漂浮式动态调平组件及测风装置的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，特别涉及一种漂浮式动态调平组件及测风装置。

背景技术：

如今陆上风电技术的发展已趋于成熟和稳定，受陆上风资源和开发的限制，海上风电逐渐列入各国寻求新的风资源开发项目，随着国内外海上风电技术的逐渐成熟，世界各国海上风电场的开发项目及建设越来越多，我国在海上风电方面加大了投入力度，在经济发达的沿海地区均新立项建立海上风电场，其中上海和江苏如东地区已经建立了近海风电场。随着技术的不断成熟，海上风电逐渐向深海区域发展，远离大陆架的深海风场开发渐渐兴起，深海水域风场的开发必将成为今后发展的重要方向。

海上风电场具有风能资源储量大、开发效率高、环境污染小、不占用耕地等优点。经过多年发展，我国的陆上风场得到了大力开发，并逐渐趋于稳定发展阶段，而海上风电却还处于起步阶段。在海上建造风场前，需在拟建风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和水文资料，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，也需要测风塔各种数据的支持。

目前，陆地上的测风塔一般为拉线式结构，塔架通过多层拉索固定在地面上，但是在远离大陆架的深海区域，这种结构形式的测风塔将无法实现。而应用于海上的测风塔国内一般采用三角桁架、钢管裙桩或PHC裙桩等基础结构，国际上一般采用单桩、导管架、PHC裙桩、漂浮等基础结构，这些测风塔都有共同的特征：基础结构复杂，施工难度大，施工周期长，成本高，维修困难，并且塔身为固定式高耸结构，底部不具有调平功能，且基础不具备重复利用性，拆除费用高等问题。

例如图1中的立柱式钢管桩测风塔，包括测风塔体1a、钢结构平台2a和立柱钢管3a，钢结构平台2a位于测风塔体1a和立柱钢管3a之间；该测风塔需通施工船舶进行打桩，钢结构平台与桩进行灌浆连接，施工工艺难度及施工费用高，施工效率低；而且测风塔是固定式高耸结构，拖航时重心很高，影响拖航的稳定性，增加了拖航难度与成本，对安装精度要求也较高。

而在专利201410534948.5中公开了一种海上漂浮式测风塔结构，包括测风塔架1b、漂浮平台2b、自平衡平台3b和固定锚链4b，自平衡平台3b设置在测风塔架1b底端，漂浮平台2b设置在测风塔架1b上，固定锚链4b设置在测风塔架1b下方，用于海上测风时，漂浮平台2b受海况影响较大，如海浪拍打撞击或潮汐涌浪周期性的拍打作用，势必引起测风平台周期性晃动，影响测风数据的精度。

技术实现要素：

本实用新型的第一个目的在于提供一种漂浮式动态调平组件，以解决现有技术中漂浮在海上的支撑平台调平精度低的问题。

本实用新型提供的漂浮式动态调平组件，包括：自上而下依次设置的支撑平台、漂浮组件和锚索；

所述支撑平台设有容水舱，所述容水舱设有与其相连通的注排水口；

所述漂浮组件包括至少三个浮箱和与各所述浮箱固定连接的连接臂，所述连接臂与所述支撑平台固定连接，且各所述浮箱相对于所述支撑平台的竖直对称中心线周向均匀分布；

所述锚索的一端与所述连接臂固定连接，另一端与海床固定连接。

进一步地，所述浮箱的外侧底部设有浆叶，所述浮箱的内部设有用于驱动所述浆叶转动的驱动电机和与所述驱动电机电连接的驱动器。

进一步地，所述浮箱的顶部设有自带密封结构的检修口。

进一步地，所述支撑平台上设置有控制终端、水平感应器和驱动控制器，所述控制终端和所述水平感应器均与所述驱动控制器电连接，所述驱动控制器与所述驱动器电连接。

进一步地，所述支撑平台上还设有太阳能供电系统，所述太阳能供电系统与所述驱动器和所述驱动控制器均电连接。

进一步地，所述支撑平台与所述连接臂之间设有第一支撑臂；所述第一支撑臂的上端与所述支撑平台固定连接，下端与所述连接臂固定连接。

本实用新型的第二个目的在于提供一种测风装置，以解决现有技术中在海上的测风装置调平精度低的问题。

本实用新型提供的测风装置，包括：所述漂浮式动态调平组件和固定连接在所述漂浮式动态调平组件上方的测风平台，所述测风平台上设有雷达测风仪，所述雷达测风仪与太阳能供电系统电连接。

