[发明专利]一种弧线型抗冰风电基础

说明书

本发明涉及一种弧线型抗冰风电基础，包括横向尺寸较小的上部基础、中部基础和横向尺寸较大的下部基础；整个中部基础的形状为上小下大的倒锥形或喇叭形，中部基础包括弧线型主桩腿，弧线型主桩腿为弧线形，横截面为梭子形；梭子形的横截面分为长轴和短轴，当冰排平行于横截面短轴方向作用于弧线型桩腿时，迫使冰排发生弯曲破坏模式；当冰排平行于横截面长轴方向作用于弧线型桩腿时，其尖端形成破冰刃切割冰排的抗冰模式。

技术领域

本发明涉及一种弧线型风电基础结构，特别是应用于需要具有抗冰性能的寒区海域。

背景技术

随着石油资源的枯竭和人类对清洁能源的渴望，海上风电技术逐渐得到各国的青睐。寒区海域因其风能密度大，风资源丰富而备受关注。然而，安装于寒区的海上风电基础不可避免的遭遇海冰载荷的作用。

海上风电基础主要通过附加抗冰锥来降低冰载荷的作用，其原理是通过抗冰锥的斜度将冰载荷与直立桩的挤压破坏模式转变为弯曲破坏模式，由于海冰弯曲强度远低于挤压强度，因此，弯曲模式的冰力远小于挤压冰力。

目前，安装抗冰锥这一措施主要应用在单桩风电基础上，然而，这种措施对于导管架式的风电基础却难以应用，这是由于风电基础的导管架桩腿在平均海平面处的腿间距较小，而抗冰锥最大直径往往非常大才足以保证在高低水位时均起到抗冰效果。显然，这种能够起到抗冰效果的大冰锥安装在导管架风电基础上，将导致风电基础桩腿之间的剩余空隙不足以让海冰顺利通过，进而引发冰排的堆积事件，严重威胁风机结构的安全。此外，大型冰锥的安装增大了风机基础上的波流载荷，不利于非冰期风机的安全运行。为此，设计一种无需安装抗冰锥的海上抗冰型风电基础结构，保证风机在冰区海域的安全运行具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种无需安装抗冰锥，且具有抗冰性能的海上风电基础结构，解决冰区海上风电基础的抗冰问题。本发明通过以下技术方案实现的：

一种弧线型抗冰风电基础，包括横向尺寸较小的上部基础、中部基础和横向尺寸较大的下部基础；整个中部基础的形状为上小下大的喇叭形，中部基础包括弧线型主桩腿，弧线型主桩腿为弧线形，横截面为梭子形。梭子形的横截面分为长轴和短轴，当冰排平行于横截面短轴方向作用于弧线型主桩腿时，迫使冰排发生弯曲破坏模式；当冰排平行于横截面长轴方向作用于弧线型主桩腿时，其尖端形成破冰刃切割冰排的抗冰模式。

优选地，上部基础包括上层柱形主桩腿，下部基础包括下层柱形主桩腿。

所述弧线型主桩腿的上部通过上层水平撑和过渡连接头与相应的上层柱形主桩腿相连，所述弧线型主桩腿的下部通过下层水平撑和过渡连接头与相应的下层柱形主桩腿相连。

过渡连接头内部由轮毂式加强板进行加强。

上层水平撑包括水平外撑。下层水平撑包括水平外撑，在水平外撑之间设置水平内撑。

本发明由于采用以上技术方案，其具有以下有点：1、本发明的风电基础结构无需安装抗锥体，即可实现抗冰效果，从而避免了安装抗冰锥引发的一些列问题；2、本发明的潮差段弧线型+“梭子”型的横截面的主桩腿，通过迫使冰排发生弯曲破坏、切割破坏，以及两者的复合破坏模式，从而降低任意方向来冰作用的载荷大小；3、本发明的潮差段主桩腿相对于抗冰锥，尺寸小，更易使碎冰滑脱，“梭子”型侧面能够有效引导碎冰顺利漂移，从而大大降低了碎冰在桩腿前发生滞留与堆积的可能性；4、本发明潮差段结构仅由主桩腿组成，无水平撑和斜撑，最大程度的简化了结构构件，不仅可以有效降低冰载荷，利于碎冰的流通，还可以大大降低波流载荷，从而减小风机结构的动力响应，有助于其疲劳寿命的提高。

附图说明

图1是本发明风机基础结构的正视图。

图2是本发明风机基础结构水平层俯视图。

图3是本发明冰载荷作用示意图。