一种海上风电的可消能式靠泊防撞系统的制作方法

1.本发明涉及海上风电基础附属结构的技术领域，具体涉及一种海上风电的可消能式靠泊防撞系统。


背景技术：

2.我国海上风能资源丰富，海水风电开发建设如火如荼，单桩基础大量应用于海上风电中，同时近年来单柱筒型基础也逐渐被推广到海上风电，目前单柱与单柱筒的附属结构较为成熟，均采用由钢管组成的刚性框架结构，这种框架结构可一体制作，稳固性好，是目前主流的附属构件形式。
3.然而，随着海上风电场服役时间的推移，刚性框架结构在船舶不断的靠泊力作用下出现了不同程度的变形、钢管屈曲等问题，部分靠泊件在船舶的冲撞下出现了完全破坏，甚至导致基础主体也出现不同程度地损坏，究其原因，还是传统靠泊构件无法在短时间内将外部的冲撞能量快速耗散，从而只能通过自身及基础主体的变形来吸收能量。传统靠泊构件面对船舶靠泊易发生变形破坏的弊端，因此，需要设计一种可消能式靠泊防撞系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种海上风电的可消能式靠泊防撞系统，该系统通过自身弹性变形及与海水间的相互作用将外部的撞击能量耗散，从而达到降低对靠泊结构本身的伤害的目的。
5.为实现上述目的，本发明所设计的一种海上风电的可消能式靠泊防撞系统，包括至少两根竖向靠泊管，相邻两根竖向靠泊管之间由上至下间隔设置有若干横向靠泊管组，所述横向靠泊管组的两端与位于同侧的竖向靠泊管之间刚性连接；
6.所述横向靠泊管组与海上风电单柱体之间连接有弹性支撑组件，所述弹性支撑组件的一端与所述横向靠泊管组铰接，所述弹性支撑组件的另一端与海上风电单柱体刚性连接。
7.进一步地，所述横向靠泊管组包括至少两根相互铰接的横向靠泊管，所述横向靠泊管具有至少一个活动端，所述横向靠泊管的活动端与相邻另一根的横向靠泊管的活动端相互铰接。
8.进一步地，所述横向靠泊管的活动端设置有连接座，相邻的另一根所述横向靠泊管的活动端设置有与所述连接座相匹配的连接卡板，所述连接卡板的自由端嵌入所述连接座内与其通过第一铰接件铰接。
9.进一步地，所述弹性支撑组件包括若干根支撑弹簧和波纹套管，所述支撑弹簧的一端通过铰接组件与所述横向靠泊管组铰接，所述支撑弹簧的另一端与海上风电单柱体刚性连接，所述波纹套管套设在所述支撑弹簧的外圈，且所述波纹套管的两端为敞口端。
10.进一步地，所述铰接组件包括端板、连接座以及耳板，所述端板的一侧与所述支撑弹簧固定连接，所述端板的另一侧与所述连接座固定连接；
11.所述耳板的一端与所述横向靠泊管组的外壁固定连接，所述耳板的另一端嵌入所述连接座内与其通过第二铰接件铰接。
12.进一步地，所述支撑弹簧包括两根第一支撑弹簧和若干根第二支撑弹簧，若干根所述第二支撑弹簧位于两根所述第一支撑弹簧之间。
13.进一步地，所述第一支撑弹簧和第二支撑弹簧均采用圆柱螺旋压缩弹簧，所述第一支撑弹簧的长度大于所述第二支撑弹簧的长度。
14.进一步地，所述第一支撑弹簧的中部设置有增阻板，所述增阻板的外圈呈锯齿状。
15.再进一步地，上下相邻的两组所述横向靠泊管组之间设置有若干根竖向连杆。
16.更进一步地，所述竖向连杆的直径小于所述竖向靠泊管的直径。
17.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
18.其一，本发明通过自身弹性变形及与海水间的相互作用将外部的撞击能量耗散，从而达到降低对靠泊结构本身的伤害的目的，这种靠泊系统具有变形可回复的能力，安全可靠，可在海上风电工程中大范围推广。
19.其二，本发明可消能式靠泊防撞系统以弹性可回复体系为基础，充分利用了结构的自我缓冲能力及与海流间的相互作用，能充分地将外界的撞击能转化为海水分子能，提高了靠泊防撞系统的稳定性和可持续性，延长了其使用寿命，对我国海上风电场开发建设具有积极推动意义。
20.其三，本发明解决了传统靠泊件在船舶持续靠泊作用下易变形、抗撞击能力差、变形无法恢复的问题。
附图说明
21.图1为本发明一种海上风电的可消能式靠泊防撞系统的结构示意图；
22.图2为横向靠泊管组的装配结构示意图；
23.图3为横向靠泊管组与弹性支撑组件的装配结构示意图；
24.图4为支撑弹簧与横向靠泊管的装配结构示意图；
25.图中，1-竖向靠泊管、2-横向靠泊管组、2.1-横向靠泊管、3-海上风电单柱体、4-弹性支撑组件、4.1-支撑弹簧、4.11-第一支撑弹簧、4.12-第二支撑弹簧、4.2-波纹套管、5-连接座、6-连接卡板、7.1-第一铰接件、7.2-第二铰接件、8-铰接组件、8.1-端板、8.2-连接座、8.3-耳板、9-增阻板、10-竖向连杆。
具体实施方式
