一种用于海上风电基础的抗冰装置及海上风电基础的制作方法

本技术涉及海上风电，具体涉及一种用于海上风电基础的抗冰装置及海上风电基础。

背景技术：

1、海上风能是一种分布广泛的清洁能源，海上风电发展能够有效促进能源结构转型，实现经济的清洁和可持续发展。然而在部分海域，冬季海水会出现不同程度的冰冻，海冰在风电基础前可能会产生挤压、压屈、剪切、弯曲等破坏形式，由此引起的冰载荷会对风机基础和风机产生冰激震动，危害风机基础的结构性能和风机的安全运行，因此需要针对海上风电基础设计有效的抗冰装置。

2、目前海上风电领域常用的抗冰装置是在风机基础潮差范围内加装锥体结构，海冰与锥体在相互作用的时候能够将海冰的破坏模式由挤压破坏改变为弯曲破坏模式，由于海冰的弯曲强度小于其抗压强度，因此锥体结构可降低海冰作用在基础结构上的载荷。然而监测发现，海冰弯曲破碎时也会产生冰激振动，进而作用在锥体结构上对风电基础造成不利影响，其原因主要是海冰发生弯曲破碎时每个破碎过程都彼此相似，弯曲破坏模式下的冰载荷周期与风机基础的自振周期接近，从而引起风机基础的强迫振动，使得海上风电基础的抗冰能力较差。

技术实现思路

1、因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的海上风电基础抗冰装置无法减小海冰弯曲破坏时产生的冰载荷，且弯曲破坏时每个破碎过程彼此相似，使得冰载荷周期与风机基础的自振周期接近，容易引起风机基础的强迫振动的缺陷，从而提供一种能够有效降低海冰弯曲破坏引起的载荷，避免风机基础结构的强迫振动，提高海上风电基础的抗冰能力的抗冰装置及海上风电基础。

2、为了解决上述问题，在第一方面，本实用新型提供了一种用于海上风电基础的抗冰装置，所述抗冰装置包括锥体结构和设置在所述锥体结构上的破冰结构，所述破冰结构包括条形破冰板和环形破冰板，所述条形破冰板包括形状和/或尺寸不同的多个条形破冰板，多个所述条形破冰板沿所述锥体结构的周向间隔排布设置在所述锥体结构的外周壁上；所述环形破冰板环绕固定在所述锥体结构外周壁上，且连接在多个所述条形破冰板之间，所述环形破冰板的外周面被构造为中间外凸的锥面结构。

3、可选地，所述条形破冰板包括形状和/或尺寸不同的第一条形破冰板和第二条形破冰板；第一条形破冰板和第二条形破冰板分别为多个，多个所述第一条形破冰板和第二条形破冰板沿所述锥体结构的周向交错排布在所述锥体结构的外周壁上；所述环形破冰板连接在多个所述第一条形破冰板和第二条形破冰板之间。

4、可选地，多个所述条形破冰板沿所述锥体结构的周向均匀间隔分布。

5、可选地，所述环形破冰板的截面呈v型或三角形状。

6、可选地，所述锥体结构包括上圆锥体和下圆锥体，所述上圆锥体和下圆锥体分别具有大口径端和小口径端，所述上圆锥体和下圆锥体的大口径端相对接配合；所述上圆锥体和下圆锥体上分别设置有一个所述环形破冰板和多个所述第一条形破冰板和第二条形破冰板。

7、可选地，设定所述上圆锥体的高度为h1，下圆锥体的高度为h2；设定位于所述上圆锥体上的第一条形破冰板的高度为h3，位于所述下圆锥体上的第一条形破冰板的高度为h4，其中，h3＝h1，h4＝h2；设定位于所述上圆锥体上的第二条形破冰板的高度为h5，位于所述下圆锥体上的第二条形破冰板的高度为h6，其中h5＜h1，h6＜h2。

8、可选地，所述第一条形破冰板和第二条形破冰板均自上圆锥体或下圆锥体的小口径端的边缘位置向靠近大口径端的方向延伸。

9、可选地，以所述上圆锥体和下圆锥体的大口径端相对接的位置所在的平面为参考面，位于上圆锥体上的环形破冰板与所述参考面的距离为h1，其中，h1＝2/3h1，位于下圆锥体上的环形破冰板与所述参考面的距离为h2，其中，h2＝2/3h2。

10、可选地，h5＝0.8h1，h6＝0.8h2。

11、可选地，h1＞h2。

12、可选地，所述上圆锥体和下圆锥体的锥角相同，且设定所述上圆锥体和下圆锥体的锥角为α；设定所述第一条形破冰板的倾角为β1，其中，α<β1<α+5°；设定所述第二条形破冰板的倾角为β2，其中，β2<β1，且β1-β2＜5°。

