[实用新型]海上风电单桩基础波流激励减振装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种减振装置，具体是海上风电单桩基础波浪和潮流激励的减振装置，属于工程减振领域。 

背景技术

风力发电是近年来发展最为迅猛的一种清洁能源，海上风能资源丰富、稳定，海上风电已成为世界各国投资开发的重点，欧洲走在世界的前列，我国尚处于起步阶段，但我国风电“十二五”规划到2015年海上风电装机达到500万千瓦，预示着我国将迎来海上风电的飞速发展时期。 

海上风电基础类型较多，主要包括重力式、桩基、导管架、浮式等，每种类型又包括多种形式，如桩基有单桩、多桩及我国东海大桥采用的八圆柱高桩承台基础等，各种基础型式适用于不同的条件。目前，我国的海上风电规划和开发主要集中在近海，单桩基础适用于近海风电，在国外应用较多，国内海上风电设计也陆续采用，如江苏响水潮间带风电场、广东湛江外罗海上风电场等，单桩基础将成为我国近海风电中的一个主流形式。 

随着风机日益大型化，由风机-塔架-基础组成的高耸结构，动力稳定问题突出，尤其与陆上风电相比，海上风电还要受到波浪潮流荷载作用，结构动力安全问题愈加复杂。波流水动力荷载主要包括波浪破碎冲击、潮流脉动、漩涡脱落、绕流漩涡激励等，各种荷载复杂多变，而且激励主频较低，与风机支撑结构自振频率十分接近，易诱发结构共振，威胁风机安全可靠运行。因此，在风电结构设计时，首先应考虑结构的自振频率与动力荷载激励频率偏差在20％～30％以上，以避免共振，主要措施是尽量提高结构的自振频率，然而由于风机支撑体系为薄壁高耸结构，局部结构增强很难有效改变整体的固有属性。目前，风机支撑结构减振措施主要参考海洋平台，采用阻尼器降低振动响应，该法属于振动出现后的被动减振，激励荷载的输入没有变化，减振效果不明显，很难消除共振隐患，而且在波流长期作用下桩基的疲劳破坏无法防范。 

发明内容

本实用新型即针对海上风电波浪潮流激励下的风机支撑结构的振动问题，从振源控制和切断传播路径出发，提出适用于单桩基础的波流激励的减振装置，抑制结构振动。 

达到上述目的的技术方案是： 

(1)采用翼型壁面平顺水流，改善流态，减小波浪破碎冲击和潮流紊动强度，避免因圆柱绕流引起的漩涡脱落及卡门涡激励，即从振动源头进行主动控制； 

(2)切断激励荷载的传递路径，并采用阻尼材料吸收激励能量，进一步减小作用于桩基结构的荷载。 

所述的减振装置，为一等截面平面对称的空心柱状结构，套于单桩基础上，从内向外由支撑部件、阻尼部件、平衡水箱三部分组成，各部分构造尺寸根据工程具体条件进行设计，主要受单桩基础的直径、波流参数影响，具体步骤如下：

(1)减振装置高度应大于波浪主要冲击作用的范围，取1.2倍以上的设计最大波高。 

(2)减振装置的支撑部件，位于桩基外第一层，由上部、中部和下部三圈光滑半球外接一层薄壁圆管组成，支撑部件内与桩基光滑接触，外接阻尼部件。 

(3)减振装置的阻尼部件，为位于支撑部件与平衡水箱之间的一层阻尼材料，阻断和吸收外层传递过来的激励。 

(4)减振装置的平衡水箱，内侧为圆柱面，与阻尼部件连接，外侧为波浪、潮流过流壁面，过流壁面形状设计如下：①以过钢管桩中心垂直水流方向的直线为界，水箱在分界线上左右两边的宽度最窄，分别以分界线上水箱两端点为圆心、以两端点距离为半径，绘制两段圆弧，两圆弧在分界线上游迎水侧交汇于桩基的正前方，过交点和钢管桩中心的直线与分界线垂直，为断面中心线，与水流流向平行，分界线上游两段交汇的圆弧沿中心线左右对称，构成了头部迎水壁面；②从钢管桩中心沿断面中心线向下游3倍以上桩径的位置设为尾部末端，绘制过该点与头部两圆弧的切线，切点位于分界线下游，两切线与分界线下游两段圆弧组成尾部背水壁面。 

所述减振装置通过两个独特设计确保其时刻发挥减振功能： 

(1)在平衡水箱内填充不同深度的水体来控制减振装置相对海水表面的位置，以保证其处于表面波浪潮流的主要作用区，在重力和浮力的共同作用下，装置会跟随水位变化自动升降，与海水表面的相对位置始终不变； 

(2)水箱外侧壁面采用翼型流线设计，用于平顺水流，减小漩涡脉动激励，翼型断面，头短尾长，在头部压力和尾部吸力的作用下，减振装置能够灵活跟随波流方向变化，首尾始终保持与波流方向一致。 

所述减振装置的平衡水箱和支撑部件采用高分子防腐材料制造，阻尼部件选用粘弹性阻尼材料。 

本实用新型与已有技术相比具有以下优点：