CN218969371U - 一种海上风电集成式辅助阳极串结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种海上风电集成式辅助阳极串结构。本实用新型技术方案，参比电极信号采集单元用于采集参比电极的电位信号，通过计算比较后，对与辅助阳极电连接的输出单元的输出电流，使其维持在最佳保护值内。另外，本实用新型技术方案所需硬件设施多为市场现有成品，采购周期短，在前期准备工作完备的情况下，可以在短时间内将系统搭建完成，可大大缩减施工工期，减少施工难度。同时，该海上风电集成式辅助阳极串结构，实现使用寿命长、发生电流大、无潜在海洋生态污染，对海上风电水下钢结构及其涂装无破坏，实现无损安装，便于维护且适用性强。

Description

一种海上风电集成式辅助阳极串结构

技术领域

本实用新型涉及海上风电技术领域，特别涉及一种海上风电集成式辅助阳极串结构。

背景技术

海上高温、高湿、高盐度和长日照等综合腐蚀环境非常苛刻，腐蚀与老化是海上风电机组面临的主要失效模式，极为恶劣的腐蚀环境造成风机的冷却控制系统、传动系统、连接系统、基础系统等系统部件和设备均发生严重的腐蚀问题。另外，风机的布置均为分布式布置，间隔较远，发电为远程控制，风机设备发生腐蚀后往往不易察觉，难以维修。

目前，海上风电场的金属结构防腐蚀设计采用物理防护与电化学保护结合的方式，大气区、浪溅区和水位变动区采用涂料防腐，水下区和泥下区常采用牺牲阳极阴极保护。除牺牲阳极阴极保护法外，外加电流阴极保护系统也广泛应用于海洋能源开发装置等海洋工程装备、海洋工程设施等领域。然而，在实际运行过程中，升压站及风机基础靠船件等局部区域由于受到物理性的撞击，很有可能出现阴极保护方式对海上风电水下钢结构及其涂装的破坏和适用性不足的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种海上风电集成式辅助阳极串结构，旨在解决现有阴极保护方式对海上风电水下钢结构及其涂装的破坏和适用性不足的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种海上风电集成式辅助阳极串结构，该海上风电集成式辅助阳极串结构应用于海上风电水下钢结构外加电流阴极保护系统，所述海上风电水下钢结构外加电流阴极保护系统包括控制单元及与所述控制单元电连接的输出单元和参比电极信号采集模块，所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构包括：

悬挂装置；

参比电极，安装于所述悬挂装置，并与所述参比电极信号采集模块电连接，所述参比电极信号采集模块用以获取所述参比电极的电位值；

辅助阳极，安装于所述悬挂装置，并与所述输出单元的阳极电连接；

其中，所述控制单元根据所述参比电极的电位值调整所述输出单元的输出电流。

在一实施例中，所述参比电极和所述辅助阳极的数量为多个，多个所述参比电极和多个所述辅助阳极沿所述悬挂装置的长度方向交替间隔排布。

在一实施例中，所述悬挂装置包括安装件、第一连接件和第二连接件；所述安装件和所述第一连接件的数量为两个；

两个所述安装件用于与塔筒连接；所述第一连接件的一端相互连接，另一端与所述安装件连接；

所述第二连接件的一端悬挂于两所述第一连接件的连接处；

其中，所述传感器组、所述参比电极和所述辅助阳极均安装于所述第二连接件上。

在一实施例中，所述辅助阳极包括：

导电环，套设于所述第二连接件的外周，并通过电缆与所述输出单元和所述控制单元电连接；

第一包带，于所述导电环处包覆所述第二连接件和所述导电环；以及

密封堵头，将所述第一包带和所述第二连接件之间围合形成的第一容纳腔的径向开口密封，且所述第一容纳腔内填满密封胶。

在一实施例中，所述第二连接件包括：

涂塑钢丝绳，所述涂塑钢丝绳与两所述第一连接件连接；

第二包带，包覆所述涂塑钢丝绳，且所述第二包带和所述涂塑钢丝绳之间围合形成第二容纳腔；所述传感器组的电缆、所述参比电极的电缆以及所述辅助阳极的电缆均设于所述第二容纳腔内；所述涂塑钢丝绳、所述传感器组的电缆、所述参比电极的电缆以及所述辅助阳极的电缆之间设置有绝缘层。

