CN117141666A - 一种具有独立式平衡水舱的漂浮式海上风电基础及动态调载系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了海上风电基础技术领域的一种具有独立式平衡水舱的漂浮式海上风电基础及动态调载系统，包括主立柱；副立柱，至少三个副立柱沿主立柱的圆周方向分布，且副立柱与主立柱固定连接；副立柱设有压载舱、调载舱和空舱，调载舱和空舱并列设置在压载舱上方，副立柱内设有进水管路，进水管路的底端与副立柱底端的进水口连通，进水管路的顶端与水线上方的压载泵连接，压载泵通过输水管路分别与压载舱和调载舱连通，压载泵通过出水管路与水线上方的出水口连接。本发明通过调载舱内水量变化产生的抗倾力矩使得漂浮式海上风电基础恢复平衡，实现了副立柱浮态和吃水的相互独立控制，减少了基础浮态调整时的水量变化，缩短了浮态调整时长。

Description

一种具有独立式平衡水舱的漂浮式海上风电基础及动态调载 系统

技术领域

本发明涉及海上风电基础技术领域，具体涉及一种具有独立式平衡水舱的漂浮式海上风电基础及动态调载系统。

背景技术

漂浮式海上风电基础的内部设置了压载系统，用于调整基础自身的吃水和浮态，但漂浮式海上风电基础受风载、波浪和风机自身机头重量的影响较大，容易发生倾斜，如果漂浮式海上风电基础长时间处于倾斜状态工作，将对风机设备的结构安全和发电效益均产生不利影响。

目前，海上风电基础的压载系统是通过基础内部压载水的充入和排出来调整基础自身吃水和浮态的，而基础的吃水和浮态是相互影响的。当海上风电基础处于倾斜状态时，此时需要调节的是基础浮态，而不是基础吃水，但在调整基础浮态时，基础内部压载水的充入和排出必然引起基础吃水的变化，如此不仅需要在基础扶正后对基础吃水进行二次调整，而且在调整基础浮态的过程中，因基础内部压载水水量变化过大，会导致基础浮态调整周期较长，且存在安全事故风险。

因此，如何将倾斜状态的海上风电基础扶正，就成了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有独立式平衡水舱的漂浮式海上风电基础，以解决现有海上风电基础浮态不可调整的技术问题。

本发明所采用的技术方案为：一种具有独立式平衡水舱的漂浮式海上风电基础，包括：

主立柱，所述主立柱设有浮力舱；

副立柱，至少三个所述副立柱沿主立柱的圆周方向分布，且所述副立柱与主立柱固定连接；

其中，所述副立柱设有压载舱、调载舱和空舱，所述调载舱和空舱并列设置在压载舱上方，所述副立柱内设有进水管路，所述进水管路的底端与副立柱底端的进水口连通，所述进水管路的顶端与水线上方的压载泵连接，所述压载泵通过输水管路分别与压载舱和调载舱连通，所述压载泵通过出水管路与水线上方的出水口连接。

优选的，多个所述压载舱绕进水管路圆周分布。

优选的，所述进水管路上设有滤网，且所述滤网位于水线上方。

优选的，所述副立柱的顶端通过箱形结构与主立柱固定连接，所述副立柱的底端通过联通空舱与主立柱固定连接。

本发明的第二目的在于提供一种动态调载系统，用于上述的漂浮式海上风电基础的姿态控制，包括：

基础状态监测模块，所述基础状态监测模块包括用于获取副立柱倾斜角度信息的倾斜角仪器和用于获取调载舱液位信息的液位计；

压载模块；所述压载模块包括压载泵，所述压载泵与进水口、调载舱和出水口分别连接；

信号收集处理模块；所述信号收集处理模块与基础状态监测模块电连接，且所述信号收集处理模块能够根据接收的倾斜角度信息和液位信息计算调载舱的液位调节信息；

控制模块，所述控制模块与信号收集处理模块和压载泵模块电连接，且所述控制模块能够根据液位调节信息控制压载模块调节调载舱的液位。

本发明的有益效果：

本发明将多个副立柱环绕主立柱圆周分布，在主立柱内部设置互不连通的压载舱、空舱和调载舱，并将空舱和调载舱并列设置在压载舱上方，可通过压载舱内的固定压载水控制副立柱的吃水，通过调节调载舱内的水量调节副立柱的浮态，从而实现副立柱浮态和吃水的相互独立控制，进而减少基础浮态调整时的水量变化，使得漂浮式海上风电基础工作时浮态可以调整。

