一种海上测风塔基础、海上测风平台及其使用方法.pdf

本发明公开了提供了一种海上测风塔基础，包括管桩和多个支腿，所述支腿的第一端均固定连接在所述管桩上，所述支腿的第二端均连接有立柱，相邻所述支腿之间设有浮箱，所述支腿、浮箱、立柱均为空心结构，且所述支腿、浮箱、立柱中的一个或多个设置有进排水装置和进气装置。本发明具有稳固性好、可重复使用，施工难度小、施工成本低、安装周期短、安装效率高的优点。本发明还提供了一种海上测风平台及其使用方法。

1.  一种海上测风塔基础，其特征在于：包括管桩(13)和多个支腿(12)，所述支腿(12)的第一端均固定连接在所述管桩(13)上，所述支腿(12)的第二端均连接有立柱(2)，相邻所述支腿(12)之间设有浮箱(3)，所述支腿(12)、浮箱(3)、立柱(2)均为空心结构，且所述支腿(12)、浮箱(3)、立柱(2)中的一个或多个设置有进排水装置和进气装置。

2.  根据权利要求1所述的海上测风塔基础，其特征在于：所述浮箱(3)、支腿(12)、立柱(2)均为相对独立的密封舱结构，所述浮箱(3)上设有第一水阀(31)和第一气阀(32)，所述支腿(12)上设有第二水阀(121)和第二气阀(122)。

3.  根据权利要求1或2所述的海上测风塔基础，其特征在于：所述管桩(13)上端连接有支承台(14)，所述支承台(14)上安装有倾角传感器(11)。

4.  根据权利要求3所述的海上测风塔基础，其特征在于：所述支腿(12)的数量为三个，以管桩(13)为中心等角度分布，且其第一端均通过第一法兰固定连接于所述管桩(13)上，其第二端均通过第二法兰与所述立柱(2)相连。

5.  根据权利要求3所述的海上测风塔基础，其特征在于：所述立柱(2)上装设有振动器(21)。

6.  一种海上测风平台，包括测风塔基础和测风塔架，其特征在于：所述测风塔基础为权利要求1-5任一项所述的测风塔基础，所述测风塔架安装在所述测风塔基础的支承台(14)上。

7.  一种权利要求6所述的海上测风平台的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：预先组装好海上测风平台；
S2：将海上测风平台拖航至预定测风点；
S3：在浮箱(3)和支腿(12)中注水，使海上测风塔基础下沉，立柱(2)插入海床。

8.  根据权利要求7所述的海上测风平台的使用方法，其特征在于：在步骤S3中，当海上测风塔基础下沉至预定临界状态时，检测海上测风塔基础下沉过程中的倾斜角度，控制各浮箱(3)和/或各支腿(12)的注水速度，使海上测风塔基础整体水平下沉。

9.  根据权利要求8所述的海上测风平台的使用方法，其特征在于：在步骤S3后还包括以下步骤：
S4：在海上测风塔基础上增加配重，和/或，在立柱(2)上增加振动，直至立柱(2)完全插入海床。

10.  根据权利要求7-9任一项所述的海上测风平台的使用方法，其特征在于：还包括以下步骤：
S5：完成测风后，在浮箱(3)和支腿(12)中注入气体，将浮箱(3)和支腿(12)中的水排出，使海上测风塔基础上浮；
S6：将海上测风平台拖航至下一预定地点。

11.  根据权利要求10所述的海上测风平台的使用方法，其特征在于：在步骤S5中，当海上测风塔基础上浮至预定临界状态时，检测海上测风塔基础上浮过程中的倾斜角度，控制各浮箱(3)和/或各支腿(12)的注气速度，使海上测风塔基础整体水平上浮。

