一种单桩基础的加固结构、单桩组件及风力发电机组的制作方法

1.本实用新型涉及水上风电技术领域，具体涉及一种单桩基础的加固结构、单桩组件及风力发电机组。


背景技术：

2.在碳中和的技术背景下，水上风电将成为未来新能源发展的重要组成部分。截至2021年年底，我国水上风电装机量超过1000万千瓦，2021至2025年，预计我国新增水上风电装机规模可达3470万千瓦，装机容量非常庞大。
3.目前，水上风电常见的基础形式为单桩基础。单桩基础承受风浪流等环境的综合载荷作用，并且，还受到松软水底地质的影响，在长期使用的条件下，可能会存在倾斜、失稳等现象，严重影响水上风电机组的正常使用。
4.因此，如何提供一种方案，以克服或者缓解上述缺陷，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种单桩基础的加固结构、单桩组件及风力发电机组，其中，该加固结构可以较好地克服单桩基础的倾斜、失稳等现象，以利于延长单桩基础乃至整个风力发电机组的使用寿命。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种单桩基础的加固结构，包括若干的吸力筒，各所述吸力筒环绕所述单桩基础布置，并能够沉入水底原泥中，且周向上相邻的两所述吸力筒相连接，各所述吸力筒朝向所述单桩基础的一面组合形成内环面，所述单桩基础具有外壁面，所述内环面和所述外壁面围合形成容纳空间，所述容纳空间在轴向上的至少局部区域填充有加固物质。
7.采用这种方案，通过吸力筒和水底原泥的配合，以及容纳空间内加固物质的作用，能够有效地增加单桩基础水平方向上的阻尼，并减小单桩基础的泥面转角，进而可以较大程度地避免单桩基础在长期使用过程中的倾斜、失稳等现象，可延长单桩基础乃至整个风力发电机组的使用寿命。
8.可选地，所述容纳空间包括在轴向上分布的上部区域和下部区域，所述下部区域填充有水下原泥，所述上部区域填充有所述加固物质。
9.可选地，所述下部区域的轴向尺寸大于或者等于500mm。
10.可选地，所述吸力筒具有顶面，所述顶面和水底面相平齐。
11.可选地，所述加固物质包括灌注料。
12.可选地，所述加固物质还包括内嵌件。
13.可选地，周向上相邻的两所述吸力筒中，一者配置有第一连接部，另一者配置有第二连接部，所述第一连接部配置有第一连接孔，所述第二连接部配置有第二连接孔；还包括连接件，所述连接件插接于所述第一连接孔和所述第二连接孔。
14.可选地，周向上相邻的两所述吸力筒中，一者配置有对位部，另一者配置有对位配合部，所述对位部插接装配于所述对位配合部。
15.可选地，各所述吸力筒均配置有抽吸口。
16.本实用新型还提供一种单桩组件，包括单桩基础和上述的单桩基础的加固结构。
17.本实用新型还提供一种风力发电机组，包括风机叶片、轮毂和单桩组件，其中，该单桩组件为上述的单桩组件。
附图说明
18.图1为本实用新型所提供单桩基础的加固结构和单桩基础的连接结构图；
19.图2为本实用新型所提供单桩基础的加固结构和单桩基础的俯视图；
20.图3为吸力筒的一种实施方式的结构示意图；
21.图4为吸力筒的另一种实施方式的结构示意图；
22.图5为吸力筒的连接结构图。
23.附图标记说明如下：
24.1单桩基础、11外壁面；
25.2吸力筒、21顶面、22第一连接部、221第一连接孔、23第二连接部、231第二连接孔、24对位部、25对位配合部、26抽吸口、2a内环面；
26.3连接件；
27.4加固物质；
28.5水底原泥、51水底面；
29.a容纳空间、a1上部区域、a2下部区域。
具体实施方式
30.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
31.在本实用新型实施例中，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一个或者更多个该特征。
32.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是可拆卸地连接，也可以是不可拆卸地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。
33.本实用新型实施例中所提到的方位用语，例如，“内”、“外”等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方位用语是为了更好、更清楚地说明及理解本实用新型实施例，而不是指示或暗指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实用新型实施例的限制。此外，除非本技术中另有说明，否则本技术中所述的“若干”是指两个或两个以上，且在使用“若干”表示某几个部件的数量时，并不表示这些部件在数量上的相互关系。