附图说明

图1为本发明的具有独立式平衡水舱的漂浮式海上风电基础的立体示意图；

图2为本发明的副立柱的结构示意图。

图3为图2中的A-A视图；

图4为图2中的B-B视图；

图5为压载舱和调载舱充排水系统图。

图中附图标记说明：

10、主立柱；

20、副立柱；

21、压载舱；22、调载舱；23、空舱；24、进水管路；25、压载泵；26、输水管路；27、出水管路；28、进水口；29、出水口；

30、箱形结构；

40、联通空舱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例，如图1-图5所示，一种具有独立式平衡水舱的漂浮式海上风电基础，包括：

主立柱10，该主立柱10内部设有浮力舱。

副立柱20，该副立柱20的数量至少为三个，且所有的副立柱20沿主立柱10的圆周方向分布，该副立柱20与主立柱10固定连接。

其中，该副立柱20内设有压载舱21、调载舱22和空舱23，该调载舱22和空舱23并列设置在压载舱21上方；在副立柱20内部沿竖向方向设有进水管路24，该进水管路24的底端与副立柱20底端的进水口28连通，该进水管路24的顶端与水线上方的压载泵25连接，以通过压载泵25从大海中吸取海水；该压载泵25通过输水管路26分别与压载舱21和调载舱22连通，且压载泵25还通过出水管路27与水线上方的出水口29连接，以通过压载泵25对压载舱21和调载舱22进行充水和排水。

本申请将多个副立柱20环绕主立柱10圆周分布，在主立柱10内部设置互不连通的压载舱21、调载舱22和空舱23，并将空舱23和调载舱22并列设置在压载舱21上方，可通过压载舱21内的固定压载水控制副立柱20的吃水，通过改变调载舱22的水量调节副立柱20的浮态，从而实现副立柱20浮态和吃水的相互独立控制，进而减少基础浮态调整时的水量变化，使得漂浮式海上风电基础工作时浮态可以调整。

在一具体实施例中，如图4所示，该压载舱21的数量为多个，也就是压载舱21的数量至少为两个；多个压载舱21绕进水管路24圆周分布，且多个压载舱21之间互不连通。

在一具体实施例中，如图2所示，该副立柱20包括压载段、调载段和连接段，且压载段、调载段和连接段从下到上依次设置，该调载段呈上小下大的圆台状，该调载段的顶端与连接段同轴固定连接，该调载段的底端与压载段同轴固定连接。

该压载泵25设置在连接段内，且压载泵25位于水线(海平面)以上，该进水管路24的顶端与压载泵25的进水口连通，并且在进水管路24上设有滤网(图中未示出)，该滤网位于水线上方。

如此设置，是因为：将副立柱20设置成分三段式结构，并将调载段设置成圆台状，可以使压载水充满压载舱21，保证压载舱21重心在基础扶正过程中保持不变，以保证基础浮态调整过程中的稳定性；在本实施例中，将压载泵25和滤网设置在空舱23上方，并使压载泵25和滤网位于水线上方，方便对压载泵25和管路进行维护。

在一具体实施例中，如图1所示，该副立柱20的数量为三个，且三个副立柱20围绕主立柱10圆周均布，该副立柱20的顶端通过箱形结构30与主立柱10固定连接，该副立柱20的底端通过联通空舱40与主立柱10固定连接，以形成四立柱式半潜基础。

具体的，以漂浮式风电基础为例进行详细介绍，如图1所示，1#副立柱、2#副立柱、3#副立柱绕4#主立柱圆周分布，1#副立柱、2#副立柱、3#副立柱的下侧垂荡通过联通空舱40分别与4#主立柱固定连接，1#副立柱、2#副立柱、3#副立柱的上侧通过箱形结构30与4#主立柱固定连接，且风力发电机组位于4#主立柱的甲板上。

