CN117450021A - 一种适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，包括：S101，将深远海漂浮式风电机组在码头装配工位分开进行岸基组装；S102，针对组装后的深远海漂浮式风电机组，将重心可调的支臂的重心降低至最低位以进入运维姿态，将深远海漂浮式风电机组以运维姿态由拖船拖运至目标风场海，并完成深远海漂浮式风电机组的固锚与接缆；S103，将深远海漂浮式风电机组的重心可调的支臂重心升高进入运行姿态。本发明适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法旨在提升深远海漂浮式风电机组在面临海上极端天气时能提高机组的稳定性，降低了因海平面波动与天气因素带来的风险。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电领域的装配技术，具体涉及一种适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法。
背景技术
海上风电行业将朝向深远海、大容量方向发展。目前海上漂浮式风电机组由于体型大、重心高，其装配方法为：先将漂浮式平台拖运至目标海域进行固锚，再通过大型吊装船分别完成塔筒、发电机、变流器和叶片等部件的安装。由于海平面存在波浪与涌流，这样的装配方法难度系数大、安全系数低、装配时间长，且十分依赖大型吊装船舶，使得装配成本也随之升高。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，本发明旨在提升深远海漂浮式风电机组在面临海上极端天气时能提高机组的稳定性，降低了因海平面波动与天气因素带来的风险。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，包括：
S101，将深远海漂浮式风电机组在码头装配工位分开进行岸基组装；
S102，针对组装后的深远海漂浮式风电机组，将重心可调的支臂的重心降低至最低位以进入运维姿态，将深远海漂浮式风电机组以运维姿态由拖船拖运至目标风场海，并完成深远海漂浮式风电机组的固锚与接缆；
S103，将深远海漂浮式风电机组的重心可调的支臂重心升高进入运行姿态。
可选地，步骤S101中将深远海漂浮式风电机组在码头装配工位分开进行岸基组装时，是指针对深远海漂浮式风电机组的各个子系统按照预先进行仿真优化后的顺序进行组装，所述子系统是指深远海漂浮式风电机组的构成单元，所述重心可调的支臂为深远海漂浮式风电机组的一个子系统。
可选地，所述预先进行仿真优化后的顺序的获取包括：
S201，针对深远海漂浮式风电机组的各个子系统确定不同的组装方案，不同的组装方案下各个子系统的并行组装以及前后组装的方式至少一种不同；
S202，针对不同的组装方案计算组装的时间开销；
S203，选择组装的时间开销最小的组装方案，并将其中各个子系统的并行组装以及前后组装的顺序作为获取得到的仿真优化后的顺序。
可选地，所述重心可调的支臂包括较长的机组支臂和较短的配重支臂，所述机组支臂和配重支臂两者相互连接且中部设有用于安装重心可调的支臂的铰接有铰接安装座，所述配重支臂还连接有用于驱动重心可调的支臂相对铰接安装座转动以调节机组支臂末端所安装风机的重心高度的驱动机构。
可选地，所述配重支臂的末端设有配重水箱，所述配重水箱上设有电子排水阀以及带有水泵的进水口以用于受控调节配重水箱中的水容量。
可选地，所述配重水箱的下部设有用于安装固定安装到风机底座上的配重支撑，所述配重支撑的顶面上设有定位凹槽，以用于在风机工作发电状态下将配重水箱放入定位凹槽时配合固定配重水箱，定位凹槽表面设有缓存层以用于防止配重水箱变形。
可选地，所述配重支撑为圆柱形，所述定位凹槽为弧形凹槽。
可选地，所述机组支臂和配重支臂均为空腔结构，且空间结构的内部设有环形加强筋。
可选地，所述机组支臂和配重支臂之间还连接有加强连接杆，所述加强连接杆、机组支臂和配重支臂三者呈三角形布置。