一种海上测风塔基础、海上测风平台及其使用方法
技术领域
本发明涉及海上测风技术，具体涉及一种海上测风塔基础、海上测风平台及其使用方法。
背景技术
在以石油为主要能源的经济推动下，石油的日益紧缺早已引起了人们的担忧，探索和开发新型能源并加以利用成为当今世界各国相继发展的目标。其中风能作为一种清洁的可再生能源已经引起了各国研发人员的广泛关注，而风能利用最典型的一个方式就是风力发电，利用风能发电的技术方案已经在各国不断的研究发展。现如今各国在陆地上开发的风能已经全面开展，但由于陆地风能资源的有限性，继而将目光投向了海洋，甚至向深海发展。由于在开阔地建造风力发电装置能达到较好的发电效果，因此，海上独有的风向稳定性、海风粗糙度较小、风湍流强度小及风速较大，并且不需要占用陆地上的土地资源，使在海上建造风力发电装置已成为各国风力发电的主要研究方面之一。
在海上建造风力发电场前，需要在拟建风电场的海域建设海上测风塔，以达到实测风资源数据及相关气象资料，从而确定该海域是否适合建设海上风电场。同时，在海上建造的风力发电装置在运行过程中，也需要测风塔的各种数据。海上测风塔作为海上风电场建设前期所需搜集风能资源和风质量的关键测风设备，对测风塔的使用和安装都提出了一定要求。
目前，海上测风塔的基础结构一般采用的是桩基础或重力式基础，其中桩基础包括钻孔灌注桩基础、预制混凝土桩基础、钢管桩基础，而这三种桩基础领域中应用较多的是钢管桩基础，常见的有单立柱钢管桩和多立柱钢管桩，包括钢管立柱、钢结构承台及钢爬梯等。塔架基础采用多桩基础结构，其安装方 法一般都是通过施工船舶进行安装，施工工艺难度及施工费用都相对较高，施工效率低。正因如此，开发一种新型的海上测风塔基础，解决施工难度大，降低施工成本，缩短安装周期，提高安装效率，成为本领域的技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种稳固性好、可重复使用，施工难度小、施工成本低、安装周期短、安装效率高的海上测风塔基础、海上测风平台及其使用方法。
本发明的第一方面，提供了一种海上测风塔基础，包括管桩和多个支腿，所述支腿的第一端均固定连接在所述管桩上，所述支腿的第二端均连接有立柱，相邻所述支腿之间设有浮箱，所述支腿、浮箱、立柱均为空心结构，且所述支腿、浮箱、立柱中的一个或多个设置有进排水装置和进气装置。
进一步地，所述浮箱、支腿、立柱均为相对独立的密封舱结构，所述浮箱上设有第一水阀和第一气阀，所述支腿上设有第二水阀和第二气阀。
进一步地，所述立柱上装设有振动器。
进一步地，所述支腿的数量为三个，以管桩为中心等角度分布，且其第一端均通过第一法兰固定连接于所述管桩上，其第二端均通过第二法兰与所述立柱相连。
进一步地，所述管桩上端连接有支承台，所述支承台上安装有倾角传感器。
本发明的第二方面，提供了一种海上测风平台，包括测风塔基础和测风塔架，所述测风塔基础为上述任一项所述的测风塔基础，所述测风塔架安装在所述测风塔基础的支承台上。
本发明的第三方面，还提供了一种海上测风平台的安装方法，所述海上测风平台为上述的海上测风平台，所述安装方法包括以下步骤：
S1：预先组装好海上测风平台；
S2：将海上测风平台拖航至预定测风点；
S3：在浮箱和支腿中注水，使海上测风塔基础下沉，立柱插入海床。
进一步地，在步骤S3中，当海上测风塔基础下沉至预定临界状态时，检测海上测风塔基础下沉过程中的倾斜角度，控制各浮箱和/或支腿的注水速度，使海上测风塔基础整体水平下沉。
进一步地，在步骤S3后还包括以下步骤：
S4：在海上测风塔基础上增加配重，和/或，在立柱上增加振动，直至立柱完全插入海床。
进一步地，还包括以下步骤：
