一种风机基础下沉过程的姿态馈控系统及姿态馈控方法与流程

本发明涉及风机基础技术领域，具体涉及一种风机基础下沉过程的姿态馈控系统及姿态馈控方法。

背景技术：

海上的风机基础由驳船运输至目的地后，要进行吊装下水，但由于施工工艺和现场环境等各种原因，基础在下沉过程中，不会一直保持平衡，进而可能产生倾斜，如果倾斜角过大、且不及时进行调整，随着下沉深度的增大，调平难度也将增大，严重时，会在下沉过程中引发基础倾覆等工程事故，极大地影响了施工的安全性。

因此，如何提供一种方案，以克服上述缺陷，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种风机基础下沉过程的姿态馈控系统及姿态馈控方法，其中，该姿态馈控系统可以实现风机基础倾斜状况的自行判断和自行调整，能够较大程度地避免风机基础下沉过程中的倾覆等工程事故，进而保障安全性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风机基础下沉过程的姿态馈控系统，包括：

数据采集模块，安装于所述风机基础，用于监测所述风机基础在相垂直的两个基准面内的第一倾斜角α和第二倾斜角β；

计算模块，所述计算模块与所述数据采集模块信号连接，用于接收所述第一倾斜角α和所述第二倾斜角β，并依据下述公式计算所述风机基础的倾斜角θ；

判断模块，与所述计算模块信号连接，用于接收所述倾斜角θ，并判断所述倾斜角θ是否超过第一预设值；

姿态调整模块，与所述判断模块信号连接，用于在所述倾斜角θ超过所述第一预设值时对所述风机基础的姿态进行调整。

采用这种结构，本发明所提供姿态馈控系统可以通过数据采集模块实时监测风机基础的第一倾斜角α和第二倾斜角β，进而计算倾斜角θ，然后可以通过判断模块和姿态调整模块来实现倾斜状况的自行判断和自行调整，能够较大程度地避免风机基础下沉过程中的倾覆等工程事故，进而保障安全性。

可选地，还包括预警模块，所述预警模块与所述判断模块信号连接，所述预警模块用于在所述倾斜角θ超过所述第一预设值时对外发出预警信号。

可选地，所述预警模块包括不同级别的所述预警信号，各级别所述预警信号与所述倾斜角θ的值相对应。

可选地，还包括显示模块，所述显示模块具有显示屏，所述显示屏至少能够显示所述风机基础的姿态调整过程。

可选地，所述风机基础包括四个负压筒，所述数据采集模块包括倾角传感器和位移传感器，所述倾角传感器安装于任一所述负压筒，用于监测所述第一倾斜角α和所述第二倾斜角β，各所述负压筒均设有所述位移传感器，用于监测对应所述负压筒的下沉量；在α≠0、且0.5<β/α<2时，所述姿态调整模块通过调整下沉量最小的三个所述负压筒内的气压来调整所述风机基础的姿态；否则，所述姿态调整模块通过调整下沉量最小的两个所述负压筒内的气压来调整所述风机基础的姿态。

可选地，所述姿态调整模块包括分别与各所述负压筒相连的负压源，所述姿态调整模块通过控制所述负压源的启闭来调整对应所述负压筒内的气压。

可选地，所述姿态调整模块还具有手动模式。

本发明还提供一种风机基础下沉过程的姿态馈控方法，包括：

步骤s1，获取所述风机基础在相垂直的两个基准面内的第一倾斜角α和第二倾斜角β；

步骤s2，通过下述公式计算所述风机基础的倾斜角θ；

步骤s3，比较所述倾斜角θ是否大于第一预设值，若是，执行下述步骤s4；

步骤s4，对所述风机基础的姿态进行调整。

采用这种方案，本发明所提供姿态馈控方法可以实时获取风机基础的第一倾斜角α和第二倾斜角β，进而计算倾斜角θ，然后可以对风机基础的倾斜状况进行自行判断和自行调整，能够较大程度地避免风机基础下沉过程中的倾覆等工程事故，进而保障安全性。

可选地，在所述步骤s3中的判断结果为是时，所述步骤s3之后还包括：步骤s5，发出预警信号。

可选地，所述预警信号分为多个级别，各级别所述预警信号与所述倾斜角θ的值相对应。

可选地，所述风机基础包括四个负压筒，在所述步骤s4之前还包括步骤s6和步骤s7：步骤s6，获取各所述负压筒的下沉量；步骤s7，判断所述第一倾斜角α和所述第二倾斜角β是否满足α≠0、且0.5<β/α<2的条件，若是，执行下述步骤s8，若否，执行下述步骤s9；步骤s8为所述步骤s4的一种方案，具体为调整下沉量最小的三个所述负压筒内的气压；步骤s9为所述步骤s4的另一种方案，具体为调整下沉量最小的两个所述负压筒内的气压。

