一种海上风电场海浪监测方法及其监测设备与流程

1.本发明主要涉及海上风电机组的技术领域，具体涉及一种海上风电场海浪监测方法及其监测设备。


背景技术：

2.在剧烈的波浪冲击荷载作用下，设置在海中的结构物发生坍塌和疲劳破坏。因此，为了提高结构物在海浪环境中的可靠性，需要通过监测来研究波浪冲击荷载对结构物造成的动力响应。
3.根据申请号为cn201911231100.4的专利文献所提供的海浪监测装置和海浪监测系统可知，该海浪监测装置包括基板，基板可附着在外部物体上；侧板，侧板倾斜于基板；若干第一光纤应力传感器，各个第一光纤应力传感器相互平行；若干第二光纤应力传感器，各个第二光纤应力传感器相互平行，第一光纤应力传感器与第二光纤应力传感器之间的夹角大于零。有益效果：第一光纤应力传感器和第二光纤应力传感器之间的夹角大于零，使第一光纤应力传感器和第二光纤应力传感器可从不同方向上监测波浪载荷，从而可得出波浪载荷在侧板上的分布情况，从而可从位置和应力两方面对波浪载荷进行综合分析，有利于综合评价波浪载荷，从而提高评估结果的可靠性。
4.上述海浪监测设备使第一光纤应力传感器和第二光纤应力传感器可从不同方向上监测波浪载荷，从而可得出波浪载荷在侧板上的分布情况，但传统的风电场海浪检测设备往往通过分散在机组塔架上的传感器对海浪对风电机组的侵蚀进行监测，该方式导致难以将传感器与海平面对齐，从而难以监测海平面的海浪对风电机组的冲击。