13、在第二方面，本实用新型还提供了一种海上风电基础，包括风机基础和固定设置在所述风机基础上的上述抗冰装置。

14、可选地，所述风机基础呈筒状，抗冰装置的锥体结构套设并固定在所述风机基础上，所述锥体结构与风机基础之间预留有灌浆间隙，所述灌浆间隙的上下两端分别通过环形压板进行封闭。

15、可选地，设定所述风机基础的直径为d,所述条形破冰板的厚度为w，其中w>0.001d。

16、本实用新型具有以下优点：

17、本实用新型提供的抗冰装置，通过在锥体结构外侧加装的多种形状和/或尺寸的破冰板，使得海冰与锥体结构作用发生弯曲破坏时，破冰板能够对海冰施加一个被动的作用力，从而能够减弱海冰弯曲破坏时产生的冰载荷。此外，不同形状和/或尺寸的破冰板能够使得海冰弯曲破坏时受力不均匀，进而使得弯曲破坏时海冰的每个破碎过程彼此不同，改变在破冰装置不同位置处海冰的破碎过程和破碎周期，从而能够有效避免风机基础结构的强迫振动，提高海上风电基础的抗冰能力。因此，能够有效的解决现有技术中的海上风电基础抗冰装置无法减小海冰弯曲破坏时产生的冰载荷，且弯曲破坏时每个破碎过程彼此相似，使得冰载荷周期与风机基础的自振周期接近，容易引起风机基础的强迫振动的问题。

技术特征：

1.一种用于海上风电基础的抗冰装置，其特征在于，所述抗冰装置包括锥体结构和设置在所述锥体结构上的破冰结构，所述破冰结构包括：

2.根据权利要求1所述的用于海上风电基础的抗冰装置，其特征在于，所述条形破冰板包括形状和/或尺寸不同的第一条形破冰板和第二条形破冰板；

3.根据权利要求1或2所述的用于海上风电基础的抗冰装置，其特征在于，多个所述条形破冰板沿所述锥体结构的周向均匀间隔分布；

4.根据权利要求2所述的用于海上风电基础的抗冰装置，其特征在于，所述锥体结构包括上圆锥体和下圆锥体，所述上圆锥体和下圆锥体分别具有大口径端和小口径端，所述上圆锥体和下圆锥体的大口径端相对接配合；

5.根据权利要求4所述的用于海上风电基础的抗冰装置，其特征在于，设定所述上圆锥体的高度为h1，下圆锥体的高度为h2；

6.根据权利要求5所述的用于海上风电基础的抗冰装置，其特征在于，所述第一条形破冰板和第二条形破冰板均自上圆锥体或下圆锥体的小口径端的边缘位置向靠近大口径端的方向延伸。

7.根据权利要求5所述的用于海上风电基础的抗冰装置，其特征在于，以所述上圆锥体和下圆锥体的大口径端相对接的位置所在的平面为参考面，位于上圆锥体上的环形破冰板与所述参考面的距离为h1，其中，h1＝2/3h1，位于下圆锥体上的环形破冰板与所述参考面的距离为h2，其中，h2＝2/3h2；

8.根据权利要求4-7任一项所述的用于海上风电基础的抗冰装置，其特征在于，所述上圆锥体和下圆锥体的锥角相同，且设定所述上圆锥体和下圆锥体的锥角为α；

9.一种海上风电基础，其特征在于，包括风机基础和固定设置在所述风机基础上的上述权利要求1-8任一项所述的用于海上风电基础的抗冰装置。

10.根据权利要求9所述的海上风电基础，其特征在于，所述风机基础呈筒状，抗冰装置的锥体结构套设并固定在所述风机基础上，所述锥体结构与风机基础之间预留有灌浆间隙，所述灌浆间隙的上下两端分别通过环形压板进行封闭；

技术总结
本技术涉及海上风电技术领域，具体涉及一种用于海上风电基础的抗冰装置及海上风电基础，抗冰装置包括锥体结构和设置在锥体结构上的破冰结构，破冰结构包括：条形破冰板，包括形状和/或尺寸不同的多个条形破冰板，多个条形破冰板沿锥体结构的周向间隔排布设置在锥体结构的外周壁上；环形破冰板，环绕固定在锥体结构外周壁上，且连接在多个条形破冰板之间，环形破冰板的外周面被构造为中间外凸的锥面结构。通过在锥体结构上加装至少两种规格形状的条形破冰板和环形破冰板，能够有效的减弱海冰弯曲破坏时产生的冰载荷，同时改变装置不同位置处海冰的破碎过程和破碎周期，有效避免结构的强迫振动，增强海上风电基础的抗冰能力。

技术研发人员：张子良
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：20230222
技术公布日：2024/1/13