CN117231433A - 泥浮式海上风机系统及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泥浮式海上风机系统及其安装方法。系统包括：多个吸力锚、多个重力锚、上部风机、塔筒和风机基础；风机基础包括柱体、第一球壳、第二球壳、多个第三球壳、多个第一连杆、多个第二连杆和多个支撑杆；每个第一球壳和每个第二球壳内均设置有带多个伸缩锚盘的卷扬机，每个吸力锚均连接一个第一锚链，每个第一锚链的另一端分别与第一球壳内的伸缩锚盘连接；每个重力锚均连接一个第二锚链，每个第二锚链的另一端分别与第二球壳内的伸缩锚盘连接；每个吸力锚和每个重力锚分别位于相应第三球壳的正下方和侧面，分别用于约束上部风机在竖直方向和水平方向的位置。本发明可以同时约束风机系统在竖直方向和水平方向的位置、安全性高。

Description

泥浮式海上风机系统及其安装方法

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及其安装方法。

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，海上风机系统只设计一种锚结构，用来约束风机系统在竖直方向的位置，而未考虑约束风机系统在水平方向的位置。因此，当海洋环境较稳定时，风机系统可以稳定运行，而当海洋环境较恶劣时，风机系统会在风浪的吹打下发生歪斜，风机系统水平方向位移过大，甚至发生倾倒风险。

因此，目前亟待需要提供一种泥浮式海上风机系统及其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及其安装方法，可以同时约束风机系统在竖直方向和水平方向的位置、安全性高。

第一方面，本发明一个实施例提供了一种泥浮式海上风机系统，包括：多个重力锚、多个吸力锚和沿竖直方向依次连接的上部风机、塔筒、塔筒连接件和风机基础；所述风机基础包括中空的柱体、第一球壳、第二球壳、多个第三球壳、多个中空的第一连杆、多个第二连杆和多个中空的支撑杆；

每个第一连杆的一端分别与所述第二球壳的周向外壁连接，另一端分别与一个第三球壳连接，以使多个第三球壳均匀地环绕在所述第二球壳的周向，每个第二连杆的两端分别与相邻的两个第三球壳连接；每个支撑杆的一端分别与一个第三球壳连接，另一端分别与一个第一球壳的周向外壁连接；每个第一球壳和每个第二球壳内均设置有带多个伸缩锚盘的卷扬机，每个吸力锚均连接一个第一锚链，每个第一锚链的另一端分别穿过相应第三球壳和相应支撑杆后与所述第一球壳内相应的伸缩锚盘连接；每个重力锚均连接一个第二锚链，每个第二锚链的另一端分别穿过相应第三球壳和相应第一连杆后与所述第二球壳内相应的伸缩锚盘连接；

工作时，通过卷扬机调整每个第一锚链的长度，可以限制上部风机在竖直方向的位置，通过卷扬机调节每个第二锚链的长度，可以限制上部风机在水平方向的位置。

第二方面，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，应用于上述实施例所述的海上风机系统，所述方法包括：

使每个第一锚链和每个第二锚链均处于松弛状态，基于船舶导航定位系统分别将每个重力锚和每个吸力锚均下放至海床的指定位置，所述指定位置包括指定深度和指定经纬度；

保持所述风机基础处于平衡状态，调节每个第一锚链和每个第二锚链的长度，直至所述上部风机达到指定工作高度。

根据本发明实施例提供的海上风机系统及其安装方法，第一方面，通过设置多个吸力锚，且每个吸力锚均连接一个第一锚链，每个第一锚链的另一端分别穿过相应第三球壳和相应支撑杆后与所述第一球壳内相应的伸缩锚盘连接，由于每个所述吸力锚分别位于所述相应第三球壳的正下方，因此，通过调节每个第一锚链的长度可以将上部风机调整至指定高度。另外，当将每个第一锚链均调整至张紧状态时，可以限制上部风机在竖直方向的位移，防止其在恶劣环境下脱离海床。第二方面，通过设置多个重力锚，且每个重力锚均连接一个第二锚链，每个第二锚链的另一端分别穿过相应第三球壳和相应第一连杆后与所述第二球壳内相应的伸缩锚盘连接，由于每个重力锚分别位于相应第三球壳的侧面，因此，当将每个第二锚链均调整至张紧状态时，用于约束上部风机在水平方向的位移，防止其在恶劣环境下侧翻。由此可见，本发明可以同时约束风机系统在竖直方向和水平方向的位置、安全性高。

