单桩-吸力桶风电基础及其回收方法

1.本发明涉及海上风电安装技术领域，具体是关于一种单桩-吸力桶风电基础及其回收方法。


背景技术：

2.我国近海风能资源十分丰富，开发利用近海风能资源对我国未来能源结构的优化具有至关重要的作用，同时风能的开发利用在一定程度上可以有效地缓解能源匮乏及环境污染等问题，具有广阔的应用前景。海上风电已成为未来风电发展的必然趋势。海上风机主要由基础结构、塔架、机舱、轮毂和叶片组成，由于风机运行长期经受风浪流等环境载荷作用，基础底部的海床土体受水流冲刷作用，且属于自身重量较大的高耸结构物，因此基础结构的稳定性关系到风机长期的安全运行。
3.现有的浅海风电基础结构主要有单桩基础、重力式基础、吸力桶型基础以及基于单桩或吸力桶的导管架基础。其中，重力式基础由于其制作和安装成本较高，国内并不采用。
4.然而，现有技术中的单桩基础安装船需要配备冲击锤等重型装备设备，钻孔作业后需进行灌浆处理，该过程还另需灌浆船操作，海上施工复杂且安装成本较高，另外安装过程中的冲击等操作会对水下生物产生噪音影响，且设备服役结束后无法有效回收，不利于生态保护。
5.现有技术中的导管架基础底部靠钢管桩打入海床进行固定，除具有与现有技术中的单桩基础类似的缺点外，还具有如下缺点：该基础承载力相较于单桩基础来说更大，但是施工过程更加繁琐复杂；导管架结构的制造成本较高，且导管架焊接部分和节点数量较多，导致其结构受力也更加复杂，易产生疲劳损伤，后期运维较麻烦。
6.现有技术中的吸力桶型基础，除具有与现有技术中的导管架基础类似的缺点外，还具有如下缺点：整体结构复杂，且具有的三个吸力筒受不同程度冲刷后会影响其平稳性。
7.因此，需提出一种基于全生命周期成本考虑的新型海上风机基础结构，为我国海上风电事业提供技术支持。