S5：完成测风后，在浮箱和支腿中注入气体，将浮箱和支腿中的水排出，使海上测风塔基础上浮；
S6：将海上测风平台拖航至下一预定地点。
进一步地，在步骤S5中，当海上测风塔基础上浮至预定临界状态时，检测海上测风塔基础上浮过程中的倾斜角度，控制各浮箱和/或支腿的注气速度，使海上测风塔基础整体水平上浮。
本发明海上测风塔基础采用多支腿和多浮箱的结构，且支腿两端均通过法兰分别与管桩和立柱连接，形成装配式结构，一方面方便本实施例海上测风塔基础的组装和拆卸，另一方面有效加强了海上测风塔基础的结构强度。其次，所有支腿、浮箱和立柱相对管桩的中心等角度分布，该对称式结构用于保障本实施例海上测风塔基础的重心处于中心位置，使其平衡性能更好、更可靠，且更便于控制。再次，支腿、浮箱和立柱均为空心结构，其之间相互独立密封，形成六个独立的密封舱，即三个浮箱形成的主浮舱，三个支腿形成的次浮舱，六个密封舱均可独立控制进排水，保证海上测风塔基础下沉或上浮时具备良好的可控性和稳定性。
本发明的海上测风塔平台可在距离测风点较近的港口码头等陆地上完成组装，无需散件运输至安装地点后再进行安装；安装后利用其自身可悬浮的特点，使用普通的拖轮即可拖航至测风点，无需额外增加其他安装船舶；到达测风点后，通过注水实现海上测风塔基础的下沉，并利用下沉时的惯性冲击力实现立 柱嵌入海床中，防止海上测风塔基础的侧向滑移，提高基础的稳固性；测风作业完成后，向浮箱和支腿中注入气体，将浮箱和支腿中的水排尽后即实现海上测风塔基础的上浮，又可拖航至下一测风点进行测风作业，可重复使用。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的立体结构示意图。
图2为本发明实施例的主视结构示意图。
图3为本发明实施例悬浮于水面时的结构示意图。
图4为本发明实施例插入海床时的结构示意图。
附图标记说明：11、倾角传感器；12、支腿；121、第二水阀；122、第二气阀；13、管桩；14、支承台；2、立柱；21、振动器；3、浮箱；31、第一水阀；32、第一气阀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1和图2所示，本实施例的海上测风塔基础，包括管桩13和三个支腿12，三个支腿12以管桩13为中心等角度分布，支腿12的第一端均通过第一法兰固定连接于管桩13上，支腿12第二端均通过第二法兰连接有立柱2。相邻支腿12之间设有浮箱3，浮箱3通过第三法兰与管桩13连接，支腿12、浮箱3、立柱2均为空心结构，形成相对独立的密封舱，浮箱3上设有第一水阀31和第一气阀32，支腿12上设有第二水阀121和第二气阀122。其中，第一水阀31、第二水阀121为进水和排水公用的阀门，且优选将第一水阀31设于浮箱3 的顶部，第一气阀32设于浮箱3的底部，将第二水阀121设于支腿12的顶部，第二气阀122设于支腿12的底部
本实施例海上测风塔基础采用多支腿12和多浮箱3的结构，且支腿两端均通过法兰分别与管桩13和立柱2连接，浮箱3通过法兰与管桩13连接，形成装配式结构，一方面方便本实施例海上测风塔基础的组装和拆卸，另一方面有效加强了海上测风塔基础的结构强度。
其次，所有支腿12、浮箱3和立柱2相对管桩13的中心等角度分布，即相邻支腿12之间的夹角为120°，该对称式结构用于保障本实施例海上测风塔基础的重心处于中心位置，使其平衡性能更好、更可靠，且更便于控制。
再次，支腿12、浮箱3和立柱2均为空心结构，其之间相互独立密封，形成六个独立的密封舱，即三个浮箱形成的主浮舱，三个支腿形成的次浮舱，六个密封舱均可独立控制进排水，保证海上测风塔基础下沉或上浮时具备良好的可控性和稳定性。
