具有防冲刷功能的海上风电基础的制作方法

1.本技术涉及海上风电技术领域，尤其是涉及具有防冲刷功能的海上风电基础。


背景技术：

2.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。
3.海上风电基础是支撑整个海上风力机的关键所在，成本约占整个海上风电投资的20％至25％，而海上风力发电机发生的事故多为桩基基础不稳造成的。由于波浪和潮流的作用，海上风电桩基基础周围的泥沙将会发生冲刷并形成冲坑，冲刷坑将会对桩基基础的稳定性产生影响，严重时会造成海上风力机机组的坍塌。目前采用的海上风电桩基基础的防冲刷装置，主要为抛石防护法。但是抛石防护的整体性较差，运用过程中的维护费用和工作量较大。


技术实现要素：

4.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
5.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。导致冲刷的主要原因是潮流在冲击桩基础的迎流面后，产生下降流，下降流沿着桩基础的迎流面向下流动，在海床面附近产生马蹄形漩涡，马蹄形漩涡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，产生掏刷作用，形成桩前冲刷坑。冲刷坑的形成使得桩基础深度变浅，造成筒振动频率降低，轻则造成桩基础过度疲劳，严重时则引起折断事故。
6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种具有防冲刷功能的海上风电基础。
7.根据本发明实施例提供的具有防冲刷功能的海上风电基础包括：桩基础，所述桩基础包括在其长度方向上相互连接的第一部分和第二部分，所述第二部分埋入海床中，所述海床具有海床面，所述第一部分位于所述海床面上方；止挡条，所述止挡条至少设在所述第一部分的外周面上，所述止挡条围绕所述第一部分设置，所述止挡条的上表面的至少一部分向下凹陷形成凹槽，所述凹槽的延伸方向与所述止挡条的延伸方向相同。
8.根据本发明实施例提供的具有防冲刷功能的海上风电基础在桩基础上设置止挡条，止挡条的上表面设置有向下凹陷的凹槽，凹槽能够对沿着桩基础向下流动的下降流进行主动扰流，起到阻挡下降流的作用，改变下降流的流速和方向，起到了消能减冲的效果，抑制了马蹄型漩涡的形成，有效地保护桩基础周围的土体，避免冲刷坑的形成。与相关技术的抛石防护法相比，稳定性更强，防冲刷效果更好，可靠性更好。
9.在一些实施例中，所述凹槽的槽壁面包括靠近所述第一部分的内壁面和远离所述
第一部分的外壁面，所述内壁面和所述外壁面在所述第一部分的径向上相对。
10.在一些实施例中，所述凹槽的外侧敞开。
11.在一些实施例中，所述凹槽的槽壁面的至少一部分为向下凹陷的弧面。
12.在一些实施例中，所述凹槽的最低点与最高点在上下方向上的距离为1.0m
‑
2.5m。
13.在一些实施例中，所述凹槽在所述第一部分的径向上的最大宽度为1.0m
‑
2.5m。
14.在一些实施例中，所述止挡条为环形并套设所述第一部分。
15.在一些实施例中，所述止挡条为多个，多个所述止挡条在所述桩基础的长度方向上间隔排布。
16.在一些实施例中，相邻两个所述止挡条的间距向靠近海床面的方向减小。
17.在一些实施例中，所述止挡条的结构与所述凹槽的形状匹配。
18.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
19.图1是根据本发明实施例的海上风电桩
‑
防沉复合基础的结构示意图一。
20.图2是图1的局部放大图。
21.图3是根据本发明实施例的海上风电桩
‑
防沉复合基础的结构示意图二。
22.图4是图3的局部放大图。
23.附图标记：
24.海上风电基础1、桩基础11、第一部分111、第二部分112、止挡条12、凹槽121、内壁面122、外壁面123、槽底面124、海床面2。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.下面根据图1
‑
图4描述本发明的实施例的具有防冲刷功能的海上风电基础1，海上风电基础1包括桩基础11和止挡条12。
