CN106907045A - 一种重力式海洋测风塔 - Google Patents

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    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/885—Meteorological systems

Abstract

本发明公开了一种重力式海洋测风塔的技术方案，该重力式海洋测风塔由三部分组成：其一，以钢筋混凝土为主要材料构成的“基座”，其重量作为海洋测风塔稳定的基础。该“基座”本身又有2部分组成，即存在中空部分的“中心体”和为增加基座重量而制造的全实心的外挂体；“中心体”的中空部分，可以充填其它有重量的物质，例如海砂、砾石、金属矿石等；其二，由钢材构成用来支撑“测量台”的桁架式“塔架”；其三，为设置测风仪器的“测量台”。

Description

一种重力式海洋测风塔
1.技术领域：
本专利从技术角度，涉及对船舶及海洋工程技术的综合应用，属于船舶及海洋工程类技术领域；本专利主要应用于海上风力发电，故也可属于风力发电工具类技术领域。
2.背景技术
我国近海蕴含着非常丰富的风能资源，从初步研究成果来看，海上风能有着非常巨大的开发前景。尤其是东南沿海一带，那里是全国的用电负荷中心，亦是风能资源丰富地区_有效风能密度在300W/m2以上，全年风速大于或等于3m/s的时数约为7 000～8 000h，大于或等于6m/s的时数为4 000h。海上风电(包括近海和滩涂)正逐渐成为风电开发的热土。
近海风电场前期开发的一项重要工作是风资源的获取与评估，而风资源的获取与评估最常用的手段就是建立测风塔。
目前，国内外海上测风塔一般采用的形式有：自立式单根圆筒结构、自立式三角形桁架结构、声雷达测风塔等主要形式。这些形式的共同缺点是：需要动用打桩设备和起重船舶，海上施工的难度比较大，因而成本比较高。虽然还有一种系留气球式，成本较低，但也需要拉线的固定，气球本身工作的可持续性和风向测量的稳定性方面还存在较大问题。
随着近海风电场开发的进展，海上测风塔的建设也随之移至较浅的水域，基础的施工和塔架的运输安装使测风塔建设的难度和成本都有较大幅度的增加。
本专利提出一种重力式海洋测风塔基础的技术方案。原理及结构很简单，可在陆地上施工、组装完成，直接用小船运往现场安装。不需要打桩，无需动用大型吊装船舶，可大大节省时间与费用，也便于维护，可有效解决海上测风塔的高空维护难题。
3.发明内容
本方案名称为一种重力式海洋测风塔，由3部分组成：其一，称为“基座”；其二，称为“塔架”；其三，称为“测量台”。(参见附图)
(1)基座由中心体③、外挂体②、以及防滑锥①组成。中心体与外挂体均由钢筋混凝土浇筑而成，外挂体的外部用钢结构挂在中心体的耳板上，再用钢带箍将外挂体的各部分围起来，并用螺栓相互连接，使其形成一个整体；底部的防滑锥由钢结构做成，在整体基座设置在海底平面后，在基座重量的压力下，逐渐陷入海底泥砂中，防止基座的位移。
基座的中心体分为3部分，即外壳部分③，中空部分④及盖子部分⑤。为了适应各种不同的海域情况，对中空部分④采用不同的处理方式：对于要求重量稍轻的基座，中空部分内可以充填海水；对于要求重量较大的基座，中空部分内可以充填海砂或矿砂。
本例的“基座”主要参数如下:
中心体是一个空心的“圆桶状”钢筋混凝土结构物。外圆直径为6m,总高度为5m。在中空情况下，干重208.25t,中空部分可灌入海水的重量为26.98t，合计湿重为235.24t；中空部分如灌入海砂(其比重为2.2)时的重量为26.98t，合计湿重为235.24t；中空部分如灌入矿砂(其比重为6)时的重量为26.98t，合计湿重为235.24t。
为加大基座重量，在中心体的外缘设置一圈“挂重”，外圆直径为10m，“挂重”重量(干重)为357.89t。
整个基座的总重量(干重)为566.14t,在整个基座入水且中空部分灌入海水后，其湿重为593.13t，其水中总浮力为268.77t，故整个基座在海水中的最大重量为324.35t；中空部分灌入海砂后，其湿重为593.13t，其水中总浮力为268.77t，故整个基座在海水中的最大重量为324.35t；中空部分灌入矿砂后，其湿重为593.13t，其水中总浮力为268.77t，故整个基座在海水中的最大重量为324.35t；
1.2塔架
一种重力式海洋测风塔的“塔架”⑥，是用于支撑测量台⑧的钢结构，本例采用桁架形式。为运输方便，塔架可以做成多段，相互间以钢质法兰⑦形式连接。每一段长度在10m左右。桁架的总长度(即高度)应等于水线以上的高度H1加上水线以下的高度H2。本例(设定水深15m)设计“塔架”总高度(在基座之上)为20m，其中水面以上与以下各10m。预计钢结构的重量15～20t。
“基座”的顶端设有厚度为20mm、外直径为3.1m的钢质法兰圈⑦，与“塔架”底端的厚度为20mm、直径3.2m的圆形钢质法兰圈配套，用一圈螺栓连接起来。如有安装误差可用垫板加以调整。
