具有扰流网的海上风电吸力筒基础的制作方法

1.本发明涉及海上风电领域，尤其是涉及具有扰流网的海上风电吸力筒基础。


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.相关技术中，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。此外，在海床表面附近夹杂着泥沙的水流不断冲刷着桩基基础，腐蚀破坏桩基基础表面，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在桩基周围产生的马蹄形漩涡，马蹄形漩涡是由于海水流动时遇到桩基础阻碍而产生的，浪流在冲向桩基础时，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，形成了冲刷坑，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结构简单、成本低廉、具有良好的防冲刷性能的具有扰流网的海上风电吸力筒基础。
7.根据本发明实施例的具有扰流网的海上风电吸力筒基础包括：吸力筒，所述吸力筒埋入海床中且其顶端面从海床中露出；立柱，所述立柱的底部与所述吸力筒相连；扰流网，所述扰流网至少设置在所述吸力筒的顶端面上并从所述吸力筒的顶端面向上突出，所述扰流网为覆盖所述吸力筒的顶端面的至少一部分的网状结构，所述吸力筒外径为dt，所述扰流网覆盖所述吸力筒的顶端面的面积大于等于0.05πdt2。
8.根据本发明的具有扰流网的海上风电吸力筒基础通过在吸力筒上设置扰流网，将海水中的急流或主流转化为均匀的缓流，减小海水对桩基基础表面的冲击，抑制了马蹄形漩涡的形成，具有良好的防冲刷性能。
9.在一些实施例中，所述扰流网为环形且环绕所述立柱设置。
10.在一些实施例中，所述扰流网由若干扰流条相互交叉形成。
11.在一些实施例中，所述扰流网由多条第一扰流条和多条第二扰流条交叉形成，所述第一扰流条为环形且环绕所述立柱，多条所述第一扰流条在所述吸力筒的径向上排布，所述第二扰流条沿所述吸力筒的径向延伸，多条所述第二扰流条沿环绕所述立柱的周向排布。
12.在一些实施例中，所述扰流网为放射状。
13.在一些实施例中，所述扰流网的靠近所述立柱的部分比远离所述立柱的部分密集。
14.在一些实施例中，所述立柱的外周面包括朝向潮流方向的正面、所述正面相对的背面以及两个侧面，在所述正面和所述背面上分布的所述扰流网均比在所述两个侧面上分布的所述扰流网更密集。
15.在一些实施例中，所述扰流网完全覆盖所述吸力筒的顶端面。
16.在一些实施例中，所述扰流件还设置在所述立柱上，并从所述立柱的外周面沿所述立柱的径向突出。
17.在一些实施例中，所述扰流件还设置在所述吸力筒的外周面上，并从所述吸力筒的外周面沿所述吸力筒的径向突出。
附图说明
18.图1是根据本发明第一种实施例的具有扰流网的海上风电吸力筒基础结构示意图。
19.图2是根据本发明第二种实施例的具有扰流网的海上风电吸力筒基础结构示意图。
20.图3是根据本发明第三种实施例的具有扰流网的海上风电吸力筒基础结构示意图。
21.图4是根据本发明第四种实施例的具有扰流网的海上风电吸力筒基础结构示意图。
22.附图标记：
23.具有扰流网的海上风电吸力筒基础100；
24.吸力筒1；顶端面11；立柱2；扰流网3；第一扰流条31；第二扰流条32。
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
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图4描述本发明的实施例的具有扰流网3的海上风电吸力筒基础100。
27.如图1
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4所示，根据本发明实施例的具有扰流网3的海上风电吸力筒基础100包括吸力筒1、立柱2、和扰流网3。
