专利名称：海上风力发电机组单管桩基础装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及海上风力发电技术，尤其涉及一种海上风力发电机组单管桩基础装置。
背景技术：
随着全球能源危机及环境恶化的加剧，清洁能源与可再生能源越来越受到各国的重视。近些年来，风电在我国迎来了快速发展期，但是由于土地资源的减少、电网建设的滞后以及大型风机公路运输困难等因素的限制，陆上风电的发展受到一定制约。由于我国东部沿海省市人口稠密、经济发达，用电需求旺盛，而且东部沿海为风能资源丰富区，海上风电逐步受到各个风机厂商和发电公司的重视，发展空间十分广阔。海上风力发电机基础主要的结构形式有:混凝土重力式、单管桩、多桩导管架、漂浮式等。单管桩基础由于结构简单、施工快捷而适合大规模的风场采用。在欧洲海上风电场的建设中单管桩的结构形式占有绝对份额。在国内，随着海上打桩设备的大量引进，预计在今后海上风场中单管桩基础会被广泛采用。单管桩基础主要由两部分组成:管桩和过渡段。由于海上打桩时，管桩的垂直精度是不能够满足风力发电机的安装要求，所以单管桩基础都需要过渡段将风机塔筒与管桩连接起来。过渡段与管桩之间留有一定缝隙，可以在一定范围内纠正管桩的垂直度偏差。过渡段调平后用高强灌浆料将缝隙灌满，形成灌浆层，以实现过渡段与管桩的连接。但是，由于灌浆层与管桩的外壁、过渡段的内壁粘接，连接强度较低，需要增加管桩和过渡段的连接区段长度，或者提高灌浆料强度等级来提高连接强度，因而增加了单管桩基础装置的制造成本。
发明内容
本发明提供一种海上风力发电机组单管桩基础装置，用以解决现有技术中的海上风力发电机组单管桩基础装置连接强度低和制造成本高的技术缺陷。本发明提供一种海上风力发电机组单管桩基础装置，包括管桩、过渡段、周向剪力键和灌浆层；所述过渡段套设在所述管桩的上部，所述管桩的下部能够插设于海床中；所述灌浆层充填在所述管桩和所述过渡段之间；所述周向剪力键沿所述管桩轴线方向多层间隔固定在所述管桩外壁和/或所述过渡段内壁上且埋设在所述灌浆层内。如上所述的海上风力发电机组单管桩基础装置，所述周向剪力键分别在管桩外壁和过渡段内壁上沿管桩轴线方向多层间隔设置。如上所述的海上风力发电机组单管桩基础装置，每层周向剪力键分为多段且相邻两段周向剪力键沿管桩轴线方向呈交错分布。如上所述的海上风力发电机组单管桩基础装置，位于管桩外壁的周向剪力键与过渡段内壁上的周向剪力键沿管桩轴线方向呈交错分布。如上所述的海上风力发电机组单管桩基础装置，每层周向剪力键分为多段，相邻两段周向剪力键沿管桩轴线方向呈交错分布，且位于管桩外壁的周向剪力键与过渡段内壁上的周向剪力键沿管桩轴线方向也呈交错分布。如上所述的海上风力发电机组单管桩基础装置，所述周向剪力键的截面为弧形。如上所述的海上风力发电机单管基础装置，每段周向剪力键为弧形且弧度与所述管桩的外壁或过渡段的内壁的弧度相同。如上所述的海上风力发电机组单管桩基础装置，所述海上风力发电机组单管桩基础装置还包括轴向剪力键；所述轴向剪力键固定在所述管桩外壁和/或过渡段内壁上且位于相邻两层周向剪力键之间。本发明提供的海上风力发电机组单管桩基础装置，由于在管桩的外壁和过渡段内壁上设置有周向剪力键，该周向剪力键埋设在灌浆层内，因而可以提高管桩与过渡段的连接强度，将过渡段传递过来的竖向力、水平弯矩和扭转力矩有效传递给管桩再传递给海床，并且可以减低海上风力发电基础单管桩基础装置的制造成本。