技术实现要素：

5.本发明主要提供了一种海上风电场海浪监测方法及其监测设备用以解决上述背景技术中提出的技术问题。
6.本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
7.一种海上风电场海浪监测方法，包括以下步骤：
8.步骤一，通过第一监测机构采集海平面海浪对机组塔架的冲击力度，得到第一海浪冲击力数据；
9.步骤二，通过第二监测机构采集飞溅的海浪与海水暗流的冲击力度，得到第二海浪冲击力数据；
10.步骤三，通过控制器接收第一海浪冲击力数据和第二海浪冲击力数据，控制器将第一海浪冲击力数据和第二海浪冲击力数据与设定值进行比对。
11.进一步的，所述步骤一中，浮球通过海水的浮力始终处于海平面上，海平面的海浪推动浮球，通过浮球推动第一应力光纤传感器的光纤，以使第一应力光纤传感器监测海浪的推力，以供与第一应力光纤传感器相邻连接的控制器判断来自海平面的海浪的冲击，得到第一海浪冲击力数据。
12.进一步的，所述步骤二中，通过浮球上嵌入的声音传感器采集海平面海浪对机组塔架的冲击时所产生的噪声声波，将噪声声波发送至控制器内与设定值进行比对，以判断海浪冲击力度。
13.根据以上的一种海上风电场海浪监测方法的技术方案，还将提供一种海上风电场海浪监测设备，包括机组塔架，设于所述机组塔架外部的多个第一监测机构，以及设于所述机组塔架外部、且与所述第一监测机构相连接的第二监测机构；
14.所述第一监测机构包括安装于所述机组塔架外表面的浮子组件，以及与所述浮子组件相连接的第一应力光纤传感器；
15.所述第二监测机构包括安装于所述机组塔架外表面的第二应力光纤传感器，由上至下依次安装于所述第二应力光纤传感器外部的卡箍。
16.进一步的，所述浮子组件包括安装于所述机组塔架外表面的浮子架，设于所述浮子架壳体上、且供所述第一应力光纤传感器的光纤穿插的第一通孔，以及套设于所述第一应力光纤传感器的光纤外部的浮球，在本发明中，通过第一通孔引导第一应力光纤传感器的光纤的设置，浮球通过海水的浮力始终处于海平面上，从而在海平面上产生海浪时，通过该海浪推动浮球，通过浮球推动第一应力光纤传感器的光纤，以使第一应力光纤传感器监测海浪的推力，以供与第一应力光纤传感器相邻连接的控制器判断来自海平面的海浪的冲击。
17.进一步的，所述浮子组件还包括设于所述第一应力光纤传感器的光纤外部的多个加强绳，多个所述加强绳呈螺旋状缠绕于所述第一应力光纤传感器的光纤外部，在本发明中，通过缠绕于第一应力光纤传感器的光纤外部的加强绳，加强第一应力光纤传感器的光纤的结构强度，提高第一应力光纤传感器的光纤的使用寿命。
18.进一步的，所述浮球的壳体上设有滑槽，所述滑槽的槽体内部滑动连接有滑环，所述滑环的内部外部设有多个应变片，所述应变片安装于所述滑槽的槽体内，在本发明中，通过滑环撞击应变片，以通过应变片监测来自海平面的海浪的冲击力度，以供与应变片相连接的控制器进行判断。
19.进一步的，所述浮球的壳体上设有过纤孔，所述过纤孔用于供所述第一应力光纤传感器穿过，所述过纤孔的直径长度大于所述第一应力光纤传感器的光纤直径长度，在本发明中，由于过纤孔的直径长度大于第一应力光纤传感器的光纤直径长度，从而为第一应力光纤传感器的光纤在过纤孔内的活动预留空间，以便于滑环的滑动。
20.进一步的，所述浮子架的壳体上设有供所述第二应力光纤传感器穿过的第二通孔，在本发明中，通过第二通孔引导第二应力光纤传感器的光纤，以使第二应力光纤传感器的光纤能够处于靠近机组塔架的位置。
21.进一步的，所述滑环的上表面安装有终止环，在本发明中，滑环通过终止环，防止滑环环体从滑槽的槽体内滑出。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
23.其一，本发明能够对海平面的海浪对风电机组的冲击进行快速监测，从而加强监测效果，具体为：浮球通过海水的浮力始终处于海平面上，海平面的海浪推动浮球，通过浮球推动第一应力光纤传感器的光纤，以使第一应力光纤传感器监测海浪的推力，以供与第一应力光纤传感器相邻连接的控制器判断来自海平面的海浪的冲击，得到海平面海浪冲击
力数据。
24.其二，本发明浮球受到来自海平面的海浪的冲击时，浮球借助海浪的推力撞击第一应力光纤传感器，第一应力光纤传感器的反作用力传递至滑环，滑环在滑槽内进行滑动，通过滑环撞击应变片，以通过应变片监测来自海平面的海浪的冲击力度，以供与应变片相连接的控制器进行判断。
25.以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。
附图说明
26.图1为本发明的结构示意图；
27.图2为本发明的前视图；
28.图3为本发明第一监测机构和第二监测机构的结构示意图；
29.图4为本发明浮子组件的结构示意图；
30.图5为本发明第一应力光纤传感器的结构示意图；
31.图6为本发明浮球的剖视图。
