一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置

摘要

本发明涉及一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，包括：海洋平台：从海洋平台的上端还水平引出至少三条平衡腿，每条平衡腿的端部位置穿设有固接于海底的筋腱；调平组件：包括分别安装在所述平衡腿的端部的调平单元，每个调平单元分别用于夹住穿出所述平衡腿的筋腱，并调节所述筋腱穿出平衡腿的长度；张力监测模块：设置在调平组件底部，用于支撑调平组件并监测调平组件施加的压力信号；数据存储与控制模块。与现有技术相比，本发明，基于张力实施监测，监控平台健康状态，为维修更换提供预判，减少损失，可实现平台自动调平，应对初始安装及长期服役后出现的平台水平度不够的情况。

权利要求

1.一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，其特征在于，包括：

海洋平台(9)：从海洋平台(9)的上端还水平引出至少三条平衡腿，每条平衡腿的端部位置穿设有固接于海底的筋腱(7)；

调平组件：包括分别安装在所述平衡腿的端部的调平单元，每个调平单元分别用于夹住穿出所述平衡腿的筋腱(7)，并调节所述筋腱(7)穿出平衡腿的长度；

张力监测模块(3)：设置在调平组件底部，用于支撑调平组件并监测调平组件施加的压力信号；

数据存储与控制模块(8)：布置在海洋平台(9)上，用于接受所述张力监测模块(3)产生的压力信号，并转化处理后控制调平组件调节所述筋腱(7)穿出平衡腿的长度，从而对海洋平台(9)进行调平；

所述的调平组件包括布置在张力监测模块(3)上并夹住所述筋腱(7)的穿心油缸(1)，所述的穿心油缸(1)包括缸筒(103)、套入缸筒(103)中的活塞杆(102)、内嵌在活塞杆(102)上并用于固定套设在所述筋腱(7)上的套筒(104)，在缸筒(103)的顶端与底端分别设有缸盖(105)和缸底(101)，并使得所述活塞杆(102)和缸筒(103)两个分别与缸盖(105)与缸底(101)之间形成上通油孔和下通油孔，所述上通油孔和下通油孔分别通过油管连接布置在海洋平台(9)上的液压泵站(2)；

当液压泵站(2)向下通油孔输油时，使得活塞杆(102)带动所述筋腱(7)上移；

当液压泵站(2)向上通油孔输油时，使得活塞杆(102)带动所述筋腱(7)下移。

2.根据权利要求1所述的一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，其特征在于，所述的平衡腿设有两两对称分布的四条。

3.根据权利要求1所述的一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，其特征在于，所述的活塞杆(102)的上端外部还设有螺纹，通过螺纹在活塞杆(102)上套设有锁紧螺套(501)，当锁紧螺套(501)抵住并单向固结位于其下方的缸盖(105)时，筋腱(7)被锁紧固定。

4.根据权利要求3所述的一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，其特征在于，所述的锁紧螺套(501)外还设有驱动锁紧螺套(501)转动的螺套驱动机构(502)，所述螺套驱动机构(502)还连接所述数据存储与控制模块(8)并由其控制。

5.根据权利要求1所述的一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，其特征在于，所述的活塞杆(102)的顶端安装有限位挡块(401)，所述筋腱(7)底部设有第一沟槽，在限位挡块(401)上还固定安装有滑入所述第一沟槽内的弹性挡环(402)。

6.根据权利要求5所述的一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，其特征在于，所述的限位挡块(401)的内侧设有第二沟槽，所述的弹性挡环(402)的外侧与所述第二沟槽配合固定，内侧与所述第一沟槽配合。

7.根据权利要求5所述的一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，其特征在于，所述的限位挡块(401)外还安装有用于测试活塞杆(102)位移量的行程传感器(6)。

8.根据权利要求1所述的一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，其特征在于，所述的张力监测模块(3)包括通过安装连接件(303)固定设置在平衡腿上的压力传感器(301)，以及布置在压力传感器(301)上面的支撑盖(302)，所述支撑盖(302)用于支撑所述调平组件并传递压力给压力传感器(301)。

9.根据权利要求8所述的一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，其特征在于，所述的支撑盖(302)采用弹性材质制成。

说明书

一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种深远海漂浮式风电平台的维护装置，尤其是涉及一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置。

