CN106988967A - 一种用于海上风机桶形基础的多腔脉冲式调平装置及方法 - Google Patents

一种用于海上风机桶形基础的多腔脉冲式调平装置及方法 Download PDF

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沈侃敏
芮圣洁
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Abstract

本发明公开了一种用于海上风机桶形基础多腔脉冲式调平装置和方法。该装置紧密结合了海上风机桶形基础的结构特点，在桶形基础上设置一环形安装箱，内部包括潜水泵、电磁阀门、负压罐、环形管道及抽水管路、电源以及配套控制系统。并在桶形基础内设置十字形隔板，桶形基础上连接风机塔筒。采用该装置进行调平时采用如下方法：当发生倾斜时通过控制抽水口电磁阀门控制使得倾斜一侧停止施加吸力，另一侧持续施加脉冲式吸力直至调平。本装置不仅能实时检测桶形基础倾斜程度，实现桶形基础自动精准调平，而且具有能够回收多次使用且结构简单、易于安装等优点。

Description

一种用于海上风机桶形基础的多腔脉冲式调平装置及方法
技术领域
本发明涉及海洋风机桶形基础的调平设备与方法，特别涉及一种用于海上风机桶形基础的多腔脉冲式调平装置和方法。
背景技术
我国具有丰富的7.5亿千瓦海上风能资源。到2030年，我国争取总发电量18亿千瓦，其中风力发电发电量4亿千瓦，占总发电量近四成。海上风机基础的安装和承载是如今制约海上风电发展的关键因素之一。
用于海上风机的桶形基础是一种大型圆柱薄壁钢制结构，其长径比在0.5-1.0，底端敞开、上端封闭并设有抽水口，具有定位精确、费用经济、方便施工、可重复利用等特点，此外这种宽浅式基础类型对于由风荷载产生的倾覆力矩适应性良好，是一种可以作为海上风机基础的新型基础。
海上风机为高耸结构，基础的倾斜度对上部结构有着重要的影响，相关规范要求倾斜角度不超过0.5度。由于地层的不均匀性和施工过程的不确定性，桶形基础在安装过程很可能会发生倾斜，倾斜不仅会增加桶形基础的贯入阻力，而且会使风机发生倾斜，严重时风机无法正常工作或直接报废。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种海上风机桶形基础多腔脉冲式调平装置及方法。该装置的设计紧密结合用于海上风电桶形基础的特点，不仅能实时检测桶形基础倾斜程度，实现桶形基础自动精准调平，而且具有能够回收多次使用且结构简单、易于安装等优点。本发明的调平方法主要基于脉冲式吸力实现，通过周期性的施加短暂吸力使得桶形基础沉贯，加上控制系统的调节达到调平的目的。
本发明采用以下技术方案：
海上风机桶形基础多腔脉冲式调平装置，包括海上风机桶形基础、环形安装箱和风机塔筒；所述的桶形基础顶部设有桶盖，内部设置有十字形隔板,十字形隔板上部与桶盖焊接，四周与桶内壁焊接，将桶形基础内部均匀分隔成四个独立空间，当基础接触海床地面时即可形成四个封闭的空间，有利于脉冲式吸力发挥作用。
在桶盖边缘相应于每个独立空间各设有一个出水口，环形安装箱紧密设置于桶盖上方，风机塔筒位于环形安装箱的中心，在环形安装箱内设置有环形管道、潜水泵、负压罐、主控板及供电设备，在环形安装箱底面相对于桶盖上的四个出水口各开有一个抽水口，抽水口与出水口管道连通并设有流量计和电磁阀，且各抽水口、负压罐均与环形管道连通，负压罐与潜水泵通过抽水管路相连，潜水泵另一端连接环形安装箱顶部开设的排水口，在环形安装箱底面沿内环边缘均匀设置有四只双向角度传感器，负压罐上安装有负压传感器，负压传感器与双向角度传感器与主控板相连，主控板连接潜水泵及各抽水口的电磁阀，供电设备给各需电部件供电。
所述的四个出水口分别设置在桶盖外缘并正好位于十字形隔板的四条角平分线上，这样设置可使得脉冲吸力所产生的弯矩最大，因而调平效果最好。
所述的风机塔筒长径比为0.5-1之间。
所述的环形安装箱外径与桶形基础直径相同，两者之间采用螺栓连接，通过设置环形安装箱，既对风机桶形基础有良好的适应性，又提高了空间利用率，降低成本。
在环形安装箱顶部边缘固定有两个对称的吊耳。
一种应用上述装置进行海上风机桶形基础多腔脉冲式调平的方法，双向角度传感器不断将检测信号传递至主控板，当检测到桶形基础发生倾斜，主控板通过控制桶形基础倾斜侧抽水口相应电磁阀关闭，并控制对侧抽水口电磁阀不断重复开关，持续施加脉冲式吸力直至桶形基础调平。