进一步地，所述测风平台与所述支撑平台之间设有第二支撑臂；所述第二支撑臂的上端与所述测风平台固定连接，下端与所述支撑平台固定连接。

进一步地，所述测风平台上还设有用于提高所述测风平台的水平度的辅助调平机构。

进一步地，所述连接臂、所述第一支撑臂或/和所述第二支撑臂为中空结构。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的漂浮式动态调平组件通过支撑平台、浮箱和锚索的设置，当到达预定海域后，开始向支撑平台的容水舱内实施注水，使浮箱沉入水中，而支撑平台则漂浮在水面之上，然后将锚定抛入海底，使整个调平组件与海床固定不会漂移，由于浮箱沉入水中后又不会随着波浪而上下浮动，同时由于浮箱相对于支撑平台的竖直对称中心线周向均匀分布，能够依靠浮箱自身状态的调平能力，快速调平漂浮式动态调平组件，使该漂浮式动态调平组件快速的处于平衡状态，提高了调平精度；而且在整个漂浮式动态调平组件使用过程中，无需打桩，使用完毕后，解开锚索即可随意在海上漂移，同时又提高了拖航的稳定性。

由于该测风装置设置了上述漂浮式动态调平组件，所以其具有上述漂浮式动态调平组件所有优点，因此在测风过程中，能够提高测风平台的调平精度，此外雷达测风仪的设置可以降低整个测风装置的重心，从而提高拖航稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，且图中的波浪线表示海平面。

图1为现有技术一的结构示意图；

图2为现有技术二的结构示意图；

图3本实用新型实施例一漂浮式动态调平组件的俯视图；

图4为图3中所述的浮箱结构示意图；

图5为图3中所述的驱动平衡控制原理图；

图6本实用新型实施例二的测风装置在拖航状态下的结构示意图；

图7为图6中所述的测风装置在测风状态下的结构示意图；

图中：

1a-测风塔体； 2a-钢结构平台； 3a-立柱钢管；

1b-测风塔架； 2b-漂浮平台； 3b-自平衡平台；

4b-固定锚链；

1-浮箱； 101-检修口； 102-驱动器；

103-浆叶； 104-驱动电机；

2-连接臂； 3-锚索；

4-支撑平台； 401-容水舱； 402-注排水口；

5-测风平台； 501-雷达测风仪； 502-辅助调平机构；

6-第二支撑臂； 7-第一支撑臂。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图3-5所示，本实施例提供一种漂浮式动态调平组件，包括自上而下依次设置的支撑平台4、漂浮组件和锚索3。

其中，

支撑平台4设有容水舱401，容水舱401设有与其相连通的注排水口402。

漂浮组件包括至少三个浮箱1和与各浮箱1固定连接的连接臂2，连接臂2与支撑平台4固定连接，且各浮箱1相对于支撑平台4的竖直对称中心线周向均匀分布。

锚索3的一端与连接臂2固定连接，另一端与海床固定连接。

在该漂浮式动态调平组件中，通过支撑平台4、浮箱1和锚索3的设置，当到达预定海域后，开始向支撑平台4的容水舱内实施注水，使浮箱1沉入水中，而支撑平台4则漂浮在水面之上，然后将锚定抛入海底，使整个调平组件与海床固定不会漂移，由于浮箱1沉入水中后又不会随着波浪而上下浮动，同时由于浮箱1相对于支撑平台4的竖直对称中心线周向均匀分布，能够依靠浮箱1自身状态的调平能力，快速调平漂浮式动态调平组件，使该漂浮式动态调平组件快速的处于平衡状态，提高了调平精度低的问题；而且在整个漂浮式动态调平组件使用过程中，无需打桩，使用完毕后，解开锚索3后即可随意在海上漂移，同时又提高了拖航的稳定性，而且无需装船运输，大大的降低了运输成本。

