一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置及其防撞方法与流程

本发明属于海上风电单桩基础防护，具体涉及一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置及其防撞方法。

背景技术：

1、海上风电单桩基础通常位于航道附近或船舶活动较为频繁的海域，在风电场建设期和运营期，存在被施工船舶、运维船、交通船甚至失控船只意外撞击的风险。船舶撞击所产生的巨大冲击力可能导致单桩基础产生局部屈曲、焊缝开裂、整体倾斜等结构性损伤，严重时甚至会造成风机倒塌，不仅带来巨大的经济损失，还可能引发环境污染等次生灾害。

2、目前，针对海上风电单桩基础的防撞保护，主要采用在海上风电单桩基础外侧设立防撞缓冲装置进行防护。首先，现有防撞装置多为整体式环状结构，直径较大，运输时需要占用较大空间，极为不便；其次，现有装置多采用单一缓冲材料或单一缓冲结构，小能量撞击时刚性过大易损伤船舶，大能量撞击时吸能不足无法有效保护基础，缺乏分级缓冲能力。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置及其防撞方法，具有便于运输和防撞效果好的优点。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置，包括固定环，所述固定环内腔安装有多组内部缓冲结构，且所述固定环外侧安装有多组外部防撞结构；所述外部防撞结构包括安装座，所述安装座与固定环之间安装有插接结构，且所述安装座外侧安装有防撞板，所述防撞板与安装座之间安装有弹性结构，且所述防撞板外壁一侧开设有多个限位槽，多个所述限位槽内腔均滑动插接有限位柱，多个所述限位柱的端部均与安装座外壁固定连接；所述弹性结构包括通槽，所述通槽开设在安装座上，且所述通槽内壁一侧上开设有多个连接槽，所述防撞板内壁一侧上固定连接有多个挡块，多个所述挡块外侧均固定连接有横杆，多个所述横杆的端部分别贯穿对应连接槽，且多个所述横杆外侧均套设活动安装有弹簧三，所述弹簧三两端分别与挡块和安装座外壁固定连接。

3、作为本发明一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置优选的，上下两个所述横杆的端部共同固定连接有连接块，所述连接块与通槽内壁之间固定连接有两个橡胶柱二，两个所述橡胶柱二呈上下设置。

4、作为本发明一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置优选的，所述固定环包括多个弧形板，多个所述弧形板外壁一侧上均开设有拼接槽，且多个所述弧形板外壁另一侧上均固定连接有拼接板，所述拼接板活动插接在对应拼接槽内腔，且所述拼接板顶部固定连接有卡块，所述拼接槽内壁一侧上开设有卡槽，所述卡块活动卡接在卡槽内腔，且所述卡块、卡槽内壁、拼接板和拼接槽内壁上均开设有栓孔。

5、作为本发明一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置优选的，所述弧形板外壁上开设有安装槽，所述安装槽呈等腰梯形设置，所述安装座活动插接在安装槽内腔。

6、作为本发明一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置优选的，所述插接结构包括多个插块，所述安装槽内壁上开设有多个插槽，所述插块一侧活动插接在对应插槽内腔，所述安装座外壁上开设有多个凹槽，所述插块另一侧延伸至对应凹槽内腔，并与凹槽内壁之间固定连接有弹簧二。

7、作为本发明一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置优选的，多个所述防撞板底部均固定连接有多个浮杆，多个所述浮杆外侧均套接固定安装有浮套。

8、作为本发明一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置优选的，所述内部缓冲结构包括底板，所述底板可拆卸安装在弧形板底部，且所述底板外壁一侧上固定连接有两个侧板，两个所述侧板外侧均固定连接有多个弹性杆，多个所述弹性杆的端部共同固定连接有另一个相同的侧板，远离所述弧形板的侧板外壁上嵌入活动安装有多个滚珠，所述底板外壁一侧上还固定连接有连接板，所述连接板位于两个侧板之间，且所述连接板外侧固定连接有多个橡胶柱一，多个所述橡胶柱一的端部共同固定连接有另一个相同的连接板。

9、作为本发明一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置优选的，所述底板顶部固定连接有两个螺纹柱，所述弧形板上开设有两个穿孔，两个所述螺纹柱顶端均贯穿对应穿孔，且两个所述螺纹柱顶端处均螺纹连接有螺母，所述螺母底部与弧形板顶部贴合。

