开孔球壳型海上风力机防船舶碰撞装置的制作方法

本发明属于海洋能利用领域，尤其涉及海上风力机结构的防护技术。

背景技术：

海上风力机是一种典型的顶部带有集中大质量的高耸结构。随着海上风电场分布范围的不断扩大，海上各类船舶的意外碰撞事故已成为一个不容回避的重大安全隐患。目前，已建及在建近海风力发电场的风机基础结构主要有单桩式、多桩式、重力式、导管架式、高桩承台式等固定式支撑平台结构，其中，单桩基础形式以其更好的性价比成为最为广泛应用的海上风力机基础形式。但单桩基础形式的基础结构水平刚度较弱，抵抗船舶意外碰撞的能力较弱，一旦发生与船舶意外碰撞，其底部发生的碰撞大变形很容易引起顶部结构的强烈动力响应，直至整体结构的失稳倒塌，顶部结构(叶片、轮毂和机舱)倒向碰撞船体，造成灾难性的结果。

尽管国内外有学者提出了一些如何避免船舶碰撞海上风力机的措施，但面对复杂多变的海洋环境，如何从整体结构上提高海上风力机抵抗船舶碰撞的能力的措施还少有报导。虽然一些学者公开了船舶碰撞桥梁、船舶等其他海上结构物的防护装置，但仅限于船舶与桥梁、船舶等其他海上结构物碰撞，还没有有关海上风力机防船舶碰撞装置的设计和工程应用方案。

技术实现要素：

本发明的目的是在于提出一种开孔球壳型海上风力机防船舶碰撞装置。

本发明的目的是这样实现的：开孔球壳型海上风力机防船舶碰撞装置，包括海上风力机结构和球壳型防船舶碰撞装置组合结构；海上风力机结构包括风力机、塔架结构和单桩基础；其特征在于所述球壳型防船舶碰撞装置组合结构包括球壳型薄壁钢板结构、软橡胶隔垫结构和环形支撑钢板结构，所述球壳型薄壁钢板结构是套装在单桩基础的水线部位的球壳型曲面体，曲面体在水线上部和下部各有一个圆形套装孔，套装孔与单桩基础之间有空隙，球壳型薄壁钢板结构曲面上设有开孔，所述软橡胶隔垫结构是圆环型橡胶垫，圆环型橡胶垫的外圆周面是平面，外圆周面平面与球壳型薄壁钢板结构的套装孔相配合，两个软橡胶隔垫结构的圆环型橡胶垫的外圆周平面分别与球壳型薄壁钢板结构上下两个套装孔固定连接，软橡胶隔垫结构的内圆周面是圆弧面,圆弧面与单桩基础相对,圆弧面与单桩基础表面有间隙，间隙为10～20mm，所述环形支撑钢板结构是固定于单桩基础外表面水线上面和下面的两个环形槽，两个环形槽分别位于与球壳型薄壁钢板结构上两个软橡胶隔垫结构内圆周面相对应位置，软橡胶隔垫结构的圆弧面端部置于环形支撑钢板结构的槽内，使球壳型薄壁钢板结构和软橡胶隔垫结构与单桩基础相连。

本发明所述开孔球壳型海上风力机防船舶碰撞装置，其特征在于所述球壳型薄壁钢板结构的开孔在球壳型曲面体上均匀布置，所述开孔的孔径相同或不同，孔径在10cm～20cm,相邻两孔之间的间距为50cm～100cm。

本发明所述开孔球壳型海上风力机防船舶碰撞装置，其特征在于所述软橡胶隔垫结构径向厚度为0.5m～1.0m，垂向厚度1.0m～1.5m。

本发明所述开孔球壳型海上风力机防船舶碰撞装置，其特征在于所述软橡胶隔垫结构是经过防海水腐蚀处理的橡胶材料或泡沫铝材料。

本发明所述开孔球壳型海上风力机防船舶碰撞装置，其特征在于所述软橡胶隔垫结构的圆弧面的直径为1.0m～1.5m。

本发明所述开孔球壳型海上风力机防船舶碰撞装置，其特征在于所述球壳型薄壁钢板结构薄壁钢板厚度为5mm-10mm。

本发明的有益效果是：

1、装置结构设计合理、施工便利、不影响原风力机结构设计、适合已建和计划新建的单桩海上风机基础结构的防船舶碰撞设计。

2、防护装置的球壳型外形设计具有良好的抗撞性能。

3、外层薄壁钢板结构可以利用自身塑性变形耗散船舶碰撞能量，特别是开孔式设计可以有效降低用钢成本，降低作用于防护装置的波浪力载荷及便于发挥防护薄壁钢板塑性变形对船舶碰撞能量的吸收，更好地保护风机主体结构安全。