在一实施例中，所述参比电极/所述传感器组均通过安装座安装于所述第二连接件；

其中，所述安装座设置有第一安装通孔和与所述第一安装通孔连通的第二安装通孔，所述参比电极/所述传感器组的接电端伸入所述第一安装通孔内；所述第一安装通孔的另一端通过密封端盖密封；所述传感器组的电缆/所述参比电极的电缆穿过所述第二安装通孔与所述参比电极/所述传感器组的接电端电连接，所述第一安装通孔内还填满密封胶水。

在一实施例中，所述安装座包括座本体和连接端盖，所述座本体靠近所述连接端盖的一侧形成安装槽，所述连接端盖与所述座本体固定连接，以将所述第二连接件固定于所述安装槽内；所述第一安装通孔和所述第二安装通孔均设于所述座本体上。

在一实施例中，所述参比电极为高纯锌参比电极、Ag/AgCl参比电极、Cu/饱和CuSO4参比电极的一种或多种；

和/或，所述辅助阳极为MMO/Ti辅助阳极。

在一实施例中，所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构还包括配重块，所述配重块与所述悬挂装置的底端连接；所述配重块的外周设有海工重防腐涂层。

在一实施例中，所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构还包括传感器组，所述传感器组安装于所述悬挂装置，并与所述海上风电水下钢结构外加电流阴极保护系统的传感器信号采集模块和所述控制单元电连接。

本实用新型技术方案，参比电极信号采集单元用于采集参比电极的电位信号，通过计算比较后，对与辅助阳极电连接的输出单元的输出电流，使其维持在最佳保护值内。另外，本实用新型技术方案所需硬件设施多为市场现有成品，采购周期短，在前期准备工作完备的情况下，可以在短时间内将系统搭建完成，可大大缩减施工工期，减少施工难度。同时，该海上风电集成式辅助阳极串结构，实现使用寿命长、发生电流大、无潜在海洋生态污染，对海上风电水下钢结构及其涂装无破坏，实现无损安装，便于维护且适用性强

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型一种海上风电水下钢结构外加电流阴极保护系统一实施例的结构示意图；

图2为图1辅助阳极与第二连接件的安装结构示意图；

图3为图1中第二连接件一实施例中横切剖面图；

图4为本实用新型传感器组/参比电极与第二连接件的安装结构示意图；

图5为本实用新型一种海上风电集成式辅助阳极串结构一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种海上风电集成式辅助阳极串结构。

在本实用新型实施例中，如图1至图5所示，该海上风电集成式辅助阳极400串结构10应用于海上风电水下钢结构外加电流阴极保护系统1，所述海上风电水下钢结构外加电流阴极保护系统1包括控制单元20及与所述控制单元20电连接的输出单元30和参比电极300信号采集模块40，所述的一种海上风电集成式辅助阳极400串结构10包括悬挂装置100、参比电极300和辅助阳极400；参比电极300，安装于所述悬挂装置100，并与所述参比电极300信号采集模块40电连接，所述参比电极300信号采集模块40用以获取所述参比电极300的电位值；辅助阳极400，安装于所述悬挂装置100，并与所述输出单元30的阳极电连接；其中，所述控制单元20根据所述参比电极300的电位值调整所述输出单元30的输出电流。

具体而言，所述参比电极300为高纯锌参比电极300、Ag/AgCl参比电极300、Cu/饱和CuSO4参比电极300的一种或多种，也就是说，在本实用新型的实施例中，可以是只有一种参比电极300，也可以是有多种参比电极300，例如，可以是高纯锌参比电极300、Ag/AgCl参比电极300、Cu/饱和CuSO4参比电极300其中的一种，也可以是高纯锌参比电极300和Ag/AgCl参比电极300、Ag/AgCl参比电极300和Cu/饱和CuSO4参比电极300、高纯锌参比电极300和Cu/饱和CuSO4参比电极300搭配使用，还可以是高纯锌参比电极300、Ag/AgCl参比电极300、Cu/饱和CuSO4参比电极300均有。

