CN103981905B - 一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法 - Google Patents

Abstract

一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法：将双轴倾角传感器与计算机连接起来；将双轴倾角传感器安放在筒型基础上，设定筒型基础的允许最大倾角；筒型基础在自重作用下下沉直至自重下沉结束；对各分舱同时以相同的速率抽吸；双轴倾角传感器将实时采集到的筒型基础的X轴和Y轴倾角数据传输到计算机，计算得到总角度和旋转轴位置，若监测到总角度大于允许的倾斜角度，进行报警，并对筒型基础调平，若总角度符合要求；调平；在基础调平过程中，实时观察动态显示出的旋转轴和上翻侧的位置变化，直至筒型基础下沉至设计深度；保存沉放姿态信息。本发明具有工作稳定、信息准确、显示直观、及可拓展使用等优点。能够得到基础沉放过程中更加实用的姿态信息。

Description

一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法

技术领域

本发明涉及一种海上风机复合筒型基础沉放姿态监测方法。特别是涉及一种在复合筒型基础沉放施工中，利用双轴倾角传感器进行倾角测量，并对测量数据进行实时编辑处理，获得筒型基础沉放姿态信息的海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法。

背景技术

复合筒型基础是一种适用于海上风机的新型基础形式，其基础内部内设置分舱和独立管路以实现对各舱体独立控制。复合筒型基础利用负压技术进行安装，沉放安装过程中容易发生倾斜，若不及时采取调平等措施，可能会造成以下后果：(1)倾斜角度逐渐增大，筒型基础无法以垂直状态下沉至设计深度；(2)筒型基础倾斜角度过大，即使下沉就位也将无法正常使用。因此，施工时必须实时监测筒型基础沉放姿态，准确直观的沉放姿态信息是进行调平施工的前提。

复合筒型基础沉放姿态控制参数主要包括基础总转角、旋转轴位置以及倾斜方向。目前在筒型基础沉放施工中，主要是通过双轴倾角传感器测量基础X、Y轴旋转角度来观测基础沉放姿态，沉放姿态控制参数仅为X、Y轴倾角。现有技术存在以下不足：(1)不能直接测量基础总转角；(2)不能快速准确地确定基础旋转轴的位置以及基础的倾斜方向。这大大降低了现有沉放姿态监测方法的实用性，给现场施工带来不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种安装使用方便的海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法。

本发明所采用的技术方案是：一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法，包括如下步骤：

1)将双轴倾角传感器与计算机连接起来；

2)将双轴倾角传感器安放在筒型基础上，通过计算机设定筒型基础的允许最大倾角；

3)筒型基础在自重作用下下沉直至自重下沉结束；

4)对筒型基础的1号分舱至7号分舱同时以相同的速率抽吸，使筒型基础下沉设定的深度，筒型基础与土之间形成密封；

5)双轴倾角传感器将实时采集到的筒型基础的X轴和Y轴倾角数据传输到计算机，计算机计算得到总角度和旋转轴位置，实时显示筒型基础的X轴角度、Y轴角度、总角度，并以动态图形的形式显示旋转轴位置和倾斜方向。

6)若监测到总角度大于允许的倾斜角度，进行报警，并进入步骤7)对筒型基础调平，若总角度符合要求，则不需要调平，返回步骤4)；

7)调平：计算机动态显示实时的筒型基础的旋转轴位置和倾斜方向，上翻侧表示筒型基础最高的位置，故只对上翻侧所在分舱进行抽气或抽水，或者对上翻侧所在分舱和与上翻侧所在分舱相邻两个分舱同时抽气或抽水，使筒型基础的总角度减小；

8)在基础调平过程中，要实时观察动态显示出的旋转轴和上翻侧的位置变化，若上翻侧所在分舱发生改变，则返回步骤6)，否则继续调平直至总角度小于设定的最大倾角；

9)重复进行上述步骤4)、5)、6)、7)和8)，直至筒型基础下沉至设计深度；

10)保存沉放姿态信息，计算机把整个监测过程中的X轴角度、Y轴角度和总角度数据以txt文本形式保存在计算机的C盘。

步骤2)所述的将双轴倾角传感器安放在筒型基础上是，按照双轴倾角传感器的X轴和Y轴与筒型基础的对应关系，把双轴倾角传感器固定在筒型基础平面之上。

步骤4)所述的设定深度是指使筒型基础下沉为筒型基础直径的0.1～0.3倍距离。

步骤5)所述的双轴倾角传感器实时采集是，每秒采集数据的次数为1次到5次。

步骤5)所述的计算是，用θ表示总角度，旋转轴位置用旋转轴与X轴夹角表示，记为φ，根据空间几何的关系推求得：

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{1}{\sqrt{{\tan }^{2}x+{\tan }^{2}y+1}}---\left(1\right)$

