本發(fā)明涉及海洋風機桶形基礎(chǔ)的調(diào)平設(shè)備與方法，特別涉及一種用于海上風機桶形基礎(chǔ)的多腔脈沖式調(diào)平裝置和方法。

背景技術(shù)：

我國具有豐富的7.5億千瓦海上風能資源。到2030年，我國爭取總發(fā)電量18億千瓦，其中風力發(fā)電發(fā)電量4億千瓦，占總發(fā)電量近四成。海上風機基礎(chǔ)的安裝和承載是如今制約海上風電發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。

用于海上風機的桶形基礎(chǔ)是一種大型圓柱薄壁鋼制結(jié)構(gòu)，其長徑比在0.5-1.0，底端敞開、上端封閉并設(shè)有抽水口，具有定位精確、費用經(jīng)濟、方便施工、可重復利用等特點，此外這種寬淺式基礎(chǔ)類型對于由風荷載產(chǎn)生的傾覆力矩適應(yīng)性良好，是一種可以作為海上風機基礎(chǔ)的新型基礎(chǔ)。

海上風機為高聳結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)的傾斜度對上部結(jié)構(gòu)有著重要的影響，相關(guān)規(guī)范要求傾斜角度不超過0.5度。由于地層的不均勻性和施工過程的不確定性，桶形基礎(chǔ)在安裝過程很可能會發(fā)生傾斜，傾斜不僅會增加桶形基礎(chǔ)的貫入阻力，而且會使風機發(fā)生傾斜，嚴重時風機無法正常工作或直接報廢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種海上風機桶形基礎(chǔ)多腔脈沖式調(diào)平裝置及方法。該裝置的設(shè)計緊密結(jié)合用于海上風電桶形基礎(chǔ)的特點，不僅能實時檢測桶形基礎(chǔ)傾斜程度，實現(xiàn)桶形基礎(chǔ)自動精準調(diào)平，而且具有能夠回收多次使用且結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝等優(yōu)點。本發(fā)明的調(diào)平方法主要基于脈沖式吸力實現(xiàn)，通過周期性的施加短暫吸力使得桶形基礎(chǔ)沉貫，加上控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)達到調(diào)平的目的。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

海上風機桶形基礎(chǔ)多腔脈沖式調(diào)平裝置，包括海上風機桶形基礎(chǔ)、環(huán)形安裝箱和風機塔筒；所述的桶形基礎(chǔ)頂部設(shè)有桶蓋，內(nèi)部設(shè)置有十字形隔板,十字形隔板上部與桶蓋焊接，四周與桶內(nèi)壁焊接，將桶形基礎(chǔ)內(nèi)部均勻分隔成四個獨立空間，當基礎(chǔ)接觸海床地面時即可形成四個封閉的空間，有利于脈沖式吸力發(fā)揮作用。

在桶蓋邊緣相應(yīng)于每個獨立空間各設(shè)有一個出水口，環(huán)形安裝箱緊密設(shè)置于桶蓋上方，風機塔筒位于環(huán)形安裝箱的中心，在環(huán)形安裝箱內(nèi)設(shè)置有環(huán)形管道、潛水泵、負壓罐、主控板及供電設(shè)備，在環(huán)形安裝箱底面相對于桶蓋上的四個出水口各開有一個抽水口，抽水口與出水口管道連通并設(shè)有流量計和電磁閥，且各抽水口、負壓罐均與環(huán)形管道連通，負壓罐與潛水泵通過抽水管路相連，潛水泵另一端連接環(huán)形安裝箱頂部開設(shè)的排水口，在環(huán)形安裝箱底面沿內(nèi)環(huán)邊緣均勻設(shè)置有四只雙向角度傳感器，負壓罐上安裝有負壓傳感器，負壓傳感器與雙向角度傳感器與主控板相連，主控板連接潛水泵及各抽水口的電磁閥，供電設(shè)備給各需電部件供電。

所述的四個出水口分別設(shè)置在桶蓋外緣并正好位于十字形隔板的四條角平分線上，這樣設(shè)置可使得脈沖吸力所產(chǎn)生的彎矩最大，因而調(diào)平效果最好。

