CN110080950B - 一种海上风电桩基及其稳定性监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海上风电桩基及其稳定性监测方法，所述海上风电桩基包括桩基主体和至少一固定在桩基主体上的冲坑监测装置，所述冲坑监测装置包括一监测主体、控制监测主体向海床运动的升降件和位移测量组件，所述升降件用于驱动监测主体向海床运动，所述位移测量组件检测监测主体的运动位移；所述海上风电桩基的稳定性监测方法是通过监测主体的初始位置和终止位置计算所测海上风电桩基旁的冲坑深度。与现有技术相比，本发明提供的海上风电桩基利用偏航装置，无论在往复流还是不定向流中都可以实现稳定性监测，同时利用滚动轴承实现冲坑监测装置的旋转；结构简单，操作方便，实现精准防冲。

Description

一种海上风电桩基及其稳定性监测方法

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种海上风电桩基及其稳定性监测方法。

背景技术

随着国内对能源需求的持续增长，石油等不可再生资源面临着日益枯竭的趋势，可再生能源越来越受到人们的关注和重视。作为一种新型无污染清洁产业，海上风电场在我国已开始建立，海上风电技术已开始得到广泛运用。同样储量丰富、分布广泛的潮流能也受到各国的青睐，极具开发前景和商业价值，我国的海上风力机装机容量也逐年增长。由于两者发电装置所处环境均为海洋，将海上风电与潮流能发电装置联合发电，可以有效地利用有限空间资源，降低发电成本，提高综合发电能力。

发电装置一般采用大型叶片式结构，由于海水冲刷会在发电桩的周围形成冲坑，当冲坑过大或者过深的时候，会造成发电桩的倾斜，甚至是倒塌。海上风电桩基是支撑整个海上风力机的关键所在，造价约为在整个海上风力发电装置的14％左右。而海上风力发电机发生的事故多为风电桩基础不稳造成的。

据了解，海上风电机基础由于波浪和潮流的作用，基础周围的泥沙将会发生冲刷并形成冲坑，冲刷坑将会对桩基基础的稳定性产生影响。在海床表面附近夹杂着泥沙的水流不断冲刷着桩基基础，腐蚀破坏桩基基础表面，严重时会造成海上风力机机组的坍塌。故应当定时对基础周围的冲坑数据进行测量，常规的水下人工测量费时费力，不利于快速确定冲坑深度。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种海上风电桩基，结构简单，易操作，可实现360°、全天实时监测冲坑深度，为避免冲坑带来的危害进行有效防范。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种海上风电桩基，包括桩基主体和至少一固定在桩基主体上的冲坑监测装置，所述冲坑监测装置包括一监测主体、控制监测主体向海床运动的升降件和位移测量组件，所述升降件用于驱动监测主体向海床运动，所述位移测量组件检测监测主体的运动位移。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述冲坑监测装置还包括一套筒，所述监测主体在套筒内做升降运动。

所述监测主体上依次连接有缓冲支架和压片，所述压片用于缓解监测冲坑深度时监测主体对海床的冲击。

所述套筒底面设有一可防止海水进入套筒内的密封环，所述缓冲支架贯穿该密封环，所述监测主体在套筒内运动，所述压片在套筒外运动。

所述位移测量组件包括装于监测主体的光感元件b和装于套筒内壁的若干光感元件a，通过记录光感元件b初始位置和终止位置对应的光感元件a之间的位移确定冲坑深度。

所述桩基主体通过一支撑装置将冲坑监测装置连接在桩基主体上。

所述支撑装置包括一套管和将该套管抵接在海床上的支架，所述套管套接于桩基主体外壁。

所述海上风电桩基还包括一偏航装置，所述偏航装置固定在支撑装置上。

所述支撑装置的套管与桩基主体外壁之间设有凸孔，所述偏航装置和设于凸孔内的滚珠轴承配合实现冲坑监测装置在桩基主体外壁转动。

所述冲坑监测装置通过滚珠轴承以桩基主体中轴线为圆心进行360°转动。

所述冲坑监测装置通过一伸缩装置连接于支撑装置上。

所述桩基主体内设有数据处理模块，所述数据处理模块包括与位移测量组件电连接的发射组件和接收组件，所述接收组件用于通过线路管道传输的来自于光感元件a和光感元件b的位置数据，所述发射组件用于发射接收的位置数据至数据处理服务器。