可选地，所述机组支臂和配重支臂两者夹角为钝角，所述驱动机构为卷扬机构，所述卷扬机构的牵引绳与配重支臂相连。
可选地，所述卷扬机构具有两根牵引方向相反的牵引绳，且每一根牵引绳各与一个所述具有升降收放功能的风机支臂支撑装置的相连，使得两个所述风机支臂支撑装置共用同一个卷扬机构。
可选地，所述卷扬机构位于共用同一个卷扬机构的两个风机支臂支撑装置的中部，共用同一个卷扬机构的两个风机支臂支撑装置相对于卷扬机构对称布置。
可选地，所述驱动机构驱动重心可调的支臂相对铰接安装座转动以调节机组支臂末端所安装风机的重心高度时，转动面与机组支臂末端所安装风机的风机扫风面平行。
和先有技术相比，本发明主要具有下述优点：
1、本发明利用重心可调的海上漂浮式风电机组平台,在风场就近码头进行岸基装配，再拖运至风场进行固锚发电，能够在面临海上极端天气时能提高机组的稳定性，降低了因海平面波动与天气因素带来的风险。
2、本发明对海上漂浮式风电机组平台各子系统的组装与整机吊装均在岸基进行，降低了对大型吊装船舶的依赖性与租赁成本；机组进入运维姿态时，利用重心可调的可进行平放接近与海平面平行，降低了吊装高度与吊装船舶吨位，提升了作业安全性；最后，整机吊装完成后可由拖船直接拖运至目标海域，避免了在深远海进行安装作业。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例重心可调的支臂的工作状态的结构示意图。
图3为本发明实施例重心可调的支臂在抗台风状态的结构示意图。
图4为本发明实施例重心可调的支臂的联合工作状态的结构示意图。
图5为本发明实施例重心可调的支臂在联合抗台风状态的结构示意图。
图例说明：1、机组支臂；2、配重支臂；3、配重水箱；4、加强连接杆；5、配重支撑；6、驱动机构；7、铰接安装座。
具体实施方式
如图1所示，本实施例适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法包括：
S101，将深远海漂浮式风电机组在码头装配工位分开进行岸基组装；
S102，针对组装后的深远海漂浮式风电机组，将重心可调的支臂的重心降低至最低位以进入运维姿态，将深远海漂浮式风电机组以运维姿态由拖船拖运至目标风场海，并完成深远海漂浮式风电机组的固锚与接缆；
S103，将深远海漂浮式风电机组的重心可调的支臂重心升高进入运行姿态。
本实施例步骤S101中将深远海漂浮式风电机组在码头装配工位分开进行岸基组装时，是指针对深远海漂浮式风电机组的各个子系统按照预先进行仿真优化后的顺序进行组装，所述子系统是指深远海漂浮式风电机组的构成单元，重心可调的支臂为深远海漂浮式风电机组的一个子系统。本发明采用的现场可视化三维装配系统能对各子系统装配步骤进行模拟，以获取预先进行仿真优化后的顺序进行组装，能够有效缩短工期。
本实施例中，预先进行仿真优化后的顺序的获取包括：
S201，针对深远海漂浮式风电机组的各个子系统确定不同的组装方案，不同的组装方案下各个子系统的并行组装以及前后组装的方式至少一种不同；
S202，针对不同的组装方案计算组装的时间开销；针对每一个子系统的时间开销，可通过仿真得到，针对不同的组装方案计算组装的时间开销的本质就是将并行组装的子系统的时间开销，取时间开销最长的时间开销，然后将前后组装的子系统的时间开销求和，记得获得组装方案组装的时间开销；
S203，选择组装的时间开销最小的组装方案，并将其中各个子系统的并行组装以及前后组装的顺序作为获取得到的仿真优化后的顺序。
本实施例中，深远海漂浮式风电机组的各个子系统包括叶轮系统(用于将风能转换为机械能)、主机系统(控制主机)、电气电控系统、浮体子系统(漂浮式平台)、L型支臂子系统、系泊组件以及配重水箱3等子系统。其中漂浮式平台通过一个连接点与系泊组件以实现单点系泊，且安装风机的一对支臂和系泊组件分别位于漂浮式平台的不同侧，步骤S102中将深远海漂浮式风电机组以运维姿态由拖船拖运至目标风场海时，具体为利用系泊组件拖曳漂浮式平台，使得在拖曳过程中，安装风机的一对支臂和系泊组件分别位于漂浮式平台的不同侧，可实现拖曳时的稳定航行，防止海浪引起漂浮式平台的振动。漂浮式平台优选为对称结构，其对称轴线为系泊组件的连接点、一对支臂的连接线中点两点的连线，可确保自动追踪风向变化的被动偏航时稳定可靠。