26.下面结合实施案例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
27.如图1所示，本实施例的一种海上风电的可消能式靠泊防撞系统，包括两根竖向靠泊管1，相邻两根竖向靠泊管1之间由上至下间隔设置有三组横向靠泊管组2，横向靠泊管组2与海上风电单柱体3之间连接有弹性支撑组件4，弹性支撑组件4的一端与横向靠泊管组2铰接，弹性支撑组件4的另一端与海上风电单柱体3刚性连接。上下相邻的两组横向靠泊管组2之间设置有两根竖向连杆10，竖向连杆10的直径小于竖向靠泊管1的直径。竖向连杆10的两端与上下相邻的横向靠泊管组2之间为刚性连接，横向靠泊管组2的两端与位于同侧的
竖向靠泊管1之间也为刚性连接。优选地，横向靠泊管组2的两端焊接于竖向靠泊管1的内侧，竖向靠泊管1与横向靠泊管组2的直径相等。
28.上述技术方案中，横向靠泊管组2包括两根相互铰接的横向靠泊管2.1，两根横向靠泊管2.1左后对称布置，连接形式为机械铰接。横向靠泊管2.1具有一个活动端，横向靠泊管2.1的活动端与相邻另一根的横向靠泊管2.1的活动端相互铰接，横向靠泊管2.1与活动端相对的另一端与竖向靠泊管1固定连接。竖向靠泊管1和横向靠泊管2.1均采用无缝钢管。
29.如图2所示，横向靠泊管2.1的活动端设置有连接座5，相邻另一根横向靠泊管2.1的活动端设置有与连接座5相匹配的连接卡板6，连接卡板6的自由端嵌入连接座5内与其通过第一铰接件7.1铰接。连接座5与连接卡板6上均设有圆孔，圆孔内插入第一铰接件7.1使两根横向靠泊管2.1连在一起，第一铰接件7.1可选用螺栓、插销等。
30.如图3所示，弹性支撑组件4包括十二根支撑弹簧4.1和波纹套管4.2，支撑弹簧4.1的一端通过铰接组件8与横向靠泊管组2铰接，支撑弹簧4.1的另一端与海上风电单柱体3刚性连接，波纹套管4.2套设在支撑弹簧4.1的外圈，且波纹套管4.2的两端为敞口端，波纹套管4.2的两端未密封，可允许海水进入或排出。支撑弹簧4.1的两端并紧磨平，具有较大弯曲刚度，使其不易弯折，压缩刚度可根据具体靠船要求设定。支撑弹簧外部套裹有耐磨型的波纹套管4.2，波纹套管4.2采用橡胶制成，波纹套管4.2一端与圆形的端板固定但不密封，靠近单柱体一端同样不密封，正常状态下波纹套管内充满水，支撑弹簧压缩时，圆形端板同时压缩波纹套管，内部海水迅速被挤压排出；弹簧回复时，波纹套管恢复原形并重新充水。
31.如图4所示，铰接组件8包括端板8.1、连接座8.2以及耳板8.3，端板8.1的一侧与支撑弹簧4.1固定连接，端板8.1的另一侧与连接座8.2固定连接；耳板8.3的一端与横向靠泊管组2的外壁固定连接，耳板8.3的另一端嵌入连接座8.2内与其通过第二铰接件7.2铰接。两个耳板8.3的规格尺寸相同，且配备同等规格的第二铰接件7.2。本实施例中，端板8.1为圆形状，连接座8.2为双层耳板结构，双层耳板的间净距等于耳板厚度，耳板8.3与连接座8.2上均预留有通过孔，通过孔内插入第二铰接件7.2使耳板8.3与连接座8.2连在一起，第二铰接件7.2可选用螺栓、插销等。端板8.1的直径略大于支撑弹簧的直径。
32.上述技术方案中，每组横向靠泊管组2上的支撑弹簧4.1包括两根第一支撑弹簧4.11和两根第二支撑弹簧4.12，两根第二支撑弹簧4.12位于两根第一支撑弹簧4.11之间。第一支撑弹簧4.11和第二支撑弹簧4.12均采用圆柱螺旋压缩弹簧，第一支撑弹簧4.11的长度大于第二支撑弹簧4.12的长度。第一支撑弹簧4.11的中部设置有增阻板9，增阻板9的外圈呈锯齿状。增阻板9为圆形的带锯齿边缘的钢板，通过推动水流将支撑弹簧部分势能转换为海流动能。增阻板9的直径为第一支撑弹簧4.11直径的3～4倍。
33.本实施例的海上风电的可消能式靠泊防撞系统工作原理如下：
34.船舶在撞击横向靠泊防撞系统中部时，中部的第二支撑弹簧4.12被压缩，横向靠泊管组2的两根横向靠泊管2.1绕第一铰接件7.1转动，第一支撑弹簧4.11提供反向抗力，此时波纹套管4.2内部充水瞬间被挤压排出，海水对靠泊管产生阻力，能量被逐渐耗散；当竖向靠泊管1受到撞击时，第一支撑弹簧4.11被压缩，波纹套管4.2内部海水产生速度从海上风电单柱体3与支撑弹簧相接处冲出，同时增阻板9推动海水运动，此时中部的第二支撑弹簧4.12提供回复力矩，阻止系统产生过大变形，在此过程中能量被支撑弹簧与增阻板9的反复运动转化为海水动能，达到保护系统与单柱体的目的。
35.以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，其余未详细说明的均属于现有技术。