需要说明的是，本实施例中的浮箱1可以设置至少3个，具体的，如图3所示，浮箱设置4个，该4个浮箱1由成垂直设置的连接臂2连接，如此设置可以使支撑平台4周围受力均匀，从而使支撑平台4趋于水平，且保证整个漂浮式动态调平组件的稳定性。当然，虽然图中未显示，但是浮箱1还可以设置3个、5个及更多。

具体的，浮箱1的外侧底部设有浆叶103，浮箱1的内部设有用于驱动浆叶103转动的驱动电机104和与驱动电机104电连接的驱动器102。

由于海上工况较为复杂，特别是受海表波浪和风载影响较大，将浮箱1沉入水中可降低外界对整个漂浮式动态调平组件的影响，但在锚索3固定下，整个平台在海上势必会产生一定的波动，而针对此种状况，采用相对于支撑平台4的竖直对称中心线周向均匀分布的浮箱1的设置，同时在每个浮箱1的底部均设置有浆叶103，浆叶103在驱动电机104的作用下产生动力，对浮箱1自身状态的调平提供驱动力(例如：向上的驱动力)，使浮箱1结构维持在有效的水平范围之内。

具体的，浮箱1的顶部设有自带密封结构的检修口101，在整个漂浮式动态调平组件漂浮在水面上时方可进入，便于对浮箱1内部的设备及线路进行检修。

需要说明的是，容水舱401的设置能够使支撑平台4下沉和上浮，并通过注排水口402与外界保持相通，当使用漂浮式动态调平组件时，只需向容水舱401内部注水，即可实现下沉的目的，当使用完毕后，只需将容水舱401内的水排出，即可实现上浮的目的，该漂浮式动态调平组件具有可重复利用的优点；此处需要说明的是，注排水所用设备均设置在所用拖轮上，这样提高了操作的便利性，降低了支撑平台4的故障风险。

还需要说明的是，浮箱1为密闭舱室，浮箱1与外界连通的地方均做了密封处理，避免浮箱1沉入水底后进水而影响漂浮式动态调平组件的调平功能。

还需要说明的是，支撑平台4也为密闭舱室，支撑平台4与外界连通的地方均做了密封处理，避免在作业的工程中进水而影响漂浮式动态调平组件的调平功能。

本实施例中，支撑平台4上设置有控制终端、水平感应器和驱动控制器，控制终端和水平感应器均与驱动控制器电连接，驱动控制器与驱动器102电连接，如图5所示，水平感应器用于感应并反馈支撑平台的水平度信息，驱动控制器将作出相应的驱动调节动作，例如，当水平感应器感应到支撑平台4倾斜时，水平感应器就会迅速作出反应，将该倾斜信号反馈到驱动控制器，驱动控制器发号动作指令到驱动器102中，驱动器102控制驱动电机104转动，同时浆叶103在驱动电机104的带动下对浮箱1自身状态的调平提供驱动力，迅速弥补该由于位移差而造成的倾斜度，进一步调节支撑平台4的水平度，甚至使支撑平台4的水平度调整到位，使支撑平台4的水平度维持在一个合理的范围之内，以确保达到所需水平精度的要求。

具体的，支撑平台4上还设有太阳能供电系统，太阳能供电系统与驱动器102和驱动控制器均电连接，通过太阳能供电系统进行发电，通过驱动器102为驱动电机104提供驱动浆叶103所需动力及其他装置所需能量，同时将驱动控制系统实时在线自动控制，并实施远程自动调平，并达到节能的效果。

需要说明的是，太阳能供电系统包括太阳能电池板、小型风力发电机和蓄电池，其中，太阳能电池板将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能；小型风力发电机利用风力带动风车叶片旋转，把风的动能转变为风轮轴的机械能，再通过增速机将旋转速度提升，驱动发电机发电；太阳能电池板和小型风力发电机产生的电能一部分对驱动器102和驱动控制器供电，另一部分储存在蓄电池中，便于夜晚时使用。

