一种海上发电平台的系泊系统

1.本发明属于海洋平台的稳定性提升领域，涉及一种海上发电平台的系泊系统。


背景技术：

2.海洋工程中海洋平台的稳定性是非常重要的，现在的系泊系统虽然很多，但是都是基于单点系泊或者多点系泊、动力系泊，自适应系泊系统比较稀少。为了提高海洋平台特别是海上发电平台的稳定性，对于自适应系泊系统的研究开发是非常有意义的。
3.申请号为cn201910669267.2的中国专利公开了海上城市平台系泊系统，包括围绕在礁盘周围的多个钢筒桩，每个钢筒桩上都连接有至少两条锚链，其结构简单，设计巧妙，布局合理,可有效防止出现溜桩的现象,但是该发明的缺点是从锚桩上解决了固定的问题，并没有从平台以及系泊缆处考虑稳定性，只能一次性完成系泊布置工作，不能实现系泊系统的自适应以及实现智能化。
4.申请号为cn201910625663.5的中国专利公开了一种新型的漂浮式单立柱风电机系泊装置，涉及船舶与海洋工程领域。该系泊装置是一种3
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1式的悬链线系泊装置，相比于近海固定式安装，该系泊装置的安装，避免了大型起重船舶的调用，节约了施工建造成本。相对于传统的深海单立柱平台系泊系统，该装置有效地控制了漂浮式风力发电机在工作状态中纵摇和横摇的幅值，保证了漂浮式风力发电机正常工作所需的稳定性。但是该发明的缺点是涉及的系泊系统属于固定型，一次性安装之后没有自适应调节，对于平台的稳定性没有调整，只能在一定工况下对平台进行稳定系泊，无法实现智能化。
5.申请号为cn200880023736.3的中国专利一种用于深海定位的系统，用于将采油平台或漂浮装置系泊在碳氢化合物储层上方的位置处，并且用于连接能够用来将碳氢化合物从海底向上运送到用来存储碳氢化合物的采油平台的立管、用于注水、气举、出气的出油管、集成管束和用于系泊该平台的系泊缆。系泊缆和立管通过连接浮筒或连接器可分离地连接于平台。本发明涉及这样一种系统，它允许使用重量和体积最小的连接器，从而特别在其与平台连接和分离期间方便其操作。但是其缺点是该系泊系统在各种工况下的系泊缆长度调整并没有完善，没有完成自适应与智能化的实现。
6.总的来说，目前的系泊系统都是定位系泊，一旦系泊缆长度固定之后，就不能自动改变长度以适应提高平台稳定性的需要，所以，当前的系泊系统需要进一步改进。本发明涉及的一种海上发电平台的系泊系统及其控制方法完成了对系泊缆的长度调节，实现自适应张弛，完成系泊系统智能化的实现。


技术实现要素：

7.发明目的：本发明目的是提供了一种海上发电平台的系泊系统，可以自适应的在不同工况下的调节系泊缆长度，实现智能化的海上发电平台的系泊系统；同时分散了系泊缆的疲劳应力，有利于提高海上发电平台的稳定性。
8.技术方案：本发明所述的一种海上发电平台的系泊系统，
9.包括正六边形的海上发电平台(1)，在所述海上发电平台(1)的下端安设有磁性张力控制装置(4)，
10.所述磁性张力控制装置(4)包括圆盘状的上部磁力张力块(41)及下部磁力张力块(42)，在所述部磁力张力块(41)及下部磁力张力块(42)的中心部位穿设有圆柱状的张力控制装置立管(5)。
11.进一步的，在所述海上发电平台(1)的上侧固定安设有三组卷缆机(8)，
12.在所述海上发电平台(1)的中央处开设有平台圆孔，在所述平台圆孔的外围、与三组所述卷缆机(8)相对应处均布开设有三组圆孔；
13.在所述海上发电平台(1)的边缘处固定安设有三组系泊缆滑轮(7)。