1.3“测量台”。
测量台⑧设置在塔架的顶端。本例的“测量台”是直径为3m的圆形平台，其上安装声雷达测风设备。声雷达是一种新型的测风设备，它是一个高频多普勒雷达系统，利用雷达发出声波并接收此声波散射回来的回波，然后处理回波信号，可以精确测量低空边界层的风速、风向、温度以及湍流强度。声雷达系统由四个部分构成：即信号发生器、高频扬声器、声功率放大器、信号接收处理器和固定装置。
4.附图说明：
附图1是：一种重力式海洋测风塔剖面示意图
附图1的图例：
①——防滑锥
②——外挂体
③——中心体
④——中心体的中空部分
⑤——中心体的盖板
⑥——塔架
⑦——塔架连接法兰
⑧——测量台
附图2是：一种重力式海洋测风塔俯视图(A-A视图)
附图2的图例：
②——外挂体
④——中心体
⑦——塔架连接法兰
5.具体实施方式(设计实例)
5.1设计依据：
(1)设计使用海区：
本平台设计例选择用于台湾海峡西岸福建平潭—厦门的海滩，计算实例取为25°N，地球自转柯氏力系数：f＝0.22的海域，此海域为台湾海峡多台风水域。
水深：15m。
(2)设计风级：蒲福风级16级的特大台风(以海面上10m风速计)
某气象站对一次特大台风测定的数据如下：
当地平均大气压Pa＝1013.6百帕(hPa)
台风中心风压：Po＝914百帕
气压差：ΔP＝Pa-Po＝99.6百帕
最大风速半径(距台风中心的距离)：R＝27海里＝50公里
台风移动速度：Uf＝20公里/小時＝10.8节＝5.56m/s
(注：上述数据接近2016年台风“莫兰蒂”)
5.2基座主要尺度
作为实例(参见图1、图2)，本测量塔基座的主要尺度如下：
(1)中心体(外形)：
(2外挂体：
(3)整个基座(中心体+外挂体)：
整个基座在海水中最大重量(扣除浮力)324.35t
5.3最大设计风级台风区域波浪要素计算：
这里所指的“波浪要素”是指波高H1/3、波长λ、周期T1/3。
采用较为通用的Bretschneider(1957)下列经验公式
(1)计算16级台风时波浪要素的最大值如下：
海面上10m处最大梯度风速(Ug)max为：
(Ug)max＝0.868×[73×0.1718×(ΔP)1/2-0.575R×0.22]
＝105.23(节)＝54.14m/s
此值相当于蒲福风级16级，
海面上10m处最大持续风速Ur(节)，由下式得出：
对于移动台风：
Ur rmax＝0.865×(Ug)max+0.5Uf＝96.52节＝49.65m/s
求得Ur rmax之后，再利用下列二式可以求得该台风形成的深水最大有效波高H1/3max和周期T1/3max。
H1/3max＝5.03exp(0.000295×R×ΔP)
×(1+0.208×Uf/(Ur)^(1/2))＝14.45m
T1/3max＝8.6exp(0.000148×R×ΔP)
×(1+0.104*Uf/(Ur)^(1/2))＝14.3s
根据深水波浪的周期与计算波长的关系公式，对应于此波浪周期的波长如下：
λmax＝(g/2×π)×T^2＝9.81/(2×3.1416)×14.3^2＝319.03m
经笔者回归分析，得出常规风速Ur与浪高H1/3的关系式如下：
H1/3＝0.08×Ur 1.55
再套用其他研究者提出的风速与风级的回归公式：
Ur＝0.836×B1.5
可得：H1/3＝0.08×(0.836×B1.5)1.55＝0.0606×B2.325
在“台风内域”，假定波高H1/3、周期T1/3大致上也按1/r^(1/2)的比例减小，由此也可以推知其波长时的波高H1/3、周期T1/3如下：
波高H1/3＝14.45m
周期T1/3＝14.3s
经详细计算，本设计在设计风浪下结构强度处于安全状态。(注：有关各种受力计算与强度校核，属常规力学范畴，在此省略)
5.4建造及安装成本费用概算
(如下表)
6.结论
6.1台湾海峡及其两岸海域是风力资源丰富的地区，现两岸人民都在努力进行开发，越来越多的海上测风塔会建立起来。目前，两岸科技界提出许多可行的海上测风塔形式，但都是需要在海上打桩，使此项工程成本提高、施工复杂。本方案提出用“一种重力式海上测风塔”来实现海上风力测量的新概念。
6.2所谓“一种重力式海上测风塔”其基本原理是用人工方式将重物在海底堆积成“小山”，形成塔架的牢固基础，从而产生可以抗击海上风、浪、流的基础。而使基础不发生位移的重物，是海边最易取得、且最便宜的石头与沙粒，按设计要求，用钢筋和水泥将其粘接起来即可。因而，本方案最大的优点之一是成本低廉。
6.3本方案对安装施工工艺要求不高。无须打桩；对安装点处的地质条件也要求不高，只需一块较平整的海底地面即可；基座中心体与外挂体均可设计成可拼接的小块，运到现场组装；既可用大型吊机起吊下水，也可从驳船上拖滑下水(类似气囊下水工艺)，无需使用起重船配合，可节省大量的安装时间与费用。
6.4本方案是针对于水深15m的重力式海上测风塔的案例，实际上对于更深的海域(例如水深30～50m)从原理上是一样的。只需将基座设计得更大一些即可。因而本方案有很大的推广价值。
附件

