一种海上风电桩基础冲刷模拟装置的制作方法

1.本实用新型属于海上风电领域，具体涉及一种海上风电桩基础冲刷模拟装置。


背景技术：

2.海上风电场所处自然环境比陆地恶劣，结构所受荷载更加复杂，且量级更大，因此，当海上风电机组基础周围土体被水流带走形成冲坑时桩基埋深减小，桩侧向位移与竖向承载力等性能将受到严重影响；随着大量海上风电工程项目投运，风机桩基础的冲刷问题日益突出，在工程实际中应予充分考虑。
3.然而在实际工程中，建造风电场时往往未考虑或不能准确预测水流冲刷深度，冲刷前后桩基础的承载力及其变形情况目前还鲜有研究。
4.究其原因，是因为目前没有能够有效模拟水流对海上风机基础冲刷影响的实验台或实验装置。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，解决了现有技术中存在的上述不足，同时，该装置弥补了目前没有能够有效模拟水流对海上风机基础冲刷影响的实验台或实验装置的空白。
6.为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
7.本实用新型提供的一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，包括主实验箱，所述主实验箱的两个相对布置的侧壁上分别设置有进水口和出水口；所述主实验箱的内腔中自进水口至出水口依次设置有流量调节单元、流体流入速度调节模块和流体流出速度调节模块，其中，所述进水口与主实验箱侧壁和流量调节单元之间形成的空腔连通；所述出水口与主实验箱侧壁和流体流出速度调节模块之间形成的空腔连通；所述流体流入速度调节模块和流体流出速度调节模块之间形成的空腔底部布置有砂土石。
8.优选地，所述流量调节单元的两侧边与主实验箱的两内侧壁之间滑动连接。
9.优选地，所述流体流入速度调节模块和流体流出速度调节模块均固定安装在主实验箱的内腔中。
10.优选地，流体流入速度调节模块和流体流出速度调节模块上均开设有阵列式的通孔。
11.优选地，所述阵列式的通孔自上至下孔径依次减小。
12.优选地，所述进水口连接有储水箱。
13.优选地，所述储水箱内设置有循环水泵，所述循环水泵的出水口经过水管连接进水口。
14.优选地，所述出水口通过循环水管与储水箱连接。
15.优选地，所述主实验箱放置在底座上，所述底座的底部设置有轮子。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
17.本实用新型提供的一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，通过流量调节及流速调节单元可以模拟不同速度的冲刷对风机基础模型所产生的影响；通过流体循环系统可实现对水流对风机基础模型持续不断的重复性冲刷；通过在主实验箱的底部放置一定厚度的砂土石，可模拟不同海床环境下水流对不同结构的风机基础模型冲刷的影响，还原风机基础的水下真实状态；该实验模拟设备弥补了目前没有能够有效模拟水流对海上风机基础冲刷影响的实验台或实验装置的空白。
附图说明
18.图1是本实用新型涉及的结构示意图；
19.其中，1、循环水泵2、储水箱3、水管4、进水口5、主实验箱6、流量调节单元7、流体流入速度调节模块8、流体流出速度调节模块9、出水口10、循环水管11、底座12、轮子。
具体实施方式
20.下面结合附图，对本实用新型进一步详细说明。
21.如图1所示，本实用新型提供的一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，包括主实验箱5和储水箱2，其中，所述主实验箱5上开设有进水口4，所述进水口4与储水箱2上设置的出水口连通。
22.所述储水箱2内设置有循环水泵1，所述循环水泵1的出水口经过水管3连接进水口4。
23.所述主实验箱5的内腔中自进水口至出水口依次设置有流量调节单元6、流体流入速度调节模块7和流体流出速度调节模块8，其中，所述流量调节单元6与主实验箱5之间滑动连接；所述流体流入速度调节模块7和流体流出速度调节模块8均固定安装在主实验箱5的内腔中。
24.所述流体流入速度调节模块7和流体流出速度调节模块8的结构相同，其中，流体流入速度调节模块7上开设有阵列式的通孔，所述阵列式的通孔自上至下孔径依次减小。
25.所述流体流入速度调节模块7和流体流出速度调节模块8之间形成的空腔的底部设置有砂土石，用于模拟海床，通过调整砂土石配比，模拟不同海床环境。
26.所述主实验箱5上开设有出水口9，所述出水口9布置在与进水口4相对的侧壁上。
27.所述出水口9通过循环水管10与储水箱2连接。
28.所述主实验箱5放置在底座11上，所述底座11的底部设置有轮子12。
29.本实用新型的工作过程：
30.水流从储水箱2经过入水管3到达进水口4，然后进入主实验箱5中，通过滑动流量调节单元6调节流量调节单元6和主实验箱5底部之间的间隙，进而调节进入主实验箱5的水流流量，然后通过流体流入速度调节模块7调节流体的初始流动速度，通过其上大小不一的圆孔改变流体的横截面积改变流体流入速度，结合流体流出速度调节模块8，确保箱体内上下水流速度一致，水流经过主实验箱后由出水口9流出，在循环水泵1的作用下，经过循环水管10进入储水箱中，实现水流对风机基础模型的重复性冲刷。
31.通过在主实验箱5内流体流入速度调节模块7和流体流出速度调节模块8段底部放置的一定厚度的砂土石，用于模拟海床，通过调整砂土石配比，模拟不同海床环境。
32.工作原理：通过在实验箱主体(部件5)的部件7和8之间铺设不同比例的砂石模拟海底不同的土壤环境，通过循环水泵和水管(部件1、3、10)实现水流重复不断的流过实验箱，通过部件6的上下移动实现对进入实验箱主体水流总量的控制，通过部件7、8上不同横截面积的的小孔实现对水流速度的控制，以上，通过对水流流量、流速及循环方式的控制，实现水流以不同的流速重复的流过铺设有不同砂石配比的实验箱主体，达到对固定在实验箱中的风力机桩基础模型不断冲刷的目的。
33.本专利将实试验箱5分为4个空腔的目的是为了更好的控制流体状态；作用如下：
34.空腔1：部件5和6组成，蓄水池，作用为通过移动部件6控制流入空腔2的水流流量；
35.空腔2：部件6和7组成，作用为通过部件7上不同横截面积的小孔控制从空腔1流入水流的初始速度；
36.空腔3：部件7和8组成，进行冲刷实验的部分；
37.空腔4：部件8和5组成，通过部件8上不同横截面积的小孔控制水流速度，同时将空腔3和4隔离开，避免空腔3中的砂石进入循环水管造成堵塞。
38.优点及所产生的效果：
39.(1)通过流量调节及流速调节单元可以模拟不同速度的冲刷对风机基础模型所产生的影响。
40.(2)通过流体循环系统可实现对水流对风机基础模型持续不断的重复性冲刷。
41.(3)可模拟不同海床环境下水流对不同结构的风机基础模型冲刷的影响，还原风机基础的水下真实状态。