28.吸力筒1埋入海床中且其顶端面11从海床中露出。具体地，吸力筒1包括具有顶端面11的套筒，吸力筒1的套筒埋设在海床中，吸力筒1的顶部从海床中露出。本领域的技术人员可知，吸力筒1的安装原理与“拔火罐”类似，将吸力筒1安放下海床面上后，利用水泵将吸
力筒1内的海水吸出，吸力筒1内的压力减小，在吸力筒1内外的压力差的作用下，吸力筒1逐渐下沉至预设深度。
29.立柱2的底部与吸力筒1相连。具体地，如图1
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4所示，立柱2的下端部固定在吸力筒1上，由此将立柱2安装在海平面上。吸力筒1外径为dt。
30.扰流网3至少设置在吸力筒1的顶端面11上并从吸力筒1的顶端面11向上突出，扰流网3为覆盖吸力筒1的顶端面11的至少一部分的网状结构，扰流网3覆盖吸力筒1的顶端面11的面积大于等于0.05πdt2。
31.具体地，如图1
‑
4所示，扰流网3设在吸力筒1的顶端面11，扰流网3在顶端面11向上延伸。
32.根据本发明实施例提供的具有扰流网3的海上风电吸力筒基础100，通过扰流网3至少设置在吸力筒1的顶端面11上并从吸力筒1的顶端面11向上突出，扰流网3为覆盖吸力筒1的顶端面11的至少一部分的网状结构。由此，潮流接触扰流网3时，突出的扰流网3能够“打散”潮流，局部改变潮流的流速和方向，使潮流的能量在一定程度上得以消散，减小了吸力筒1对潮流的止挡阻力，吸力筒1前方不会产生较大的马蹄形漩涡，从而在源头上抑制了马蹄型漩涡的形成，延长了吸力筒1的使用寿命。也就是说，突出的扰流网3的设置起到了消能减冲的效果，抑制了吸力筒1附近马蹄形漩涡的形成，有效地保护吸力筒1周围的土体，避免冲刷坑的形成。
33.在一些实施例中，扰流网3为环形且环绕立柱2设置。由此，扰流网3呈环形设在吸力筒1的顶端面11上，且环绕在立柱2的外周面上，使得扰流网3可对任一方向的潮流都起到减冲效果，使得扰流网3的设置更加合理。
34.在一些实施例中，扰流网3由若干扰流条相互交叉形成。由此，扰流网3可通过多个扰流条交叉设置形成网状结构。
35.在一些实施例中，扰流网3由多条第一扰流条31和多条第二扰流条32交叉形成，第一扰流条31为环形且环绕立柱2，多条第一扰流条31在吸力筒1的径向(如图1
‑
2所示，内外方向)上排布，第二扰流条32沿吸力筒1的径向延伸，多条第二扰流条32沿环绕立柱2的周向排布。
36.具体地，如图1
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2所示，多个第一扰流条31设在吸力筒1的顶端面11上，多个第一扰流条31呈环形环绕在立柱2上，且多个第一扰流条31沿内外方向间隔设置，多个第二扰流条32沿内外方向延伸与多个第一扰流条31相交，多个第二扰流条32沿立柱2的周向间隔设置。由此，多个第一扰流条31和多个第二扰流条32相交呈扰流网3，使得扰流网3设置更加合理。
37.在一些实施例中，扰流网3为放射状。具体地，如图3
‑
4所示，吸力筒1的顶端面11的扰流网3由多个扰流条组成，多个扰流条沿立柱2的周向间隔设置，多个扰流条沿内外方向向外发散呈放射状。
38.由于，吸力筒1越靠近海床面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，为了更好地应对实际情况，在一些实施例中，扰流网3的靠近立柱2的部分比远离立柱2的部分密集。具体地，通过增加第一扰流条31和第二扰流条32的数量或减小扰相邻第一扰流条31和相邻第二扰流条32之间的间距，从而增加扰流网3的密度。扰流条的密度向靠近海床面的方向增大，从而提高了具有扰流网3的海上风电吸力筒基础100的防冲刷能力和实用性。
39.在很多海域中，潮流方向不是均匀的，例如：某些海域中的潮流常年呈东西流动，南北流动的潮流很少出现。当立柱2承受东西流动的潮流时，立柱2的东侧和西侧的海床最容易产生较大的冲刷坑，而南侧和北侧的海床产生的冲刷坑较小。
