一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置的制作方法

1.本发明涉及海上风电领域，具体涉及一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置。


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。海上风电机组基础成本约占整个海上风电投资的20％至25％，其中单桩基础由于制造简单，施工方便，因此在近浅海区域水深＜30m得到了大规模的应用。
3.海上风电单桩基础为长悬臂结构装置，基础底部深入浅覆盖层+基岩海床上，基础中部受到波浪流荷载的反复作用，基础上部安装风机主机以及叶片等装置，受风、浪、流以及机组重力等交变载荷的影响下，基础底部海床水平处容易产生较大的疲劳累积损伤。另一方面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。桩前马蹄形漩涡、桩侧边缘的流线压缩是稳定流冲刷的关键因素，不同的海床的土质、地形结构和走势都会造成冲刷坑的大小和深度。
4.由于地转偏向力的影响，北半球的旋涡按逆时针旋转。现象称为“卡皮罗现象”。海上风电单桩基础周围的旋涡也呈现出“卡皮罗现象”，即北半球的旋涡按照逆时针旋转，南半球的旋涡按照顺指针旋转。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，解决了现有的海上风电基础底部容易形成冲刷坑的缺陷。
6.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.本发明提供的一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，包括海上风电单桩基础本体，所述海上风电单桩基础本体上安装有螺旋导流装置。
8.优选地，所述螺旋导流装置布置在海平面和海床之间。
9.优选地，所述螺旋导流装置的旋流方向与海上风电单桩基础本体周围的旋涡旋流方向相反。
10.优选地，所述螺旋导流装置的螺距自上至下依次增大。
11.优选地，所述螺旋导流装置的直径自上至下依次增大。
12.优选地，所述螺旋导流装置上开设有工艺孔。
13.优选地，所述螺旋导流装置为板状结构。
14.优选地，所述海上风电单桩基础本体上依次安装有风电塔筒和风电主机。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.本发明提供的一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，在海上风电单桩基本体上设置螺旋导流装置，该螺旋导流装置能够限制下潜漩涡、马蹄形漩涡和尾迹漩涡结构形成
和传播，尤其是阻挡了下潜漩涡对海床面的卷掘作用，进而能够有效解决海上风电单桩基础的冲刷坑问题。
附图说明
17.图1是现有海上风电桩基础冲刷问题；
18.图2是本发明涉及的装置结构示意图；
19.图3是本发明涉及的螺旋导流装置的固定。
具体实施方式
20.下面结合附图1、附图2、附图3和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
21.如图1所示，海上风电单桩基础冲刷问题。在由于海浪和潮汐的作用下，引起桩基础冲刷的主要原因是在桩基周围所产生的下潜漩涡、马蹄形漩涡和尾迹漩涡结构，漩涡结构在风电基础周围淘掘并带走泥沙及其其他物质。该过程是一个复杂的耦合过程，涉及水流、沉积物和结构的相互耦合作用。浪流在冲向单桩基础时，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。当然，考虑到海浪和潮汐的流动的双向作用，以及复杂的海床的土质、地形结构和走势，使得造成冲刷问题因素更为复杂。
22.如图2、图3所示，本发明提供的一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，其中，风电主机1和风电塔筒2依次安装在海上风电单桩基础本体3上，海上风电单桩基础本体3的自由端深入海床一定深度。
23.所述海上风电单桩基础本体3上安装有螺旋导流装置4；所述螺旋导流装置4位于海平面以下，限制了下潜漩涡、马蹄形漩涡和尾迹漩涡结构形成和传播，尤其是阻挡了下潜漩涡对海床面的卷掘作用。
24.所述螺旋导流装置的旋流方向与海上风电单桩基础本体周围的旋涡旋流方向相反，其中：若该风电机组位于北半球位置(赤道以北的位置)，则螺旋导流装置4的旋流方向为顺时针时针(从顶部向下看)；若该风电机组位于南半球位置(赤道以南的位置)，则螺旋导流装置4的旋流方向为逆时针时针(从顶部向下看)。
25.由于海流的速度分布遵循流动边界层规律，即在海床上流速为零，而在海平面流速最大，因此为了海平面上海流对上部螺旋导流装置4的冲击载荷过大，同时为了更好地限制冲刷的旋涡结构对风电桩的基础区域的冲刷。因此，螺旋导流装置4的螺距h从上到下依次增大，变化范围为0.1d:1d,其中，d为塔筒直径；螺旋导流装置4的宽度l从上到下，同样依次增大，变化范围为0.2d:2d。
26.所述螺旋导流装置4为板状结构。
27.另一方面，为了进一步海流向下的卷掘旋涡结构对螺旋导流装置4造成冲击，以及降低螺旋导流装置4的质量以及成本造价，对螺旋导流装置4上面进行开孔。
28.上部螺旋导流装置4的开孔直径为0.1m～0.5m，更好地限制了海平面上海流的下潜漩涡，下部螺旋导流装置4开孔大,约1m～2m，有效地减轻了螺旋导流装置4的质量。


技术特征：
1.一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，其特征在于，包括海上风电单桩基础本体(3)，所述海上风电单桩基础本体(3)上安装有螺旋导流装置(4)。2.根据权利要求1所述的一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，其特征在于，所述螺旋导流装置(4)布置在海平面和海床之间。3.根据权利要求1所述的一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，其特征在于，所述螺旋导流装置(4)的旋流方向与海上风电单桩基础本体(3)周围的旋涡旋流方向相反。4.根据权利要求1所述的一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，其特征在于，所述螺旋导流装置(4)的螺距自上至下依次增大。5.根据权利要求1所述的一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，其特征在于，所述螺旋导流装置(4)的直径自上至下依次增大。6.根据权利要求1所述的一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，其特征在于，所述螺旋导流装置(4)上开设有工艺孔。7.根据权利要求1所述的一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，其特征在于，所述螺旋导流装置(4)为板状结构。8.根据权利要求1所述的一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，其特征在于，所述海上风电单桩基础本体(3)上依次安装有风电塔筒(2)和风电主机(1)。

技术总结
本发明提供的一种防止冲刷的海上风电单桩基础装置，包括海上风电单桩基础本体，所述海上风电单桩基础本体上安装有螺旋导流装置；该装置能够限制下潜漩涡、马蹄形漩涡和尾迹漩涡结构形成和传播，尤其是阻挡了下潜漩涡对海床面的卷掘作用，进而能够有效解决海上风电单桩基础的冲刷坑问题。桩基础的冲刷坑问题。桩基础的冲刷坑问题。


技术研发人员：穆延非 刘鑫 闫姝 邱旭 张育钧 兰连军
受保护的技术使用者：华能（浙江）能源开发有限公司清洁能源分公司
技术研发日：2021.07.30
技术公布日：2021/9/9