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为本发明一实施例提供的泥浮式海上风机系统的立体结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的泥浮式海上风机系统的俯视图；

图3为本发明一实施例提供的风机基础的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的伸缩锚盘的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的第三球壳的内部结构示意图；

图6为本发明另一实施例提供的泥浮式海上风机系统的立体结构示意图；

图7为本发明另一实施例提供的泥浮式海上风机系统的俯视图；

图8为本发明一实施例提供的吸力锚的结构示意图；

图9为图1所示的风机系统处于泥浮状态的示意图；

图10为本发明一实施例提供泥浮式海上风机系统的安装方法流程图。

附图标记：

10-吸力锚；

20-重力锚；

30-上部风机；

40-塔筒；

50-塔筒连接件；

60-风机基础；

601-柱体；602-第一球壳；603-第二球壳；604-第三球壳；605-第一连杆；606-第二连杆；607-支撑杆；608-第一锚链；609-第二锚链；610-第一舱室；611-第二舱室；

70-第一基座；

80-第二基座；

90-浮子。

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。

如图1～图3所示，本发明实施例提供了一种泥浮式海上风机系统，包括：多个吸力锚10、多个重力锚20和沿竖直方向依次连接的上部风机30、塔筒连接件50、塔筒连接件50连接件和风机基础60；所述风机基础60包括中空的柱体601、第一球壳602、第二球壳603、多个第三球壳604、多个中空的第一连杆605、多个第二连杆606和多个中空的支撑杆607；

每个第一连杆605的一端分别与所述第二球壳603的周向外壁连接，另一端分别与一个第三球壳604连接，以使多个第三球壳604均匀地环绕在所述第二球壳603的周向，每个第二连杆606的两端分别与相邻的两个第三球壳604连接；每个支撑杆607的一端分别与一个第三球壳604连接，另一端分别与一个第一球壳602的周向外壁连接；每个第一球壳602和每个第二球壳603内均设置有带多个伸缩锚盘的卷扬机，每个吸力锚10均连接一个第一锚链608，每个第一锚链608的另一端分别穿过相应第三球壳604和相应支撑杆607后与所述第一球壳602内相应的伸缩锚盘连接；每个重力锚20均连接一个第二锚链609，每个第二锚链609的另一端分别穿过相应第三球壳604和相应第一连杆605后与所述第二球壳603内相应的伸缩锚盘连接；

每个所述吸力锚10分别位于所述相应第三球壳604的正下方，当所述第一锚链608处于张紧状态时，用于约束上部风机30在竖直方向的位置；每个所述重力锚20分别位于相应第三球壳604的侧面，当所述第二锚链609处于张紧状态时，用于约束上部风机30在水平方向的位置。

在该实施例中，第一方面，通过设置多个吸力锚10，且每个吸力锚10均连接一个第一锚链608，每个第一锚链608的另一端分别穿过相应第三球壳604和相应支撑杆607后与所述第一球壳602内相应的伸缩锚盘连接，由于每个所述吸力锚10分别位于所述相应第三球壳604的正下方，因此，通过调节每个第一锚链608的长度可以将上部风机30调整至指定高度。另外，当将每个第一锚链608均调整至张紧状态时，可以限制上部风机30在竖直方向的位移，防止其在恶劣环境下脱离海床。第二方面，通过设置多个重力锚20，且每个重力锚20均连接一个第二锚链609，每个第二锚链609的另一端分别穿过相应第三球壳604和相应第一连杆605后与所述第二球壳603内相应的伸缩锚盘连接，由于每个重力锚20分别位于相应第三球壳604的侧面，因此，当将每个第二锚链609均调整至张紧状态时，用于约束上部风机30在水平方向的位移，防止其在恶劣环境下侧翻。由此可见，本发明可以同时约束风机系统在竖直方向和水平方向的位置、安全性高。

需要说明的是，当风机基础60处于平衡状态时，第二球壳603的球心、每个第三球壳604的球心和每个第一连杆605的球心均在同一水平面内，且每个第三球壳604的球心到第二球壳603的球心的距离均相等。另外，本发明不对吸力锚10、重力锚20和第三球壳604的数量做具体限定，用户可以根据需要选择3个、6个、8个或其它数量等。当重力锚20、吸力锚10和第三球壳604的数量分别为3个时，风机系统的结构图如图6和图7所示。另外，第一连杆605、第二连杆606和支撑杆607均优选中空的圆管，在保证强度的同时提高风机基础的浮力。