如图2和图3所示，本实施例中重心可调的支臂包括较长的机组支臂1和较短的配重支臂2，机组支臂1和配重支臂2两者相互连接且中部设有用于安装重心可调的支臂的铰接有铰接安装座7，配重支臂2还连接有用于驱动重心可调的支臂相对铰接安装座7转动以调节机组支臂1末端所安装风机的重心高度的驱动机构6，从而能够实现机组重心可调，使重心可调的支臂在不同转动角度下机组支臂1末端重心高度不同，解决传统立柱式塔筒的风机重心高且不可调整的问题，提高风力发电机组在深远海域的台风等极限工况下的安全性，具有轻量化、结构稳定、重心可调的优点。
如图2和图3所示，本实施例中配重支臂2的末端设有配重水箱3，配重水箱3上设有电子排水阀以及带有水泵的进水口以用于受控调节配重水箱3中的水容量。配重水箱3，内部储存海水，使得配重支臂2以及配重水箱3两者构成的支臂，与机组支臂1及其末端安装机舱以及叶轮组构成的另一侧的支臂的重量相近(但不相等)，减少左右两侧力矩差，能够降低重心可调的支臂的应力。而且采用配重支臂2端部固定配重水箱3的方式，通过调节升降收放过程中配重水箱3内部海水容量，改善整个重心可调的支臂的质量分配，解决重心可调的支臂升降收放过程中系统载荷和支臂所受应力过大的问题。
如图2和图3所示，本实施例中配重水箱3的下部设有用于安装固定安装到风机底座上的配重支撑5，配重支撑5的顶面上设有定位凹槽，以用于在风机工作发电状态下将配重水箱3放入定位凹槽时配合固定配重水箱3，定位凹槽表面设有缓存层以用于防止配重水箱3变形。本实施例中，配重支撑5为圆柱形，定位凹槽为弧形凹槽，接触面更大，可将配重水箱3、定位凹槽之间的作用力分散到弧形的接触面上，防止配重水箱3变形的保护效果更好。本实施例中，配重水箱3，内部储存海水增加配重支臂2下端一侧的质量，起到改善重心可调的支臂的质量分配的作用。配重支臂2侧的配重力矩与机组支臂1侧的风机及塔筒总力矩相当，不但可以减轻铰链系统的系统载荷，还有助于实现风电机组的重心可调。
本实施例中，机组支臂1长度为107米，配重支臂2为38.05米。机组支臂1和配重支臂2优选采用低密度、高强度材料，例如本实施例中机组支臂1和配重支臂2用涂装Q960E钢，兼具轻量化和疲劳抗性，机组支臂1和配重支臂2的塔筒截面为椭圆形，机组支臂1的椭圆截面长轴为4米，短轴为2米，配重支臂2的椭圆截面长轴为6米，短轴长为3米。
为了解决台风等极限工况下对风机支撑装置轻量化、抗疲劳、抗弯性的需求，本实施例中机组支臂1和配重支臂2均为空腔结构，且空间结构的内部设有环形加强筋，利用环形加强筋，可增强机组支臂1和配重支臂2的强度，满足台风等极限工况下对风机支撑装置轻量化、抗疲劳、抗弯性的需求。作为一种可选的实施方式，本实施例中环形加强筋间距为0.8米，纵向加强筋间距为0.5米，每隔4米安装中间有开孔的横隔板。
如图2和图3所示，本实施例中机组支臂1和配重支臂2之间还连接有加强连接杆4，加强连接杆4、机组支臂1和配重支臂2三者呈三角形布置。通过加强连接杆4、机组支臂1和配重支臂2三者呈三角形布置，形成三角形稳定解构，解决机组在台风等极限工况下结构稳定性欠缺的问题。加强连接杆4的数量可以根据需要选择，本实施例中加强连接杆4的数量为两根，此外也可以采用更多，从而可以通过多根较小的加强连接杆4以较低的成本实现较高的结构强度。
为了简化重心可调的支臂的转动驱动机构，如图4和图5所示，本实施例中机组支臂1和配重支臂2两者夹角为钝角，驱动机构6为卷扬机构，卷扬机构的牵引绳与配重支臂2相连，由于机组支臂1和配重支臂2两者夹角为钝角，使得机组支臂1的打开角度小于90°，从而可以利用机组支臂1的自重来实现对机组支臂1的重心下降调节，而且驱动机构6只需要提供单向拉力的卷扬机构即可，极大地简化了驱动机构6的结构和体积。
