适用于海底升压站的吸力筒基础及其安装阻力计算方法与流程

本发明涉及海洋工程基础结构，具体涉及一种适用于海底升压站的吸力筒基础及其安装阻力计算方法

背景技术：

1、海上升压站是海上风力发电机发出电能汇集并完成升压的场所，服役于海底的海底升压站不仅可大大减少电能输送过程中的电能损耗，还可节省大量的基础建设的材料消耗，为海上风电产业在深海中的发展具有较大的经济效益。因此，其基础形式将成为的海底升压站蓬勃发展的重要一环。

2、为了固定海上升压站，需要单独为其设置基础。现有的海上升压站基础一般包括钢管桩和导管架。在海上升压站的安装施工过程中，通常需要先将钢管桩基础打入海床一定深度，再将导管架的支腿一一对应地套设在钢管桩上。由于导管架需要从海床延伸至海面，随着海上风力发电站的开发逐渐向深海水域迈进，水越深，导管架的用钢量就越多，这就导致了现有的海上升压站的基础结构的成本过高，性价比低。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的海上升压站基础结构需要消耗大量钢材的缺陷，从而提供一种能够节约钢材，性价比更高的适用于海底升压站的吸力筒基础和吸力筒基础的安装阻力计算方法。

2、为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种适用于海底升压站的吸力筒基础，包括：钢架结构，钢架结构的顶部形成有第一连接结构；

3、多个吸力筒基础；

4、支撑结构，支撑结构包括形成在钢架结构的底部并向下延伸的多个第一支撑部，多个第一支撑部与多个吸力筒基础相连接，且连接关系一一对应；和/或，支撑结构包括形成在吸力筒基础的顶部并向上延伸的第二支撑部，多个第二支撑部适于与钢架结构连接；

5、上部组块，上部组块的底部形成有适于与第一连接结构相连接的第二连接结构。

6、进一步地，第一支撑部包括形成在钢架结构的边角处的多个支撑柱，第二支撑部包括形成在吸力筒基础的顶部的立柱，多个第一支撑部与多个第二支撑部固定连接，且连接关系一一对应。

7、进一步地，多个吸力筒基础的长度方向与钢架结构所在的平面相垂直，且钢架结构的朝向吸力筒基础方向的投影至少覆盖了钢架结构与吸力筒基础的连接点。

8、进一步地，钢架结构为矩形板，四个吸力筒基础与矩形板的四角处相连接，且连接关系一一对应。

9、进一步地，吸力筒基础的顶部形成有泵送装置。

10、进一步地，钢架结构上还设置有至少一组吊耳，每组吊耳包括以钢架结构的中心为对称中心对称设置的两个吊耳。

11、本发明第二方面涉及了一种适用于海底升压站的吸力筒基础的安装阻力计算方法，应用于如本发明第一方面的吸力筒基础，安装阻力计算方法包括：

12、获取单个吸力筒基础的侧摩阻力vs和吸力筒基础的端阻力vb；

13、根据吸力筒基础的侧摩阻力vs、吸力筒基础的端阻力vb和公式1，确定单个吸力筒基础的竖向阻力v1，公式1为：v1＝vs+vb；

14、利用公式2以及吸力筒基础的竖向阻力v1计算吸力筒基础的总竖向阻力v，公式2为：v＝nβv1；

15、其中，n为吸力筒基础中吸力筒基础的个数，β为群筒效应系数。

16、进一步地，获取单个吸力筒基础的侧摩阻力vs，包括：

17、获取吸力筒基础安装处海床的土体的粘度系数α、吸力筒基础的筒裙长度l、吸力筒基础的外径d、海床土体的不排水抗剪强度su；

18、利用公式3计算单个吸力筒基础的侧摩阻力vs；

19、公式3为：vs＝απldsu。

20、进一步地，获取吸力筒基础的端阻力vb，包括：

21、获取吸力筒基础的承载力系数nc，吸力筒基础的深度系数dcv，吸力筒基础的顶盖面积a，海床土体的不排水抗剪强度su；

22、利用公式4获取单个吸力筒基础的端阻力vb：

23、公式4为：vb＝ncdcvasu。

24、进一步地，获取吸力筒基础的深度系数dcv包括：

25、获取吸力筒基础的筒裙长度，吸力筒基础的外径d；

26、利用公式5获取吸力筒基础的深度系数dcv；

27、公式5为：dcv＝1+1.02-0.422。

28、本发明具有以下优点：

29、本发明第一方面的吸力筒基础使用多个吸力筒基础和钢架结构来对上部组块进行支撑，多个吸力筒基础的设置有助于提升吸力筒基础的稳定性，避免因吸力筒基础与海床之间的相对运动导致电缆拉断等安全隐患。同时，当吸力筒基础在安装过程中发生倾斜时，操作者能够通过控制多个吸力筒基础的排水速度来将吸力筒基础调平，进一步提升了吸力筒基础的稳定性。另外，支撑结构的设置能够使得钢架结构与海床具有一定距离，以避免海床不平整所带来的上部组块倾斜的问题。