背景技术

[0002] 目前，由于传统能源逐渐耗竭，环境污染日益加重等问题，世界各国越来越重视新能源的发展，而风电由于环保清洁并且储量巨大，很快成为新能源中最受关注的项目，其中的海上风力发电因环境污染小、风力资源丰富稳定、占用空间节省等优点成为关注的重点。平台安装通常无法保证安装完毕后的水平度，同样平台在长期服役过程中受风、浪、流恶劣环境作用易发生长期倾斜，影响发电效率与平台服役可靠性。当平台受载荷影响倾角过大时，需要一套控制系统对平台进行调平，阻止长期倾载对平台结构造成影响；如果平台连接发生破坏，张力分布失衡，则需及时预警，提前维修，减少损失。

[0003] 相关领域，针对海上平台筋腱张力载荷设计的专利强调使用静态的强度去应对动态的载荷，即设计新的、更牢固的筋腱连接结构，增高其疲劳强度，从而延长筋腱在动态载荷环境下的作用。如中国石油公司与哈尔滨工程大学联合申请的发明《一种张力筋腱底部连接器极其辅助锁定机构》，该发明通过为张力筋腱底部连接机构添加辅助锁定机构，防止了平台底座在恶劣海况下出现脱离现象，提高了张力腿平台在恶劣海况下的安全系数。但此专利设计仅提高筋腱结构安全系数，无法完整平台的调平控制。

[0004] 相关领域，针对筋腱张力监测的专利，例如天津市威力工程千斤顶有限公司申请的发明201310107999.5中公开的用于测量拉伸强度的穿心油缸，该发明将穿心油缸与油缸行程传感器的组合，通过测量筋腱伸长量间接测得其张力，主要用于拉伸强度测试，同样缺乏调节张力功能，同时其张力测量仅用于强度测试，并非用于预警和调控。

[0005] 综上所述，目前的海上发电平台需要一种能够对平台筋腱张力进行全天候的监测，并且基于监测数据能自动控制实现平台调平的装置。

发明内容

[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置。

[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

[0008] 一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，包括：

[0009] 海洋平台：从海洋平台的上端还水平引出至少三条平衡腿，每条平衡腿的端部位置穿设有固接于海底的筋腱；

[0010] 调平组件：包括分别安装在所述平衡腿的端部的调平单元，每个调平单元分别用于夹住穿出所述平衡腿的筋腱，并调节所述筋腱穿出平衡腿的长度；

[0011] 张力监测模块：设置在调平组件底部，用于支撑调平组件并监测调平组件施加的压力信号；

[0012] 数据存储与控制模块：布置在海洋平台上，用于接受所述张力监测模块产生的压力信号，并转化处理后控制调平组件调节所述筋腱穿出平衡腿的长度，从而对海洋平台进行调平。

[0013] 本发明的装置在工作时，当海洋平台收到外力等作用而产生倾斜时，筋腱穿出平衡腿的长度会随之分别增长或变短，进而发生张力变化，此时，张力监测模块检测到由于装置倾斜而由调平组件施加的压力信号，并反馈给数据存储与控制模块，通过处理后得到相应的数据，并给调平组件发出控制命令，控制调平组件分别调节各自位置的平衡腿的长度，使得各个位置的筋腱伸出平衡腿的长度保持一致，进而实现调平，同时，解决由于海洋平台倾斜给筋腱带来的张力变化。

[0014] 优选的，所述的平衡腿设有两两对称分布的四条。采用对称分布的四条的形式设置，可以更加方便的控制整个海洋平台的调平。

[0015] 优选的，所述的调平组件包括布置在张力监测模块上并夹住所述筋腱的穿心油缸，所述的穿心油缸包括缸筒、套入缸筒中的活塞杆、内嵌在活塞杆上并用于固定套设在所述筋腱上的套筒，在缸筒的顶端与底端分别设有缸盖和缸底，并使得所述活塞杆和缸筒两个分别与缸盖与缸底之间形成上通油孔和下通油孔，所述上通油孔和下通油孔分别通过油管连接布置在海洋平台上的液压泵站；

[0016] 当液压泵站向下通油孔输油时，使得活塞杆带动所述筋腱上移；

[0017] 当液压泵站向上通油孔输油时，使得活塞杆带动所述筋腱下移。

[0018] 更优选的，所述的活塞杆的上端外部还设有螺纹，通过螺纹在活塞杆上套设有锁紧螺套，当锁紧螺套抵住并单向固结位于其下方的缸盖时，筋腱被锁紧固定。

[0019] 进一步更优选的，所述的锁紧螺套外还设有驱动锁紧螺套转动的螺套驱动机构，所述螺套驱动机构还连接所述数据存储与控制模块并由其控制。所述螺套驱动机构可以采用现有的可实现驱动锁紧螺套旋转的设备即可。通过驱动锁紧螺套旋转，进而实现锁紧螺套沿螺纹方向的上升或下降，从而实现锁紧或者放开的功能。具体的，螺套驱动机构可以是一套电机与齿轮旋转机构的组合，电机由电控系统控制，可以正反转，也可以是其他可实现上述功能的设备。