如图2所示：1#副立柱、2#副立柱、3#副立柱的内部均设有3种舱室，分别为压载舱21、调载舱22和空舱23，4#主立柱内部全部为空舱，且4#主立柱的空舱用于提供风力发电机组的浮力需求，具体数量根据平台稳性需求进行配置。该压载舱21用于作为风力发电机组的压舱石，在风力发电机组工作时装载量呈满舱状态，也可根据机组的特定状态减少其装载量使其获取一定量的浮力；该调载舱22用于调节风力发电机组的平衡状态。

如图3、图4所示：1#副立柱、2#副立柱、3#副立柱包括多个相互独立且互不连通的压载舱21，进水管路24位于几个压载舱21相交中心处。该压载舱21上方一左一右并列设置有空舱23和调载舱22，该压载舱21作为调整风力发电机组吃水的舱室，该调载舱22作为调整风力发电机组倾斜状态的舱室，根据风力发电机组稳性需求装载一定量的海水；因此1#副立柱内部从上到下分别为空舱23、调载舱22和第一压载舱、第二压载舱、......、和第N压载舱，此种分舱方案使得每个压载舱21与调载舱22错开，便于管路和阀门等的维修；2#副立柱和3#副立柱的内部分舱与1#副立柱内部分舱相同，4#主立柱内部分为多个空舱。

漂浮式海上风电基础设有3套压载泵系统，也就是1#副立柱、2#副立柱、3#副立柱内部均设置1套压载泵系统，该压载泵系统用于向各个压载舱21和调载舱22进行充水和排水，并且在调载时，压载泵系统用于对调载舱22进行充水和排水，同时减少压载泵系统的设置。

将压载舱21和调载舱22通过管路、压载泵25与大海连通，与大海连接的进水口28在舱室内部引高至水线以上，过滤网及阀门等设置在水线以上，每个副立柱20内设置1套压载泵系统。

如图4所示，进水口28设置在副立柱20下表面的中间位置，进水管路24底端与进水口28连通，进水管路24的顶端延伸到水线高度以上，在副立柱20内部水线以上高度设置过滤网和阀门，之后连接到压载泵25，使得压载泵25、阀门和滤网位置处于水线以上，在副立柱20工作状态下，可随时进行拆卸维修更换，极大方便了后期的运行及维护，进水口28位于压载舱21中央，滤网的作用是防止异物堵塞压载泵25。

初始状态时，控制压载泵系统给每个副立柱20内的第一、第二、...和第N压载舱和调载舱22进行充水，待压载舱21充满及调载舱22液位高度达到平台稳性要求时为止，充排水完毕后关闭该压载泵系统的所有泵及阀门。