图1为本发明第一实施例提供的海上风力发电机组单管桩基础装置的结构示意图；图2为本发明第二实施例提供的海上风力发电机组单管桩基础装置中的局部放大图；图3为本发明第三实施例提供的海上风力发电机组单管桩基础装置中的管桩上的周向剪力键和轴向剪力键的示意图。
具体实施例方式参考图1，图1为本发明第一实施例提供的海上风力发电机组单管桩基础装置的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的海上风力发电机组单管桩基础装置包括管桩1、过渡段2、周向剪力键3和灌浆层4。过渡段2套设在管桩I的上部，管桩I的下部用于插设于海床中；灌浆层4充填在管桩I和过渡段2之间。周向剪力键3沿管桩I轴线方向多层间隔固定在管桩I外壁和过渡段2内壁上且埋设在灌浆层4内。具体地，每层周向剪力键3可以为环状整体结构，可以采用线材弯曲成形，周向剪力键3的截面可以为任意形状，如梯形或矩形等。周向剪力键3可以采用与管桩I和过渡段2相同的材料，如钢材等。安装时，可以通过焊接方式将周向剪力键3固定在管桩I的外壁上和过渡段的内壁上，向管桩I和过渡段2的间隙内填充灌浆层4，灌浆层4将周向剪力键3埋设在其内。另外，过渡段2的顶部安装有法兰盘5，法兰盘5用于与风力发电机组的塔筒连接，该海上风力发电基础单管桩基础装置可以为海上风力发电机组提供基础支撑作用。本实施例提供的海上风力发电基础单管桩基础装置，由于在管桩I的外壁和过渡段2内壁上设置有周向剪力键3，该周向剪力键3埋设在灌浆层内，因而可以提高管桩I与过渡段2的连接强度，将过渡段2传递过来的竖向力、水平弯矩和扭转力矩有效传递给管桩I再传递给海床，并且可以减低海上风力发电基础单管桩基础装置的制造成本。参考图2和图3，图2为本发明第二实施例提供的海上风力发电机组单管桩基础装置中的局部放大图，示意了过渡段2与管桩I套设后，设于二者之间的剪力键3和灌浆层4的结构关系；图3为本发明第三实施例提供的海上风力发电机组单管桩基础装置中的管桩上的周向剪力键和轴向剪力键的示意图。如图2和图3所示，在本发明第一实施例的基础上，还可以对周向剪力键3作进一步的改进，每层周向剪力键3分别在管桩I外壁和过渡段2内壁上沿管桩I轴线方向多层间隔设置。周向剪力键3具体设置方式可以有多种，一种方式为，每层周向剪力键3分为多段且相邻两段周向剪力键3沿管桩I轴线方向呈交错分布。在上一种周向剪力键3的布置方式的基础上，位于管桩I外壁的周向剪力键3与过渡段2内壁上的周向剪力键3沿管桩I轴线方向呈交错分布。另外，每层周向剪力键3分为多段，相邻两段周向剪力键3沿管桩I轴线方向呈交错分布，且位于管桩I外壁的周向剪力键3与过渡段2内壁上的周向剪力键3沿管桩I轴线方向也呈交错分布。采用上述周向剪力键3的多种布置方式，在焊接时，可以减小周向剪力键3在弯曲成形时的加工难度，并且可以减小焊接难度、提高焊接质量，还减小管桩I和过渡段2的壁体产生的焊接应力和变形量。此外，周向剪力键3的截面可以为弧形。也就是说，周向剪力键3与灌浆层4为弧面接触，当海上风力发电机组在高循环幅、高周期的疲劳载荷作用下，利于减小周向剪力键3与灌浆层4产生的压应力，使压应力能在周向剪力键3周边均匀传递，以避免由于周向剪力键3局部尖锐处压应力超过灌浆层4的极限承载力而发生局部压碎的现象，提高安全性。每段周向剪力键3采用双面角接焊缝焊接在管桩I的外壁上和过渡段2的内壁上，可以提高周向剪力键3的焊接强度。