可选地，各所述负压筒均连接有负压源，所述步骤s8、所述步骤s9具体是通过控制负压源的启闭来调整对应所述负压筒内的气压。

附图说明

图1为本发明所提供风机基础下沉过程的姿态馈控系统的一种具体实施方式的结构简图；

图2为风机基础的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为图2中风机基础在倾斜状态下的结构示意图；

图4为风机基础倾斜的原理图；

图5为本发明所提供风机基础下沉过程中的姿态馈控方法的一种具体实施方式的流程图。

图1-5中的附图标记说明如下：

1风机基础、11负压筒、12上部连接架、2数据采集模块、21倾角传感器、22位移传感器、3计算模块、4判断模块、5姿态调整模块、6预警模块、7显示模块、71显示屏。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

请参考图1-4，图1为本发明所提供风机基础下沉过程的姿态馈控系统的一种具体实施方式的结构简图，图2为风机基础的一种具体实施方式的结构示意图，图3为图2中风机基础在倾斜状态下的结构示意图，图4为风机基础倾斜的原理图。

如图2、图3所示，风机基础1在安装过程中有可能会发生倾斜，具体的倾斜情况可以参照图4：在原始状态下，以风机基础1的某一点构建直角坐标系，其中，x轴和y轴所在面为水平面，z轴的方向为竖直方向，一般而言，z轴方向即表征原始状态下风机基础1的中轴线方向，风机基础1的倾斜是指风机基础中轴线的倾斜，即z’轴(下沉过程中中轴线的实际方向)相对z轴的倾斜，同时，x轴会在x轴、z轴所组成第一基准面内倾斜，以形成新的x’轴，y轴会在y轴、z轴所组成第二基准面内的倾斜，以形成新的y’轴。

z’轴与z轴之间的夹角为风机基础1的倾斜角θ，x’轴与x轴之间的夹角可以记为第一倾斜角α，y’轴与y轴之间的夹角可以记为第二倾斜角β，在本发明实施例中，可以通过采集第一倾斜角α、第二倾斜角β来计算风机基础1的倾斜角θ。

详细而言，可以结合图4，在原始的xyz坐标系中，倾斜后的x’轴的方向向量倾斜后的y’轴的方向向量二者在空间内的法向量而法向量与z’轴同向，原始的z轴的方向向量和满足如此，即可以得出倾斜角θ的计算公式，具体如下：

再结合图1，本发明提供一种风机基础下沉过程的姿态馈控系统，包括：数据采集模块2，安装于风机基础1，用于监测风机基础1在相垂直的两个基准面内的第一倾斜角α和第二倾斜角β；计算模块3，计算模块3与数据采集模块2信号连接，用于接收第一倾斜角α和第二倾斜角β，并依据上述公式计算风机基础1的倾斜角θ；判断模块4，与计算模块3信号连接，用于接收倾斜角θ，并判断倾斜角θ是否超过第一预设值；姿态调整模块5，与判断模块4信号连接，用于在倾斜角θ超过第一预设值时对风机基础1的姿态进行调整。

采用这种结构，本发明所提供姿态馈控系统可以通过数据采集模块2实时监测风机基础1的第一倾斜角α和第二倾斜角β，进而计算倾斜角θ，然后可以通过判断模块4和姿态调整模块5来实现倾斜状况的自行判断和自行调整，能够较大程度地避免风机基础1下沉过程中的倾覆等工程事故，进而保障安全性。

而且，相比于一般的手动调整的方案，本发明实施例能够实现风机基础1的自动调整，风机基础1的整个下沉过程基本无需人工参与，调整更为准确、快捷，有利于缩短施工周期、降低施工成本。

需要指出，尽管本发明所提供姿态馈控系统可以对风机基础1的倾斜进行自动调整，但这并不意味着该姿态馈控系统只能够对风机基础1进行自动调整，实际上，上述姿态调整模块5还可以具有手动模式，在出现信号故障、电力故障等意外情况时，也可以由工作人员手动对风机基础1进行调整。

进一步地，还可以包括预警模块6，预警模块6可以与判断模块4信号连接，预警模块6用于在倾斜角θ超过第一预设值时对外发出预警信号，以提醒现场工作人员风机基础1发生倾斜。

上述预警信号可以为声音信号，也可以光信号，或者，还可以为声音与光的组合信号，具体可以结合实际需要进行确定。

表1

预警模块6可以包括不同级别的预警信号，各级别预警信号可以与倾斜角θ的值相对应，以表征不同的倾斜状况。以预警信号为光信号为例，各级别预警信号与倾斜角θ的对应关系可以参照上表1，以表1中数据为参照，第一设定值可以为0.5°，即在倾斜角θ大于0.5°时才对风机基础1进行调整。在具体实施时，也可以将该第一设定值设计为其他值，具体可以结合实际情况进行确定。

以一种具体的风机基础1为例，如图2、图3所示，该风机基础1可以包括四个负压筒11，且四个负压筒11的上方可以设有上部连接架12，用于构建各负压筒11之间的连系；数据采集模块2可以包括倾角传感器21和位移传感器22，倾角传感器21具体可以为双轴倾角仪，倾角传感器21可以安装于四个负压筒11中的任一，用于监测前述的第一倾斜角α和第二倾斜角β，各负压筒11均可以设有位移传感器22，用于监测对应负压筒11的下沉量。