34.在本实用新型实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要
素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
35.水上风电通常是指海上风电，即在海上所搭建的风力发电机组，当然，水上风电也可以是指在湖中、河中搭建的风力发电机组。一般而言，水上风电的基础形式多为单桩基础，单桩基础可以埋入水底的砂砾岩石(以下本实用新型实施例称之为水底原泥)当中，以作为风力发电机组的基础构造。
36.水上环境和陆地环境差异较大，具体表现为风浪等环境载荷作用明显，并基本持续存在，且部分安装位置处的水底原泥相对松软，在长期使用的条件下，单桩基础容易出现倾斜、失稳等现象，不利于水上风电机组的正常使用。或者，在一些施工过程下，单桩基础打入水下原泥的深度可能未达到设计要求，此时，会造成单桩基础泥面转角过大，也容易引发单桩基础的倾斜、失稳等问题。
37.针对此，本实用新型实施例提供一种单桩基础的加固结构，可以对单桩基础进行加固，从而可以较大程度地克服单桩基础在长期运行条件下的倾斜、失稳等问题，有利于延长单桩基础乃至整个风力发电机组的使用寿命。
38.需要说明的是，上述加固结构可以是对已有项目的单桩基础进行加固，以对运行过程中的单桩基础进行补强，从而可以延续单桩基础乃至整个风力发电机组的实际运行寿命；或者，上述加固结构也可以是直接配置于新建单桩基础，以应用于新的水上风电项目，这样，新建单桩基础的轴向尺寸、径向尺寸以及壁厚等相关参数可以设计的较小，还可以节省单桩基础的用料，以降低单桩基础的成本。
39.具体地，请参考图1-图5，图1为本实用新型所提供单桩基础的加固结构和单桩基础的连接结构图，图2为本实用新型所提供单桩基础的加固结构和单桩基础的俯视图，图3为吸力筒的一种实施方式的结构示意图，图4为吸力筒的另一种实施方式的结构示意图，图5为吸力筒的连接结构图。
40.如图1和图2所示，本实用新型提供一种单桩基础1的加固结构，包括若干的吸力筒2，各吸力筒2环绕单桩基础1布置，在使用时，各吸力筒2均可以埋入水底原泥5，以固定吸力筒2在水下的安装位置；周向上相邻的两吸力筒2相连接，各吸力筒2朝向单桩基础1的一面可以组合形成内环面2a，单桩基础1具有外壁面11；内环面2a和外壁面11之间可以围合形成容纳空间a，容纳空间a在轴向上的至少局部区域填充有加固物质4。
41.采用这种方案，通过吸力筒2和水底原泥5的配合，以及容纳空间a内加固物质4的作用，能够有效地增加单桩基础1水平方向上的阻尼，并减小单桩基础1的泥面转角，进而可以较大程度地避免单桩基础1在长期使用过程中的倾斜、失稳等现象，可延长单桩基础1乃至整个风力发电机组的使用寿命。
42.这里，本实用新型实施例并不限定吸力筒2埋入水底原泥5的深度，在具体实践中，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，只要是能够满足使用的要求即可。
43.应理解，吸力筒2埋入水底原泥5越深，吸力筒2在水底原泥5内的固定效果就越佳；吸力筒2埋入水底原泥5越浅，吸力筒2的埋入操作就越简单。在一些实施方式中，如图1所示，可以控制吸力筒2的顶面21和水底面51相平齐，即可以将吸力筒2整体埋入水底原泥5中，此时，吸力筒2和水底原泥5之间的结合可靠性可以较高。
44.容纳空间a可以包括在轴向上分布的上部区域a1和下部区域a2，其中，下部区域a2可以填充有水下原泥5，上部区域a1则可以填充有前述的加固物质4。水下原泥5具体可以是吸力筒2在埋入水下原泥5的过程中自然填充，并且，根据吸力筒2埋入深度的不同，在对加固物质4进行填充时，可以选择对已经位于容纳空间a内的水下原泥5进行部分去除或者不去除。
45.在图1的实施方式中，吸力筒2为整体埋入水下原泥5，此时，水下原泥5实际是基本充满容纳空间a的，为了给加固物质4提供安装空间，可以借助高压水枪等工具对充满容纳空间a的水下原泥5进行部分清除，以获得前述的上部区域a1，然后再向该上部区域a1内灌注加固物质4以进行填充。下部区域a2、以及下部区域a2内水下原泥5的保留则可以减少对于各吸力筒2所组成结构的扰动，有利于保证吸力筒2在水下原泥5内的可靠固定。
46.这里，本实用新型实施例并不限定下部区域a2的轴向尺寸，具体实践中，本领域技术人员可以根据实际需要进行配置，只要是能够满足使用的要求即可。作为一种示例性说明，下部区域a2的轴向尺寸可以设置为大于或者等于500mm，这样，即可以较好地减少对于各吸力筒2所组成结构的扰动。