[0020] 更优选的，所述的活塞杆的顶端安装有限位挡块，所述筋腱底部设有第一沟槽，在限位挡块上还固定安装有滑入所述沟槽内的弹性挡环。

[0021] 更进一步优选的，所述的限位挡块的内侧设有第二沟槽，所述的弹性挡环的外侧与所述第二沟槽配合固定，内侧与所述第一沟槽配合。这样，通过弹性挡环与两个沟槽的方式，实现限位挡块、弹性挡环和筋腱三者的固定，可以极为方便的进行安装。一般的如果将筋腱设置成T型结构，这样利用筋腱一直受到的向下的力实现卡死，但是，这样非常不利于安装，因为筋腱要固定于海底，一般是非常长的，如果安装上述一般设计，则需要将筋腱整个向上抽出才能实现拆卸，这明显是不现实的。而设计弹性挡环这种结构，可以先将筋腱向上抽出一段，拆掉弹性挡环，然后筋腱可以直接向下脱离限位挡块，进而简化维修过程。

[0022] 更进一步的更优选，所述的限位挡块外还安装有用于测试活塞杆位移量的行程传感器。通过行程传感器可以测出活塞杆的位移，进而得到筋腱伸缩距离，间接监测筋腱的张力，通过此处间接测得的张力信号可以与张力监测模块测得相互验证，确保数据真实性。

[0023] 优选的，所述的张力监测模块包括通过安装连接件固定设置在平衡腿上的压力传感器，以及布置在压力传感器上面的支撑盖，所述支撑盖用于支撑所述调平组件并传递压力给压力传感器。安装连接件可以常规的螺钉等结构。

[0024] 更优选的，所述的支撑盖采用弹性材料制成。此处的弹性材料指刚度比较低、强度比较高的材料，如具有相似特性的金属板等。这是因为压力传感器测量时需要一部分形变，选用弹性材料可以承受频繁的形变而不至于在永久变形过程中使得压力传感器失效，再则平台倾斜过程中筋腱相对于平台会左右“摆动”，弹性材料的形变可以承担这部分位移而不至于使整体结构破裂。

[0025] 本发明中采用的数据存储与控制模块可以采用常规的具有数据存储功能与反馈控制功能的模块，如包括PLC系统等。

[0026] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0027] (1)本发明的一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，在穿心油缸与筋腱安装结合处添加锁紧螺套和螺套驱动机构。平台正常服役过程中，穿心油缸固定筋腱，锁紧螺套实现二次保护；平台维修前，螺套驱动机构可主动释放筋腱，实现穿心油缸对筋腱张力的微调。

[0028] (2)本发明的一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，采用压力传感器直接监测筋腱张力，同时采用穿心油缸加装位移传感器，以穿心油缸位移数据间接测量筋腱张力，两组张力数据互为验证，确保数据真实性；张力数据传送至平台数据存储与控制模块，基于张力数据畸变的健康状态评估，远程发送预警信息，确保及时进行技术维修，减少损失。

[0029] (3)本发明的一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，采用穿心油缸控制筋腱，实现平台各角筋腱张力与伸长量控制；采用中央泵站控制系统同步控制平台各角油缸，以初始状态最低角为基准，采用主从控制策略，实现平台的快速调平，同时使四角张力差别最小，保证调平后平台筋腱连接能够达到最大稳定性。

附图说明

[0030] 图1为本发明的整体结构示意图；

[0031] 图2为本发明的调平组件的结构示意图；

[0032] 图3为本发明的张力监测模块的结构示意图；

[0033] 图4为本发明的挡环组件的结构示意图；

[0034] 图中，1-穿心油缸，2-液压泵站，3-张力监测模块，4-挡环组件，5-锁紧螺套机构，6-行程传感器，7-筋腱，8-数据存储与控制模块，9-海洋平台，101-缸底，102活塞杆，103-缸筒，104-套筒，105-缸盖，301-压力传感器，302-支撑盖，303-安装连接件，401-限位挡块，
402-弹性挡环，501-锁紧螺套，502-螺套驱动机构。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