本实施例中，支撑平台4与连接臂2之间设有第一支撑臂7；第一支撑臂7的上端与支撑平台4固定连接，第一支撑臂7的下端与连接臂2固定连接；第一支撑臂7的设置能够替代支撑平台4底部与连接臂2连接的部分，不仅起到支撑的作用，还具有质量轻、节省耗材等优点。

需要说明的是，连接臂2和第一支撑臂7均可设置为中空结构，能够便于浮箱1内部的线路布置，与此同时还具有质量轻、节省耗材的优点。此外，连接臂2能够支撑浮箱1，第一支撑臂7能够对支撑平台4起到支撑作用，且当连接臂2或/和第一支撑臂7为中空结构时还利于整个漂浮式动态调平组件漂浮在水面上。

或者，连接臂2和第一支撑臂7中的一个可设置为中空结构，另一个设置为实心结构，在便于浮箱1内部的线路布置的同时，也具有上述质量轻、节省耗材等优点。

或者，连接臂2和第一支撑臂7均可设置为实心结构，此时线路设置在连接臂2和第一支撑臂7的外侧，此处需要说明的是，漂浮式动态调平组件使用的线路均进行防水处理，因此线路与海水接触后也不会有任何影响。

实施例二

如图6-7所示，本实施例提供一种测风装置，包括：漂浮式动态调平组件和固定连接在漂浮式动态调平组件上方的测风平台5，测风平台5上设有雷达测风仪501，雷达测风仪501与太阳能供电系统电连接。由于整个测风装置采用模块化设计和组装，可在陆上组装后将整体吊装入海，依靠漂浮式动态调平组件上的浮箱1提供的浮力使整个测风平台5漂浮在海面上，此时，支撑平台4是悬空状态，能够减小拖航阻力，方便进行拖航作业；当到达预定海域后，实施下沉操作，使浮箱1沉入水中，而此时支撑平台4是漂浮在水面的状态；漂浮式动态调平组件的设置提高了测风平台5的调平能力，解决了测风平台5受海况影响导致测风平台5周期性波动问题。

由于该测风装置设置了上述漂浮式动态调平组件，所以其具有上述漂浮式动态调平组件所有优点，因此在测风过程中，能够提高测风平台5的调平精度，此外雷达测风仪501的设置可以降低整个测风装置的重心，从而提高拖航稳定性。

此外，到达预定海域后，通过注排水口对容水舱开始注水使浮箱下沉，当支撑平台内的注水量达到一定重量后，由于浮箱提供的浮力不足以支撑整个支撑平台的重量，将使浮箱沉入水中，而此时支撑平台漂浮在水面上，以提供一定的浮力将浮箱一起使整个平台悬浮在海面，这样沉入水中的浮箱降低了海表面环境影响，浮箱之间传递至自身的波动影响将减少，再使用锚索将平台与海床固定，调节锚索张紧程度；然后再通过锚索3将测风装置与海床固定，调节好锚索3张紧程度后，开始调整雷达测风仪501，开始测风；测风完成后，收起锚索3，将支撑平台4内的水排出，直至使整个支撑平台4漂浮在水面之上，然后再将该测风装置拖航至另一海域进行测风。由于只需要向支撑平台4的容水舱内进行注水和排水的作业，即可实现支撑平台4的上浮和下沉，因此测风装置具有可重复利用的优点。

在使用该测风装置时，由于测风装置从制造到测风，以及整个过程均不需要打桩、挖掘、海底扫平等作业，因此无需使用大型的船舶即可将测风装置拖航至预定海域；具有拖航稳定性高，施工速度快，大幅降低了运输成本和制作成本，提高安装效率的优点。

需要说明的是，现有技术的测风塔一般为高耸塔架结构，存在不可调节性或机械式自动调平响应迟缓的缺陷，而且测风塔的高度一般都在100m以上；本测风装置的整体高度不超过30m，因此无需海上高空作业，且维护简单，降低了整个测风装置的重心高度，有利于拖航。