当然，需要说明的是，本技术领域的普通技术人员应当清楚，支腿、浮箱及立柱的数量还可以根据需要进行设置，如两个、四个、五个或其他更多方式，本实施例并不受限于此。另外，在本实施例中，考虑到结构强度等因素，立柱2是独立的密封舱结构，并未设置进排水阀，在海上测风塔基础下沉和上浮过程中不参与进排水，显然，立柱2也可参与进排水，可独立设置水阀和气阀，也可和对应的支腿12连通形成一个大的密封舱，借用支腿12上的水阀和气阀实现进排水，本发明并不受限于此。
本实施例中，管桩13上连接有支承台14，支承台14上安装有倾角传感器11，通过倾角传感器11可实时检测海上测风塔基础在下沉和上浮时的整体水平情况，从而可及时采取措施，如控制各浮箱3或各支腿12的注排水速度，以调节海上测风塔基础始终保持整体水平。
本实施例中，还可在每个立柱2上装设有振动器21。当本实施例的海上测风塔基础下沉，立柱2插入海床后，利用振动器21对立柱2施加振动，直至立柱2完全插入海床，使海上测风塔基础更加牢固和稳定，另外，也可根据海上 测风塔基础的整体水平情况，独立控制某个或某几个振动器21，来调节立柱2插入海床的深度，从而实现对海上测风塔基础的调平，为后续测风设备测量数据的准确性奠定良好的基础；该方法简单实用。
在此基础上，本发明还提供了一种海上测风平台，包括前述的测风塔基础和测风塔架，测风塔架安装在测风塔基础的支承台14上。毫无疑问，本发明的海上测风平台具备前述测风塔基础的所有优点，在此不再赘述。
在此基础上，本发明进一步提供了一种海上测风平台的使用方法，包括以下步骤：
S1：预先在港口码头组装好海上测风塔基础以及测风塔架，并保持各浮箱3和支腿12内的空气，组装完成后，通过海上测风塔基础将海上测风平台悬浮于水面上，此时状态如图3所示；
S2：将海上测风塔基础拖航至预定测风点；
S3：到达预定测风点后，在浮箱3和支腿12中注水，使海上测风塔基础下沉，使立柱2插入海床，当海上测风塔基础下沉至预定临界状态时，通过倾斜传感器11实时检测海上测风塔基础下沉过程中的倾斜角度，若海上测风塔基础向一侧下沉，则降低下沉位置较低侧浮箱和/或支腿的注水速度，或者增加下沉位置较高侧浮箱和/或支腿的注水速度，使海上测风塔基础能始终保持整体水平下沉。当立柱2插入海床后，还可以根据需要在支承台14上安装配重块以增加本实施例海上测风塔基础的重量，和/或，开启立柱2上的振动器21，在立柱2上施加振动，直至立柱2完全插入海床，此时状态如图4所示。
S5：完成测风平台的安装后，即可开启测风设备进行测风，完成测风后，在浮箱3和支腿12中注入气体，将浮箱3和支腿12中的水排出，使海上测风塔基础上浮；同样，在此过程中，可通过倾角传感器11实时检测海上测风塔基础的整体水平状态，并根据检测结果及时调节各浮箱3和/或支腿12的注气速度，使海上测风塔基础能始终保持整体水平上浮；
S6：将海上测风平台拖航至下一预定地点，重复上述操作，即可完成下一预定测风点的测风。
本实施例的海上测风塔平台可在距离测风点较近的港口码头等陆地上完成组装，无需散件运输至安装地点后再进行安装；安装后利用其自身可悬浮的特点，使用普通的拖轮即可拖航至测风点，无需额外增加其他安装船舶；到达测风点后，通过注水实现海上测风塔基础的下沉，并利用下沉时的惯性冲击力实现立柱2嵌入海床中，防止海上测风塔基础的侧向滑移，提高基础的稳固性；测风作业完成后，向浮箱和支腿中注入气体，将浮箱和支腿中的水排尽后即实现本实施例海上测风塔基础的上浮，又可拖航至下一测风点进行测风作业，可重复使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。