上；

通过每个锚筒（4）侧壁上的阀门对相应锚筒（4）进行抽真空，以基于锚筒（4）内外形成的压力差将每个锚筒（4）下沉至泥面下的所述指定位置，每个锚筒（4）的内部压力均小于其外部压力，所述预设位置和所述指定位置在竖直方向上为一一对应关系。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

基于所述目标倾斜角度的大小，确定所述目标倾斜角度的危险等级；

基于不同的危险等级，调整每个目标锚链（7）的收紧速率，其中，针对任意一个目标锚链（7），危险等级越大，其收紧速率越大。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每个所述第二球体（33）内均设置有气-水置换阀，所述方法还包括：

每隔第二时间间隔，获取每个目标锚链（7）的张紧力；

判断是否存在至少一个目标锚链（7）的张紧力大于张紧阈值；

若是，则针对向下倾斜的一侧的各个第二球体（33），执行：增大各第二球体（33）内的气-水置换阀的开启度，以对相应第二球体（33）进行放水；其中，各第二球体（33）中最下端的第二球体（33）的气-水置换阀的开启度最大，沿远离该最下端的第二球体（33）的方向，逐级减小各第二球体（33）的气-水置换阀的开启度；每个气-水置换阀的开启度分别与相应第二球体（33）的放水速率成正比例关系。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若存在至少一个目标锚链（7）的张紧力大于张紧阈值且所述危险等级超过预设等级，所述方法还包括：

针对向上倾斜的一侧的各个第二球体（33），执行：增大各第二球体（33）内的气-水置换阀的开启度，以对相应第二球体（33）进行充水；其中，各第二球体（33）中最上端的第二球体（33）的气-水置换阀的开启度最大，沿远离该最上端的第二球体（33）的方向，逐级减小各第二球体（33）的气-水置换阀的开启度；每个气-水置换阀的开启度分别与相应第二球体（33）的充水速率成正比例关系。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述张紧阈值为所述目标锚链（7）的破断力的1.1倍。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述筒体（31）的顶部设置有多个倾角传感器，所述目标倾斜角度是通过如下方式确定的：

基于每个倾角传感器分别获取所述筒体（31）的倾斜角度；

针对每个倾斜角度，判断该倾斜角度与其它倾斜角度的差值的绝对值是否大于设定值；若是，则去除该倾斜角度；

将剩余倾斜角度的平均值作为目标倾斜角度。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

响应于每个锚筒（4）均下沉至指定位置，通过每个锚筒（4）侧壁上的阀门分别对每个锚筒（4）进行灌浆，以提高锚筒（4）的稳定性。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述锚链收放装置（9）为卷扬机。