所述辅助阳极400包括导电环410、第一包带420和密封堵头430，套设于所述第二连接件130的外周，并通过电缆与所述输出单元30和所述控制单元20电连接；第一包带420，于所述导电环410处包覆所述第二连接件130和所述导电环410；密封堵头430，将所述第一包带420和所述第二连接件130之间围合形成的第一容纳腔440的径向开口密封，且所述第一容纳腔440内填满密封胶。进一步地，所述辅助阳极400的导电环410，在海水中大多采用的是镀铂的钛，钽或铌，铅－银阳极。较佳地，所述辅助阳极400为MMO/Ti辅助阳极400。其中，MMO/Ti辅助阳极400设计使用寿命≥25年，可以极大地提高了海上风电集成式辅助阳极400串结构10的使用寿命。

在一实施例中，为了提高海上风电集成式辅助阳极400串结构10的适应范围，所述参比电极300和所述辅助阳极400的数量为多个，多个所述参比电极300和多个所述辅助阳极400沿所述悬挂装置100的长度方向交替间隔排布。

在一实施例中，所述悬挂装置100包括安装件110、第一连接件120和第二连接件130；所述安装件110和所述第一连接件120的数量为两个；两个所述安装件110用于与塔筒连接；所述第一连接件120的一端相互连接，另一端与所述安装件110连接；所述第二连接件130的一端悬挂于两所述第一连接件120的连接处；其中，所述传感器组200、所述参比电极300和所述辅助阳极400均安装于所述第二连接件130上。

其中，安装件110是悬挂装置100与塔筒或者是其它支撑件连接的部件，也就是说，海上风电集成式辅助阳极400串结构10通常是直接安装在塔筒上，当然了，在塔筒不适于悬挂时，也可以是在塔筒旁边另设支撑装置，然后将该海上风电集成式辅助阳极400串结构10安装支撑装置上。

示例性的，安装件110通常是吊耳，第一连接件120为涂塑钢丝绳，第二连接件130可以称作复合电缆。具体而言，所述第二连接件130包括涂塑钢丝绳131和第二包带132，所述涂塑钢丝绳131与两所述第一连接件120连接；第二包带132，包覆所述涂塑钢丝绳131，且所述第二包带132和所述涂塑钢丝绳131之间围合形成第二容纳腔133；所述传感器组的电缆136、所述参比电极的电缆137以及所述辅助阳极的电缆135均设于所述第二容纳腔133内；所述涂塑钢丝绳131、所述传感器组的电缆136、所述参比电极的电缆137以及所述辅助阳极的电缆135之间设置有绝缘层134。

其中，所述辅助阳极400与所述输出单元30的阳极接口之间通过阳极电缆电连接，所述参比电极300信号采集模块40与所述参比电极300之间通过参比电极300电缆电连接，阳极电缆和参比电极300电缆通常为船用单芯屏蔽线缆；所述传感器采集模块与传感器组200之间通过多根传感器电缆电连接，传感器电缆通常采用船用双芯屏蔽线缆电连接。较佳地，考虑到所述涂塑钢丝绳131、所述传感器组的电缆136、所述参比电极的电缆137以及所述辅助阳极的电缆135均集成在第二连接件130内，为了避免串电，所述涂塑钢丝绳131、所述传感器组的电缆136、所述参比电极的电缆137以及所述辅助阳极的电缆135之间设置有绝缘层134。所述绝缘层134的材质通常为PVC。

在其它实施例中，为了进一步保护海上风电集成式辅助阳极串结构10伸入海里的部分，所述第二包带132的外周还设置有聚四氟乙烯保护层138。

在另一较佳的实施例中，所述参比电极300/所述传感器组200均通过安装座600安装于所述第二连接件130；其中，所述安装座600设置有第一安装通孔601和与所述第一安装通孔601连通的第二安装通孔602，所述参比电极300/所述传感器组200的接电端伸入所述第一安装通孔601内；所述第一安装通孔601的另一端通过密封端盖700密封。为了保证参比电极300/所述传感器组200与其电缆的密封性，所述传感器组的电缆136/所述参比电极的电缆137穿过所述第二安装通孔602与所述参比电极300/所述传感器组200的接电端电连接，所述第一安装通孔601内还填满密封胶水。