所述的脉冲式吸力是指大小随时间周期性变化的吸力，其吸力最大值介于API规范所给出的需求吸力和容许吸力之间，周期为1-4秒。
桶形基础内负压传感器、双向角度传感器作为输入信号，负压泵和电磁阀门作为输出端；主控板上还可配有声学数据传输设备，用于与安装船数据和命令的传输。环形安装箱的重心可以通过内部组件的布置调整到其对称轴处。
在现场施工时，首先在安装船上机械连接环形安装箱以及桶形基础，然后吊装两者使其平稳置于海床上开始安装。通过潜水泵向外抽水使负压罐充满负压，然后打开主控板控制管道口通过4个抽水口施加负压，并通过流量计实时监测各个抽水口的水流量。期间通过负压传感器传来的数据实时监测负压罐内以及桶形基础内的负压变化以及桶形基础的垂直度，若发生倾斜，双向角度传感器将信号传递给主控板，主控板通过控制桶形基础倾斜侧抽水阀门关闭，而对侧阀门持续施加脉冲式吸力直至桶形基础调平。待桶形基础安装到预定深度以后，封闭抽水口，并断开环形安装箱与桶形基础的机械连接，回收安装箱，完成全部安装工作。
本发明提出的海上风机桶形基础调平多腔脉冲贯入装置及方法，与现有的传统调平方法相比，主要具有以下优点：
1、紧密结合海上风机桶形基础的结构特点设计环形安装箱，对海上风机基础具有良好的适应性。2、该设备构造更加简单，无需增加额外设备且可以循环使用。3、沉贯设备配置的测量传感器允许在安装过程中实时监测桶体的倾斜情况，从而控制是否施加脉冲式吸力达到调平的目的。
附图说明
图1是本发明的调平装置的主视图；
图2是本发明的调平装置的俯视图；
图3是图1中A-A剖视图；
图4是图1中B-B剖视图；
图5是桶形基础俯视图；
图6系统控制示意图。
图中：
1.桶形基础
2.桶盖
3.十字形隔板
4.桶形基础出水口
5.环形安装箱
6.抽水口、流量计及电磁阀门
7.潜水泵
8.负压罐
9.负压传感器
10.环形安装箱排水口
11.主控板(单片机等)
12.供电设备
13.双向角度传感器
14.环形安装箱底面
15.环形管道
16.数据传输设备
17.螺栓
18.吊耳
19.抽水管路
20.风机塔筒。
具体实施方式
下面结合附图和施工过程对本发明做进一步说明。
本发明的海上风机桶形基础多腔脉冲式调平装置，包括海上风机桶形基础1、环形安装箱5和风机塔筒20；桶形基础1顶部设桶盖2，内设十字形隔板3；十字形隔板3上部与桶盖2焊接，四周与桶内壁焊接，长度等于桶形基础1内径长，形成了相互隔开的四个空间；在桶盖2外边缘上位于十字形隔板3的角平分线处设置四个出水口4。
环形安装箱5内设有抽水口6、潜水泵7、负压罐8、负压传感器9、环形安装箱排水口10、主控板11和供电设备12、双向角度传感器13、环形管道15。抽水口6共四个，均匀布置在环形安装箱底面14外边缘，与桶形基础的出水口4对齐，抽水口6与出水口4用管道密闭连接，每个抽水口处设有流量计及电磁阀；四个抽水口6与环形管道15相连，环形管道15和负压罐8相连，负压罐8通过抽水管路19与潜水泵7连接，潜水泵7另一侧连接环形安装箱排水口10；环形安装箱底面14靠近中轴底板安装4个与抽水孔共线的双向角度传感器13；环形安装箱5内设置一主控板11，将桶形基础1内负压传感器9、双向角度传感器13作为输入信号，潜水泵7和抽水口6的电磁阀作为输出端；主控板11配有声学数据传输设备16，用于与安装船数据和命令的传输；环形安装箱内安装供电设备12。
桶盖2顶部与环形安装箱5用螺栓17连接，环形安装箱与吸力锚的直径相同，环形安装箱5顶部边缘设置两个吊耳18。
本发明是通过环形安装箱底面14上的双向角度传感器13测量在吸力贯入过程中桶形基础5的倾斜情况，若有倾斜发生，双向角度测量器13向主控板11传递信号，主控板11通过控制抽水口6电磁阀的开闭，使得桶形基础5倾斜一侧的抽水口电磁阀关闭，另一侧的抽水口电磁阀向桶形基础施加脉冲吸力，直至调平。
本发明所采用的施工流程如下：
1)环形安装箱与桶形基础之间安装密封垫圈；
2)环形安装箱与桶形基础对正并用螺栓连接；
3)桶形基础吊装至安装位置并达到初始贯入深度；
4)开始吸力贯入和多腔脉冲自动调平控制；
5)桶形基础达到安装深度，拆除回收环形安装箱。
该装置的控制示意图可以如图6所示，整个安装控制过程可以由单片机来完成，开发的程序允许用户针对特定的工况进行参数调整或二次开发，用于采集实时数据，进行存储与实时传输，并对机械设备进行控制。