14.进一步的，在所述上部磁力张力块(41)的上端安设有第一磁力块(47)，在所述上部磁力张力块(41)上均布开设有第一导缆孔(43)，在所述第一导缆孔(43)的内部安设有第一导缆滑轮(44)，
15.在所述下部磁力张力块(42)的下端安设有第二磁力块(49)，在所述下部磁力张力块(42)上、与所述第一导缆孔(43)上下对应处均布开设有第二导缆孔(45)，在所述第二导缆孔(45)的内部安设有第二导缆滑轮(46)。
16.进一步的，在所述上部磁力张力块(41)及下部磁力张力块(42)的下端还安设有固定在海床上的三组锚桩(3)，在所述系泊缆滑轮(7)与锚桩(3)之间安设有刚性系泊缆(2)。
17.进一步的，在所述三组卷缆机(8)中还安设有柔性系泊缆(6)，所述柔性系泊缆(6)的一端通过系泊缆滑轮(7)固定焊接在刚性系泊缆(2)的一端，
18.其另一端依次穿过海上发电平台(1)开设的圆孔、上部磁力张力块(41)开设的第一导缆孔(43)及下部磁力张力块(42)开设的第二导缆孔(45)后固定焊接在刚性系泊缆(2)的另一端。
19.进一步的，在所述柔性系泊缆(6)与上部磁力张力块(41)连接处安设有第一张力传感器(481)，在所述柔性系泊缆(6)与下部磁力张力块(42)连接处安设有第二张力传感器(482)；
20.在所述第一磁力块(47)上连接有第一磁力块控制线缆(401)，在所述第二磁力块(49)上连接有第二磁力块控制线缆(402)；
21.在所述张力控制装置立管(5)与上部磁力张力块(41)连接处安设有第一液压锁紧块(403)，在所述张力控制装置立管(5)与下部磁力张力块(42)连接处安设有第二液压锁紧块(404)。
22.进一步的，所述锚桩(3)包括锚桩固定桩(31)，在所述锚桩固定桩(31)上安设有锚桩滑轮固定支撑架(32)，所述锚桩滑轮固定支撑架(32)包括安设在上端的锚桩第一滑轮(33)及安设在中端的锚桩第二滑轮(34)，在所述锚桩第一滑轮(33)与锚桩第二滑轮(34)上穿设刚性系泊缆(2)；
23.在锚桩第二滑轮(34)的上部还安设有第三张力传感器(405)。
24.进一步的，三组所述卷缆机(8)中每组卷缆机(8)的个数各为3个、总数为9个；
25.三组所述圆孔的个数各为3个、总数为9个；
26.在所述平台圆孔的内部通过四根连接杆连接有正方体状的方孔。
27.三组所述系泊缆滑轮(7)中每组系泊缆滑轮(7)的个数各为3个、总数为9个。
28.进一步的，固定在海床上的三组所述锚桩(3)中每组锚桩(3)的根数各为3根、总数为9根；
29.三组所述刚性系泊缆(2)中每组刚性系泊缆(2)的个数各为3根、总数为9根。
30.进一步的，三组所述柔性系泊缆(6)中每组柔性系泊缆(6)的根数各为3个、总数为9根。
31.有益效果：本发明与现有技术相比，本发明的特点:1、采用磁极磁力大小的控制方法，使得系泊系统自适应工况，实时调节，实现系泊系统的智能化；2、在系泊系统中设置疲劳应力监测装置，实时检测系泊缆的疲劳强度，可以提高系泊系统的安全性；3、采用磁力块相互排斥-吸引的控制方式，三角形形状调节系泊缆的张弛，提高平台的稳定性；4、采用磁力块与泡沫混凝土固定连接垂荡调节装置，有效分离系泊缆的应力集中，延长系泊缆的使用寿命；5、系泊缆采用刚性链式系泊缆与柔性系泊缆相互配合的使用方式，方便更换，有效降低使用成本；6、整个系泊系统的系泊缆采用闭环式连接，更换或者拆除时不必到海底进行系泊锚桩处连接的拆除或更换，提高工作效率；7、该系泊系统配备相应的控制方法，实现系泊系统的自适应与智能化。
附图说明
32.图1是本发明的结构示意图；
33.图2是本发明中磁性张力控制装置的结构示意图；