4、软橡胶隔垫层可以有效降低传递到塔架结构的船舶碰撞力。

5、球壳型防撞装置利用布设在橡胶隔垫结构近单桩基础端的圆形构造沿单桩基础表面进行旋转运动，有效引导船舶偏离风力机主体结构，降低碰撞损伤。

6、固定于单桩基础外表面的环形支撑钢板结构可以简洁有效地连接单桩基础与球壳型防护装置。

7、本发明可以广泛地应用于单桩及其他相关基础形式海上风力机结构的防船舶碰撞设计。

附图说明

图1是开孔球壳型海上风力机防船舶碰撞装置示意图

图2是球壳型防船舶碰撞装置剖面示意图

图3是开孔球壳型防船舶碰撞装置俯视示意图

图中，1、风力机，2、塔架结构，3、单桩基础，4、开孔球壳型防船舶碰撞装置，5、球壳型薄壁钢板结构，6、软橡胶隔垫结构，7、环形支撑钢板结构，8、开孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

开孔球壳型海上风力机防船舶碰撞装置，包括海上风力机结构和球壳型防船舶碰撞装置组合结构；海上风力机结构包括风力机1、塔架结构2和单桩基础3；球壳型防船舶碰撞装置组合结构4包括球壳型薄壁钢板结构5、软橡胶隔垫结构6和环形支撑钢板结构7，球壳型薄壁钢板结构5是套装在单桩基础3的水线部位的球壳型曲面体，曲面体在水线上部和下部各有一个圆形套装孔，套装孔与单桩基础3之间有空隙，球壳型薄壁钢板结构5曲面上设有开孔8，开孔8在球壳型曲面体上均匀布置，开孔8的孔径相同或不同，孔径在10cm～20cm,相邻两孔之间的间距为50cm～100cm，球壳型薄壁钢板结构5薄壁钢板厚度为5mm-10mm。软橡胶隔垫结构6是圆环型橡胶垫，圆环型橡胶垫的外圆周面是平面，外圆周面平面与球壳型薄壁钢板结构5的套装孔相配合，两个软橡胶隔垫结构6的圆环性橡胶垫的外圆周平面分别与球壳型薄壁钢板结构5上下两个套装孔固定连接，圆环型橡胶垫的内圆周面是圆弧面,圆弧面的直径为1.0m～1.5m，圆弧面与单桩基础3相对,圆弧面与单桩基础3表面有间隙，间隙为10～20mm，软橡胶隔垫结构6径向厚度为0.5m～1.0m，垂向厚度1.0m～1.5m，软橡胶隔垫结构6是经过防海水腐蚀处理的橡胶材料或泡沫铝材料。环形支撑钢板结构7是固定于单桩基础外表面水线上面和下面的两个环形槽，两个环形槽分别位于与球壳型薄壁钢板结构5上是两个软橡胶隔垫结构6内圆周面相对应位置，软橡胶隔垫结构6的圆弧面端置于环形支撑钢板结构7的槽内，使球壳型薄壁钢板结构5和软橡胶隔垫结构6与单桩基础3相连。

实施例1：

以发生碰撞船舶吨位为500t，碰撞速度2m/s为例，球壳型防船舶碰撞装置结构参数如下：球壳型薄壁钢板结构5厚度5mm、球壳型薄壁钢板结构直径8m、布置高度为水面-3m～3m、球壳型薄壁钢板结构表面均匀开孔，开孔直径0.1m，孔间距0.5m；软橡胶隔垫结构6两层布置，与球壳型薄壁钢板结构布置高度一致，即分别为-3m和+3m，软橡胶隔垫结构6的径向厚度与垂向厚度均为1m，靠近单桩基础3的圆弧面的直径为1.0m。

开孔球壳型海上风力机防船舶碰撞装置的施工安装流程如下：首先，用现有海上风机基础施工工艺，将单桩基础3运到装机位置并打桩固定于海底；其次，将防船舶碰撞装置组合结构4的球壳型薄壁钢板结构5和软橡胶隔垫结构6进行岸上组装后，用专业施工船将组装好的防护装置4运到装机位置，安装在单桩支撑结构3上，最后，安装风力机塔架结构2和顶部风力机1，完成单桩基础海上风机开孔球壳型防船舶碰撞装置的施工安装。