故根据式(1)求得总角度θ；

旋转轴与X轴夹角φ满足：

$\cos \mathrm{\φ}=\frac{\tan x}{\sqrt{{\tan }^{2}x+{\tan }^{2}y}}---\left(2\right)$

故根据式(2)求得旋转轴与X轴夹角φ，用来确定旋转轴的位置，θ、φ均以正值表示。

本发明的一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法，对双轴倾角传感器测量的数据进行实时处理，得到基础沉放过程中更加实用的姿态信息，具有工作稳定、信息准确、显示直观、及可拓展使用等优点。首先，本发明采用双轴倾角传感器进行X轴和Y轴角度的测量，通过计算机的运算和处理得到了总角度和旋转轴的位置，本发明克服了双轴倾角传感器只能显示X轴和Y轴角度的缺点；其次，本发明通过动态曲线的形式显示基础总角度随时间的变化，通过动态图形来显示基础实时的旋转轴位置和上翻侧，可视化效果良好，可为施工调平提供直观的基础姿态信息；最后，本发明可拓展性强，可适用于其他多种平台姿态的监测。

附图说明

图1是本发明海上风机复合筒型基础结构剖视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明计算机动态显示的示意图；

图4是本发明调平过程中筒型基础角度的变化曲线。

1：1号分舱2：2号分舱

3：3号分舱4：4号分舱

5：5号分舱6：6号分舱

7：7号分舱8：筒型基础外壁

9：分舱板10：筒型基础

11：双轴倾角传感器12：基础过渡段

13：旋转轴14：上翻侧

15：X轴16：Y轴

17：X轴倾角曲线18：Y轴倾角曲线

19：总角度曲线20：调平时间点

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法做出详细说明。

本发明所述的筒型基础10如图1、图2所示，包括有筒型基础外壁8，位于筒型基础外壁8顶部的基础过渡段12和由分舱板9将筒型基础10内分割的1号分舱1；2号分舱2；3号分舱3；4号分舱4；5号分舱5；6号分舱6；7号分舱7。

本发明的一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法，是用于图1、图2所示的筒型基础10，通过在筒型基础10上设置双轴倾角传感器11，将双轴倾角传感器11测得的筒型基础10倾斜角度实时传给计算机，通过计算机的计算，确定是否需要对筒型基础10进行调平。计算机得到筒型基础的沉放姿态信息，采样结束后沉放姿态信息可以保存在计算机中；计算机将沉放姿态信息进行可视化显示，基础旋转角度以数值和动态曲线形式显示，旋转轴位置以数值和动态图形显示，倾斜方向以动态图形显示；一旦基础旋转角度超过预设报警值，则启动闪烁报警。

本发明的一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法，具体包括如下步骤：

1)将双轴倾角传感器11与计算机连接起来；

2)将双轴倾角传感器11安放在筒型基础10上，通过计算机设定筒型基础10的允许最大倾角；所述的将双轴倾角传感器11安放在筒型基础10上是，按照图3所示的双轴倾角传感器11的X轴15和Y轴16与筒型基础10的对应关系，把双轴倾角传感器11固定在筒型基础10顶部平面之上。

3)筒型基础10在自重作用下下沉直至自重下沉结束；

4)对筒型基础10的1号分舱至7号分舱同时以相同的速率抽吸，使筒型基础10下沉设定的深度，所述的设定深度是指使筒型基础10下沉为筒型基础10直径的0.1～0.3倍距离，筒型基础10与土之间形成密封；

5)双轴倾角传感器11将实时采集到的筒型基础10的X轴15和Y轴16倾角数据传输到计算机，所述的双轴倾角传感器11每秒采集数据的次数为1次到5次。计算机计算得到总角度和旋转轴位置，所述计算机的计算是，基础沉放姿态信息主要包括总角度、旋转轴位置和倾斜方向，均由倾角传感器实测基础的X轴和Y轴转角计算推求。用θ表示总角度，旋转轴位置用旋转轴与X轴夹角表示，记为φ，根据空间几何的关系推求得：

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{1}{\sqrt{{\tan }^{2}x+{\tan }^{2}y+1}}---\left(1\right)$

故根据式(1)求得总角度θ；

旋转轴与X轴夹角φ满足：

$\cos \mathrm{\φ}=\frac{\tan x}{\sqrt{{\tan }^{2}x+{\tan }^{2}y}}---\left(2\right)$

故根据式(2)求得旋转轴与X轴夹角φ，用来确定旋转轴的位置，θ、φ均以正值表示。

计算机实时显示筒型基础10的X轴角度、Y轴角度、总角度，并以动态图形的形式显示旋转轴位置和倾斜方向，如图3。

6)若监测到总角度大于允许的倾斜角度，进行报警，并进入步骤7)对筒型基础10调平，若总角度符合要求，则不需要调平，返回步骤4)；

7)调平：计算机动态显示实时的筒型基础10的旋转轴13位置和倾斜方向，如图3，上翻侧14表示筒型基础10最高的位置，故只对上翻侧14所在分舱进行抽气或抽水，或者对上翻侧14所在分舱和与上翻侧14所在分舱相邻两个分舱同时抽气或抽水，使筒型基础10的总角度减小；

