[发明专利]一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置

说明书

本发明公开了本发明一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，通过在桩基础上固定护盘装置，将桩基础的下端固定于海床底部，护盘装置固定于桩基础上，护盘装置位于海平面下方；风电主机和风电塔筒依次安装在单桩基础上，利用护盘装置在桩基础3外侧形成护层，海水冲刷桩基础时在桩基础四周形成的冲击，在护盘装置阻挡作用下，有效限制了下潜漩涡、马蹄形漩涡和尾迹漩涡结构形成和传播，能够有效阻挡下潜漩涡对海床面的卷掘作用。其中桩基础的上安装有若干护盘装置，护盘装置水平设置，利用多个水平设置的护盘装置形成多层护层结构，提高了护盘装置的稳定性，同时利用多个水平设置的护盘装置能提高阻挡下潜漩涡对海床面的卷掘效果。

技术领域

本发明涉及海上风电领域，具体涉及一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置。

背景技术

风能作为一种清无害的可再生能源，日益受到人类重视。其中相对于陆地风能而言，海上风能资源不仅具有较高的风速，而且距离海岸线较远，不受噪音限值的影响，允许机组制造更为大型化。海上风电机组基础成本约占整个海上风电投资的20％至25％，其中单桩基础由于制造简单，施工方便，因此在近浅海区域(水深＜30m)得到了大规模的应用。

海上风电单桩基础为长悬臂结构装置，基础底部深入浅覆盖层+基岩海床上，基础中部受到波浪流荷载的反复作用，基础上部安装风机主机以及叶片等装置，受风、浪、流以及机组重力等交变载荷的影响下，基础底部海床水平处容易产生较大的疲劳累积损伤。另一方面由于海浪和潮汐的作用，在海上风电桩基础周围会发生冲刷坑的现象。冲刷现象是一个复杂的耦合过程，涉及水流、沉积物和结构的相互作用。桩前马蹄形漩涡、桩侧边缘的流线压缩是稳定流冲刷的关键因素，不同的海床的土质、地形结构和走势都会造成冲刷坑的大小和深度。冲刷作用使得海上风电单桩基础深度变浅，造成筒振动频率降低，轻则造成单桩基础过度疲劳，严重时则引起折断事故。如图4所示，由于海浪和潮汐的作用下，引起桩基础冲刷的主要原因是在桩基周围所产生的下潜漩涡、马蹄形漩涡和尾迹漩涡结构，漩涡结构在风电基础周围淘掘并带走泥沙及其其他物质。该过程是一个复杂的耦合过程，涉及水流、沉积物和结构的相互耦合作用。浪流在冲向单桩基础时，呈现向下的卷掘旋涡结构，旋涡结构将海床上的沉积物卷升起来，并进一步将其带远离桩基周围的地方。当然，考虑到海浪和潮汐的流动的双向作用，以及复杂的海床的土质、地形结构和走势，使得造成冲刷问题因素更为复杂。而目前主要通过桩周铺设沙袋、或桩周抛石等手段作为防冲刷措施。沙袋与沙袋之间或石块与石块之间的连接作用通常很弱，难以形成完整的整体，当海流流速较大时，易被冲走，难以起到防护作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，包括桩基础和护盘装置，桩基础的下端固定于海床底部，护盘装置固定于桩基础上，护盘装置位于海平面下方；风电主机和风电塔筒依次安装在单桩基础上。

进一步的，其中桩基础的上安装有若干护盘装置，护盘装置水平设置。

进一步的，护盘装置位于海平面以下3m～10m。

进一步的，桩基础上由上至下间隔设置多个护盘装置，多个护盘装置的直径从上到下依次增大排列。

进一步的，护盘装置上开设多个通孔。

进一步的，最上端的护盘装置直径为2D～3D，D为塔筒直径，最下端的护盘装置直径约为5D～8D。

进一步的，最上端护盘装置的开孔直径为0.1m～0.5m，更好地限制了海平面上海流的下潜漩涡，最下端护盘装置开孔为1m～2m。

进一步的，同一个护盘装置上沿径向开设多个通孔，外圈的通孔直径大于内侧通孔直径，且由外侧至内侧通孔直径逐渐减小。

进一步的，桩基础上设有连接法兰，护盘装置通过连接法兰固定于桩基础上。