漂浮式风电基础发生倾斜需要进行动态调载时，控制压载泵系统进行调载动作，对调载舱22进行充水或排水，使漂浮式风电基础重新恢复平衡状态。

实施例，一种动态调载系统，用于漂浮式海上风电基础的姿态控制，包括：

基础状态监测模块，该基础状态监测模块包括用于获取副立柱20倾斜角度信息的倾斜角仪器和用于获取调载舱22液位信息的液位计。

压载模块；该压载模块包括压载泵25，该压载泵25与进水口28、压载舱21、调载舱22和出水口29分别连接。

信号收集处理模块；该信号收集处理模块与基础状态监测模块电连接，且信号收集处理模块能够根据接收的倾斜角度信息和液位信息计算调载舱22的液位调节信息。

控制模块，该控制模块与信号收集处理模块和压载泵模块电连接，且控制模块能够根据液位调节信息控制压载模块调节调载舱22的液位。

在一具体实施例中，该漂浮式风机基础的动态调载系统包括基础状态监测模块、信号收集处理模块、压载模块和控制模块；其中，该基础状态监测模块包括倾斜角仪器和液位计，该倾斜角仪器设置在主立柱10和副立柱20的甲板上，该倾斜角仪器用于实时监测主立柱10和副立柱20的倾斜角度信息，也就是实时监测漂浮式风机基础的倾斜角度信息；该液位计安装在每个压载舱21和调载舱22内，该液位计用于实时监测压载舱21和调载舱22的液位信息。该信号收集处理模块能够收集倾斜角仪器和液位计监测到的信号数据，且信号收集处理模块能够将信号数据进行延时处理，也即当倾斜角仪器传来倾斜信号时，如果倾斜角度小于安全阀值且持续时间小于安全值，该信号收集处理模块则认定此信号无需处理，原因是漂浮式风机基础发生小范围短时间的摇摆是常态，此状态无需启动动态调载。如果倾斜角度超过安全阀值且持续时间大于安全值，说明此时风机基础已发生稳定倾斜，该信号收集处理模块将给出具体的调载方案发给控制模块，该控制模块控制压载模块的压载泵25进行相应的调载动作，直至漂浮式风机基础重新恢复平稳。

本发明的动态调载系统的工作原理如下：

在初始状态时，压载泵系统启动工作，控制模块控制压载泵25向压载舱21和调载舱22充入海水，待所有压载舱21呈满舱状态，所有调载舱22液位高度达到预设高度后，压载泵系统停止工作。

当倾斜信号传入信号收集处理模块，该信号收集处理模块根据风机基础的倾斜角度与调载舱的液位高度给出调载方案，也就是根据计算得出各个调载舱22达到平衡后的水位，将水位高于平衡水位的调载舱22的水排入大海，对水位低于于平衡水位的调载舱22重新进行充水，直至达到要求为止。

在调载状态时，保持压载舱21内水量(重量)不变，控制模块根据给出的调载方案，控制1#副立柱、2#副立柱和3#副立柱内的压载泵系统对调载舱22进行充水或排水，通过调载舱22内水量变化产生的抗倾力矩使得漂浮式海上风电基础恢复平衡。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有独立式平衡水舱的漂浮式海上风电基础，其特征在于，包括：

主立柱(10)，所述主立柱(10)设有浮力舱；

副立柱(20)，至少三个所述副立柱(20)沿主立柱(10)的圆周方向分布，且所述副立柱(20)与主立柱(10)固定连接；

其中，所述副立柱(20)设有压载舱(21)、调载舱(22)和空舱(23)，所述调载舱(22)和空舱(23)并列设置在压载舱(21)上方，所述副立柱(20)内设有进水管路(24)，所述进水管路(24)的底端与副立柱(20)底端的进水口(28)连通，所述进水管路(24)的顶端与水线上方的压载泵(25)连接，所述压载泵(25)通过输水管路(26)分别与压载舱(21)和调载舱(22)连通，所述压载泵(25)通过出水管路(27)与水线上方的出水口(29)连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有独立式平衡水舱的漂浮式海上风电基础，其特征在于，多个所述压载舱(21)绕进水管路(24)圆周分布。

3.根据权利要求1所述的一种具有独立式平衡水舱的漂浮式海上风电基础，其特征在于，所述进水管路(24)上设有滤网，且所述滤网位于水线上方。

4.根据权利要求1所述的一种具有独立式平衡水舱的漂浮式海上风电基础，其特征在于，所述副立柱(20)的顶端通过箱形结构(30)与主立柱(10)固定连接，所述副立柱(20)的底端通过联通空舱(40)与主立柱(10)固定连接。

5.一种动态调载系统，用于权利要求1-4任意一项所述的漂浮式海上风电基础的姿态控制，其特征在于，包括：

基础状态监测模块，所述基础状态监测模块包括用于获取副立柱(20)倾斜角度信息的倾斜角仪器和用于获取调载舱(22)液位信息的液位计；

压载模块；所述压载模块包括压载泵(25)，所述压载泵(25)与进水口(28)、调载舱(22)和出水口(29)分别连接；

信号收集处理模块；所述信号收集处理模块与基础状态监测模块电连接，且所述信号收集处理模块能够根据接收的倾斜角度信息和液位信息计算调载舱(22)的液位调节信息；

控制模块，所述控制模块与信号收集处理模块和压载泵模块电连接，且所述控制模块能够根据液位调节信息控制压载模块调节调载舱(22)的液位。