【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海上风电机组基础，具体为一种可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础及控制方法。
技术介绍
1、随着海上风电往大型化和深远海发展，导管架基础作为适用于水深50m以上的风机基础形式，具有广阔应用前景。然而在位的导管架基础容易遭受较强的风浪、波流以及地震等外部动力荷载的作用。当外部动荷载频率接近风机基础固有频率时，风机结构会因共振而产生较大变形响应进而影响风机的正常运转和服役寿命。调谐液体阻尼器是一种由水箱及其中液体组成的系统，能够通过液体惯性力和动压力差使主结构振动得到衰减，并且已在高耸结构(如烟囱塔筒以及风机塔筒等)的振动控制中初步得到应用。然而目前的调谐液体阻尼器通常为封闭水箱，因此液仓储液量及液位相对固定导致其有效的阻尼作用频率区间较窄，难以根据外部荷载频率的变化进行实时调整。此外，少部分可调节液体储量的联通压载舱也主要针对于漂浮式风机平台，对于导管架这类具有较大基础刚度和质量的基础形式尚无针对性的调谐液体阻尼系统设计方法。因此，设计一种可调整固有频率及运动阻尼的导管架基础，对于提高海上风机运行稳定性和服役期限具有重要工程应用价值。
2、设计的难点在于如何进行导管架阻尼器系统液仓的布置和设计，以及在实时检测导管架节点加速度的前提下，如何采取较为迅速有效的基础固有频率调整措施。这是本申请着重解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于设计一种可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础及控制方法，本专利技术通过对阻尼器系统液仓及调控装置的合理
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，包括：导管架，调谐液体阻尼器系统，流量监测与控制系统和加速度数据采集分析系统；
4、所述调谐液体阻尼器系统包括安装在导管架顶部工作平台底面的中央液仓、及若干布置在导管架节点处的分布式液仓，所述中央液仓与分布式液仓之间通过管道连接并与海水连通，各管道设有流量计并通过泵控制液体输送，所述加速度数据采集分析系统包括加速度采集装置及数据处理系统，加速度采集装置布置于所述导管架基础关键节点处，并将采集数据传输至数据处理系统，所述流量监测与控制系统包括所述流量计、泵，还包括数据采集仪及设于各分布式液仓中的液位计数据采集仪将所采集数据传输至数据处理系统，根据所述数据处理系统的处理结果控制各管道上的泵，实现中央液仓和各分布式液仓内海水储液量及液位的重分布调整，调整导管架结构整体的质量分布，进而实现对结构固有频率及运动阻尼的调整控制。
5、进一步的，所述分布式液仓在其侧壁连接有层间输液管道、层间回流管道和层内输液管道分别用于连接下层的分布式液仓、上层的分布式液仓和同层的分布式液仓；所述中央液仓可直接抽取海水完成液体储备，最上层分布式液仓与中央液仓之间无需设置回流管；最下层分布式液仓的层间输液管道直接联通到海水中，便于阻尼器系统将多余液体快速排出。
6、进一步的，所述中央液仓中设有过滤格栅将中央液仓内空间分隔为上下两层，上层为储液室，下层为泥沙沉积室；泥沙沉积室通过抽水管道连接海水，储液室通过输水管道连接至分布式液仓；
7、所述中央液仓通过管道抽吸海水，在泥沙沉积室完成泥沙分离和液体过滤，液体注入储液室中；最上层分布式液仓由中央液仓通过管道进行液体输送，并在满足储液量需求时通过管道将多余液体逐层向下输送到下方各层分布式液仓中；最下层分布式液仓除接受上层分布式液仓输液外，还能够将系统内的多余液体通过管道排放回海洋中；同层分布式液仓之间通过层内输液管进行横向液体输送，相邻两层分布式液仓之间通过层间回流管实现液体回流补给。
8、进一步的，所述的过滤格栅上固定有滑轨，在储液室内还设有m型带孔折叠板，m型带孔折叠板由若干孔板通过圆柱铰链依次铰接形成，m型带孔折叠板两端部设有滑块，滑块安装于所述滑轨中仅可沿滑轨移动；所述过滤格栅上固定有防水橡胶条及若干防水橡胶凸起；所述中央液仓的底部为可开合挡板，中央液仓还包括中央电控系统，所述中央电控系统控制所述滑块运动从而使m型带孔折叠板折叠或展开平铺，以及控制所述可开合挡板的开合，m型带孔折叠板展开平铺时其上孔位恰好与所述防水橡胶凸起一一对应且防水橡胶凸起嵌入孔中，与防水橡胶条共同将储液室与泥沙沉积室完全隔绝开。
9、进一步的，当所述泥沙沉积室容量不足时，由中央电控系统控制m形带孔折叠板伸展平铺在过滤格栅上，所述m形带孔折叠板完全平铺时，过滤格栅21上防水橡胶凸起会完全嵌入m形带孔折叠板的孔中，与防水橡胶条共同将储液室和泥沙沉积室完全隔绝，即过滤后的液体完全密闭在储液室中；通过中央电控系统打开中央液仓底部的开合式挡板，将泥沙排放回海水中，完成泥沙排海后，中央电控系统关闭开合式挡板，并重新收起m形带孔折叠板。