此外，为了进一步增大风机系统的浮力，如图1和图6所示，本发明还可以在第一连杆605和第二连杆606上套设多个浮子90。其中，浮子90优先布置在第二连杆606上，能够为结构提供浮力的同时提高稳定性、便于清洁和检查。当还需要提供额外浮力时，则在第一连杆605上套设浮子90。套设浮子90后，风机基础60的整体浮力为：单个第三球壳604的浮力*第三球壳604的个数+单个浮子90的浮力*浮子90的个数。

如图4所述，多个伸缩锚盘共用一个卷扬机，如此，当利用卷扬机调节锚链长度时，各锚链具有相同的收放速率。此外，如图1所述，该风机系统还可以包括圆柱形的第二基座80，第二基座80固定于海底的泥床内，第二基座80的顶端设置有半球形的凹槽，且其中心设置有导向杆，所述第二球壳603的底端设置有导向孔，当所述风机系统处于泥浮状态时，如图9所示，所述导向杆插入所述导向孔内，且该第二球壳603坐落于该第二基座80的凹槽内，从而限制风机基础60的水平位移。

在一些实施方式中，如图8所示，吸力锚10由多个吸力筒组成，相邻吸力筒的外壁沿轴向相互连接。通过设置多个吸力筒，可以增加吸力锚10与泥床之间的摩擦力，提高风机系统的稳定性。

在一些实施方式中，如图8所示，还包括多个圆筒形的第一基座70，每个所述第一基座70的顶端均设置有半球形的凹槽，所述凹槽的内径等于所述第三球壳604的外径，以用于容纳所述第三球壳604，所述凹槽的底部中心设置有通孔，所述通孔用于通过所述吸力锚10上的第一锚链608。

在该实施例中，通过设置第一基座70，当风机系统处于泥浮状态时，如图9所示，第一基座70的底端套设于吸力锚10的顶端，第三浮球的底端坐落于第一基座70的凹槽内，可以进一步限制风机基础60在水平方向的位移，提高风机系统的稳定性。

在一些实施方式中，如图5所示，每个所述第三球壳604均包括由内向外依次同轴设置的内层、中间层和外层，所述内层用于供第一锚链608或第二锚链609通过，所述中间层包括多个沿周向均匀分布的第一舱室610，每个第一舱室610的顶端和底端分别设置有进水孔和出水孔；所述外层包括多个沿周向均匀分布的第二舱室611，每个第二舱室611内均设置有气-水置换阀。

在该实施例中，内层、中间层和外层之间互不连通。其中，内层为锚链通道，中间层为冲淤层，用于冲刷第一基座70的凹槽内的淤泥，通过设置多个第一舱室610，使冲淤更加充分，从而使第三球壳604更好的与第一基座70的凹槽抵接，保证风机系统的稳定性。外层为压载舱，当通过气-水置换阀向外层充水时，其压载增加，第三球壳604下沉；当通过气-水置换阀向外层放水时，其压载减小，第三球壳604上浮；如此，通过调节各第三球壳604的压载，可以维持风机基础60的平衡。另外，通过设置多个第二舱室611，每个第二舱室611单独进行压载调节，可以使调节过程更加精确，进一步增加风机系统的稳定性。

另外，每个重力锚20的底端均设置有裙板，通过裙板可以使重力锚20下沉至泥床的更深位置，增加风机系统的稳定性。

如图10所示，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，应用于上述实施例所述的泥浮式海上风机系统，所述方法包括：

步骤1000，使每个第一锚链608和每个第二锚链609均处于松弛状态，基于船舶导航定位系统分别将每个重力锚20和每个吸力锚10均下放至海床的指定位置，所述指定位置包括指定深度和指定经纬度；

步骤1002，保持所述风机基础60处于平衡状态，调节每个第一锚链608和每个第二锚链609的长度，直至所述上部风机30达到指定工作高度。

该实施例提供的方法应用于海上风机系统，该海上风机系统通过将多个第三球壳604均匀地设置于第二球壳603的周向上，可以增强风机系统的平衡能力。因此，在对风机系统进行安装时，可以先对重力锚20和吸力锚10进行安装，待重力锚20和吸力锚10安装就位后，只需调节锚链的长度就可以使上部风机30达到指定工作高度，完成风机系统的整体安装。具体地，在调节锚链的过程中，需要保持风机基础60处于平衡状态，即防止风机系统发生倾倒，保证安装过程的安全性。该安装方法只需要基于船舶导航定位系统完成重力锚20和吸力锚10的安装，然后保持风机基础60处于平衡状态，不断调节锚链的长度即可完成风机系统的整理安装，安装过程简单、效率高。