27.桩基础11包括在其长度方向上相互连接的第一部分111和第二部分112，第二部分112埋入海床中。海床具有海床面2，第一部分111位于海床面2上方，第二部分112位于海床面2下方。本领域的技术人员可知，目前常用的桩基础11均为中空的筒状结构。
28.止挡条12至少设在第一部分111的外周面上，即至少在第一部分111上设置有扰流结构。止挡条12围绕第一部分111设置，止挡条12的上表面的至少一部分向下凹陷形成凹槽121，凹槽121的延伸方向与止挡条12的延伸方向相同。
29.止挡条12通过凹槽121起到消散潮流的能量的效果，达到主动防冲刷的目的，有效地保护桩基础11周围的土体，避免冲刷坑的形成。具体地，由于止挡条12设在第一部分111的外周面上，潮流冲击桩基础形成下降流，下降流在向下流动的过程中接触止挡条12，下降流将冲入止挡条12上表面的凹槽121，下降流沿着凹槽121的形状流动并流出凹槽121后，流速和方向均已被改变，避免了下降流向下流动到达海床面附近形成较大的马蹄形漩涡，在源头上抑制了马蹄型漩涡的形成。此外，由于凹槽121阻挡下降流，还可以在一定程度起到
消散下降流的能量的作用，抑制了下降流向下冲击海床，起到防冲刷的效果。
30.根据本发明实施例提供的具有防冲刷功能的海上风电基础在桩基础上设置止挡条，止挡条的上表面设置有向下凹陷的凹槽，凹槽能够对沿着桩基础向下流动的下降流进行主动扰流，起到阻挡下降流的作用，改变下降流的流速和方向，起到了消能减冲的效果，抑制了马蹄型漩涡的形成，有效地保护桩基础周围的土体，避免冲刷坑的形成。与相关技术的抛石防护法相比，稳定性更强，防冲刷效果更好，可靠性更好。
31.下面根据图1
‑
4为例描述本发明提供的一个具体实施例。为了表述方便，下面以桩基础11的长度方向为上下方向为例，进一步描述本发明实施例的技术方案，即桩基础11的轴向沿上方方向延伸，上下方向如图1中的箭头a所示。
32.如图1和图2所示，止挡条12的上表面向下凹陷形成凹槽121，凹槽121的槽壁面包括靠近第一部分的内壁面122和远离第一部分的外壁面123，内壁面122和外壁面123在第一部分111的径向上相对。可以理解的是，内壁面122和外壁面123的延伸方向与凹槽121的延伸方向相同。
33.在本实施例中，内壁面122和外壁面123均为向下凹陷的弧面。具体地，内壁面122从靠近第一部分111的位置向下向外延伸，内壁面122的底端位于其顶端的外侧，即内壁面122的底端相比其顶端远离第一部分111。外壁面123从远离第一部分111的位置向下向内延伸，外壁面123的底端位于其顶端的内侧，即外壁面123的底端相比其顶端靠近第一部分111。在其他实施例中，也可以将内壁面122和外壁面123中的一者设置为向下凹陷的弧面。
34.下降流向下流动接触到凹槽121的槽壁面并沿着弧形的槽壁面流动后，再从凹槽121的顶部流出，凹槽121从而改变了下降流的流动方向，阻止了下降流继续向下流动。
35.进一步地，如图2所示，内壁面122的顶端位于外壁面123的顶端的上方，在其他实施例中，内壁面122的顶端可以与外壁面123的顶端在上下方向上平齐。
36.在本实施例中，凹槽121还包括槽底面124，槽底面124为平面，内壁面122的底端与槽底面124的内侧相连，外壁面123的的底端与槽底面124的外侧相连。在其他实施例中，槽底面124也可以为向下凹陷的弧面，并与内壁面122和外壁面123衔接。
37.可选地，凹槽121的最低点与最高点在上下方向上的距离为1.0m
‑
2.5m，在本实施例中，凹槽121的最低点为槽底面124的位置，凹槽121的最高点为内壁面122的顶端(外壁面123的顶端)的位置。凹槽121的最低点与最高点在上下方向上的距离也可以看做是凹槽121的深度大小。如此设置能够更好地对下降流进行扰流作用，起到防冲刷效果。进一步可选地，凹槽121的最低点与最高点在上下方向上的距离为1m
‑
2m。
38.可选地，凹槽121在第一部分11的径向上的最大宽度为1.0m
‑
2.5m，在本实施例中，凹槽121在第一部分11的径向上的最大宽度为内壁面122的顶端与外壁面123的顶端在第一部分11的径向上的距离，如此设置能够更好地对下降流进行扰流作用，起到防冲刷效果。进一步可选地，凹槽121在第一部分11的径向上的最大宽度为1m
‑
2m。