32.图中：10、机组塔架；20、第一监测机构；21、浮子组件；211、浮子架；212、第一通孔；213、浮球；2131、滑槽；2132、滑环；2133、应变片；2134、过纤孔；2135、终止环；214、加强绳；215、第二通孔；22、第一应力光纤传感器；30、第二监测机构；31、第二应力光纤传感器；32、卡箍。
具体实施方式
33.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
34.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
35.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
36.实施例，请参照附图1-6，一种海上风电场海浪监测方法，包括以下步骤：
37.步骤一，通过第一监测机构20采集海平面海浪对机组塔架10的冲击力度，得到第一海浪冲击力数据；
38.步骤二，通过第二监测机构30采集飞溅的海浪与海水暗流的冲击力度，得到第二海浪冲击力数据；
39.步骤三，通过控制器接收第一海浪冲击力数据和第二海浪冲击力数据，控制器将第一海浪冲击力数据和第二海浪冲击力数据与设定值进行比对；
40.需要说明的是，在本实施例中，所述步骤一中，浮球213通过海水的浮力始终处于
海平面上，海平面的海浪推动浮球213，通过浮球213推动第一应力光纤传感器22的光纤，以使第一应力光纤传感器22监测海浪的推力，以供与第一应力光纤传感器22相邻连接的控制器判断来自海平面的海浪的冲击，得到第一海浪冲击力数据；
41.进一步的，所述步骤二中，通过浮球213上嵌入的声音传感器采集海平面海浪对机组塔架10的冲击时所产生的噪声声波，将噪声声波发送至控制器内与设定值进行比对，以判断海浪冲击力度。
42.如图1-6所示，根据上述实施例还将提供一种海上风电场海浪监测设备，包括机组塔架10，设于所述机组塔架10外部的多个第一监测机构20，以及设于所述机组塔架10外部、且与所述第一监测机构20相连接的第二监测机构30；
43.所述第一监测机构20包括安装于所述机组塔架10外表面的浮子组件21，以及与所述浮子组件21相连接的第一应力光纤传感器22；
44.所述第二监测机构30包括安装于所述机组塔架10外表面的第二应力光纤传感器31，由上至下依次安装于所述第二应力光纤传感器31外部的卡箍32。
45.具体的，请着重参照附图3、4和5，所述浮子组件21包括安装于所述机组塔架10外表面的浮子架211，设于所述浮子架211壳体上、且供所述第一应力光纤传感器22的光纤穿插的第一通孔212，以及套设于所述第一应力光纤传感器22的光纤外部的浮球213；
46.所述浮子组件21还包括设于所述第一应力光纤传感器22的光纤外部的多个加强绳214，多个所述加强绳214呈螺旋状缠绕于所述第一应力光纤传感器22的光纤外部；
47.所述浮球213的壳体上设有滑槽2131，所述滑槽2131的槽体内部滑动连接有滑环2132，所述滑环2132的内部外部设有多个应变片2133，所述应变片2133安装于所述滑槽2131的槽体内；
48.需要说明的是，在本实施例中，通过第一通孔212引导第一应力光纤传感器22的光纤的设置，浮球213通过海水的浮力始终处于海平面上，从而在海平面上产生海浪时，通过该海浪推动浮球213，通过浮球213推动第一应力光纤传感器22的光纤，以使第一应力光纤传感器22监测海浪的推力，以供与第一应力光纤传感器22相邻连接的控制器判断来自海平面的海浪的冲击；
49.进一步的，通过缠绕于第一应力光纤传感器22的光纤外部的加强绳214，加强第一应力光纤传感器22的光纤的结构强度，提高第一应力光纤传感器22的光纤的使用寿命；
50.进一步的，浮球213受到来自海平面的海浪的冲击时，浮球213借助海浪的推力撞击第一应力光纤传感器22，第一应力光纤传感器22的反作用力传递至滑环2132，滑环2132在滑槽2131内进行滑动，通过滑环2132撞击应变片2133，以通过应变片2133监测来自海平面的海浪的冲击力度，以供与应变片2133相连接的控制器进行判断。
51.具体的，请着重参照附图4、5和6，所述浮球213的壳体上设有过纤孔2134，所述过纤孔2134用于供所述第一应力光纤传感器22穿过，所述过纤孔2134的直径长度大于所述第一应力光纤传感器22的光纤直径长度；
52.所述浮子架211的壳体上设有供所述第二应力光纤传感器31穿过的第二通孔215；
53.所述滑环2132的上表面安装有终止环2135；
54.需要说明的是，在本实施例中，由于过纤孔2134的直径长度大于第一应力光纤传感器22的光纤直径长度，从而为第一应力光纤传感器22的光纤在过纤孔2134内的活动预留
空间，以便于滑环2132的滑动；
55.进一步的，通过第二通孔215引导第二应力光纤传感器31的光纤，以使第二应力光纤传感器31的光纤能够处于靠近机组塔架10的位置；
56.进一步的，滑环2132通过终止环2135，防止滑环2132环体从滑槽2131的槽体内滑出。
57.本发明的具体操作方式如下：