Claims (6)

1.海上风机桶形基础多腔脉冲式调平装置，其特征在于，该装置包括海上风机桶形基础(1)、环形安装箱(5)和风机塔筒(20)；所述的桶形基础(1)顶部设有桶盖(2)，内部设置有十字形隔板(3)将桶形基础内部均匀分隔成四个独立空间，在桶盖(2)边缘相应于每个独立空间各设有一个出水口(4)，环形安装箱(5)紧密设置于桶盖(2)上方，风机塔筒(20)位于环形安装箱的中心，在环形安装箱内设置有环形管道(15)、潜水泵(7)、负压罐(8)、主控板(11)及供电设备(12)，在环形安装箱底面(14)相对于桶盖上的四个出水口(4)各开有一个抽水口(6)，抽水口(6)与出水口(4)管道连通并设有流量计和电磁阀，且各抽水口(6)、负压罐(8)均与环形管道(15)连通，负压罐(8)与潜水泵(7)通过抽水管路(19)相连，潜水泵(7)另一端连接环形安装箱顶部开设的排水口(10)，在环形安装箱底面(14)沿内环边缘均匀设置有四只双向角度传感器(13)，负压罐(8)上安装有负压传感器(9)，负压传感器(9)与双向角度传感器(13)与主控板(11)相连，主控板(11)连接潜水泵(7)及各抽水口(6)的电磁阀，供电设备(12)给各需电部件供电。
2.根据权利要求1所述的海上风机桶形基础多腔脉冲式调平装置，其特征在于，所述的四个出水口(4)分别设置在桶盖(2)外缘并正好位于十字形隔板(3)的四条角平分线上。
3.根据权利要求1所述的海上风机桶形基础多腔脉冲式调平装置，其特征在于，所述的环形安装箱(5)外径与桶形基础(1)直径相同，两者之间采用螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的海上风机桶形基础多腔脉冲式调平装置，其特征在于，在环形安装箱(5)顶部边缘固定有两个对称的吊耳(18)。
5.一种应用如权利要求1所述的装置进行海上风机桶形基础多腔脉冲式调平的方法，其特征在于，双向角度传感器将检测信号传递至主控板，当检测到桶形基础发生倾斜，主控板通过控制桶形基础倾斜侧抽水口相应电磁阀关闭，并控制对侧抽水口电磁阀不断重复开关，持续施加脉冲式吸力直至桶形基础调平。
6.根据权利要求5所述的海上风机桶形基础多腔脉冲式调平的方法，其特征在于，所述的脉冲式吸力是指大小随时间周期性变化的吸力，其吸力最大值介于API规范所给出的需求吸力和容许吸力之间，周期为1-4秒。
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