8)在基础调平过程中，要实时观察动态显示出的旋转轴13和上翻侧14的位置变化，若上翻侧14所示分舱发生改变，则返回步骤6)，否则继续调平直至总角度小于设定的最大倾角；

9)重复进行上述步骤4)、5)、6)、7)和8)，直至筒型基础10下沉至设计深度；

10)保存沉放姿态信息，计算机把整个监测过程中的X轴角度、Y轴角度和总角度数据以txt文本形式保存在计算机的C盘。

在本实施例中，复合筒型基础10的直径为1.5m，高度为0.6m，外壁厚为1cm，分舱板厚度为0.8cm。图4为一次具体的调平过程中复合筒型基础倾斜角度变化曲线。筒型基础10在调平时间点20(约8500s时)，总角度为2.06度，下沉深度为0.45m，总角度超过允许的2度的倾角，故开始调平。此时筒型基础10的姿态信息见图3，上翻侧14在3号分舱，故对2、3、4号分舱抽吸负压，筒型基础10的总角度逐渐减小，见总角度曲线19，在大约500s后，筒型基础10的总角度减小为0.95度左右。

实施例结果表明：本发明的一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法，可实时准确的获取基础的姿态信息，并实时直观的显示，使用简单、方便，传感器安装和拆除简便。本发明也可用于其他多种平台姿态监测，提供直观、实用的姿态信息。

Claims (5)

1.一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将双轴倾角传感器(11)与计算机连接起来；

2)将双轴倾角传感器(11)安放在筒型基础(10)上，通过计算机设定筒型基础(10)的允许最大倾角；

3)筒型基础(10)在自重作用下下沉直至自重下沉结束；

4)对筒型基础(10)的1号分舱至7号分舱同时以相同的速率抽吸，使筒型基础(10)下沉设定的深度，筒型基础(10)与土之间形成密封；

5)双轴倾角传感器(11)实时采集筒型基础(10)的X轴(15)和Y轴(16)倾角数据并传输到计算机，计算机计算得到总角度和旋转轴位置，实时显示筒型基础(10)的X轴角度、Y轴角度、总角度，并以动态图形的形式显示旋转轴(13)位置和倾斜方向；

6)若监测到总角度大于允许的倾斜角度，进行报警，并进入步骤7)对筒型基础(10)调平，若总角度符合要求，则不需要调平，返回步骤4)；

7)调平：计算机动态显示实时的筒型基础(10)的旋转轴(13)位置和倾斜方向，上翻侧(14)表示筒型基础(10)最高的位置，故只对上翻侧(14)所在分舱进行抽气或抽水，或者对上翻侧(14)所在分舱和与上翻侧(14)所在分舱相邻两个分舱同时抽气或抽水，使筒型基础(10)的总角度减小；

8)在基础调平过程中，要实时观察动态显示出的旋转轴(13)和上翻侧(14)的位置变化，若上翻侧(14)所在分舱发生改变，则返回步骤6)，否则继续调平直至总角度小于设定的最大倾角；

9)重复进行上述步骤4)、5)、6)、7)和8)，直至筒型基础(10)下沉至设计深度；

10)保存沉放姿态信息，计算机把整个监测过程中的X轴角度、Y轴角度和总角度数据以txt文本形式保存在计算机的C盘。

2.根据权利要求1所述的一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法，其特征在于，步骤2)所述的将双轴倾角传感器(11)安放在筒型基础(10)上是：按照双轴倾角传感器(11)的X轴(15)和Y轴(16)与筒型基础(10)的对应关系，把双轴倾角传感器(11)固定在筒型基础(10)平面之上。

3.根据权利要求1所述的一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法，其特征在于，步骤4)所述的设计深度是指使筒型基础(10)下沉为筒型基础(10)直径的0.1～0.3倍距离。

4.根据权利要求1所述的一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法，其特征在于，步骤5)所述的双轴倾角传感器(11)实时采集是，每秒采集数据的次数为1次到5次。

5.根据权利要求1所述的一种海上风机复合筒型基础沉放姿态实时监测方法，其特征在于，步骤5)所述的计算是，用θ表示总角度，旋转轴(13)位置用旋转轴(13)与X轴夹角表示，记为φ，根据空间几何的关系推求得：

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{1}{\sqrt{{\tan }^{2}x+{\tan }^{2}y+1}}---\left(1\right)$

故根据式(1)求得总角度θ；

旋转轴与X轴夹角φ满足：

$\cos \mathrm{\φ}=\frac{\tan x}{\sqrt{{\tan }^{2}x+{\tan }^{2}y}}---\left(2\right)$

故根据式(2)求得旋转轴与X轴夹角φ，用来确定旋转轴的位置，θ、φ均以正值表示。