CN111827367A - 海上风电桩基的防冲刷结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上风电桩基的防冲刷结构，包括单桩和防护件，所述防护件套设于单桩，所述单桩设有限位层，所述防护件固定于限位层，所述防护件为圆锥形，所述防护件与单桩之间设有楔形块，所述防护件与楔形块接触处设有耐磨层。本发明提供一种海上风电桩基的防冲刷结构，使桩周土体免受水流的冲刷，增强了防护效果，能够可以有效的阻挡涡流的前进，降低涡流的能量，起到保护桩基的作用。

Description

海上风电桩基的防冲刷结构
技术领域
本发明涉及海上风机技术领域，具体涉及一种海上风电桩基的防冲刷结构。
背景技术
风能是可再生清洁能源，海上风电对风能利用率高且对人类生产、生活的影响小，适合沿海城市建设和发展。然而海上风电场处于风、波浪、潮流等动力共同作用的海洋环境，风机基础周围发生局部冲刷，冲刷坑的形成降低了海上风机的稳定性，严重的可致失稳、倒塌，造成重大损失。风机基础除了承受自身的荷载，还受到风机叶片转动产生的侧向压力，稳定性要求高，因此，研究海上风电桩基局部冲刷具有重要的工程应用价值。
随着近海及河口地区的码头栈桥和跨江、跨海大桥的建设，对于潮流作用下的桩基冲刷越加重视。潮流作用下的冲刷相对恒定流具有一定的差异性。波浪作用下的圆柱周围局部冲刷，周围水流中的漩涡随着KC数变化，产生不同的冲淤形态。
波浪作用下，风电桩基局部最大冲刷深度随波数的增加而增大。桩基迎浪侧反射波与前进波叠加后形成波能更大的驻波，造成桩基前侧半圆形区域冲刷，两侧为波浪散射冲淤过渡区，背侧则为波浪掩护轻微淤积区，形成回转流。
风电场所所处海域位置受到潮汐水流的作用，桩基周围发生冲刷，冲刷坑形态呈椭圆形，桩基前后两侧冲刷范围小，冲刷深度大，左右两侧冲刷范围大，冲刷深度小，形成马蹄涡流。
波浪与潮流共同作用时，桩基受到波流共同作用，冲刷深度和范围比单纯水流和波浪作用的叠加效果更大，波浪作用使桩基周围泥沙往复振荡，运动的泥沙颗粒随着水流发生位置变化，从而形成冲刷坑。
海上风电桩基基础是支撑整个海上风力机的关键所在，造价约为在整个海上风力发电装置的14％左右，而海上风力发电机发生的事故多为桩基基础不稳造成的。由于波浪和潮流的作用，海上风电桩基基础周围的泥沙将会发生冲刷并形成冲坑，冲刷坑将会对桩基基础的稳定性产生影响。此外，在海床表面附近夹杂着泥沙的水流不断冲刷着桩基基础，腐蚀破坏桩基基础表面，严重时会造成海上风力机机组的坍塌。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种海上风电桩基的防冲刷结构，使桩周土体免受水流的冲刷，增强了防护效果，能够可以有效的阻挡涡流的前进，降低涡流的能量，起到保护桩基的作用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种海上风电桩基的防冲刷结构，包括单桩和防护件，所述防护件套设于单桩，所述单桩设有限位层，所述防护件固定于限位层，所述防护件为圆锥形，所述防护件与单桩之间设有楔形块，所述防护件与楔形块接触处设有耐磨层。
作为上述技术方案的进一步改进为：
上述方案中，优选地，所述限位层为限位块或限位环，所述限位层与单桩固定连接。
上述方案中，优选地，所述防护件设有多个防护筒，所有防护筒固定连接围城圆锥形，每个所述防护筒设有多个分流孔，相邻防护筒的分流孔错位布设。
上述方案中，优选地，所述单桩位于限位层以下的部分为锥形。
上述方案中，优选地，所述耐磨层按质量百分比计包括以下组分：
Figure BDA0002607485360000021
上述方案中，优选地，所述耐磨层设有两层，两层所述耐磨层之间设有过渡层。
上述方案中，优选地，所述过渡层按质量百分比计包括以下组分：
Figure BDA0002607485360000022
上述方案中，优选地，所述耐磨层和过渡层的总厚度小于1cm。
上述方案中，优选地，所述过渡层的厚度小于2mm。