10、进一步的，在所述分布式液仓中安装有不同方向的阻尼网，呈折叠状态下的所述m形带孔折叠板以及所述阻尼网用于在结构振动时增大液体晃动产生的阻力。
11、进一步的，所述导管架节点处额外焊接有加劲板与水平加劲杆用于安装和固定分布式液仓。
12、进一步的，所述数据采集仪以及数据处理系统均集成于海上风机机舱内中央控制系统中，数据采集仪获取各流量计及液位计的数据，并计算出各液仓当前储液量得到阻尼分布情况，所述数据处理系统结合导管架各节点测得的加速度参数，基于当前导管架固有频率及阻尼分布情况得到调整结构固有频率和阻尼的最优解，并将调整后的各液仓需液量传递到流量监测与控制系统，控制各水泵的抽排，完成调谐液体阻尼器系统的质量和阻尼重分布。
13、上述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础的控制方法，所述基础对结构固有频率和运动阻尼进行实时调节，其控制方法包括如下：
14、中央液仓抽取海水，海水经过滤格栅过滤后进入储液室，海水中泥沙经过静置分离后留在泥沙沉积室中；中央液仓储液量达到需求值后，多余液体经过输水管道逐层流入下方的分布式液仓中；各液仓中液体填充时，所述流量监测与控制系统依据各流量计测得的各输液通道流量数据计算出各液仓当前储液量，并根据导管架整体质量及固有频率调整各液仓内的液体质量分布比例，控制调谐液体阻尼器固有频率与导管架整体一阶固有频率之比在0.9～1.1，且阻尼器总质量与导管架整体质量之比在1.7％～2.3％；
15、当导管架结构受到外部动力荷载作用产生振动响应时，所述加速度数据采集分析系统通过采集导管架顶部以及关键节点处的加速度数据，从而计算得到当前外部荷载频率；结合当前导管架结构固有频率及阻尼分布情况，得到调整后导管架固有频率及阻尼分布的最优解，并将各液仓所需储液量参考值传递给流量监测与控制系统；
16、所述流量监测与控制系统根据各液仓当前储液量及所需储液量参考值控制各水泵完成抽排液体活动，中央液仓及各分布式液仓完成储液量重分布调整，从而及时降低外部动荷载对结构整本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，其特征在于，包括：导管架，调谐液体阻尼器系统，流量监测与控制系统和加速度数据采集分析系统；所述调谐液体阻尼器系统包括安装在导管架顶部工作平台底面的中央液仓、及若干布置在导管架节点处的分布式液仓，所述中央液仓与分布式液仓之间通过管道连接并与海水连通，各管道设有流量计并通过泵控制液体输送，所述加速度数据采集分析系统包括加速度采集装置及数据处理系统，加速度采集装置布置于所述导管架基础关键节点处，并将采集数据传输至数据处理系统，所述流量监测与控制系统包括所述流量计、泵，还包括数据采集仪及设于各分布式液仓中的液位计数据采集仪将所采集数据传输至数据处理系统，根据所述数据处理系统的处理结果控制各管道上的泵，实现中央液仓和各分布式液仓内海水储液量及液位的重分布调整，调整导管架结构整体的质量分布，进而实现对结构固有频率及运动阻尼的调整控制。
2.根据权利要求1所述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，其特征在于：所述分布式液仓在其侧壁连接有层间输液管道、层间回流管道和层内输液管道分别用于连接下层的分布式液仓、上层的分布式液
3.根据权利要求2所述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，其特征在于：所述中央液仓中设有过滤格栅将中央液仓内空间分隔为上下两层，上层为储液室，下层为泥沙沉积室；泥沙沉积室通过抽水管道连接海水，储液室通过输水管道连接至分布式液仓；
4.根据权利要求3所述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，其特征在于：所述的过滤格栅上固定有滑轨，在储液室内还设有M型带孔折叠板，M型带孔折叠板由若干孔板通过圆柱铰链依次铰接形成，M型带孔折叠板两端部设有滑块，滑块安装于所述滑轨中仅可沿滑轨移动；所述过滤格栅上固定有防水橡胶条及若干防水橡胶凸起；所述中央液仓的底部为可开合挡板，中央液仓还包括中央电控系统，所述中央电控系统控制所述滑块运动从而使M型带孔折叠板折叠或展开平铺，以及控制所述可开合挡板的开合，M型带孔折叠板展开平铺时其上孔位恰好与所述防水橡胶凸起一一对应且防水橡胶凸起嵌入孔中，与防水橡胶条共同将储液室与泥沙沉积室完全隔绝开。
5.根据权利要求4所述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，其特征在于：当所述泥沙沉积室容量不足时，由中央电控系统控制M形带孔折叠板伸展平铺在过滤格栅上，所述M形带孔折叠板完全平铺时，过滤格栅21上防水橡胶凸起会完全嵌入M形带孔折叠板的孔中，与防水橡胶条共同将储液室和泥沙沉积室完全隔绝，即过滤后的液体完全密闭在储液室中；通过中央电控系统打开中央液仓底部的开合式挡板，将泥沙排放回海水中，完成泥沙排海后，中央电控系统关闭开合式挡板，并重新收起M形带孔折叠板。