所述的風機塔筒長徑比為0.5-1之間。

所述的環(huán)形安裝箱外徑與桶形基礎(chǔ)直徑相同，兩者之間采用螺栓連接，通過設(shè)置環(huán)形安裝箱，既對風機桶形基礎(chǔ)有良好的適應(yīng)性，又提高了空間利用率，降低成本。

在環(huán)形安裝箱頂部邊緣固定有兩個對稱的吊耳。

一種應(yīng)用上述裝置進行海上風機桶形基礎(chǔ)多腔脈沖式調(diào)平的方法，雙向角度傳感器不斷將檢測信號傳遞至主控板，當檢測到桶形基礎(chǔ)發(fā)生傾斜，主控板通過控制桶形基礎(chǔ)傾斜側(cè)抽水口相應(yīng)電磁閥關(guān)閉，并控制對側(cè)抽水口電磁閥不斷重復開關(guān)，持續(xù)施加脈沖式吸力直至桶形基礎(chǔ)調(diào)平。

所述的脈沖式吸力是指大小隨時間周期性變化的吸力，其吸力最大值介于api規(guī)范所給出的需求吸力和容許吸力之間，周期為1-4秒。

桶形基礎(chǔ)內(nèi)負壓傳感器、雙向角度傳感器作為輸入信號，負壓泵和電磁閥門作為輸出端；主控板上還可配有聲學數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于與安裝船數(shù)據(jù)和命令的傳輸。環(huán)形安裝箱的重心可以通過內(nèi)部組件的布置調(diào)整到其對稱軸處。

在現(xiàn)場施工時，首先在安裝船上機械連接環(huán)形安裝箱以及桶形基礎(chǔ)，然后吊裝兩者使其平穩(wěn)置于海床上開始安裝。通過潛水泵向外抽水使負壓罐充滿負壓，然后打開主控板控制管道口通過4個抽水口施加負壓，并通過流量計實時監(jiān)測各個抽水口的水流量。期間通過負壓傳感器傳來的數(shù)據(jù)實時監(jiān)測負壓罐內(nèi)以及桶形基礎(chǔ)內(nèi)的負壓變化以及桶形基礎(chǔ)的垂直度，若發(fā)生傾斜，雙向角度傳感器將信號傳遞給主控板，主控板通過控制桶形基礎(chǔ)傾斜側(cè)抽水閥門關(guān)閉，而對側(cè)閥門持續(xù)施加脈沖式吸力直至桶形基礎(chǔ)調(diào)平。待桶形基礎(chǔ)安裝到預(yù)定深度以后，封閉抽水口，并斷開環(huán)形安裝箱與桶形基礎(chǔ)的機械連接，回收安裝箱，完成全部安裝工作。

本發(fā)明提出的海上風機桶形基礎(chǔ)調(diào)平多腔脈沖貫入裝置及方法，與現(xiàn)有的傳統(tǒng)調(diào)平方法相比，主要具有以下優(yōu)點：

1、緊密結(jié)合海上風機桶形基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)特點設(shè)計環(huán)形安裝箱，對海上風機基礎(chǔ)具有良好的適應(yīng)性。2、該設(shè)備構(gòu)造更加簡單，無需增加額外設(shè)備且可以循環(huán)使用。3、沉貫設(shè)備配置的測量傳感器允許在安裝過程中實時監(jiān)測桶體的傾斜情況，從而控制是否施加脈沖式吸力達到調(diào)平的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的調(diào)平裝置的主視圖；

圖2是本發(fā)明的調(diào)平裝置的俯視圖；

圖3是圖1中a-a剖視圖；

圖4是圖1中b-b剖視圖；

圖5是桶形基礎(chǔ)俯視圖；

圖6系統(tǒng)控制示意圖。

圖中：

1.桶形基礎(chǔ)