为了进一步解决机组在台风等极限工况下结构稳定性欠缺的问题，如图4和图5所示，本实施例中卷扬机构具有两根牵引方向相反的牵引绳，且每一根牵引绳各与一个具有升降收放功能的风机支臂支撑装置的相连，使得两个风机支臂支撑装置共用同一个卷扬机构，通过采用一个卷扬机同时驱动左右两侧的风机支臂支撑装置，保证两侧的风机支臂支撑装置受力平衡，能够解决机组在台风等极限工况下结构稳定性欠缺的问题。本实施例中，卷扬机构位于共用同一个卷扬机构的两个风机支臂支撑装置的中部，共用同一个卷扬机构的两个风机支臂支撑装置相对于卷扬机构对称布置。
本实施例中，驱动机构6驱动重心可调的支臂相对铰接安装座7转动以调节机组支臂1末端所安装风机的重心高度时，转动面与机组支臂1末端所安装风机的风机扫风面平行，支臂采用垂直方向转动的方式来调整重心，且转动区域始终与风机扫风面平行，解决现有重心可调支臂升降过程中，风机不是正对来流风，叶片受力不均匀的问题。毫无疑问，在基于驱动配重支臂2的需求下，驱动机构6可以根据需要采用所需的实现方式，包括电动、液压驱动、气压驱动的方式，各类驱动方式下也可以根据需要采用直接驱动或通过传动机构间接驱动。作为一种可选的实施方式，本实施例中，驱动机构6为卷扬机构，卷扬机构的牵引绳与配重支臂2相连，通过卷扬机构实现升降功能，正常发电工况下卷扬机构收紧使重心可调的支臂立起，切出工况下卷扬机构放松使重心可调的支臂下放，实现重心下调。
本实施例中重心可调的支臂的工作过程如下：参看图1，在风电机组正常发电工况下，驱动机构6将牵引绳(或铰链)收紧，过程中带动机组支臂1以铰接安装座7为轴上升，配重支臂2则下放，与配重支臂2相连的配重水箱3置于配重支撑5上，实现风电机组的重心上升。此时配重支臂2侧的质量与机组支臂1侧的质量相当，减小了两侧力矩差和支臂所受应力。完成上述过程后通过驱动机构6的锁紧系统将铰链固定，确保重心可调的支臂不再动作。参考图2，在风电机组抗台风切出工况下，驱动机构6将牵引绳(或铰链)放松一定长度后再固定住，过程中带动机组支臂1以铰接安装座7为轴下放，配重支臂2则上升，与配重支臂2相连的配重水箱3从配重支撑5上被抬高，实现风电机组的重心下降。此时配重支臂2侧新增了来自配重水箱3的质量，总质量与机组支臂1侧的质量相当，减小了两侧力矩差，很大程度减小了支臂所受应力。完成上述过程后通过驱动机构6的锁紧系统将铰链固定，确保重心可调的支臂不再动作。在卷扬机构固定于漂浮式平台并于码头下水后，首先将重心可调的支臂通过岸基吊装设备连接于卷扬机构与两个塔筒顶端固定点，并通过液压机构连接重心可调的支臂的两个端点以保证伸缩安全。重心可调的支臂安装完成后，通过卷扬机构对重心可调的支臂同时进行平放，使重心可调的支臂降至与海平面近乎平行的状态，其姿态。在重心可调的支臂平放至与海平面接近平行的角度后，机舱高度相较运行姿态高度下降约五分之三，再结合码头相对于海平面的高度差，使用高度较低的大吨位吊机即可完成主机子系统、叶轮子系统和配重子系统(配重水箱3)的安装。电气电控子系统和系泊子系统(系泊组件)均在码头靠岸处完成安装固定。各子系统于码头岸基处完成集成总装后，由大型专业拖船拖运至深远海目标风场海域，进行系泊固锚与接缆工作。完成上述各项准备工作后，卷扬机构工作将重心可调的支臂同时缓慢拉起呈运行姿态，在合适时机开始并网发电。重心可调的支臂可以通过卷扬机构进行升高和平放，升高时进入发电运行姿态，平放时进入运维姿态，进入运维姿态时将极大降低风电机组的安装高度。
综上所述，针对传统的海上风力发电机组都是将各系统分别托运至目标风电场，再选择合适的天气由大型海上吊装驳船进行吊装拼接，难度大且成本高的问题，本实施例适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法面向深远海大容量漂浮式风电机组，最大优势为将传统漂浮式风电机组的海上吊装改为近海岸基吊装，装配完成后再由拖船拖运至目标海上风场，省去大型吊装驳船的租赁与深远海吊装环节，极大节省吊装成本，降低吊装风险。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，其特征在于，包括：
