CN113047346A - 一种适用于海上风电基础的棱台型抗冰结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于海上风电基础的棱台型抗冰结构，包括水平对称且结构相同的上棱台和下棱台，所述上棱台与下棱台通过连接板连接，所述上棱台包括8个围绕风电基础等间距设置的直角梯形肋板，所述肋板的下底与连接板连接，所述肋板的侧边连接侧面钢板内侧的对称轴位置，所述侧面板外侧设置有保护条，所述侧面板为等腰梯形，所述侧面板与连接板所成夹角为60°，所述侧面钢板的斜边与相邻侧面板的斜边相连，与连接板和封板形成闭合的中空的棱台结构；所述封板设置于侧面板上底侧，沿风机立柱基础外围径向分布设置。本发明采用棱台型结构，比起现有的倒锥形结构在相同高度减小了装置直径，抗冰能力更强。

Description

一种适用于海上风电基础的棱台型抗冰结构
技术领域
本发明涉及海上风电抗冰结构技术领域，尤其涉及一种适用于海上风电基础的棱台型抗冰结构。
背景技术
随着经济的快速发展，能源紧缺和环境污染问题日益严峻，风能等可再生能源的开发和利用成为能源可持续发展的关键。近几年我国大力发展海上风电建设，包括在渤海海域建设了多个风电场，而渤海海域建设的海上风机处于低温海域，冬季海上有大量海冰形成，会对海上风机结构产生破坏作用，引起风机强烈振动，增大结构的疲劳损伤，使海上风机结构的使用寿命减少。因此，对于冰区风电基础而言，在设计建造时要考虑结构的抗冰能力。
现有技术中对于破冰措施的应用，多采用圆锥型抗冰锥体，安装较为繁琐。部分锥体内部采用灌浆形成，结构稳定，但存在一定缺点，结构较为笨重。已公开专利(公开号：CN107022990A)公开了一种适用于单立柱三桩式海上风电基础的多面体型抗冰装置，包括倒锥形抗冰锥体，设置在基础与抗冰锥之间的连接部件、锥体的上下平面、以及锥面钢板加强装置。发明人在实现该技术方案时，发现与如下缺陷并没有得到解决：倒锥的设计使得该抗冰装置使得结构直径偏大，导致装置与冰的接触面积变大，增加了弯曲冰力值；海冰撞击在锥体上平面处时，亦会引起较大的冰力；锥板钢面加强结构只保护了两块锥面的连接处，对锥板本身侧面没有保护作用。综上所述，有待发明一种抗冰能力更强的，对锥体侧面有保护的抗冰结构。
发明内容
本发明提供一种适用于海上风电基础的棱台型抗冰结构，解决了现有抗冰结构抗冰能力不足的问题。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种适用于海上风电基础的棱台型抗冰结构，包括水平对称且结构相同的上棱台和下棱台，所述上棱台与下棱台通过连接板连接，所述上棱台包括8个围绕风电基础等间距设置的直角梯形肋板，所述肋板的下底与连接板连接，每个肋板连接1个侧面板，所述肋板的侧边连接侧面钢板内侧的对称轴位置，所述侧面板外侧设置有保护条，所述侧面板为等腰梯形，所述侧面板与连接板所成夹角为60°，所述侧面钢板的斜边与相邻侧面板的斜边相连，并与连接板和封板形成闭合的中空的棱台结构；所述封板设置于侧面板上底侧，沿风机立柱基础外围径向分布设置。
优选地，所述保护条设置于侧面板外侧的对称轴位置，所述保护条为棱型条结构。
优选地，所述连接板、肋板、侧面板和封板之间皆为焊接固定。
优选地，所述连接板、肋板、侧面板和封板皆使用钢。
优选地，所述封板由若干相同部分组成，每个部分固定于侧面板连接处。
本发明的有益效果在于：
本发明采用棱台型结构，比起现有的倒锥形结构在相同高度减小了装置直径，减少结构与冰接触的面积；
本发明在侧面板加装了棱型条结构，有效降低弯曲冰力并保护侧面板。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体示意图。
图2为本发明俯视图。
图3为本发明封板示意图。
图4为本发明肋板示意图。
图5为本发明侧面板与肋板连接示意图。
图6为本发明连接板示意图。
附图标号说明：