技术实现要素：

8.针对上述问题，本发明的第一目的是提供一种单桩-吸力桶风电基础，能够综合考虑结构稳定性和全生命周期成本问题，是对风机上部塔架及轮毂叶片结构起到稳定支撑作用的基础结构。
9.本发明的第二目的是提供一种单桩-吸力桶风电基础的回收方法。
10.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
11.本发明所述的单桩-吸力桶风电基础，包括单桩和吸力桶，所述单桩为细长管状结构，所述吸力桶为底部开口、顶部封闭的空心圆柱体结构；所述单桩的下端与所述吸力桶的顶部同轴密封固定连接。
12.所述的单桩-吸力桶风电基础，优选地，所述单桩的下端和所述吸力桶顶部之间设置有若干个肋板，若干个所述肋板绕所述单桩周向设置，所述肋板用于连接所述单桩和所述吸力桶并加强两者之间的连接强度。
13.所述的单桩-吸力桶风电基础，优选地，所述肋板为三角板状结构，三角板状结构的第一直角边与所述单桩的管壁连接，三角板状结构的第二直角边与所述吸力桶的顶部连接，与第一直角边相对的三角板状结构的顶角与所述吸力通的侧壁抵接。
14.所述的单桩-吸力桶风电基础，优选地，所述吸力桶的顶部设置有吊耳。
15.所述的单桩-吸力桶风电基础，优选地，所述吸力桶的顶部设置有注水孔。
16.所述的单桩-吸力桶风电基础，优选地，所述吸力桶的顶部设置有排气孔，所述排气孔用于与泵连接。
17.所述的单桩-吸力桶风电基础，优选地，所述排气孔上设置有排气阀。
18.本发明所述的单桩-吸力桶风电基础的回收方法，包括：
19.注水阶段：使所述吸力桶顶部的注水孔连接进水管并向吸力桶内注水，使吸力桶内部充水被顶起产生竖向位移，在注水的过程中通过缆绳连接吸力桶顶部吊耳向上提升；
20.充气阶段：当吸力桶露出海床部分达到吸力桶1/3处时停止向吸力桶内注水，通过排气孔向吸力桶内泵送气体，直至吸力桶再次产生竖向位移，通过缆绳进行缓慢上提，直至吸力桶完成自浮上升至海面，完成吸力桶的回收。
21.所述的回收方法，优选地，在向吸力桶内注水至吸力桶产生竖向位移时，所述吸力桶的上升速度小于0.5m/h；在注水阶段时，所述缆绳提供的辅助上提的力为吸力桶自重的1/8-1/10；在充气阶段时，所述缆绳提供的辅助上提的力为吸力桶自重的1/15-1/30。
22.所述的回收方法，优选地，在吸力桶回收的过程中，通过控制注水和充气的速率和量调节吸力桶的倾斜度，使其倾斜度小于0.5度。
23.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
24.本发明与传统的固定式风机基础相比最大的优势在于能够借助吸力桶的负压特性，进行基础的回收重复利用，一方面可以节省传统废弃固定式基础的废弃拆除费用，另一方面可以回收再利用，从全生命周期成本的概念上具有很大的经济优势。且该结构相较于传统的单桩基础更具有稳定性的优势，于固定式浅海风机基础而言，从结构特性和经济性上都有较大优势。
附图说明
25.图1为本发明的单桩-吸力桶风电基础的结构示意图；
26.图2为图1中的吸力桶的放大结构示意图，其中，示出了肋板的结构；
27.图3为图1中的吸力桶的放大结构示意图，其中，示出了吊耳的结构；
28.图4为图1中的吸力桶的放大结构示意图，其中，示出了注水孔的结构；
29.图5为图1中的吸力桶的放大结构示意图，其中，示出了排气孔的结构；
30.图6为图1中的吸力桶的俯视结构示意图。
31.图中各附图标记为：
32.1-单桩；2-吸力桶；3-肋板；4-吊耳；5-注水孔；6-排气孔；7-排气阀。
具体实施方式
33.以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
34.本发明提供一种单桩-吸力桶风电基础，包括单桩和吸力桶，所述单桩为细长管状体结构，所述吸力桶为底部开口、顶部封闭的空心圆柱体结构；所述单桩的下端与所述吸力桶的顶部同轴密封固定连接。本发明能够综合考虑结构稳定性和全生命周期成本问题，是对风机上部塔架及轮毂叶片结构起到稳定支撑作用的基础结构。
35.如图1所示，本发明提供的单桩-吸力桶风电基础，包括单桩1和吸力桶2，单桩1为细长管状结构，吸力桶2为底部开口、顶部封闭的空心圆柱体结构；单桩1的下端与吸力桶2的顶部同轴密封固定连接，具体地，在吸力桶的顶部设置通孔，单桩1插接在通孔的顶部，并与吸力桶2的顶部密封。
36.在上述实施例中，优选地，如图2所示，单桩1的下端和吸力桶2顶部之间设置有若干个肋板3，若干个肋板3绕单桩1周向设置，肋板3用于连接单桩1和吸力桶2并加强两者之间的连接强度。
37.在上述实施例中，优选地，肋板3为三角板状结构，三角板状结构的第一直角边与单桩1的管壁连接，三角板状结构的第二直角边与吸力桶2的顶部连接，与第一直角边相对的三角板状结构的顶角与吸力通2的侧壁抵接。由此，可以使得单桩1和吸力桶2连接的更加稳定。
38.在上述实施例中，优选地，如图3所示，吸力桶2的顶部设置有吊耳4，吊耳用于起吊吸力桶，为了方便起吊，吊耳4设置为两个，两个吊耳4分别设置于单桩1的两侧。
39.在上述实施例中，优选地，如图4所示，吸力桶2的顶部设置有注水孔5，注水孔用于向吸力桶内注水。
40.在上述实施例中，优选地，如图5所示，吸力桶2的顶部设置有排气孔6，排气孔6用于与泵连接，排气孔用于排出或向吸力桶2内充入气体。
41.在上述实施例中，优选地，排气孔6上设置有排气阀7，排气阀位于排气孔6和泵之间，用于打开和关闭排气孔6。
42.本发明提供的基于上述的单桩-吸力桶风电基础的回收方法，包括：
43.注水阶段：使吸力桶2顶部的注水孔5连接进水管并向吸力桶2内注水，使吸力桶2内部充水被顶起产生竖向位移，在注水的过程中通过缆绳连接吸力桶2顶部吊耳4向上提升；
44.充气阶段：当吸力桶2露出海床部分达到吸力桶1/3处时停止向吸力桶2内注水，通过排气孔6向吸力桶2内泵送气体，直至吸力桶2再次产生竖向位移，通过缆绳进行缓慢上提，直至吸力桶2完成自浮上升至海面，完成吸力桶2的回收。
45.在上述实施例中，优选地，在向吸力桶2内注水至吸力桶2产生竖向位移时，吸力桶2的上升速度小于0.5m/h；在注水阶段时，缆绳提供的辅助上提的力为吸力桶2自重的1/8-1/10；在充气阶段时，缆绳提供的辅助上提的力为吸力桶2自重的1/15-1/30。
46.在上述实施例中，优选地，在吸力桶2回收的过程中，通过控制注水和充气的速率和量调节吸力桶2的倾斜度，使其倾斜度小于0.5度。
47.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。