39.在本实施例中，凹槽121的槽壁面整体呈现为下凹的弧状结构，且凹槽121的宽度从上之下逐渐减小。凹槽121的顶部完全敞开。在其他实施例中，凹槽121的槽壁面也可以呈现部分包覆凹槽121的结构，即凹槽121的最大宽度位置位于凹槽121顶部和底部之间。
40.在其他实施例中，凹槽121的外侧可以敞开，即凹槽121的槽壁面不包括外壁面，只包括内壁面和槽底面，或者只包括内壁面。可选地，在这些实施例中，凹槽121的槽壁面的至
少一部分为向下凹陷的弧面。下降流向下流动接触到凹槽121的槽壁面并沿着弧形的槽壁面流动，从凹槽121的外侧流出，凹槽121从而改变了下降流的流动方向，阻止了下降流继续向下流动。
41.如图1所示，止挡条12为环形并套设第一部分111。并且，止挡条12为多个，多个止挡条12在桩基础11的长度方向上间隔排布。多个止挡条12的设置能够起到更好的扰流效果，阻止下降流的下降，提高海上风电基础的抗冲刷性能。
42.海上风电基础1在实际使用的过程中，第一部分111上越靠近海床面2的位置受到的潮流冲击越大，产生马蹄形漩涡的可能性也越大。因此在一些实施例中，相邻两个止挡条的间距向靠近海床面的方向减小，以更好地应对实际情况，增强海上风电基础1的防冲刷能力和实用性。
43.在一些实施例中，止挡条12更优选地设置在第一部分111的靠近海床面2的部分上，或者说，止挡条12至少设置在第一部分111的靠近海床面2的部分上，能够更好地起到防冲刷效果。冲刷坑的形成主要是下降流沿桩基础11的长度方向向下移动，卷起桩基础11附近的海床上的沉积物形成。因此在第一部分111的靠近海床面2的部分上设置止挡条12，能够更好地保证下降流在下降的过程中能够接触到止挡条12，被止挡条12止挡。
44.在另一些实施例中，止挡条12的在其延伸方向上相对的一端与另一端之间间隔开设置，即止挡条12为非闭合的弧形。止挡条12包括多个，多个止挡条12沿桩基础11的长度方向间隔排布且沿环绕桩基础11的周向排布，也可以说，多个止挡条12在第一部分111的外周面上间隔排布。进一步地，在第一部分10的长度方向上相邻的两个止挡条12错开。或者，在环绕第一部分10的周向上相邻的两个止挡条12错开。如此设置增大了第一部分10上设置的止挡条12的不规则度，增强了扰流结构的消能减冲效果和海上风电基础的防冲刷能力。
45.优选地，止挡条12的结构与凹槽121的形状匹配。如图4所示，在本实施例中，止挡条12为板状结构制得且其厚度不变。如此设置可以节约止挡条12的材料，降低止挡条12的制备难度，提高止挡条12的结构合理性。
46.可选地，止挡条12焊接在第一部分111上。
47.在一些实施例中，如图1所示，第一部分111的靠近海床面2的部分上设置有止挡条12。潮流冲击第一部分111的上部分后形成下降流，下降流沿着桩基础11的外周面向下发展，冲击向海床。当下降流到达设置有止挡条12的部分时，止挡条12能够下降流进行主动扰流，消散其能量，改变其流动方向，阻止下降流到达海床面，或者，使下降流到达海床面2时对海床面2的冲击力大大降低，因此能够优异的防冲刷效果。
48.可选地，第一部分111的外径为d,在桩基础11的长度方向上，设置在第一部分111上的最远离海床面2的止挡条12与海床面2的距离大于等于1.0d。
49.在一些实施例中，止挡条12还设置在第二部分112上，即第二部分112上也设置有止挡条12。可选地，第二部分112上的止挡条12设置在第二部分112的靠近海床面2的位置。即使海上风电基础1附近海床面2上形成冲刷坑，冲刷坑的形成使原本位于海床面2以下的第二部分112露出，第二部分112上设置的止挡条12可以有效地减小冲刷效应，阻止冲刷坑继续向下延伸，增强了海上风电基础1的防冲刷性能。
50.在一些实施例中，桩基础11为一个，即海上风电基础1为海上风电单桩基础。
51.在另一些实施例中，桩基础11为多个，即海上风电基础1为海上风电多桩基础，多
个桩基础11间隔布置。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
53.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
56.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
57.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。