技术特征：
1.一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，其特征在于，包括主实验箱(5)，所述主实验箱(5)的两个相对布置的侧壁上分别设置有进水口(4)和出水口(9)；所述主实验箱(5)的内腔中自进水口至出水口依次设置有流量调节单元(6)、流体流入速度调节模块(7)和流体流出速度调节模块(8)，其中，所述进水口(4)与主实验箱(5)侧壁和流量调节单元(6)之间形成的空腔连通；所述出水口(9)与主实验箱(5)侧壁和流体流出速度调节模块(8)之间形成的空腔连通；所述流体流入速度调节模块(7)和流体流出速度调节模块(8)之间形成的空腔底部布置有砂土石。2.根据权利要求1所述的一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，其特征在于，所述流量调节单元(6)的两侧边与主实验箱(5)的两内侧壁之间滑动连接。3.根据权利要求1所述的一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，其特征在于，所述流体流入速度调节模块(7)和流体流出速度调节模块(8)均固定安装在主实验箱(5)的内腔中。4.根据权利要求1或3所述的一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，其特征在于，流体流入速度调节模块(7)和流体流出速度调节模块(8)上均开设有阵列式的通孔。5.根据权利要求4所述的一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，其特征在于，所述阵列式的通孔自上至下孔径依次减小。6.根据权利要求1所述的一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，其特征在于，所述进水口(4)连接有储水箱(2)。7.根据权利要求6所述的一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，其特征在于，所述储水箱(2)内设置有循环水泵(1)，所述循环水泵(1)的出水口经过水管(3)连接进水口(4)。8.根据权利要求6所述的一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，其特征在于，所述出水口(9)通过循环水管(10)与储水箱(2)连接。9.根据权利要求1所述的一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，其特征在于，所述主实验箱(5)放置在底座(11)上，所述底座(11)的底部设置有轮子(12)。

技术总结
本实用新型提供的一种海上风电桩基础冲刷模拟装置，包括主实验箱，所述主实验箱的两个相对布置的侧壁上分别设置有进水口和出水口；所述主实验箱的内腔中自进水口至出水口依次设置有流量调节单元、流体流入速度调节模块和流体流出速度调节模块，其中，所述进水口与主实验箱侧壁和流量调节单元之间形成的空腔连通；所述出水口与主实验箱侧壁和流体流出速度调节模块之间形成的空腔连通；所述流体流入速度调节模块和流体流出速度调节模块之间形成的空腔底部布置有砂土石；该实验模拟设备弥补了目前没有能够有效模拟水流对海上风机基础冲刷影响的实验台或实验装置的空白。础冲刷影响的实验台或实验装置的空白。础冲刷影响的实验台或实验装置的空白。


技术研发人员：韩斌 景涛 贺少华 王忠杰 孔繁新
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2022.03.30
技术公布日：2022/8/2