1、连接板；2、肋板；3、侧面板；4、保护条；5、封板。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明提供一种技术方案：一种适用于海上风电基础的棱台型抗冰结构，其结构如图1-6所示，包括水平对称且结构相同的上棱台和下棱台，上棱台与下棱台通过连接板1连接，上棱台包括8个围绕风电基础等间距设置的直角梯形肋板2，肋板2的下底与连接板1连接，每个肋板2连接1个侧面板3，肋板2的侧边连接侧面板3内侧的对称轴位置，侧面板3外侧设置有保护条4，保护条4为棱型条，设置于侧面板3外侧的对称轴位置。侧面板3为等腰梯形，侧面板3与连接板1所成夹角为60°，侧面板3的斜边与相邻侧面板3的斜边相连，并与连接板1和封板5形成闭合的中空的棱台结构；封板5设置于侧面板3上底侧，沿风机立柱基础外围径向分布设置，封板5由若干相同部分组成，每个部分皆固定于侧面板3连接处。连接板1、肋板2、侧面板3、保护条4和封板5之间皆为焊接固定且材质为钢。由于海冰的弯曲强度约为挤压强度的1/3，在海上风机基础结构水平面处的外侧安装本棱台型抗冰结构，海冰与直立结构之间的挤压破碎转变成与棱台结构的弯曲破碎，从而减小海冰对结构造成的冰力值和结构振动，保证风机结构的安全运行。海冰在棱台的侧面钢板上发生弯曲破碎造成冰力值，比海冰在棱台棱处弯曲的冰力值大很多。为此，在棱台侧面钢板上添加棱条型结构，有效减少海冰在棱台侧面钢板上的弯曲冰力值。
实施例
该抗冰棱台装置试用于直径为5m的吸力桶型单桩海上风电基础。根据渤海潮水潮差2.3m具体布置该装置，棱台结构置于潮差中间水平位置处。上下棱台各由8块等腰梯形钢板焊接而成，上下对称布置，等腰梯形钢板上底长2m，下底长2.6m，高度为1.5m。棱台侧面钢板与风机基础由三角形肋板通过焊接方式连接，肋板上下开孔，以减轻结构重量，肋板高度为2.4m，上下短边长0.3m，肋板上下部位与封面钢板焊接。上下封面钢板宽0.3m，分别由4块与侧面板相配合的钢板焊接而成，圆心角为90°。上下棱台连接板位于整个装置高度中心处，用于连接和加强上下棱台中心连接处强度，由8块等腰梯形构成，等腰梯形高为0.9m，上底长2m，下底长2.6m，在梯形钢板中间开孔，以减轻结构重量。上下棱台合计高度为2.4m，使结构能够覆盖整个潮水潮差范围内；棱台最大宽度处为6.8m，采用上下棱台组成的形式能够有效减少结构的最大宽度。上下棱台外型为八棱棱台，侧面与水平面所成锥角为60°，侧面中心轴外侧上焊接棱条型结构，棱条型结构为角钢结构，角钢边长为0.3m，能够起到有效减少弯曲冰力值的作用。棱台侧面钢板与风机基础通过肋板连接，肋板连接在棱台侧面钢板中心轴处，肋板垂直与水平面，如图4所示。上下棱台之间由连接钢板连接，作为结构加强，棱台上下面由封面钢板焊接在一起，如图6所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于海上风电基础的棱台型抗冰结构，其特征在于：包括水平对称且结构相同的上棱台和下棱台，所述上棱台与下棱台通过连接板(1)连接，所述上棱台包括8个围绕风电基础等间距设置的直角梯形肋板(2)，所述肋板(2)的下底与连接板(1)连接，每个肋板(2)连接1个侧面板(3)，所述肋板(2)的侧边连接侧面板(3)内侧的对称轴位置，所述侧面板(3)外侧设置有保护条(4)，所述侧面板(3)为等腰梯形，所述侧面板(3)与连接板(1)所成夹角为60°，所述侧面板(3)的斜边与相邻侧面板(3)的斜边相连，并与连接板(1)和封板(5)形成闭合的中空的棱台结构；所述封板(5)设置于侧面板(3)上底侧，沿风机立柱基础外围径向分布设置。
2.根据权利要求1所述的适用于海上风电基础的棱台型抗冰结构，其特征在于：所述保护条(4)设置于侧面板(3)外侧的对称轴位置，所述保护条(4)为棱型条结构。
3.根据权利要求1所述的适用于海上风电基础的棱台型抗冰结构，其特征在于：所述连接板(1)、肋板(2)、侧面板(3)、保护条(4)和封板(5)之间皆为焊接固定。
4.根据权利要求1所述的适用于海上风电基础的棱台型抗冰结构，其特征在于：所述连接板(1)、肋板(2)、侧面板(3)、保护条(4)和封板(5)皆使用钢。
5.根据权利要求1所述的适用于海上风电基础的棱台型抗冰结构，其特征在于：所述封板(5)由若干相同部分组成，每个部分皆固定于侧面板(3)连接处。
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