Claims (5)

1.一种重力式海洋测风塔，其特征在于，所述的重力式海洋测风塔由3个部分构成：其一，以钢筋混凝土为主要材料构成的“基座”，测风台及塔架依靠“基座”在海底的重量而保持稳定；该“基座”本身又由2部分组成，即存在中空部分的“中心体”和为增加基座重量而制造的全实心的外挂体；其二，由钢材构成用来支撑“测量台”的桁架式“塔架”；其三，为设置声雷达测风仪器的“测量台”。
2.根据权利要求1所述的一种重力式海洋测风塔，其特征在于，所述的重力式海洋测风塔的基座由中心体、外挂重物、以及防滑锥组成；中心体与外挂体均由钢筋混凝土浇筑而成，外挂体的外部用钢结构挂在中心体的耳板上，再用钢带箍将外挂体的各部分围起来，并用螺栓相互连接，使其形成一个整体；底部的防滑锥由钢结构做成，在整体基座设置在海底平面后，在基座重量的压力下，逐渐陷入海底泥砂中，防止基座的位移。
3.根据权利要求1所述的一种重力式海洋测风塔，其特征在于，所述的重力式海洋测风塔基座的中心体内部的空间部分可以充填海砂或金属矿砂等重质材料，使其中心体的重量大大增加。
4.根据权利要求1所述的一种重力式海洋测风塔，其特征在于，所述的重力式海洋测风塔的塔架，是用于支撑测量台的钢结构，本例采用桁架形式。为运输方便，可以做成多段，相互间以钢质法兰形式用一圈螺栓进行连接。
5.根据权利要求1所述的一种重力式海洋测风塔，其特征在于，所述的重力式海洋测风塔的测量台设置在塔架的顶端。本例的“测量台”上安装声雷达测风设备，是一个直径为3m的圆形平台。统由四个部分构成：信号发生器/高频扬声器、声功率放大器、信号接收处理器和固定装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108088428A (zh) * 2018-01-08 2018-05-29 北京城建集团有限责任公司 一种测量高标塔