还需要说明的是，雷达测风仪501与太阳能供电系统电连接，通过太阳能供电系统进行发电，为雷达测风仪501提供所需能量；由于太阳能供电系统包括太阳能电池板、小型风力发电机和蓄电池，太阳能电池板和小型风力发电机产生的电能一部分对雷达测风仪501供电，另一部分储存在蓄电池中，便于夜晚时使用。

本实施例中，测风平台5与支撑平台4之间设置有第二支撑臂6；第二支撑臂6的上端与测风平台5固定连接，下端与支撑平台4固定连接，由于第二支撑臂6的设置能够替代支撑平台4顶部与测风平台5连接的部分，不仅起到支撑的作用，还具有质量轻、节省耗材等优点。

需要说明的是，第二支撑臂6可设置为中空结构，能够便于测风平台5内部的线路布置，与此同时还具有质量轻、节省耗材的优点，此外还能有效支撑测风平台5。

或者，第二支撑臂6可设置为实心结构，线路设置在第二支撑臂6的外侧，此处需要说明的是，使用的所有的线路均进行防水处理，因此线路与海水接触后也不会有任何影响。

本实施例中，测风平台5上还设有用于提高测风平台5的水平度的辅助调平机构502；测风平台5可以采用多种结构，具体的，例如，测风平台5呈正多边形，此时可以将辅助调平机构502设置在测风平台5的端点处。

需要说明的是，该辅助调平机构502包括液压缸，通过控制液压缸工作以对整个测风装置进行微调，使测风平台水平度更加精准。例如，液压缸可采用摆动式液压缸，其包括输出扭矩实现往复运动的执行元件，其中执行元件分为叶片式和螺旋摆动式，该测风平台以螺旋摆动式为例进行说明，而双螺旋摆动式液压缸是依靠两个螺旋副在液压缸内活塞的直线运动转变为直线运动与自转运动的复合运动，从而实现摆动运动，从而弥补测风平台的倾斜度，保证整个测风平台的水平度要求，进一步保证雷达测风仪的精度要求，提高测风数据的准确性；此处需要说明的是，辅助调平机构502不仅仅限于液压缸，也可以采用电机驱动的随动调平组件或其他驱动调节装置。

还需要说明的是，当支撑平台4上的水平感应器感应到漂浮式动态调平组件倾斜时，水平感应器就会迅速作出反应，将该倾斜信号反馈到驱动控制器，通过浆叶103在驱动电机104的带动下对浮箱1自身状态的调平提供驱动力，进一步调节支撑平台4的水平度；然后再将位置信号反馈到测风平台5的控制系统上，通过控制液压缸对测风平台5进行调平，迅速弥补该由于位移差而造成的倾斜度；最终能够将漂浮式动态调平组件调平后的位移偏差进行补偿，以达到所需水平精度要求，且具有安装方便，施工难度低的优点。

测风施工流程如下：

1、测风装置下海之前，可在距离测风海域较近的港口或码头完成浮箱1与测风平台5的组装，避免了海下施工和组装困难的问题，同时还具有施工速度快，安装效率高和制作成本低的优点；

2、利用岸上吊装设备将测风装置吊装入海，依靠浮箱1提供的浮力使整个测风装置漂浮于海面上，于此同时支撑平台4未起到提供浮力的作用，方便拖轮将其拖航至预定测风海域，能够减少拖航时的阻力；

3、拖航到预定测风海域后，通过注排水口402对支撑平台4的容水舱401内开始注水使浮箱1下沉，同时使支撑平台4悬浮在海面上，再使用锚索3将支撑平台4与海床固定，调节锚索3张紧程度，实现支撑平台4的定位；

4、调试雷达测风仪501，使其达到工作状态要求；

5、开始测风，将测风平台5进行调平，并通过整个调平系统保证测风平台5的水平度要求，使其满足雷达测风仪501的测风精度要求；

6、测风完成后，收起锚索3，将支撑平台4容舱室401内的水排出舱外，使整个支撑平台4上浮至水面之上，再将整个测风装置拖航至另一海域测风。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。