34.图3是本发明中磁性张力控制装置的内部结构示意图；
35.图4是本发明中锚桩布置结构示意图；
36.图5是本发明的工作原理图；
37.图中1是海上发电平台，2是刚性系泊缆，
38.3是锚桩，31是锚桩固定桩，32是锚桩滑轮固定支撑架，33是锚桩第一滑轮，34是锚桩第二滑轮；
39.4是磁性张力控制装置，41是上部磁力张力块，42是下部磁力张力块，43是第一导缆孔，44是第一导缆滑轮，45是第二导缆孔，46是第二导缆滑轮，47是第一磁力块，49是第二磁力块，
40.481是第一张力传感器，482是第二张力传感器，405是第三张力传感器；
41.401是第一磁力块控制线缆，402是第二磁力块控制线缆，403是第一液压锁紧块，404是第二液压锁紧块；
42.5是张力控制装置立管，6是柔性系泊缆，7是系泊缆滑轮，8是卷缆机；
43.50是磁力块升降控制系统，501是供电系统，502是控制电缆一，503是控制电缆二，504是第一磁极调换控制器，505是第二磁极调换控制器，508是磁力大小调节器，509是升降控制器一，510是升降控制器二；
44.51是张力大小控制模块，514是疲劳应力监测器；
45.52是液压紧锁控制模块，521是第一液压控制器，522是第一液压锁紧控制，523是液压锁紧块，524是第二液压锁紧控制，525是第二液压控制器。
具体实施方式
46.以下结合附图和具体实施例，对本发明做出进一步说明。
47.如图1-4所述，本发明所述的一种海上发电平台的系泊系统，
48.包括正六边形的海上发电平台1，在所述海上发电平台1的下端安设有磁性张力控制装置4，
49.所述磁性张力控制装置4包括圆盘状的上部磁力张力块41及下部磁力张力块42，在所述部磁力张力块41及下部磁力张力块42的中心部位穿设有圆柱状的张力控制装置立管5。
50.进一步的，在所述海上发电平台1的上侧固定安设有三组卷缆机8，
51.在所述海上发电平台1的中央处开设有平台圆孔，在所述平台圆孔的外围、与三组所述卷缆机8相对应处均布开设有三组圆孔；
52.在所述海上发电平台1的边缘处固定安设有三组系泊缆滑轮7。
53.进一步的，在所述上部磁力张力块41的上端安设有第一磁力块47，在所述上部磁力张力块41上均布开设有第一导缆孔43，在所述第一导缆孔43的内部安设有第一导缆滑轮44，
54.在所述下部磁力张力块42的下端安设有第二磁力块49，在所述下部磁力张力块42上、与所述第一导缆孔43上下对应处均布开设有第二导缆孔45，在所述第二导缆孔45的内部安设有第二导缆滑轮46。
55.进一步的，在所述上部磁力张力块41及下部磁力张力块42的下端还安设有固定在海床上的三组锚桩3，在所述系泊缆滑轮7与锚桩3之间安设有刚性系泊缆2。
56.进一步的，在所述三组卷缆机8中还安设有柔性系泊缆6，所述柔性系泊缆6的一端通过系泊缆滑轮7固定焊接在刚性系泊缆2的一端，
57.其另一端依次穿过海上发电平台1开设的圆孔、上部磁力张力块41开设的第一导缆孔43及下部磁力张力块42开设的第二导缆孔45后固定焊接在刚性系泊缆2的另一端。
58.进一步的，在所述柔性系泊缆6与上部磁力张力块41连接处安设有第一张力传感器481，在所述柔性系泊缆6与下部磁力张力块42连接处安设有第二张力传感器482；
59.在所述第一磁力块47上连接有第一磁力块控制线缆401，在所述第二磁力块49上连接有第二磁力块控制线缆402；
60.在所述张力控制装置立管5与上部磁力张力块41连接处安设有第一液压锁紧块403，在所述张力控制装置立管5与下部磁力张力块42连接处安设有第二液压锁紧块404。