本发明提供的海上风电桩基的防冲刷结构，与现有技术相比有以下优点：本发明的海上风电桩基的防冲刷结构，防护件为圆锥形，使桩周土体免受水流的冲刷，增强了防护效果。当水流遇到防护装置，在产生绕流和漩涡的同时，也降低了自身的流速和能量，再次遇到桩基时，不会对桩基周围的海床面造成很大破坏。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明防护筒的结构示意图。
图中标号说明：
1、单桩；2、防护件；21、防护筒；22、分流孔。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1和图2示出了本发明的海上风电桩基的防冲刷结构的一种实施方式，防冲刷结构，包括单桩1和防护件2，所述防护件2套设于单桩1，所述单桩1设有限位层，所述防护件2固定于限位层，所述防护件2为圆锥形，所述防护件2与单桩1之间设有楔形块，所述防护件2与楔形块接触处设有耐磨层。
本实施例中，所述限位层为限位块或限位环，所述限位层与单桩1固定连接。
本实施例中，所述防护件2设有多个防护筒21，所有防护筒21固定连接围城圆锥形，焊接固定。每个所述防护筒21设有多个分流孔22，相邻防护筒21的分流孔22错位布设。
本实施例中，所述单桩1位于限位层以下的部分为锥形。
本实施例中，所述耐磨层按质量百分比计包括以下组分：原料百分含量为Wu0.2％、C1.5％、Mn 0.2％、Al 2.5％、Zn 29％、Fe 66.6％。
本实施例中，所述耐磨层设有两层，两层所述耐磨层之间设有过渡层。
本实施例中，所述过渡层按质量百分比计包括以下组分：原料百分含量为Wu0.1％、C 2％、Ti 0.1％、Al 18％、Zn 23％、Fe 56.8％。
本实施例中，所述耐磨层和过渡层的总厚度小于1cm。
本实施例中，所述过渡层的厚度小于2mm。
在防护件2上堆焊第一耐磨层，待耐磨层缓冷后再在耐磨层上堆焊一过渡层，过渡层缓冷后再在过渡层上堆焊第二耐磨层。防护件2上加一层耐磨层，通过堆焊的方式在防护件2上加设耐磨层，加设耐磨层之后能够将防护件2的硬度HB增至最高560。
风电桩基在使用时，引起局部冲刷的主要因素为马蹄涡流，分布在桩基的两侧，旋转着卷走海床面的泥沙。本实施例的防护结构将整个桩基都包含在内，防护筒21侧壁可以有效的阻挡马蹄涡流的前进，降低涡流的能量。当水流通过3层分流孔22到达防护筒21内部的时候，流速下降，对海床面的剪切力已经降低，有效的减小了局部冲刷的影响。本发明的防护装置结构简单，制造成本低。防护筒21筒壁上开了分流孔22，所以水流对装置的冲击力也被有效的降低，使得桩基寿命得到了延长。此外，由于分流孔22呈环形分布，水流可以通过，所以装置两侧不会形成马蹄涡流，不会在防护装置附近造成二次冲刷。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种海上风电桩基的防冲刷结构，其特征在于，包括单桩和防护件，所述防护件套设于单桩，所述单桩设有限位层，所述防护件固定于限位层，所述防护件为圆锥形，所述防护件与单桩之间设有楔形块，所述防护件与楔形块接触处设有耐磨层。
2.根据权利要求1所述的海上风电桩基的防冲刷结构，其特征在于，所述限位层为限位块或限位环，所述限位层与单桩固定连接。
3.根据权利要求2所述的海上风电桩基的防冲刷结构，其特征在于，所述防护件设有多个防护筒，所有防护筒固定连接围城圆锥形，每个所述防护筒设有多个分流孔，相邻防护筒的分流孔错位布设。
4.根据权利要求3所述的海上风电桩基的防冲刷结构，其特征在于，所述单桩位于限位层以下的部分为锥形。
5.根据权利要求1所述的海上风电桩基的防冲刷结构，其特征在于，所述耐磨层按质量百分比计包括以下组分：
Figure FDA0002607485350000011
6.根据权利要求5所述的海上风电桩基的防冲刷结构，其特征在于，所述耐磨层设有两层，两层所述耐磨层之间设有过渡层。
7.根据权利要求6所述的海上风电桩基的防冲刷结构，其特征在于，所述过渡层按质量百分比计包括以下组分：
Figure FDA0002607485350000012
8.根据权利要求7所述的海上风电桩基的防冲刷结构，其特征在于，所述耐磨层和过渡层的总厚度小于1cm。
9.根据权利要求8所述的海上风电桩基的防冲刷结构，其特征在于，所述过渡层的厚度小于2mm。
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