10、作为本发明一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置优选的，所述弹性杆包括多个圆杆，所述圆杆位于两个侧板之间，且所述圆杆两端处均套设滑动连接有圆套，两个所述圆套分别与两个侧板外壁固定连接，且所述圆套内壁与圆杆的端部固定连接有弹簧一。

11、一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置的防撞方法，适用于所述的一种海上风电单桩基础防撞缓冲装置，包括以下步骤：

12、s1：将多个弧形板依次拼接，使拼接板插入相邻弧形板的拼接槽内腔，同时卡块卡入卡槽内腔，将多个弧形板首尾连接形成完整的固定环，通过栓孔穿入紧固螺栓进行加固，完成固定环的组装；

13、s2：将内部缓冲结构的底板贴合在弧形板的内壁底部，使螺纹柱穿过穿孔，旋紧螺母将底板与弧形板固定连接，此时侧板外侧的滚珠与单桩基础外壁滚动接触，橡胶柱一和弹性杆处于预压缩状态；

14、s3：将安装座插入弧形板外壁的安装槽内腔，插块在弹簧二的弹力作用下卡入插槽内腔，将安装座与弧形板固定连接；防撞板通过限位柱与限位槽的滑动配合与安装座连接，弹性结构中的横杆穿过连接槽，弹簧三套装在横杆外侧，橡胶柱二设置在连接块与通槽内壁之间，使防撞板与安装座之间保持弹性间距；

15、s4：将组装完成的固定环连同内部缓冲结构和外部防撞结构整体吊装，使其从单桩基础顶部套入并下放至设计水位位置，外部防撞结构底部的浮杆及浮套浸入海水中，提供辅助浮力，减轻吊装重量；

16、s5：当船舶撞击防撞板时，防撞板向内移动，限位柱沿限位槽滑动进行导向，防撞板推动挡块及横杆向内移动，压缩弹簧三和橡胶柱二，弹簧三和橡胶柱二的弹性变形吸收撞击能量，实现第一级缓冲；

17、s6：撞击力经安装座传递至固定环及内部缓冲结构，内部缓冲结构中的弹性杆和橡胶柱一进一步压缩变形，圆杆在圆套内滑动压缩弹簧一，实现第二级缓冲；同时侧板外侧的滚珠沿单桩基础外壁滚动，将撞击力分散传递至单桩基础圆周方向，避免局部应力集中；

18、s7：撞击能量消散后，弹簧三、橡胶柱二、弹簧一和橡胶柱一的弹性恢复力推动防撞板和内部缓冲结构复位，装置恢复待命状态。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、1、本发明中，固定环由多个弧形板通过拼接板与拼接槽的插接配合依次拼接而成，拼接时卡块卡入卡槽内腔实现初步定位，再通过栓孔穿入紧固螺栓进行加固，形成完整的环形固定环。同时，外部防撞结构与内部缓冲结构均是通过快速拼接的方式安装在弧形板上。与传统的整体式环状防撞装置相比，本发明采用分体式拼装设计，各个弧形板、安装座、防撞板等部件可单独运输，单个模块体积小、重量轻，无需大型运输车辆，大幅降低了运输成本。

21、2、本发明中，当船舶撞击防撞板时，防撞板向内移动，推动挡块及横杆向内移动，压缩弹簧三和橡胶柱二，弹簧三和橡胶柱二的弹性变形吸收小能量撞击。当撞击能量较大时，撞击力经安装座传递至固定环及内部缓冲结构，弹性杆中的圆杆在圆套内滑动压缩弹簧一，同时橡胶柱一被压缩，进一步吸收大能量撞击。与传统采用单一橡胶护舷或泡沫材料的防撞装置相比，本发明通过“外层弹簧三+橡胶柱二”与“内层弹簧一+橡胶柱一”的双级缓冲设计，小能量撞击时由外部缓冲结构单独吸收，保护船舶不被反弹损伤；大能量撞击时内外缓冲结构协同工作，逐级耗散撞击能量，有效保护单桩基础不受损坏。

22、3、本发明当防撞板受撞击向内移动时，限位柱沿限位槽滑动，对防撞板的移动起到精确导向作用，防止防撞板因受力不均而发生偏斜或卡滞。同时，内部缓冲结构中远离弧形板的侧板外壁嵌入安装有多个滚珠，滚珠与单桩基础外壁滚动接触。当撞击力传递至内部缓冲结构时，滚珠沿单桩基础外壁滚动，将集中的撞击力分散传递至单桩基础的圆周方向，避免了单点受力导致的局部应力集中和结构损伤。