58.浮球213通过海水的浮力始终处于海平面上，海平面的海浪推动浮球213，通过浮球213推动第一应力光纤传感器22的光纤，以使第一应力光纤传感器22监测海浪的推力，以供与第一应力光纤传感器22相邻连接的控制器判断来自海平面的海浪的冲击，得到第一海浪冲击力数据；
59.浮球213受到来自海平面的海浪的冲击时，浮球213借助海浪的推力撞击第一应力光纤传感器22，第一应力光纤传感器22的反作用力传递至滑环2132，滑环2132在滑槽2131内进行滑动，通过滑环2132撞击应变片2133，以通过应变片2133监测来自海平面的海浪的冲击力度，以供与应变片2133相连接的控制器进行判断。
60.上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种海上风电场海浪监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，通过第一监测机构(20)采集海平面海浪对机组塔架(10)的冲击力度，得到第一海浪冲击力数据；步骤二，通过第二监测机构(30)采集飞溅的海浪与海水暗流的冲击力度，得到第二海浪冲击力数据；步骤三，通过控制器接收第一海浪冲击力数据和第二海浪冲击力数据，控制器将第一海浪冲击力数据和第二海浪冲击力数据与设定值进行比对。2.根据权利要求1所述的一种海上风电场海浪监测方法，其特征在于，所述步骤一中，浮球(213)通过海水的浮力始终处于海平面上，海平面的海浪推动浮球(213)，通过浮球(213)推动第一应力光纤传感器(22)的光纤，以使第一应力光纤传感器(22)监测海浪的推力，以供与第一应力光纤传感器(22)相邻连接的控制器判断来自海平面的海浪的冲击，得到第一海浪冲击力数据。3.根据权利要求1所述的一种海上风电场海浪监测方法，其特征在于，所述步骤二中，通过浮球(213)上嵌入的声音传感器采集海平面海浪对机组塔架(10)的冲击时所产生的噪声声波，将噪声声波发送至控制器内与设定值进行比对，以判断海浪冲击力度。4.一种海上风电场海浪监测设备，用于实现权利要求1-3任一项所述的一种海上风电场海浪监测方法，其特征在于，包括机组塔架(10)，设于所述机组塔架(10)外部的多个第一监测机构(20)，以及设于所述机组塔架(10)外部、且与所述第一监测机构(20)相连接的第二监测机构(30)；所述第一监测机构(20)包括安装于所述机组塔架(10)外表面的浮子组件(21)，以及与所述浮子组件(21)相连接的第一应力光纤传感器(22)；所述第二监测机构(30)包括安装于所述机组塔架(10)外表面的第二应力光纤传感器(31)，由上至下依次安装于所述第二应力光纤传感器(31)外部的卡箍(32)。5.根据权利要求4所述的一种海上风电场海浪监测设备，其特征在于，所述浮子组件(21)包括安装于所述机组塔架(10)外表面的浮子架(211)，设于所述浮子架(211)壳体上、且供所述第一应力光纤传感器(22)的光纤穿插的第一通孔(212)，以及套设于所述第一应力光纤传感器(22)的光纤外部的浮球(213)。6.根据权利要求4所述的一种海上风电场海浪监测设备，其特征在于，所述浮子组件(21)还包括设于所述第一应力光纤传感器(22)的光纤外部的多个加强绳(214)，多个所述加强绳(214)呈螺旋状缠绕于所述第一应力光纤传感器(22)的光纤外部。7.根据权利要求5所述的一种海上风电场海浪监测设备，其特征在于，所述浮球(213)的壳体上设有滑槽(2131)，所述滑槽(2131)的槽体内部滑动连接有滑环(2132)，所述滑环(2132)的内部外部设有多个应变片(2133)，所述应变片(2133)安装于所述滑槽(2131)的槽体内。8.根据权利要求5所述的一种海上风电场海浪监测设备，其特征在于，所述浮球(213)的壳体上设有过纤孔(2134)，所述过纤孔(2134)用于供所述第一应力光纤传感器(22)穿过，所述过纤孔(2134)的直径长度大于所述第一应力光纤传感器(22)的光纤直径长度。9.根据权利要求5所述的一种海上风电场海浪监测设备，其特征在于，所述浮子架(211)的壳体上设有供所述第二应力光纤传感器(31)穿过的第二通孔(215)。
10.根据权利要求7所述的一种海上风电场海浪监测设备，其特征在于，所述滑环(2132)的上表面安装有终止环(2135)。

技术总结
本发明提供了一种海上风电场海浪监测方法，包括以下步骤：步骤一，通过第一监测机构采集海平面海浪对机组塔架的冲击力度，得到第一海浪冲击力数据；步骤二，通过第二监测机构采集飞溅的海浪与海水暗流的冲击力度，得到第二海浪冲击力数据；步骤三，通过控制器接收第一海浪冲击力数据和第二海浪冲击力数据，控制器将第一海浪冲击力数据和第二海浪冲击力数据与设定值进行比对。本发明能够对海平面的海浪对风电机组的冲击进行快速监测，从而加强监测效果。效果。效果。


技术研发人员：初宇峰 苗大庆 王辰诺 王占坤 牛兆鑫
受保护的技术使用者：大连船舶海装新能源有限公司
技术研发日：2023.02.10
技术公布日：2023/8/14