本发明的另一目的是提供一种海上风电桩基的稳定性监测方法，包括如下步骤：

步骤a)安装海上风电桩基后，驱动升降件控制监测主体向海床底部运动，通过位移测量组件记录监测主体位于海床底部的初始位置平均值；

步骤b)需探测海上风电桩基周围的冲坑数据时，驱动升降件控制监测主体向海床运动至海床底部，确定其终止位置；

步骤c)通过监测主体的初始位置和终止位置计算所测海上风电桩基旁的冲坑深度。

与现有技术相比，本发明提供的海上风电桩基有如下优点：

(1)通过位移测量组件测得监测主体的升降位移变化，从而获得冲坑的深度数据；

(2)偏航装置为冲坑监测装置提供旋转动力，使冲坑监测装置可以面对来流方向，多方向监测冲深，无论是多向来流，或是潮汐的往复流，由于偏航装置的带动，可360°实现对桩基的冲坑深度的精准测量，从而实现海上风电桩基的稳定性实时监测；

(3)伸缩装置用来控制监测主体距海上风电桩基主体的距离，可任意调节海上风电桩基稳定度的监测范围。

综上，本发明提供的海上风电桩基利用偏航装置，无论在往复流还是不定向流中都可以实现稳定性监测，同时利用滚动轴承实现冲坑监测装置的旋转；结构简单，操作方便，实现精准防冲。

附图说明

图1为本发明提供的海上风电桩基立体图；

图2为本发明提供的海上风电桩基侧视图；

图3为本发明提供的海上风电桩基俯视图；

图4为本发明提供的冲坑监测装置爆炸图；

图5为本发明提供的冲坑监测装置工作原理图；

其中，1、桩基主体；10、密封环；11、监测主体；12、压片；13、升降件；14、缓冲支架；15a、光感元件a；15b、光感元件b；2、支撑装置；20、冲坑监测装置；21、位移测量组件；3、偏航装置；4、伸缩装置；5、套筒；6、螺栓；7、管道；8、线路管道；9、滚珠轴承。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1～图5所示，本实施例的海上风电桩基，包括桩基主体1和至少一固定在桩基主体1上的冲坑监测装置20，所述冲坑监测装置20包括一监测主体11(本实施例中选用铁块)、控制监测主体11向海床运动的升降件13和位移测量组件21，所述升降件13用于驱动监测主体11向海床运动，所述位移测量组件21检测监测主体11的运动位移。

本实施例中，冲坑监测装置20还包括一套筒5，所述监测主体11在套筒5内做升降运动。

本实施例中，监测主体11上依次连接有缓冲支架14和压片12，所述压片12用于缓解监测冲坑深度时监测主体11对海床的冲击；在监测主体11上安装压片12以使冲坑监测装置20与海床接触，压片12相较于监测主体11，可增大海床的受力面积也可以减轻冲坑监测装置20对海床的影响，另外，缓冲支架14为空心，可减轻冲坑监测装置20对海床的影响。

本实施例中，套筒5底面设有一密封环10，所述缓冲支架14贯穿该密封环10，所述监测主体11在套筒5内运动，所述压片12在套筒5外运动。

本实施例中，位移测量组件21包括装于监测主体11的光感元件b15b和装于套筒5内壁的若干光感元件a15a，通过记录光感元件b15b初始位置和终止位置所对应的光感元件a15a之间的位移确定冲坑深度。

本实施例中，桩基主体1通过一支撑装置2将冲坑监测装置20连接在桩基主体1上。

本实施例中，支撑装置2包括一套管和将该套管抵接在海床上的支架，所述套管套接于桩基主体1外壁；本实施例中，套管通过螺栓6锁紧在桩基主体1外壁。

本实施例中，海上风电桩基还包括一偏航装置3，所述偏航装置3固定在支撑装置2上。

本实施例中，支撑装置2的套管与桩基主体1外壁之间设有凸孔，所述偏航装置3和设于凸孔内的滚珠轴承9配合实现冲坑监测装置20在桩基主体1外壁转动。

本实施例中，冲坑监测装置20通过滚珠轴承9以桩基主体1中轴线为圆心进行360°转动。

本实施例中，冲坑监测装置20通过一伸缩装置4连接于支撑装置2上。

本实施例中，桩基主体1内设有数据处理模块，所述数据处理模块包括与位移测量组件电连接的发射组件和接收组件，所述接收组件用于通过线路管道8传输的来自于光感元件a15a和光感元件b15b的位置数据，所述发射组件用于发射接收的位置数据至数据处理服务器。

本实施例中，提供了海上风电桩基的稳定性监测方法，包括如下步骤：

步骤a)安装海上风电桩基后，升降件13控制监测主体11向海床底部运动，通过位移测量组件21记录监测主体11位于海床底部的初始位置平均值；

步骤b)经过海水一段时间的冲刷，海床底部出现冲坑，需探测海上风电桩基周围的冲坑数据时，驱动伸缩装置4或升降件13控制监测主体11向目标位置的海床底部运动，记录监测主体11的终止位置；