40.为了使具有扰流网3的海上风电吸力筒基础100在具备足够强的防冲刷能力的情况下，减小制造成本，降低制造难度，在一些实施例中，立柱2的外周面包括朝向潮流方向的正面、正面相对的背面以及两个侧面，在正面和背面上分布的扰流网3均比在两个侧面上分布的扰流网3更密集。
41.具体地，定义朝向潮流方向为正面，背离潮流方向为侧面，以及与正面和背面相连的面为侧面(例如：潮流呈东西流动，南北流动的潮流很少出现。立柱2的东面为正面，立柱2的西面为背面，或立柱2的西面为正面，立柱2的东面为背面，立柱2的南北两面为侧面)，在立柱2的正面和背面设置的扰流网3比在立柱2的两侧设置的扰流网3密集，从而使具有扰流网3的海上风电吸力筒基础100既能够具有较强的防冲刷能力，又能减小其制造成本，降低制造难度。
42.在一些实施例中，扰流网3完全覆盖吸力筒1的顶端面11。可选地，吸力筒1的外径为15m至45m。由此，提高了吸力筒1的顶端面11利用率，进一步提高了具有扰流网3的海上风电吸力筒基础100的较强的防冲刷能力和抗潮流的能力。
43.在一些实施例中，如图1
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4所示，扰流网3还设置在立柱2上，并从立柱2的外周面沿立柱2的径向突出。由此，潮流绕流过没有设置扰流网3的立柱2时，由于立柱2的阻碍，可能会在立柱2周围形成马蹄形漩涡，马蹄形漩涡沿着立柱2的外周面向下发展，冲击向海床。当马蹄形漩涡到达设置有扰流网3的的立柱2时，扰流网3能够对漩涡进行主动扰流，消散漩涡的能量，使马蹄形漩涡的能量在到达海床面之前得以消散，或扰流网3能够将马蹄形漩涡“分割”为多个小型漩涡，小型漩涡的能量较小，流速较慢，对海床面的冲击力大大降低，因此能够大大减小冲刷坑形成的可能性。
44.在一些实施例中，扰流网3由螺旋环绕立柱2的第一扰流条31和第二扰流条32交叉形成，且第一扰流条31和第二扰流条32均螺旋环绕在立柱2上，或者，扰流网3由相互平行的多条第一扰流条31和相互平行的多条第二扰流条32交叉形成，第一扰流条31为环绕立柱2设置的环形。
45.具体地，扰流网3的有多种布置方式，例如：如图2和图4所示，第一扰流条31和第二扰流条32设在立柱2的外周面，且第一扰流条31和第二扰流条3224在立柱2的外周面交叉设置，或如图1和图3所示，第一扰流条31环绕在立柱2的外周面上，且多个第一扰流条31沿上下方向间隔设在立柱2，多个第二扰流条32设在立柱2的外周面且围绕立柱2的周向间隔设置，且第二扰流条32沿上下方向延伸且与每一条第一扰流条31交叉，多个第一扰流条31和多个第二扰流条32相互配合形成扰流网3。
46.在一些实施例中，扰流网3还设置在吸力筒1的外周面上，并从吸力筒1的外周面沿吸力筒1的径向突出。具体地，在高于海床面的吸力筒1的外周面上设置扰流网3，即使具有扰流网3的海上风电吸力筒基础100附近海床面上形成冲刷坑，冲刷坑的形成使原本位于海床面以下的吸力筒1的外周面露出，吸力筒1的外周面上设置的扰流网3可以有效地减小冲刷效应，阻止冲刷坑继续向下延伸，增强了具有扰流网3的海上风电吸力筒基础100的防冲刷性能。
47.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。
48.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。
49.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。
50.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。
51.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。
52.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。