CN105568947B - 具有真空腔的导管架破冰结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有真空腔的导管架破冰结构。所述具有真空腔的导管架破冰结构包括多根高桩，高桩的顶端固定有导管架杆件；所述导管架杆件浸水面处外壁上套装有圆筒，该圆筒上装有球板；所述圆筒与球板之间形成向导管架杆件侧产生负压力的真空腔；所述球板外壁上设有多个弹性元件，可伸缩的所述弹性元件的外端固定有环向布置的破冰元件。本发明结构简单，破冰效果好，可以有效地延长导管架的使用寿命。

Description

具有真空腔的导管架破冰结构
技术领域
本发明涉及一种具有真空腔的导管架破冰结构，属于破冰结构领域。
背景技术
冰，尤其海冰是高纬度海域海洋结构物设计和安全运营的重要影响因素,海冰在与海洋结构物相互作用时总是要设计成海冰先遭到破坏,我国渤海和黄海北部每年出现不同程度的冰冻，冰荷载是渤海海洋工程结构设计的重要性荷载。
我国渤海风能资源丰富，海上风能发电市场具有广阔的发展前景，但渤海湾属于高纬度寒区，每年冬春季海面都有海冰情况，对结构的影响很大，为保障渤海海上风能资源开发的安全，基于消除海冰对结构的破坏，拟研究一套应用于导管架的收缩型破冰结构。
目前已有的破冰结构大多是固定式，作用于破冰结构的冰力直接传递到导管架杆件上，易使导管架杆件受到冰的反复作用而破坏，亟需研究一套可收缩式的破冰结构，提高导管架杆件的使用寿命。
发明内容
本发明旨在提供一种具有真空腔的导管架破冰结构，该破冰结构的结构简单，破冰效果好，可以有效地延长导管架的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种具有真空腔的导管架破冰结构，包括多根高桩，高桩的顶端固定有导管架；其结构特点是，所述导管架浸水面处外壁上套装有圆筒，该圆筒上装有球板；所述圆筒与球板之间形成向导管架杆件侧产生负压力的真空腔；所述球板外壁上设有多个弹性元件，可伸缩的所述弹性元件的外端固定有环向布置的破冰元件。
本发明在圆筒与球板之间形成真空，产生向高桩侧的负压力，同时通过在破冰元件与高桩之间增加弹性元件连接，可以使高桩受到的冰力通过弹性元件消耗掉，并通过优化破冰结构的型式，减少冰对高桩的作用，促进高桩的使用寿命。
根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：
作为一种替换形式，所述球板与圆筒之间直接形成所述真空腔。换句话说，就是取消所述圆筒，直接将球板固定在导管架杆件外壁上，并形成真空腔，也可以达到同样的效果。
所述球板上嵌装有真空阀门。由此通过真空阀门和大功率抽气泵抽空圆筒与球板之间所封闭区域的气体，在圆筒与球板之间形成真空，产生向导管架杆件侧的负压力。
为了提高破冰效果，所述破冰元件的最外端为锥环，锥环的尖端朝外。更优选地，所述圆筒的外壁上装有水平布置的横杆，该横杆穿过真空腔，且横杆的外端相对所述锥环伸出。
优选地，所述弹性元件为弹簧。弹簧优选采用碳合金钢制成。
所述弹簧包括横向伸缩段和竖向伸缩段。由此，破冰元件可以做水平往复运动或上下往复运动，从而提高破冰效果。本发明通过在锥环与球板之间增加弹簧连接，可以使导管架杆件受到的冰力通过弹簧消耗掉，并通过优化破冰结构的型式，减少冰对导管架杆件的作用，延长导管架的使用寿命。
为了适应海水环境，所述圆筒和破冰元件外均设有环氧树脂型重防腐涂料层；所述弹性元件外设有聚氨酯漆涂料层。
作为三种常见的结构形式，所述导管架为三桩式导管架或桁架式导管架或门架式导管架；所述三桩式导管架包括三根高桩、三根支管和一根主管，该三桩式导管架的主管外壁上设有所述的破冰元件和弹性元件；所述桁架式导管架包括四根高桩、四根支管和一根主管，该桁架式导管架的每个支管上均设有所述的破冰元件和弹性元件；所述门架式导管架包括3-5根高桩、固定在每根高桩顶端的一根支管、以及连接在多根支管顶端的一根主管，该门架式导管架的每根高桩上均设有所述的破冰元件和弹性元件。
优选地，所述三桩式导管架或桁架式导管架或门架式导管架的高桩与支管之间通过灌浆相连或焊接相连；所述高桩为大直径薄壁结构，该高桩的底部伸入海底。
藉由上述结构，本发明可以推动海冰区的海上风电的开发利用，加快海上风能发电设备的市场化和商业化，促进海上风能资源大规模商业开发利用，实现我国的减排承诺。
本发明通过真空阀门抽空圆筒与球板之间的封闭区域，形成向杆件侧的负压力，使破冰结构与导管架杆件更紧密连接，减少破冰结构与导管架杆件的相互作用力，有效避免了导管架杆件与桩的灌浆破坏，使破冰结构与导管架杆件、钢管桩形成有机的整体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单，破冰效果好，避免了高桩承台承受冰载荷，从而延长高桩承台的使用寿命；尤其解决了海冰区结构受海冰作用发生破坏的情况，提高了结构的整体抗冰能力，促进了海上风电行业的整体发展，有利于推动海冰区海上风能资源的开发应用。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构原理图；