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101718097A (zh) * 2009-11-05 2010-06-02 徐州九鼎建设集团有限公司 螺栓连接箱形预制装配式混凝土塔吊基础
CN102409697A (zh) * 2011-09-15 2012-04-11 江苏九鼎环球建设科技集团有限公司 预制装配式塔桅结构基础
CN202187365U (zh) * 2011-07-21 2012-04-11 胥传明 一种可拆式塔基
CN203440828U (zh) * 2013-07-30 2014-02-19 刘绍国 一种装配式塔基
CN103758148A (zh) * 2014-02-13 2014-04-30 天津大学前沿技术研究院有限公司 一种可自浮拖航的重力式海上风电基础及其施工方法
CN204418201U (zh) * 2014-12-25 2015-06-24 广东晖速通信技术有限公司 基站用模块化预制基础
CN205000355U (zh) * 2015-09-21 2016-01-27 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 一种箱型重力式海上风电基础结构
WO2016016481A1 (es) * 2014-07-30 2016-02-04 Dragados, S.A. Cimentación de gravedad para aerogeneradores offshore
CN205558428U (zh) * 2016-03-09 2016-09-07 三一重型能源装备有限公司 海上测风塔
CN105951871A (zh) * 2016-06-30 2016-09-21 四川路带生态科技有限公司 一种装配式铸造塔基
CN207110612U (zh) * 2017-04-25 2018-03-16 周俊麟 一种重力式海洋测风塔

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101718097A (zh) * 2009-11-05 2010-06-02 徐州九鼎建设集团有限公司 螺栓连接箱形预制装配式混凝土塔吊基础
CN202187365U (zh) * 2011-07-21 2012-04-11 胥传明 一种可拆式塔基
CN102409697A (zh) * 2011-09-15 2012-04-11 江苏九鼎环球建设科技集团有限公司 预制装配式塔桅结构基础
CN203440828U (zh) * 2013-07-30 2014-02-19 刘绍国 一种装配式塔基
CN103758148A (zh) * 2014-02-13 2014-04-30 天津大学前沿技术研究院有限公司 一种可自浮拖航的重力式海上风电基础及其施工方法
WO2016016481A1 (es) * 2014-07-30 2016-02-04 Dragados, S.A. Cimentación de gravedad para aerogeneradores offshore
CN204418201U (zh) * 2014-12-25 2015-06-24 广东晖速通信技术有限公司 基站用模块化预制基础
CN205000355U (zh) * 2015-09-21 2016-01-27 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 一种箱型重力式海上风电基础结构
CN205558428U (zh) * 2016-03-09 2016-09-07 三一重型能源装备有限公司 海上测风塔
CN105951871A (zh) * 2016-06-30 2016-09-21 四川路带生态科技有限公司 一种装配式铸造塔基
CN207110612U (zh) * 2017-04-25 2018-03-16 周俊麟 一种重力式海洋测风塔

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108088428A (zh) * 2018-01-08 2018-05-29 北京城建集团有限责任公司 一种测量高标塔

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