S101，将深远海漂浮式风电机组在码头装配工位分开进行岸基组装；
S102，针对组装后的深远海漂浮式风电机组，将重心可调的支臂的重心降低至最低位以进入运维姿态，将深远海漂浮式风电机组以运维姿态由拖船拖运至目标风场海，并完成深远海漂浮式风电机组的固锚与接缆；
S103，将深远海漂浮式风电机组的重心可调的支臂重心升高进入运行姿态。
2.根据权利要求1所述的适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，其特征在于，步骤S101中将深远海漂浮式风电机组在码头装配工位分开进行岸基组装时，是指针对深远海漂浮式风电机组的各个子系统按照预先进行仿真优化后的顺序进行组装，所述子系统是指深远海漂浮式风电机组的构成单元，所述重心可调的支臂为深远海漂浮式风电机组的一个子系统。
3.根据权利要求2所述的适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，其特征在于，所述预先进行仿真优化后的顺序的获取包括：
S201，针对深远海漂浮式风电机组的各个子系统确定不同的组装方案，不同的组装方案下各个子系统的并行组装以及前后组装的方式至少一种不同；
S202，针对不同的组装方案计算组装的时间开销；
S203，选择组装的时间开销最小的组装方案，并将其中各个子系统的并行组装以及前后组装的顺序作为获取得到的仿真优化后的顺序。
4.根据权利要求1所述的适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，其特征在于，所述重心可调的支臂包括较长的机组支臂(1)和较短的配重支臂(2)，所述机组支臂(1)和配重支臂(2)两者相互连接且中部设有用于安装重心可调的支臂的铰接有铰接安装座(7)，所述配重支臂(2)还连接有用于驱动重心可调的支臂相对铰接安装座(7)转动以调节机组支臂(1)末端所安装风机的重心高度的驱动机构(6)。
5.根据权利要求4所述的适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，其特征在于，所述配重支臂(2)的末端设有配重水箱(3)，所述配重水箱(3)上设有电子排水阀以及带有水泵的进水口以用于受控调节配重水箱(3)中的水容量。
6.根据权利要求5所述的适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，其特征在于，所述配重水箱(3)的下部设有用于安装固定安装到风机底座上的配重支撑(5)，所述配重支撑(5)的顶面上设有定位凹槽，以用于在风机工作发电状态下将配重水箱(3)放入定位凹槽时配合固定配重水箱(3)，定位凹槽表面设有缓存层以用于防止配重水箱(3)变形。
7.根据权利要求6所述的适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，其特征在于，所述配重支撑(5)为圆柱形，所述定位凹槽为弧形凹槽。
8.根据权利要求7所述的适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，其特征在于，所述机组支臂(1)和配重支臂(2)均为空腔结构，且空间结构的内部设有环形加强筋。
9.根据权利要求8所述的适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，其特征在于，所述机组支臂(1)和配重支臂(2)之间还连接有加强连接杆(4)，所述加强连接杆(4)、机组支臂(1)和配重支臂(2)三者呈三角形布置。
10.根据权利要求9所述的适用于深远海漂浮式风电机组的装配方法，其特征在于，所述机组支臂(1)和配重支臂(2)两者夹角为钝角，所述驱动机构(6)为卷扬机构，所述卷扬机构的牵引绳与配重支臂(2)相连。
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