61.进一步的，所述锚桩3包括锚桩固定桩31，在所述锚桩固定桩31上安设有锚桩滑轮固定支撑架32，所述锚桩滑轮固定支撑架32包括安设在上端的锚桩第一滑轮33及安设在中端的锚桩第二滑轮34，在所述锚桩第一滑轮33与锚桩第二滑轮34上穿设刚性系泊缆2；
62.在锚桩第二滑轮34的上部还安设有第三张力传感器405。
63.进一步的，三组所述卷缆机8中每组卷缆机8的个数各为3个、总数为9个；
64.三组所述圆孔的个数各为3个、总数为9个；
65.在所述平台圆孔的内部通过四根连接杆连接有正方体状的方孔。
66.三组所述系泊缆滑轮7中每组系泊缆滑轮7的个数各为3个、总数为9个。
67.进一步的，固定在海床上的三组所述锚桩3中每组锚桩3的个数各为3个、总数为9
个；
68.三组所述刚性系泊缆2中每组刚性系泊缆2的个数各为3个、总数为9个。
69.进一步的，三组所述柔性系泊缆6中每组柔性系泊缆6的个数各为3个、总数为9个。
70.具体的，本发明所述的一种海上发电平台的系泊系统包括刚性系泊缆2、锚桩3、磁性张力控制装置4、张力控制装置立管5、柔性系泊缆6、系泊缆滑轮7及卷缆机8；
71.其中，所述卷缆机8置于海上发电平台1的上部，与柔性系泊缆6相连接，并按照特定的工况对柔性系泊缆6进行收缩与释放，柔性系泊缆6于发电平台上经过系泊缆滑轮7与刚性系泊缆2相连接；所述的柔性系泊缆6与刚性系泊缆2形成的平台系泊缆总共有9根，每3根在发电平台上间隔60
°
平均阵列分布安装，每个阵列之间的夹角为5
°
布置。
72.所述的磁性张力控制装置4包括上部磁力张力块41、下部磁力张力块42、第一导缆孔43、第一导缆滑轮44、第二导缆孔45、第二导缆滑轮46、第一磁力块47及第二磁力块49；所述第一磁力块47与上部磁力张力块41采用过盈配合，上部磁力张力块41采用泡沫制成，外部采用混泥土包裹，第一磁力块47与上部磁力张力块41安装后浇灌混泥土固定；
73.所述下部磁力张力块42与第二磁力块49之间采用过盈配合，也是采用混凝土包谷固定；第一磁力块47与第二磁力块49通过磁力的作用带动上部磁力张力块41与下部磁力张力块42产生相向运动或相离运动实现系泊缆的松弛。
74.上部磁力张力块41和下部磁力张力块42与张力控制装置立管5之间采用间隙配合，张力控制装置立管5的作用是在上部磁力张力块41和下部磁力张力块42产生上下移动的时候提供导向；张力控制装置立管5置于海床15m-20m下部。
75.所述锚桩3包括锚桩固定桩31、锚桩滑轮固定支撑架32、锚桩第一滑轮33、锚桩第二滑轮34及穿设在锚桩第一滑轮33及锚桩第二滑轮34上的刚性系泊缆35，
76.其中，在锚桩第二滑轮34的上部还设置有第三张力传感器405，用于监测锚桩3上刚性系泊缆2的张力的大小，保证该处系泊缆的安全性能。
77.所述上部磁力张力块41的第一导缆孔43处安装有第一张力传感器481，下部磁力张力块42的第二导缆孔45处安装有第二张力传感器482，柔性系泊缆6自上而下穿过第一导缆孔43与第二导缆孔45与第一张力传感器481与第二张力传感器482接触，实时监控系泊缆的张弛情况并实现自适应调节。
78.更进一步的，本发明的控制方法具体情况是：总共分为3块，分别是磁力块升降控制模块50、张力大小控制模块51及液压锁紧控制模块52；
79.所述的磁力块控制升降系统50包括供电系统501、控制线缆一502、控制线缆二503、第一磁极调换控制器504与第二磁极调换控制器505；第一磁极调换控制器504与第二磁极调换控制器505通过控制线缆一502、控制线缆二503控制磁极正反控制第一磁力块47和第二磁力块49的s极和n级，从而产生相互排斥或者吸力，控制第一磁力块47和第二磁力块49的距离大小，调整系泊缆的张弛程度；