一般而言，负压筒11可以包括筒体、设于筒体上部的顶盖和负压源，负压源通过设于顶盖的负压孔与筒体内部连通，前述的倾角传感器21、位移传感器22均可以安装于顶盖，当然，也可以安装于负压筒11的其他部位，只要能够实现相应的功能即可。

在α＝0、β≠0时，风机基础1可以仅在一个方向上倾斜，倾斜的状况可以参照图3，此时，四个负压筒11中两两的下沉量是一致的，下沉量偏小的两个负压筒11会出现上倾，在调整时，可以调整这两个负压筒11内的气压，以逐步地调平风机基础1。

在α≠0、且β/α≤0.5时，风机基础1在两个方向上均发生倾斜，即会出现三个负压筒11均上倾的情形，但风机基础1在第二倾斜角β所对应的方向上的倾斜较小，因此，这个时候仍可以针对下沉量较小的两个负压筒11进行调整。

在α≠0、且β/α≥2时，风机基础在两个方向上均发生倾斜，即会出现三个负压筒11上倾的情形，但风机基础1在第一倾斜角α所对应的方向上的倾斜较小，因此，这个时候仍可以针对下沉量较小的两个负压筒11进行调整。

在α≠0、且0.5<β/α<2时，风机基础1在两个方向上均发生倾斜，即会出现三个负压筒11上倾的情形，且风机基础1在第一倾斜角α所对应的方向以及第二倾斜角β所对应的方向上的倾斜程度较为接近，此时，可以针对下沉量较小的三个负压筒11进行调整。

在对具体的负压筒11进行调整时，姿态调整模块5可以通过控制相应负压源的启闭来调整对应负压筒11内的气压，进而调整该负压筒11的下沉量。

进一步地，本发明所提供风机基础下沉过程的姿态馈控系统还可以包括显示模块7，显示模块7可以具有显示屏71，显示屏71至少能够显示风机基础1的姿态调整过程，即至少能够显示风机基础1在下沉过程中是否发生倾斜以及倾斜是否被调整等状况，以便工作人员实时掌握风机基础1下沉过程中的倾斜信息等。除此之外，显示屏71还可以显示风机基础1的下沉状况，如下沉距离等，此时，显示屏71还可以与前述的位移传感器22进行信号连接。

上述显示模块7还可以作为人机交互界面存在，也就是说，该显示模块7除了可以显示风机基础1下沉过程中的各种信息外，还可以输入相关的控制指令，以便在需要时由工作人员直接对风机基础1的调整过程进行操控。

实施例二

请参考图5，图5为本发明所提供风机基础下沉过程中的姿态馈控方法的一种具体实施方式的流程图。

如图5所示，本发明还提供一种风机基础下沉过程的姿态馈控方法，包括：

步骤s1，获取风机基础1在相垂直的两个基准面内的第一倾斜角α和第二倾斜角β；

步骤s2，通过下述公式计算风机基础1的倾斜角θ；

步骤s3，比较倾斜角θ是否大于第一预设值，若是，执行下述步骤s4；

步骤s4，对风机基础1的姿态进行调整。

采用这种方案，本发明所提供姿态馈控方法可以实时获取风机基础1的第一倾斜角α和第二倾斜角β，进而计算倾斜角θ，然后可以对风机基础1的倾斜状况进行自行判断和自行调整，能够较大程度地避免风机基础1下沉过程中的倾覆等工程事故，进而保障安全性。

而且，相比于一般的手动调整的方案，本发明实施例能够实现风机基础1的自动调整，风机基础1的整个下沉过程基本无需人工参与，调整更为准确、快捷，有利于缩短施工周期、降低施工成本。

进一步地，在上述步骤s3中的判断结果为是时，步骤s3之后还可以包括：步骤s5，发出预警信号，以提醒现场工作人员风机基础1发生倾斜。预警信号的种类、级别以及与倾斜角θ的对应关系等可以参照实施例一，在此不做重复性说明。

本发明实施例中所涉及风机基础1可以包括四个负压筒11，在步骤s4之前还可以包括：步骤s6，获取各负压筒11的下沉量；步骤s7，判断第一倾斜角α和第二倾斜角β是否满足α≠0、且0.5<β/α<2的条件，若是，执行下述步骤s8，若否，执行下述步骤s9。在具体实施时，这里的步骤s6、步骤s7并没有先后顺序之分。

步骤s8为步骤s4的一种实施方案，具体为调整下沉量最小的三个负压筒11内的气压。步骤s9为步骤s4的另一种实施方案，具体为调整下沉量最小的两个负压筒11内的气压。具体而言，各负压筒11均可以连接有负压源，步骤s8、步骤s9可以是通过控制相应负压源的启闭来调整对应负压筒11内的气压，进而调整并改善风机基础1的倾斜状况。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。