[0036] 在本发明的一种实施方式中，一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，包括：

[0037] 海洋平台9：从海洋平台9的上端还水平引出至少三条平衡腿，每条平衡腿的端部位置穿设有固接于海底的筋腱7；

[0038] 调平组件：包括分别安装在所述平衡腿的端部的调平单元，每个调平单元分别用于夹住穿出所述平衡腿的筋腱7，并调节所述筋腱7穿出平衡腿的长度；

[0039] 张力监测模块3：设置在调平组件底部，用于支撑调平组件并监测调平组件施加的压力信号；

[0040] 数据存储与控制模块8：布置在海洋平台9上，用于接受所述张力监测模块3产生的压力信号，并转化处理后控制调平组件调节所述筋腱7穿出平衡腿的长度，从而对海洋平台9进行调平。

[0041] 本发明的装置在工作时，当海洋平台9收到外力等作用而产生倾斜时，筋腱7穿出平衡腿的长度会随之分别增长或变短，进而发生张力变化，此时，张力监测模块3检测到由于装置倾斜而由调平组件施加的压力信号，并反馈给数据存储与控制模块8，通过处理后得到相应的数据，并给调平组件发出控制命令，控制调平组件分别调节各自位置的平衡腿的长度，使得各个位置的筋腱7伸出平衡腿的长度保持一致，进而实现调平，同时，解决由于海洋平台9倾斜给筋腱7带来的张力变化。

[0042] 在本发明的一种优选的实施方式中，所述的平衡腿设有两两对称分布的四条。采用对称分布的四条的形式设置，可以更加方便的控制整个海洋平台9的调平。

[0043] 在本发明的一种优选的实施方式中，所述的调平组件包括布置在张力监测模块3上并夹住所述筋腱7的穿心油缸1，所述的穿心油缸1包括缸筒103、套入缸筒103中的活塞杆102、内嵌在活塞杆102上并用于固定套设在所述筋腱7上的套筒104，在缸筒103的顶端与底端分别设有缸盖105和缸底101，并使得所述活塞杆102和缸筒103两个分别与缸盖105与缸底101之间形成上通油孔和下通油孔，所述上通油孔和下通油孔分别通过油管连接布置在海洋平台9上的液压泵站2；

[0044] 当液压泵站2向下通油孔输油时，使得活塞杆102带动所述筋腱7上移；

[0045] 当液压泵站2向上通油孔输油时，使得活塞杆102带动所述筋腱7下移。

[0046] 作为上述优选的实施方式的更优选，所述的活塞杆102的上端外部还设有螺纹，通过螺纹在活塞杆102上套设有锁紧螺套501，当锁紧螺套501抵住并单向固结位于其下方的缸盖105时，筋腱7被锁紧固定。

[0047] 作为进一步更优选的实施方式，所述的锁紧螺套501外还设有驱动锁紧螺套501转动的螺套驱动机构502，所述螺套驱动机构502还连接所述数据存储与控制模块8并由其控制。

[0048] 作为更优选的实施方式，所述的活塞杆102的顶端安装有限位挡块401，所述筋腱7底部设有沟槽，在限位挡块401上还固定安装有滑入所述沟槽内的弹性挡环402。

[0049] 作为更进一步的更优选，所述的限位挡块401的内侧设有第二沟槽，所述的弹性挡环402的外侧与所述第二沟槽配合固定，内侧与所述第一沟槽配合。

[0050] 作为更进一步的更优选，所述的限位挡块401外还安装有用于测试活塞杆102位移量的行程传感器。通过行程传感器可以测出活塞杆102的位移，进而得到筋腱7伸缩距离，间接监测筋腱7的张力，通过此处间接测得的张力信号可以与张力监测模块3测得相互验证，确保数据真实性。

[0051] 在本发明的一种优选的实施方式中，所述的张力监测模块3包括通过安装连接件303固定设置在平衡腿上的压力传感器301，以及布置在压力传感器301上面的支撑盖302，所述支撑盖302用于支撑所述调平组件并传递压力给压力传感器301。安装连接件303可以常规的螺钉等结构。更优选的，所述的支撑盖302采用低刚度和高强度的弹性材料制成，如具有相似特性的金属板相比。