另外，每段周向剪力键3为弧形且弧度与管桩I的外壁、或过渡段2的内壁的弧度相同，以提高周向剪力键3与管桩I和过渡段2的连接强度。如图3所示，在本发明上述实施例的基础上，海上风力发电机组单管桩基础装置还包括轴向剪力键6 ;轴向剪力键6固定在管桩I外壁和/或过渡段2内壁上且位于相邻两层周向剪力键3之间。海上风力发电机组在运行过程中，尤其是在极端风速状态下，会产生较大的扭转力矩，而周向剪力键3在有效吸收扭转力矩方面可能会受影响，因而可以通过轴向剪力键6增加吸收过渡段传递过来的扭转力矩，利于避免扭转力矩过大对海上风力发电机组单管桩基础装置造成损坏。需要说明的是，由于扭转力矩相较之倾覆力矩小，因而轴向剪力键6可以根据实际受力情况适当布置。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范围。
权利要求
1.一种海上风力发电机组单管桩基础装置，其特征在于，包括管桩、过渡段、周向剪力键和灌浆层；所述过渡段套设在所述管桩的上部，所述管桩的下部能够插设于海床中；所述灌浆层充填在所述管桩和所述过渡段之间； 所述周向剪力键沿所述管桩轴线方向多层间隔固定在所述管桩外壁和/或所述过渡段内壁上且埋设在所述灌浆层内。
2.根据权利要求1所述的海上风力发电机组单管桩基础装置，其特征在于，所述周向剪力键分别在管桩外壁和过渡段内壁上沿管桩轴线方向多层间隔设置。
3.根据权利要求1或2所述的海上风力发电机组单管桩基础装置，其特征在于，每层周向剪力键分为多段且相邻两段周向剪力键沿管桩轴线方向呈交错分布。
4.根据权利要求3所述的海上风力发电机组单管桩基础装置，其特征在于，位于管桩外壁的周向剪力键与过渡段内壁上的周向剪力键沿管桩轴线方向呈交错分布。
5.根据权利要求2所述的海上风力发电机组单管桩基础装置，其特征在于，每层周向剪力键分为多段，相邻两段周向剪力键沿管桩轴线方向呈交错分布，且位于管桩外壁的周向剪力键与过渡段内壁上的周向剪力键沿管桩轴线方向也呈交错分布。
6.根据权利要求1或2所述的海上风力发电机组单管桩基础装置，其特征在于，所述周向剪力键的截面为弧形。
7.根据权利要求1或2所述的海上风力发电机单管基础装置，其特征在于，每段周向剪力键为弧形且弧度与所述管桩的外壁或过渡段的内壁的弧度相同。
8.根据权利要求1或2所述的海上风力发电机组单管桩基础装置，其特征在于，所述海上风力发电机组单管桩基础装置还包括轴向剪力键；所述轴向剪力键固定在所述管桩外壁和/或过渡段内壁上且位于相邻两层周向剪力键之间。
全文摘要
本发明提供一种海上风力发电机组单管桩基础装置，包括管桩、过渡段、周向剪力键和灌浆层；所述过渡段套设在所述管桩的上部，所述管桩的下部能够插设于海床中；所述灌浆层充填在所述管桩和所述过渡段之间；所述周向剪力键沿所述管桩轴线方向多层间隔固定在所述管桩外壁和/或所述过渡段内壁上且埋设在所述灌浆层内。由于在管桩的外壁和过渡段内壁上设置有周向剪力键，该周向剪力键埋设在灌浆层内，因而可以提高管桩与过渡段的连接强度，将过渡段传递过来的竖向力、水平弯矩和扭转力矩有效传递给管桩再传递给海床，并且可以减低海上风力发电基础单管桩基础装置的制造成本。
文档编号E02D27/12GK103174159SQ201110439338
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者朱宏兵, 金宝年, 于建军, 路计庄, 孙华东 申请人:华锐风电科技(集团)股份有限公司