示例性地，所述安装座600包括座本体610和连接端盖620，所述座本体610靠近所述连接端盖620的一侧形成安装槽，所述连接端盖620与所述座本体610固定连接，以将所述第二连接件130固定与所述安装槽内；所述第一安装通孔601和所述第二安装通孔602均设于所述座本体610上。

在又一较佳的实施例中，为了使得海上风电集成式辅助阳极400串结构10保持竖直向下，以保证辅助阳极400输出电流的稳定性，所述的一种海上风电集成式辅助阳极400串结构10还包括配重块800，所述配重块800与所述悬挂装置100的底端连接。其中，为了降低制造成本，配重块800选用钢筋混凝土材质，另外，配重块800可根据现场安装情况进行重量、数量、尺寸的模块化设计，例如。一个配重块800是10千克，在安装的过程中，可以根据实际需要，选择配重块800的数量为1个、2个、3个、5个、8个、10个或者10个以上。较佳地，为了提高配重块800的寿命，所述配重块800的外周设有海工重防腐涂层。

其中，MMO/Ti辅助阳极400设计使用寿命≥25年，第二连接件130复合缆采用密封防水的聚四氟乙烯材质，涂塑钢丝绳131及悬挂装置100选用耐蚀不锈钢材质，所有接口均采用防腐密封胶灌胶密封，配重块800涂装采用海工重防腐涂层，极大地提高辅助阳极400串的使用寿命。

在又一实施例中，所述的一种海上风电集成式辅助阳极400串结构10还包括传感器组200，所述传感器组200安装于所述悬挂装置100，并与所述海上风电水下钢结构外加电流阴极保护系统1的传感器信号采集模块50和所述控制单元20电连接。传感器组200通常包括微生物检测传感器、氧浓度传感器、温湿度传感器等，以实时监测温湿度、氧浓度、微生物数量的情况。

本实用新型的基础方案现采用集成式辅助阳极400机构方案，将按防腐设计要求数量的辅助阳极400、参比电极300、传感器组200连接至复合电缆中，连接处灌封密封胶，待其固化连接完成。涂塑钢丝绳131顶端与吊耳相连接，底部与配重块800相连。所有辅助阳极400与参比电极300在预制场组装完成，测试密封性与电连接性能。现场施工时，仅需将挂耳安装在钢结构平台，并将钢丝绳与悬挂装置100连接完成，在复合缆底部与配重块800连接完成，将其放入指定位置即可。安装过程简单，施工人员要求较低(不需要潜水员和其他水下作业等)，海上施工周期较短，对海上风电水下钢结构及其涂装无破坏。选用辅助阳极400使用寿命较长，满足工业设计使用寿命≥25年，同时配套相应的传感器组200，达到水下钢结构长效防腐和环境监测目的。

本实用新型的有益效果，主要有3个，分别是结构简单、适用性强以及可以实时监测温湿度、氧浓度、微生物等数据。

结构简单：整个系统布置可模块化，在预制场组装设计完成后即可进行安装调试，无需水下作业，对海上风电水下钢结构及其涂装无破坏，实现无损安装。

适用性强：本实用新型设计，适用于海上平台、海港工程等需外加电流阴极保护系统的滨海设施，尤其适用于海上风电单桩内壁水下钢结构阴极保护、多桩风机水下钢结构阴极保护、导管架水下钢结构阴极保护以及海上漂浮式、吸附筒式基础结构。

服役寿命长：选用MMO/Ti辅助阳极400设计使用寿命≥25年，复合缆采用密封防水的聚四氟乙烯材质，涂塑钢丝绳131及悬挂装置100选用耐蚀不锈钢材质，所有接口均采用防腐密封胶灌胶密封，配重块800涂装采用海工重防腐涂层，极大地提高辅助阳极400串的使用寿命。施工优点：前处理简单，施工快速，一体式安装，无需潜水员水下作业等。