在一些实施方式中，针对步骤102，所述保持所述风机基础60处于平衡状态，包括：

每隔第一时间间隔，获取所述风机基础60的倾斜角度；

判断所述倾斜角度是否大于预设角度，若是，则执行：调整每个第三球壳604上的气-水置换阀的开启度，以保持所述风机基础60处于平稳状态，其中，每个所述气-水置换阀的开启度分别与相应第三球壳604的充放水速率呈正比例关系。

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60为一个整体，且整体为刚性件，因此测量风机基础60的倾斜角度，即整体的倾斜角度。另外，预设角度可以是5°，当目标倾斜角度大于5°时，说明风机系统出现了较大倾斜，容易发生倾倒的风险，因此需要调节各第三球壳604的压载，以使风机基础60回正，保证风机基础60的正常安装。需要说明的是，气-水置换阀开启后，可以通过水泵向相应的第三球壳604充水或放水，阀门开启度越大，充放水速率越大，调节压载的速度越快。

在一些实施方式中，所述调整每个第三球壳604上的气-水置换阀的开启度，包括：

针对向上倾斜的一侧的各个第三球壳604，增大各个第三球壳604上的气-水置换阀的开启度；其中，正中间的第三球壳604上的气-水置换阀的开启度最大，沿远离该正中间的第三球壳604的方向，逐级减小各第三球壳604上的气-水置换阀的开启度；通过增大气-水置换阀的开启度，增大相应第三球壳604的充水速率。

在该实施例中，当风机基础60发生倾斜时，对风机基础60进行单侧调节，即不对向下倾斜的一侧的第三球壳604的压载进行调节，而只调节向上倾斜的一侧的各个第三球壳604的压载，从而保证调整过程的稳定性。另外，通过增大各第三球壳604的气-水置换阀的开启度，可以增大相应第三球壳604的充水速率，进而增大其压载，使风机基础60回正。各第三球壳604的气-水置换阀的开启度不同，可以加速风机基础60的调平速率和稳定性。

还需要说明的是，当所述风机基础60处于平衡状态时，每个所述第一连杆605的轴线、第二球壳603的球心和每个所述第三球壳604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三球壳604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三球壳604确定为向上倾斜的第三球壳604，球心低于该基准平面的第三球壳604确定为向下倾斜的第三球壳604。

在一些实施方式中，所述调整每个第三球壳604上的气-水置换阀的开启度，还包括：

针对向下倾斜的一侧的各个第三球壳604，增大各个第三球壳604上的气-水置换阀的开启度；其中，正中间的第三球壳604上的气-水置换阀的开启度最大，沿远离该正中间的第三球壳604的方向，逐级减小各第三球壳604上的气-水置换阀的开启度；通过增大气-水置换阀的开启度，增大相应第三球壳604的放水速率。

该实施例针对风机系统倾角较大、侧翻风险较大的情况。此时对风机基础60进行双侧调节，即同时对向上倾斜的一侧和向下倾斜的一侧的第三球壳604进行压载调节，也就是说，一方面增加向上倾斜一侧的第三球壳604的压载，一方面减小向下倾斜一侧的第三球壳604的压载，加速平衡调节。此时，需要紧密检测倾角变化，防止系统反向偏转。另外，各第三球壳604的气-水置换阀的开启度不同，可以加速风机基础60的调平速率和稳定性。

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 (10)

1.一种泥浮式海上风机系统，其特征在于，包括：多个吸力锚(10)、多个重力锚(20)和沿竖直方向依次连接的上部风机(30)、塔筒连接件(50)、塔筒连接件(50)连接件和风机基础(60)；所述风机基础(60)包括中空的柱体(601)、第一球壳(602)、第二球壳(603)、多个第三球壳(604)、多个中空的第一连杆(605)、多个第二连杆(606)和多个中空的支撑杆(607)；