步骤c)通过监测主体11的初始位置和终止位置计算所测海上风电桩基旁的冲坑深度。

值得一提的是，偏航装置3用于控制监测主体11绕桩基主体1旋转的伸缩方向，可测量各多向来流或潮汐往复流冲刷出的冲坑的深度，有效监测风电桩基在海床上的稳定性。

首先，在安装本发明前，用声呐或者其他技术探明桩基周边海床的地理特性(主要为海床表面形状及沟壑的大概深度)。

本实施例中，冲坑监测装置20安装完成之后，通过伸缩装置4(本实施例使用液压伸缩杆)控制冲坑监测装置20与桩基主体1的距离，通过偏航装置3控制冲坑监测装置20的转向。液压伸缩杆以及光电位置感应器的线路通过管道8输送到数据处理模块。

本实施例中，升降件13为安装在套筒5内的电机和钢绳，钢绳一端固定于监测主体11顶面，初装海上风电桩基和监测桩基旁冲坑深度时，通过电机转动下放钢绳，钢绳带动监测主体11在套筒5内缓慢升降，当冲坑监测装置20稳定于海床上时，通过光感元件b15b停留时对应位置的光感元件a15a反馈到数据处理模块中即可得出下降的距离，通过两者计算便可得出冲坑深度；钢绳在管道7内运动，在管道7的拐角以及出口处设置有滑轮，减少钢绳对管道7的影响。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种海上风电桩基，其特征在于，包括桩基主体(1)和至少一固定在桩基主体(1)上的冲坑监测装置(20)，所述冲坑监测装置(20)包括一监测主体(11)、控制监测主体(11)向海床运动的升降件(13)和位移测量组件(21)，所述升降件(13)用于驱动监测主体(11)向海床运动，所述位移测量组件(21)检测监测主体(11)的运动位移；所述海上风电桩基还包括一偏航装置(3)，所述偏航装置(3)固定在支撑装置(2)上，所述支撑装置(2)的套管与桩基主体(1)外壁之间设置的滚珠轴承(9)配合实现冲坑监测装置(20)在桩基主体(1)外壁转动，所述冲坑监测装置(20)通过滚珠轴承(9)以桩基主体(1)中轴线为圆心进行360°转动。

2.根据权利要求1所述的海上风电桩基，其特征在于，所述冲坑监测装置(20)还包括一套筒(5)，所述监测主体(11)在套筒(5)内做升降运动。

3.根据权利要求2所述的海上风电桩基，其特征在于，所述监测主体(11)上依次连接有缓冲支架(14)和压片(12)，所述压片(12)用于缓解监测冲坑深度时监测主体(11)对海床的冲击。

4.根据权利要求3所述的海上风电桩基，其特征在于，所述套筒(5)底面设有一密封环(10)，所述缓冲支架(14)贯穿该密封环(10)，所述监测主体(11)在套筒(5)内运动，所述压片(12)在套筒(5)外运动。

5.根据权利要求4所述的海上风电桩基，其特征在于，所述位移测量组件(21)包括装于监测主体(11)的光感元件b(15b)和装于套筒(5)内壁的若干光感元件a(15a)，通过记录光感元件b(15b)初始位置和终止位置所对应的光感元件a(15a)之间的位移确定冲坑深度。

6.根据权利要求1所述的海上风电桩基，其特征在于，所述桩基主体(1)通过一支撑装置(2)将冲坑监测装置(20)连接在桩基主体(1)上。

7.根据权利要求6所述的海上风电桩基，其特征在于，所述支撑装置(2)包括一套管和将该套管抵接在海床上的支架，所述套管套接于桩基主体(1)外壁。

8.根据权利要求1所述的海上风电桩基，其特征在于，所述支撑装置(2)的套管与桩基主体(1)外壁之间设有凸孔，所述偏航装置(3)和设于凸孔内的滚珠轴承(9)配合实现冲坑监测装置(20)在桩基主体(1)外壁转动。

9.根据权利要求6所述的海上风电桩基，其特征在于，所述冲坑监测装置(20)通过一伸缩装置(4)连接于支撑装置(2)上。

10.根据权利要求5所述的海上风电桩基，其特征在于，所述桩基主体(1)内设有数据处理模块，所述数据处理模块包括与位移测量组件(21)电连接的发射组件和接收组件，所述接收组件用于通过线路管道(8)传输的来自于光感元件a(15a)和光感元件b(15b)的位置数据，所述发射组件用于发射接收的位置数据至数据处理服务器。

11.一种根据权利要求1～10任一所述的海上风电桩基的稳定性监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a)安装海上风电桩基后，驱动升降件(13)控制监测主体(11)向海床底部运动，通过位移测量组件(21)记录监测主体(11)位于海床底部的初始位置平均值；

步骤b)需探测海上风电桩基周围的冲坑数据时，驱动升降件(13)控制监测主体(11)向海床运动至海床底部，确定其终止位置；

步骤c)通过监测主体(11)的初始位置和终止位置计算所测海上风电桩基旁的冲坑深度。

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