47.应理解，下部区域a2不存在的方案也是可行的，即整个容纳空间a内可以全部填充加固物质4。
48.加固物质4具体可以包括灌注料，如高强混凝土、高强灌浆料等，高强混凝土具体可以为耐海水高强混凝土等，以增加对于海水的抗性，并且，该高强混凝土中还可以掺入适量的膨胀剂，以尽可能地避免混泥土凝固后的收缩问题，从而可以使得加固物质4能够更为紧密地和内环面2a、外壁面11相贴合。
49.在一些可选的实施方式中，加固物质4还可以包括内嵌件，该内嵌件可以作为灌注料的骨架，以进一步地提升加固物质4的结构强度。内嵌件具体可以为钢筋笼等，钢筋笼和高强混凝土相配合，可以组合形成钢筋混凝土，能够提升加固物质4的强度，并可防止高强混凝土的受力开裂。
50.这里，本实用新型实施例还不限定相邻两吸力筒2的连接结构，具体实践中，本领域技术人员可以根据实际需要进行设计，只要是能够满足使用的要求即可。例如，焊接、卡接、借助螺栓等形式的连接件连接等均是可以采用的连接方式。
51.在附图的实施方式中，如图3-图5所示，周向上相邻的两吸力筒2中，一者可以配置有第一连接部22，另一者可以配置有第二连接部23，第一连接部22可以配置有第一连接孔221，第二连接部23可以配置有第二连接孔231。本实用新型所提供加固结构还可以包括连接件3，该连接件3具体可以为销钉等。在装配时，可以先将第一连接孔221和第二连接孔231进行对齐，然后再将连接件3插接于第一连接孔221和第二连接孔231，以将周向上相邻的两个吸力筒2连接为一体。
52.第一连接部22和第二连接部23可以在轴向上相贴合，以便固定相邻两吸力筒2的轴向安装位置。当然，第一连接部22和第二连接部23也可以在轴向上相间隔设置，这样也是可行的，至于两吸力筒2轴向安装位置的确定，则可以是借助其他的连接结构。
53.请继续参考图3和图4，周向上相邻的两吸力筒2中，一者可以配置有对位部24，另一者可以配置有对位配合部25。在对位部24插接装配于对位配合部25时，第一连接孔221和第二连接孔231可以对中，以利于连接件3的插接装配。
54.同时，对位部24和对位配合部25的插接装配，也可以实现周向上相邻两个吸力筒2的轴向安装定位。
55.在一些可选的实施方式中，各吸力筒2均可以配置有抽吸口26，该抽吸口26可以连通相应吸力筒2的内部腔室。在具体实践中，还可以搭配抽吸泵，抽吸泵可以和抽吸口26相接，并可以通过抽吸口26对内部腔室进行抽吸，以控制吸力筒2进行沉降；并且，通过调整对于不同吸力筒2的抽吸力，可以控制各吸力筒2的沉降深度和沉降速度，以便控制各吸力筒2的顶面21相平齐。
56.实际应用中，也可以仅在部分吸力筒2设置抽吸口26，而未设置抽吸口26的吸力筒2的内部腔室可以和设置有抽吸口26的内部腔室相连通，这样，即可以通过一个抽吸口26实现对于多个吸力筒2的抽吸沉降。两吸力筒2的内部腔室相连通的具体结构在此不做限定。
57.上述加固结构的整体结构形式简单，可以方便地进行施工安装。具体来讲，上述加固结构的施工过程可以包括以下步骤：1)各吸力筒2的组装，以图3-图5中的实施方式为例，即是通过连接件3实现相邻两吸力筒2之间的连接；2)搭配抽吸泵，控制各吸力筒2进行沉降，以使得各吸力筒2可以埋入水底原泥5设定深度，以图1中的实施方式为例，即是控制吸力筒2整体埋入水底原泥5中；3)利用高压水枪等去除容纳空间a内的部分水底原泥5，以形成设定尺寸的上部区域a1；4)在上部区域a1内灌注加固物质4，直至加固物质4可以和吸力筒2的顶面21相平齐，即可完成安装。
58.本实用新型还提供一种单桩组件，包括单桩基础1和加固结构，该加固结构即为上述各实施方式所涉及单桩基础1的加固结构。该单桩组件可以存在于已有项目，此时，该单桩组件包括原有的单桩基础1和后安装的加固结构。或者，该单桩组件也可以存在于新建项目，此时，该单桩组件包括一起安装的单桩基础1和加固结构。
59.通过加固结构的设置，上述单桩组件可以具备较佳的抗倾斜、抗失稳性能，使用寿命可以较长。对于新建项目而言，通过加固结构的设置，单桩基础1的轴向尺寸、径向尺寸以及壁厚等相关参数可以设计的较小，还可以节省单桩基础1的用料，以降低单桩基础1的成本。
60.本实用新型还提供一种风力发电机组，包括风机叶片、轮毂和单桩组件。其中，该单桩组件可以为前述的单桩组件，其可以作为基础构造和水底原泥5相连；轮毂可以安装于单桩组件，并可内置发电机等部件；风机叶片则可以安装于轮毂。
61.基于上述单桩组件的设置，风力发电机组可以具备较长的使用寿命，能够在较长的时间内稳定工作，以在生命周期内产生更多的电量，并且使用安全性较高。
62.以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。