每个第一连杆(605)的一端分别与所述第二球壳(603)的周向外壁连接，另一端分别与一个第三球壳(604)连接，以使多个第三球壳(604)均匀地环绕在所述第二球壳(603)的周向，每个第二连杆(606)的两端分别与相邻的两个第三球壳(604)连接；每个支撑杆(607)的一端分别与一个第三球壳(604)连接，另一端分别与一个第一球壳(602)的周向外壁连接；每个第一球壳(602)和每个第二球壳(603)内均设置有带多个伸缩锚盘的卷扬机，每个吸力锚(10)均连接一个第一锚链(608)，每个第一锚链(608)的另一端分别穿过相应第三球壳(604)和相应支撑杆(607)后与所述第一球壳(602)内相应的伸缩锚盘连接；每个重力锚(20)均连接一个第二锚链(609)，每个第二锚链(609)的另一端分别穿过相应第三球壳(604)和相应第一连杆(605)后与所述第二球壳(603)内相应的伸缩锚盘连接；

每个所述吸力锚(10)分别位于所述相应第三球壳(604)的正下方，当所述第一锚链(608)处于张紧状态时，用于约束上部风机(30)在竖直方向的位置；每个所述重力锚(20)分别位于相应第三球壳(604)的侧面，当所述第二锚链(609)处于张紧状态时，用于约束上部风机(30)在水平方向的位置。

2.根据权利要求1所述的泥浮式海上风机系统，其特征在于，每个所述第三球壳(604)均包括由内向外依次同轴设置的内层、中间层和外层，所述内层用于供所述第一锚链(608)或所述第二锚链(609)通过，所述中间层包括多个沿周向均匀分布的第一舱室(610)，每个第一舱室(610)的顶端和底端分别设置有进水孔和出水孔；所述外层包括多个沿周向均匀分布的第二舱室(611)，每个第二舱室(611)内均设置有气-水置换阀。

3.根据权利要求2所述的泥浮式海上风机系统，其特征在于，所述吸力锚(10)由多个吸力筒组成，相邻吸力筒的外壁沿轴向相互连接。

4.根据权利要求3所述的海上风机系统，其特征在于，还包括多个圆筒形的第一基座(70)，每个所述第一基座(70)的顶端均设置有半球形的凹槽，所述凹槽的内径等于所述第三球壳(604)的外径，以用于容纳所述第三球壳(604)，所述凹槽的底部中心设置有通孔，所述通孔用于通过所述吸力锚(10)上的第一锚链(608)。

5.根据权利要求2所述的泥浮式海上风机系统，其特征在于，每个所述重力锚(20)的底端均设置有裙板。

6.根据权利要求2所述的泥浮式海上风机系统，其特征在于，每个所述第一连杆(605)和每个所述第二连杆(606)的外壁上均套设有至少一个浮子(90)。

7.一种泥浮式海上风机系统的安装方法，其特征在于，应用于如权利要求2-6任一项所述的海上风机系统，所述方法包括：

使每个第一锚链(608)和每个第二锚链(609)均处于松弛状态，基于船舶导航定位系统分别将每个重力锚(20)和每个吸力锚(10)均下放至海床的指定位置，所述指定位置包括指定深度和指定经纬度；

保持所述风机基础(60)处于平衡状态，调节每个第一锚链(608)和每个第二锚链(609)的长度，直至所述上部风机(30)达到指定工作高度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述保持所述风机基础(60)处于平衡状态，包括：

每隔第一时间间隔，获取所述风机基础(60)的倾斜角度；

判断所述倾斜角度是否大于预设角度，若是，则执行：调整每个第三球壳(604)上的气-水置换阀的开启度，以保持所述风机基础(60)处于平稳状态，其中，每个所述气-水置换阀的开启度分别与相应第三球壳(604)的充放水速率呈正比例关系。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述调整每个第三球壳(604)上的气-水置换阀的开启度，包括：

针对向上倾斜的一侧的各个第三球壳(604)，增大各个第三球壳(604)上的气-水置换阀的开启度；其中，正中间的第三球壳(604)上的气-水置换阀的开启度最大，沿远离该正中间的第三球壳(604)的方向，逐级减小各第三球壳(604)上的气-水置换阀的开启度；通过增大气-水置换阀的开启度，增大相应第三球壳(604)的充水速率。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述调整每个第三球壳(604)上的气-水置换阀的开启度，还包括：

针对向下倾斜的一侧的各个第三球壳(604)，增大各个第三球壳(604)上的气-水置换阀的开启度；其中，正中间的第三球壳(604)上的气-水置换阀的开启度最大，沿远离该正中间的第三球壳(604)的方向，逐级减小各第三球壳(604)上的气-水置换阀的开启度；通过增大气-水置换阀的开启度，增大相应第三球壳(604)的放水速率。