[0052] 实施例1

[0053] 一种深远海漂浮式风电平台张力监测与调平装置，其结构如图1所示，包括：

[0054] 海洋平台9：从海洋平台9的上端还水平引出四条平衡腿，每条平衡腿的端部位置穿设有固接于海底的筋腱7；

[0055] 调平组件：包括分别安装在所述平衡腿的端部的调平单元，每个调平单元分别用于夹住穿出所述平衡腿的筋腱7，并调节所述筋腱7穿出平衡腿的长度；

[0056] 张力监测模块3：设置在调平组件底部，用于支撑调平组件并监测调平组件施加的压力信号；

[0057] 数据存储与控制模块8：布置在海洋平台9上，用于接受所述张力监测模块3产生的压力信号，并转化处理后控制调平组件调节所述筋腱7穿出平衡腿的长度，从而对海洋平台9进行调平。

[0058] 参见图2所示，所述的调平组件包括布置在张力监测模块3上并夹住所述筋腱7的穿心油缸1，所述的穿心油缸1包括缸筒103、套入缸筒103中的活塞杆102、内嵌在活塞杆102上并用于固定套设在所述筋腱7上的套筒104，在缸筒103的顶端与底端分别设有缸盖105和缸底101，并使得所述活塞杆102和缸筒103两个分别与缸盖105与缸底101之间形成上通油孔和下通油孔，所述上通油孔和下通油孔分别通过油管连接布置在海洋平台9上的液压泵站2；当液压泵站2向下通油孔输油时，使得活塞杆102带动所述筋腱7上移；当液压泵站2向上通油孔输油时，使得活塞杆102带动所述筋腱7下移。

[0059] 同时，为了加强对筋腱7的固定调节效果，参见图2所示，整个装置还设置有行程传感器65，包括通过螺纹设置在活塞杆102的上端外部的锁紧螺套501，以及驱动锁紧螺套501转动的螺套驱动机构502，当锁紧螺套501抵住并单向固结位于其下方的缸盖105时，筋腱7被锁紧固定。螺纹长度大于活塞杆102行程，在两个活塞杆102极限距离处，锁紧螺套501都可以对活塞杆102进行锁紧固定。所述螺套驱动机构502还连接所述数据存储与控制模块8并由其控制。

[0060] 参见图2和图4所示，所述的活塞杆102的顶端安装有限位挡块401，所述筋腱7底部设有第一沟槽，在限位挡块401上布置有第二沟槽，然后利用弹性挡环402外侧滑入第二沟槽，内侧嵌入第一沟槽，则可以实现活塞杆102、弹性挡环402和限位挡块401三者的相对卡死，这样，利用限位挡块401与弹性挡环402组成的挡环组件4可以将筋腱7与活塞杆102与套筒104固定。限位挡块401的边缘需超出锁紧螺套501内侧。所述的限位挡块401外还安装有用于测试活塞杆102位移量的行程传感器。通过行程传感器可以测出活塞杆102的位移，进而得到筋腱7伸缩距离，间接监测筋腱7的张力，通过此处间接测得的张力信号可以与张力监测模块3测得相互验证，确保数据真实性。

[0061] 参见图3所示，所述的张力监测模块3包括通过安装连接件303固定设置在平衡腿上的压力传感器301，以及布置在压力传感器301上面的弹性材质的支撑盖302，所述支撑盖302用于支撑所述调平组件并传递压力给压力传感器301。安装连接件303可以常规的螺钉等结构。

[0062] 本实施例采用的数据存储与控制模块8可以采用常规的具有数据存储功能与反馈控制功能的模块，如包括PLC系统等。

[0063] 本实施例的装置在工作时，当海洋平台9收到外力等作用而产生倾斜时，筋腱7穿出平衡腿的长度会随之分别增长或变短，进而发生张力变化，此时，张力监测模块3检测到由于装置倾斜而由穿心油缸1施加的压力信号，并反馈给数据存储与控制模块8，通过处理后得到相应的数据，并给液压泵站2发出控制命令，解锁锁紧螺套501，启动穿心油缸1对筋腱7的调平操作，使得平台整体的张力平衡。

[0064] 在整个调平过程中，数据存储与控制模块8对各处张力监测模块3传来的数据进行汇总分析，得出平台的倾斜角数据。当倾斜角超出安全值时，系统报警，数据存储与控制模块8将信号传导至液压泵站2上的处理器，进行主动调平。在调平过程中，可以以报警时初始位置最低点为定点，控制液压泵站2调节其余点的筋腱7位置，使之与定点平齐，从而使平台整体的张力平衡。调平过程适用现有的PID跟踪控制算法。当数据存储与控制模块8监测到的信号发生变化，倾斜角再次超出安全值，则按照上述逻辑重复控制过程。

[0065] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。