[发明专利]一种水下固定基础流体冲刷实时监测系统及方法

说明书

本发明提供一种水下固定基础流体冲刷沉降实时监测系统及方法。如摘要附图所述，其核心思想是利用拉力传感器来监测与之连接、自由放置在固定基础周围的沉降探杆在流体冲刷沉降形成发展过程中位置的变化来实现对固定基础流体冲刷沉降实时监测。系统拉力传感及数据采集模块设置于固定基础上，牵引部的一端与所述拉力传感模块滑动连接，牵引部的另一端与沉降探杆连接；沉降探杆顺着固定套管自由放置于固定基础周围的水底表面上；其中，沉降探杆在自身重力作用下会随水底表面的沉降而沉降，从而通过牵引部拉动拉力传感器，以获取水底表面沉降的实际数据，降低对于水底表面沉降的监测成本，实现对固定基础流体冲刷沉降的有效、实时监测。

技术领域

本发明涉及水利、桥梁、石油和天然气、及海上风电等众多领域固定基础的流体冲刷沉降监测，具体涉及一种水下固定基础流体冲刷实时监测系统及方法。

背景技术

冲刷是当水流流经水下固定基础时发生的一种无法避免的自然现象。在水流流过固定基础时，水流会对固定基础周围的河床进行冲蚀，带走固定基础周围的泥沙等淤积物，从而导致洼坑会在固定基础周围形成。而一旦在固定基础周围出现洼坑，固定基础的强度便会降低。在风暴、海啸等极端气候载荷条件下，强度低的固定基础非常可能会在毫无征兆的情况下的突然坍塌。这类固定基础的冲刷问题已在水利、桥梁、港口等海洋工程领域颇受关注。

之前，在固定基础冲刷问题严重的水利、桥梁和港口等海洋工程中，对基础冲刷的了解主要是靠定期在固定基础周围进行水下摄像和拍照来完成。而当水深较深或水下环境较为恶劣(如能见度差)时，这种方法的应用将非常难以实施，且通过水下摄像和拍照无法实现对水底表面冲刷沉降的形成和发展情况的实时监测。而因冲刷所致的固定基础坍塌事故又常常会突发发生，故基于水下摄像和拍照这些传统的方法很难满足确保固定基础安全的需要。于是，为实现对固定基础周围水底表面冲刷沉降现象的实时监测，业界围绕此问题，先后研发了利用声纳、超声波、光纤测量等方式的监测方案。这些方案各有优势，但其共同的缺点是价格昂贵、使用不便，而且其监测的有效性和可靠性会受到水深和水面波浪条件等因素的影响。例如，在海上风电场，会有成百上千台风电机组同时运转，若要将如此复杂、昂贵的监测技术和设备用于海上风电场所有风电机组固定基础的冲刷监测，代价将相当昂贵。

发明内容

本发明提供一种水下固定基础流体冲刷实时监测系统及方法，以降低水底表面沉降监测的成本和提高其监测的可靠性。

本发明第一个方面提供一种水下固定基础流体冲刷实时监测系统，包括：固定基础、拉力传感模块、数据采集和分析处理模块、牵引部、沉降探杆；

所述固定基础固设于水下，所述拉力传感模块和数据采集及分析处理模块设置于所述固定基础上，所述牵引部的一端与所述拉力传感模块滑动连接，所述牵引部的另一端与所述沉降探杆连接；所述沉降探杆套设于固定套管内，并顺着套管自由放置于所述固定基础周围的水底表面上；

其中，所述数据采集和分析处理模块与所述拉力传感器连接；所述沉降探杆会在自身重力作用下随水底表面的沉降而出现位移；

所述拉力传感模块，用于通过所述牵引部随所述沉降探杆的沉降，获取水底表面沉降的运动数据。

其中，所述拉力传感模块包含至少一个拉力传感器、至少一个弹簧；所述拉力传感器与所述弹簧的第一端连接；所述弹簧的第二端与所述牵引部连接。

所述牵引部包含：至少一条牵引绳、至少一部第一支架；

所述牵引绳的第一端与所述弹簧的第二端连接；所述牵引绳的第二端与所述沉降探杆连接；

所述支架固定于所述固定基础上，所述第一支架包括：第一支架主体和至少一个滑轮；所述滑轮用于滑动和导引所述牵引绳。

所述沉降探杆模块，包括：第二支架、至少一个套管、至少一个探杆；