80.另外，所述磁力块升降控制系统50还包括磁力大小调节器508、升降控制器一509及升降控制器二510，通过磁力大小调节器508对第一磁力块47与第二磁力块49的磁力调节，自适应调整系泊缆的张弛和控制张力大小。
81.所述张力大小控制模块51包括第一张力传感器481、第二张力传感器482、第三张力传感器405和疲劳应力监测器514；第一张力传感器511对第一磁力块47接触的系泊缆进
行监测，将信号反馈至升降控制器一509，从而控制第一磁力块47的升降；第二张力传感器482对第二磁力块49接触的系泊缆监测，将信号反馈至升降控制器二510，从而控制第一磁力块47的升降；
82.疲劳应力监测器514对锚桩3上的系泊缆进行疲劳检测，并将信号传至第三张力传感器405，与升降控制器一509与升降控制器二510共同控制系泊缆的张力。
83.所述液压紧锁控制模块52包括第一液压控制器521，第一液压紧锁控制522，液压锁紧块523、第二液压紧锁控制524、第二液压控制器525；通过第一液压紧锁控制器521和第一液压紧缩控制522对对液压紧锁块523进行松紧控制，实现第一磁力块506和第二磁力块507的位置固定和实时移动。
84.本发明控制系统的工作原理：安装好系泊系统之后，开启系泊系统的控制系统，第一张力传感器481、第二张力传感器482、第三张力传感器405就会感知系泊缆承受张力的大小；当其中一个传感器感知到的系泊缆拉力大于1000kn时，就会将信息传送至磁力大小调节器508，将磁力调小，使得系泊缆的拉力在强度范围内；如果拉力大小处于临界力1000kn时，就会将信息传送至第一磁极调换控制器504和第二磁极调换控制器505，将磁极对调，使得系泊缆处于张紧状态，达到将整个海上发电平台处于平稳状态；如果需要系泊缆处于张紧状态，则将上下部磁力块的磁极调为互斥磁极，那么上下磁极就会产生互斥力，是系泊缆张紧，如果需要系泊缆处于松弛状态，则将上下部磁力块的磁极调为互吸磁极，就会使的第一磁力块47与第二磁力块48之间的距离减小，减小系泊缆的张力；由此原理，根据张力大小可以自适应调节系泊缆的长度与松弛程度。如果拉力大小于1000kn时，则扩大上下磁力块之间的距离，蹦紧系泊缆，使发电平台处于稳定状态。
85.锚桩3处的第三张力传感器405和疲劳应力监测器514之间相互协调配合，第三张力传感器405将测得的张力大小传到疲劳应力监测器514进行大小判断，如果应力大小超过1000kn,则第三张力传感器405将信息传至升降控制器一509和升降控制器510，升降控制器一509控制第一磁力47向下移动，升降控制器二510控制第二磁力块49向上移动，直到张力大小小于1000kn时，第一张力传感器481控制第一液压控制器521进行第一液压锁紧控制522，从而将液压锁紧块523进行锁紧；同理，直到张力大小小于1000kn的时候，第二张力传感器482控制第二液压控制器525进而控制第二液压锁紧控制524进行液压锁紧块523的锁紧。
86.液压控制器根据磁力传感器与磁力大小调节器之间的配合使得磁力块处于相对稳定状态，液压控制器元件将磁力块与张力控制立管保持相对静止；采用磁极与磁力大小的控制方法，使系泊系统处于自适应的状态，实现系泊系统的智能化。
87.以上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，应视为本发明的保护范围。