6.根据权利要求4所述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，其特征在于：在所述分布式液仓中安装有不同方向的阻尼网，呈折叠状态下的所述M形带孔折叠板以及所述阻尼网用于在结构振动时增大液体晃动产生的阻力。
7.根据权利要求1所述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，其特征在于：所述导管架节点处额外焊接有加劲板与水平加劲杆用于安装和固定分布式液仓。
8.根据权利要求1所述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，其特征在于：所述数据采集仪以及数据处理系统均集成于海上风机机舱内中央控制系统中，数据采集仪获取各流量计及液位计的数据，并计算出各液仓当前储液量得到阻尼分布情况，所述数据处理系统结合导管架各节点测得的加速度参数，基于当前导管架固有频率及阻尼分布情况得到调整结构固有频率和阻尼的最优解，并将调整后的各液仓需液量传递到流量监测与控制系统，控制各水泵的抽排，完成调谐液体阻尼器系统的质量和阻尼重分布。
9.如权利要求1-8任一项所述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础的控制方法，其特征在于：所述基础对结构固有频率和运动阻尼进行实时调节，其控制方法包括如下：
10.如权利要求9所述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础的控制方法，其特征在于：结合外荷载频率及其分布数据判断需要调动的最小液仓数量，以及调整各液仓储液量的最短抽排水路径，从而确定调整当前导管架固有频率及阻尼分布的最优解。
...【技术特征摘要】
1.一种可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，其特征在于，包括：导管架，调谐液体阻尼器系统，流量监测与控制系统和加速度数据采集分析系统；所述调谐液体阻尼器系统包括安装在导管架顶部工作平台底面的中央液仓、及若干布置在导管架节点处的分布式液仓，所述中央液仓与分布式液仓之间通过管道连接并与海水连通，各管道设有流量计并通过泵控制液体输送，所述加速度数据采集分析系统包括加速度采集装置及数据处理系统，加速度采集装置布置于所述导管架基础关键节点处，并将采集数据传输至数据处理系统，所述流量监测与控制系统包括所述流量计、泵，还包括数据采集仪及设于各分布式液仓中的液位计数据采集仪将所采集数据传输至数据处理系统，根据所述数据处理系统的处理结果控制各管道上的泵，实现中央液仓和各分布式液仓内海水储液量及液位的重分布调整，调整导管架结构整体的质量分布，进而实现对结构固有频率及运动阻尼的调整控制。
2.根据权利要求1所述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，其特征在于：所述分布式液仓在其侧壁连接有层间输液管道、层间回流管道和层内输液管道分别用于连接下层的分布式液仓、上层的分布式液仓和同层的分布式液仓；所述中央液仓可直接抽取海水完成液体储备，最上层分布式液仓与中央液仓之间无需设置回流管；最下层分布式液仓的层间输液管道直接联通到海水中，便于阻尼器系统将多余液体快速排出。
3.根据权利要求2所述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，其特征在于：所述中央液仓中设有过滤格栅将中央液仓内空间分隔为上下两层，上层为储液室，下层为泥沙沉积室；泥沙沉积室通过抽水管道连接海水，储液室通过输水管道连接至分布式液仓；
4.根据权利要求3所述的可调整固有频率及运动阻尼的海上风机导管架基础，其特征在于：所述的过滤格栅上固定有滑轨，在储液室内还设有m型带孔折叠板，m型带孔折叠板由若干孔板通过圆柱铰链依次铰接形成，m型带孔折叠板两端部设有滑块，滑块安装于所述滑轨中仅可沿滑轨移动；所述过滤格栅上固定有防水橡胶条及若干防水橡胶凸起；所述中央液仓的底部为可开合挡板，中央液仓还包括中央电控系统，所述中央电控系统控制所述滑块运动从而使m型带孔折叠板折叠或展开平铺，以及控制所述可开合挡板的开...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈侃敏，黄茂松，崔鹤，时振昊，彭鹏，孙淼军，单治钢，童森杰，王滨，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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