30、因此，本发明的吸力筒基础在安装过程中能够保证升压站的上部组块在连接各个电缆时处于稳定状态，避免因升压站基础与海床相对运动造成电缆拉断等安全隐患，以使得升压站的上部组块能够被设置成至少部分位于海平面以下，由此大大节省了吸力筒基础的用钢量，降低了海底升压站的基础结构的成本，提升了吸力筒基础的性价比。

31、同时，钢架结构能够为吸力筒基础的设置提供足够的空间，且能够避免吸力筒基础的位置过近导致产生群筒效应，无法充分激发各个吸力筒基础的承载力。

32、此外，本实施例的吸力筒基础在安装过程中只需要通过负压的方式进行安装，无需打桩，安装更加便捷，且对海床的扰动小，减小了安装过程对海底环境造成的影响。

33、进一步地，本发明的吸力筒基础将升压站的上部组块设置成至少部分位于海平面之下，还起到了出人意料的技术效果，即能够显著降低台风对升压站造成的影响，有助于降低升压站的维修频次，延长升压站的使用年限。

34、综上，本发明第一方面的海底升压站的吸力筒基础能够克服现有技术中的海上升压站基础结构需要消耗大量钢材的缺陷，即使被设置在深海中也不会消耗过多的钢材，性价比更高，且安装便捷，对海底环境造成的影响小，能够显著降低台风对升压站造成的影响，有助于降低升压站的维修频次，延长升压站的使用年限。

35、本发明第二方面的海底升压站的吸力筒基础的安装阻力计算方法能够简洁、高效且准确地评估本发明第一方面的吸力筒基础的竖向阻力，对吸力筒基础的设计提供规范性的指导。

技术特征：

1.一种适用于海底升压站的吸力筒基础，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的吸力筒基础，其特征在于，所述第一支撑部(12)包括形成在所述钢架结构(1)的边角处的多个支撑柱，所述第二支撑部(21)包括形成在所述吸力筒基础(2)的顶部的立柱，多个所述第一支撑部(12)与多个所述第二支撑部(21)固定连接，且连接关系一一对应。

3.根据权利要求2所述的吸力筒基础，其特征在于，多个所述吸力筒基础(2)的长度方向与所述钢架结构(1)所在的平面相垂直，且所述钢架结构(1)的朝向所述吸力筒基础(2)方向的投影至少覆盖了所述钢架结构(1)与所述吸力筒基础(2)的连接点。

4.根据权利要求2所述的吸力筒基础，其特征在于，所述钢架结构(1)为矩形板，四个所述吸力筒基础(2)与所述矩形板的四角处相连接，且连接关系一一对应。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的吸力筒基础，其特征在于，所述吸力筒基础(2)的顶部形成有泵送装置(25)。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的吸力筒基础，其特征在于，所述钢架结构(1)上还设置有至少一组吊耳(13)，每组所述吊耳(13)包括以所述钢架结构(1)的中心为对称中心对称设置的两个吊耳(13)。

7.一种适用于海底升压站的吸力筒基础的安装阻力计算方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任一项所述的吸力筒基础，所述安装阻力计算方法包括：

8.根据权利要求7所述的安装阻力计算方法，其特征在于，所述获取单个所述吸力筒基础(2)的侧摩阻力vs，包括：

9.根据权利要求7所述的安装阻力计算方法，其特征在于，所述获取吸力筒基础(2)的端阻力vb，包括：

10.根据权利要求9所述的安装阻力计算方法，其特征在于，所述获取所述吸力筒基础(2)的深度系数dcv包括：

技术总结
本发明涉及了一种适用于海底升压站的吸力筒基础及其安装阻力计算方法，海底升压站的吸力筒基础包括：钢架结构，钢架结构的顶部形成有第一连接结构；多个吸力筒基础；支撑结构，支撑结构包括形成在钢架结构的底部并向下延伸的多个第一支撑部，第一支撑部一一对应地与多个吸力筒基础连接；和/或，支撑结构包括形成在吸力筒基础的顶部并向上延伸的第二支撑部，多个第二支撑部适于与钢架结构连接；上部组块，上部组块的底部形成有适于与第一连接结构相连接的第二连接结构。本发明的吸力筒基础能够节约钢材，且安装便捷，对海底环境造成的影响小，能够显著降低台风对升压站造成的影响，有助于降低升压站的维修频次，延长升压站的使用年限。

技术研发人员：罗仑博,周兴政,徐海滨,张程远,刘开源,于光明,王伟臣,王文涛
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15