本实用新型技术方案所需硬件设施多为市场现有成品，采购周期短，在前期准备工作完备的情况下，可以在短时间内将系统搭建完成，可大大缩减施工工期，减少施工难度。同时，该海上风电集成式辅助阳极400串结构10，实现使用寿命长、发生电流大、无潜在海洋生态污染，对海上风电水下钢结构及其涂装无破坏，实现无损安装，便于维护且适用性强。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种海上风电集成式辅助阳极串结构，应用于海上风电水下钢结构外加电流阴极保护系统，其特征在于，所述海上风电水下钢结构外加电流阴极保护系统包括控制单元及与所述控制单元电连接的输出单元和参比电极信号采集模块，所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构包括：

悬挂装置；

参比电极，安装于所述悬挂装置，并与所述参比电极信号采集模块电连接，所述参比电极信号采集模块用以获取所述参比电极的电位值；

辅助阳极，安装于所述悬挂装置，并与所述输出单元的阳极电连接；

其中，所述控制单元根据所述参比电极的电位值调整所述输出单元的输出电流。

2.如权利要求1所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构，其特征在于，所述参比电极和所述辅助阳极的数量为多个，多个所述参比电极和多个所述辅助阳极沿所述悬挂装置的长度方向交替间隔排布。

3.如权利要求2所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构，其特征在于，所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构还包括传感器组，所述传感器组安装于所述悬挂装置，并与所述海上风电水下钢结构外加电流阴极保护系统的传感器信号采集模块和所述控制单元电连接。

4.如权利要求3所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构，其特征在于，所述悬挂装置包括安装件、第一连接件和第二连接件；所述安装件和所述第一连接件的数量为两个；

两个所述安装件用于与塔筒连接；所述第一连接件的一端相互连接，另一端与所述安装件连接；

所述第二连接件的一端悬挂于两所述第一连接件的连接处；

其中，所述传感器组、所述参比电极和所述辅助阳极均安装于所述第二连接件上。

5.如权利要求4所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构，其特征在于，所述辅助阳极包括：

导电环，套设于所述第二连接件的外周，并通过电缆与所述输出单元和所述控制单元电连接；

第一包带，于所述导电环处包覆所述第二连接件和所述导电环；以及

密封堵头，将所述第一包带和所述第二连接件之间围合形成的第一容纳腔的径向开口密封，且所述第一容纳腔内填满密封胶。

6.如权利要求4所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构，其特征在于，所述第二连接件包括：

涂塑钢丝绳，所述涂塑钢丝绳与两所述第一连接件连接；

第二包带，包覆所述涂塑钢丝绳，且所述第二包带和所述涂塑钢丝绳之间围合形成第二容纳腔；所述传感器组的电缆、所述参比电极的电缆以及所述辅助阳极的电缆均设于所述第二容纳腔内；所述涂塑钢丝绳、所述传感器组的电缆、所述参比电极的电缆以及所述辅助阳极的电缆之间设置有绝缘层。

7.如权利要求6所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构，其特征在于，所述参比电极/所述传感器组均通过安装座安装于所述第二连接件；

其中，所述安装座设置有第一安装通孔和与所述第一安装通孔连通的第二安装通孔，所述参比电极/所述传感器组的接电端伸入所述第一安装通孔内；所述第一安装通孔的另一端通过密封端盖密封；所述传感器组的电缆/所述参比电极的电缆穿过所述第二安装通孔与所述参比电极/所述传感器组的接电端电连接，所述第一安装通孔内还填满密封胶水。

8.如权利要求7所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构，其特征在于，所述安装座包括座本体和连接端盖，所述座本体靠近所述连接端盖的一侧形成安装槽，所述连接端盖与所述座本体固定连接，以将所述第二连接件固定于所述安装槽内；所述第一安装通孔和所述第二安装通孔均设于所述座本体上。

9.如权利要求2所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构，其特征在于，所述参比电极为高纯锌参比电极、Ag/AgCl参比电极、Cu/饱和CuSO4参比电极的一种或多种；和/或，所述辅助阳极为MMO/Ti辅助阳极。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构，其特征在于，所述的一种海上风电集成式辅助阳极串结构还包括配重块，所述配重块与所述悬挂装置的底端连接；所述配重块的外周设有海工重防腐涂层。

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