图2为所述三桩导管架的俯视图；
图3为本发明所述破冰结构与桁架导管架的示意图；
图4为所述桁架导管架的俯视图；
图5为本发明所述破冰结构与门架导管架的示意图；
图6为所述门架导管架的俯视图；
图7为所述破冰结构的侧视图；
图8为所述三桩和桁架导管架破冰结构的俯视图；
图9为所述三桩导管架破冰结构的剖面图；
图10为所述桁架导管架破冰结构的剖面图；
图11为所述门架导管架破冰结构的俯视图；
图12为所述门架导管架破冰结构的剖面图。
在图中：
1-破冰结构；2-导管架； 3-锥环；4-球板； 5-圆杆；
6-弹簧；7-真空阀门；8-钢管桩；9-圆筒。
具体实施方式
一种具有真空腔的导管架破冰结构：如图7所示，包括破冰元件、导管架2、钢管桩8，导管架2外侧套有破冰元件，破冰元件与导管架2通过焊接相连，导管架2与钢管桩8通过灌浆或焊接相连，钢管桩8结构上部为导管架2，下部深入海底，整个结构以钢管桩8基础为支撑固定在海上。
如图8-12所示，所述破冰元件包括锥环3、球板4、圆杆5、弹簧6、真空阀门7和圆筒9，圆筒9、球板4和圆杆5均采用不锈钢合金材料，外涂环氧树脂型重防腐涂料。所述锥环3、弹簧6、真空阀门7采用碳合金结构钢材料，外涂聚氨酯漆涂料。所述导管架2采用镀锌合金结构钢材料，外涂聚氨酯漆涂料，钢管桩8为单桩大直径薄壁结构的高强度钢。
所述圆杆5穿过球板4焊接在圆筒9上，圆杆5头部为锥形并伸出球板4，球板4和圆杆5焊接在圆筒9上，锥环3与球板4通过弹簧6焊接相连，真空阀门7嵌在球板4中。
所述真空阀门7通过大功率抽气泵，抽空圆筒9与球板4之间所封闭区域的气体，在圆筒9与球板4之间形成真空，产生向钢管桩8侧的负压力。
所述破冰元件与导管架2通过焊接相连，导管架2与钢管桩8通过灌浆或焊接连接，钢管桩8通过打桩船施打固定在海底。
一种三桩式导管架，如图1-2所示，包括三根高桩、三根支管和一根主管，该三桩式导管架的主管上设有如上所述的导管架的破冰结构。
一种桁架式导管架，如图3-4所示，包括四根高桩、四根支管和一根主管，该桁架式导管架的每个支管上均设有如上所述的导管架的破冰结构。
一种门架式导管架，如图5-6所示，包括三根高桩、固定在每根高桩顶端的一根支管、以及连接在三根支管顶端的一根主管，该门架式导管架的每根高桩上均设有如上所述的导管架的破冰结构。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种具有真空腔的导管架破冰结构，包括多根高桩，高桩的顶端固定有导管架（2）；其特征在于，所述导管架（2）浸水面处外壁上套装有圆筒（9），该圆筒（9）上装有球板（4）；所述圆筒（9）与球板（4）之间形成向导管架（2）侧产生负压力的真空腔；所述球板（4）外壁上设有多个弹性元件，可伸缩的所述弹性元件的外端固定有环向布置的破冰元件。
2.根据权利要求1所述的具有真空腔的导管架破冰结构，其特征在于，所述球板（4）与圆筒（9）之间直接形成所述真空腔。
3.根据权利要求1所述的具有真空腔的导管架破冰结构，其特征在于，所述球板（4）上嵌装有真空阀门（7）。
4.根据权利要求1-3之一所述的具有真空腔的导管架破冰结构，其特征在于，所述破冰元件的最外端为锥环（3），锥环（3）的尖端朝外。
5.根据权利要求4所述的具有真空腔的导管架破冰结构，其特征在于，所述圆筒（9）的外壁上装有水平布置的横杆（5），该横杆（5）穿过真空腔，且横杆（5）的外端相对所述锥环（3）伸出。
6.根据权利要求1-3之一所述的具有真空腔的导管架破冰结构，其特征在于，所述弹性元件为弹簧（6）。
7.根据权利要求6所述的具有真空腔的导管架破冰结构，其特征在于，所述弹簧（6）包括横向伸缩段和竖向伸缩段。
8.根据权利要求1-3之一所述的具有真空腔的导管架破冰结构，其特征在于，所述圆筒（9）和破冰元件外均设有环氧树脂型重防腐涂料层；所述弹性元件外设有聚氨酯漆涂料层。
9.根据权利要求1-3之一所述的具有真空腔的导管架破冰结构，其特征在于，所述导管架为三桩式导管架或桁架式导管架或门架式导管架；所述三桩式导管架包括三根高桩、三根支管和一根主管，该三桩式导管架的主管外壁上设有所述的破冰元件和弹性元件；所述桁架式导管架包括四根高桩、四根支管和一根主管，该桁架式导管架的每个支管上均设有所述的破冰元件和弹性元件；所述门架式导管架包括3-5根高桩、固定在每根高桩顶端的一根支管、以及连接在多根支管顶端的一根主管，该门架式导管架的每根高桩上均设有所述的破冰元件和弹性元件。
10.根据权利要求9所述的具有真空腔的导管架破冰结构，其特征在于，所述三桩式导管架或桁架式导管架或门架式导管架的高桩与支管之间通过灌浆相连或焊接相连；所述高桩为大直径薄壁结构，该高桩的底部伸入海底。
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