2.桶蓋

3.十字形隔板

4.桶形基礎(chǔ)出水口

5.環(huán)形安裝箱

6.抽水口、流量計及電磁閥門

7.潛水泵

8.負壓罐

9.負壓傳感器

10.環(huán)形安裝箱排水口

11.主控板(單片機等)

12.供電設(shè)備

13.雙向角度傳感器

14.環(huán)形安裝箱底面

15.環(huán)形管道

16.數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備

17.螺栓

18.吊耳

19.抽水管路

20.風機塔筒。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和施工過程對本發(fā)明做進一步說明。

本發(fā)明的海上風機桶形基礎(chǔ)多腔脈沖式調(diào)平裝置，包括海上風機桶形基礎(chǔ)1、環(huán)形安裝箱5和風機塔筒20；桶形基礎(chǔ)1頂部設(shè)桶蓋2，內(nèi)設(shè)十字形隔板3；十字形隔板3上部與桶蓋2焊接，四周與桶內(nèi)壁焊接，長度等于桶形基礎(chǔ)1內(nèi)徑長，形成了相互隔開的四個空間；在桶蓋2外邊緣上位于十字形隔板3的角平分線處設(shè)置四個出水口4。

環(huán)形安裝箱5內(nèi)設(shè)有抽水口6、潛水泵7、負壓罐8、負壓傳感器9、環(huán)形安裝箱排水口10、主控板11和供電設(shè)備12、雙向角度傳感器13、環(huán)形管道15。抽水口6共四個，均勻布置在環(huán)形安裝箱底面14外邊緣，與桶形基礎(chǔ)的出水口4對齊，抽水口6與出水口4用管道密閉連接，每個抽水口處設(shè)有流量計及電磁閥；四個抽水口6與環(huán)形管道15相連，環(huán)形管道15和負壓罐8相連，負壓罐8通過抽水管路19與潛水泵7連接，潛水泵7另一側(cè)連接環(huán)形安裝箱排水口10；環(huán)形安裝箱底面14靠近中軸底板安裝4個與抽水孔共線的雙向角度傳感器13；環(huán)形安裝箱5內(nèi)設(shè)置一主控板11，將桶形基礎(chǔ)1內(nèi)負壓傳感器9、雙向角度傳感器13作為輸入信號，潛水泵7和抽水口6的電磁閥作為輸出端；主控板11配有聲學數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備16，用于與安裝船數(shù)據(jù)和命令的傳輸；環(huán)形安裝箱內(nèi)安裝供電設(shè)備12。

桶蓋2頂部與環(huán)形安裝箱5用螺栓17連接，環(huán)形安裝箱與吸力錨的直徑相同，環(huán)形安裝箱5頂部邊緣設(shè)置兩個吊耳18。

本發(fā)明是通過環(huán)形安裝箱底面14上的雙向角度傳感器13測量在吸力貫入過程中桶形基礎(chǔ)5的傾斜情況，若有傾斜發(fā)生，雙向角度測量器13向主控板11傳遞信號，主控板11通過控制抽水口6電磁閥的開閉，使得桶形基礎(chǔ)5傾斜一側(cè)的抽水口電磁閥關(guān)閉，另一側(cè)的抽水口電磁閥向桶形基礎(chǔ)施加脈沖吸力，直至調(diào)平。

本發(fā)明所采用的施工流程如下：

1)環(huán)形安裝箱與桶形基礎(chǔ)之間安裝密封墊圈；

2)環(huán)形安裝箱與桶形基礎(chǔ)對正并用螺栓連接；

3)桶形基礎(chǔ)吊裝至安裝位置并達到初始貫入深度；

4)開始吸力貫入和多腔脈沖自動調(diào)平控制；

5)桶形基礎(chǔ)達到安裝深度，拆除回收環(huán)形安裝箱。

該裝置的控制示意圖可以如圖6所示，整個安裝控制過程可以由單片機來完成，開發(fā)的程序允許用戶針對特定的工況進行參數(shù)調(diào)整或二次開發(fā)，用于采集實時數(shù)據(jù)，進行存儲與實時傳輸，并對機械設(shè)備進行控制。