CN113250235B - 一种基于海上风机的桁架式单桩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于海上风机的桁架式单桩，包括插入海底泥面的加固平台，所述的加固平台包括主钢管桩，以主钢管桩为中心，环形阵列有多根辅助钢管桩，相邻的辅助钢管桩及主钢管桩与辅助钢管桩之间均连接有桁架钢管，所述的辅助钢管桩上部搭建有发电装置，所述的主钢管桩上部安装有检修平台，主钢管桩和辅助钢管桩的下部均安装有冲刷保护装置。本发明利用辅助单桩构建多桩桁架基础加固平台，同时利用桁架与主钢管桩焊接形成整体基础结构，克服了传统钢管桩基础不适用于海洋软土地基的缺点，多桩桁架基础加固平台、强制电流防腐系统、冲刷保护装置共同作用，起到了防护及加固的作用，极大提升了在海洋软土地基工况下结构的稳定性与使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种单桩，尤其涉及一种基于海上风机的桁架式单桩。
背景技术
近年来海上风电增长势头良好，人们对于海上风电技术愈发重视。在海上风电场的建设中，海上风电机组由上部风机机组和下部支撑基础组成。上部风机主要由叶片、机舱、轮毂等部件构成，通过塔架与下部支撑基础共同组成海上风电机组结构。单桩式风机基础，以其受力明确，技术成熟，适用于持力层较好的海域，而对于海洋软土地基，因软土地基持力层较软以及复杂的海底泥面冲刷情况，对于单桩式风机基础在软土地基防护以及加固有着更高的要求，海上风机桁架式基础不失为一种解决方案。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种适用于海洋软土地基防护及加固的海上风机桁架式单桩。
技术方案：本发明包括插入海底泥面的加固平台，所述的加固平台包括主钢管桩，以主钢管桩为中心，环形阵列有多根辅助钢管桩，相邻的辅助钢管桩及主钢管桩与辅助钢管桩之间均连接有桁架钢管，所述的辅助钢管桩上部搭建有发电装置，所述的主钢管桩上部安装有检修平台，主钢管桩和辅助钢管桩的下部均安装有冲刷保护装置。
所述的检修平台包括升降控制平台和强制电流防腐系统，所述的升降控制平台包括升降控制系统和滑轮装置，所述的检修平台通过滑轮装置套在主钢管桩上，所述的强制电流防腐系统包括变压器，所述的变压器与参比电极及正极电缆线连接，所述的参比电极通过负极电缆线与主钢管桩连接构成阴极，所述的正极电缆线穿过主钢管桩与海底泥面以下的网状阳极连接构成阳极地床。
所述的网状阳极包括金属氧化物，金属氧化物的上下两侧设有金属连接片，左右两侧设有连通接口，通过连通接口与正极电缆线连接。
所述的参比电极与主钢管桩的连接处设有过电保护装置。
所述的发电装置包括浮力摆，所述浮力摆的四周连接有液压缸，液压缸的末端通过锚定装置与辅助钢管桩固连，所述的液压缸通过液压系统与发电机连接。
所述的发电机与电缆线连接，所述的电缆线通过上部桁架钢管与检修平台内的蓄电池连接。
所述相邻的辅助钢管桩之间及主钢管桩的下部与辅助钢管桩的下部之间分别通过下部桁架钢管连接，并在连接处进行加强处理，形成辅助钢管桩加强保护套和主钢管桩加强保护套，从辅助钢管桩上的辅助钢管桩加强保护套出发，分别通过多根上部桁架钢管与主钢管桩连接。
所述的上部桁架钢管与主钢管桩的连接处设有主钢管桩加强保护套。
所述的冲刷保护装置包括土工布，所述的土工布缠绕于主钢管桩及辅助钢管桩上，土工布外侧布置有植物。
所述的检修平台位于主钢管桩加强保护套上方。
有益效果：本发明利用辅助单桩构建多桩桁架基础加固平台，同时利用桁架与主钢管桩焊接形成整体基础结构，克服了传统钢管桩基础不适用于海洋软土地基的缺点，多桩桁架基础加固平台、强制电流防腐系统、冲刷保护装置共同作用，起到了防护及加固的作用，极大提升了在海洋软土地基工况下结构的稳定性与使用寿命。
附图说明
图1为本发明的整体结构主视图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的安装检修平台俯视图；
图4为本发明的安装检修平台正剖视图；
图5为本发明的网状阳极俯视图；
图6为本发明的发电装置正剖视图；
图7为本发明的冲刷保护装置俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图7所示，本发明包括主钢管桩1，以主钢管桩1为中心，环形阵列有三根辅助钢管桩7，相邻的两根辅助钢管桩7及主钢管桩1的下部与辅助钢管桩7的下部之间分别通过下部桁架钢管6焊接为一体，形成多个稳定的三角形结构，如图2所示。并在焊接处进行加强处理，形成辅助钢管桩加强保护套10和主钢管桩加强保护套3。从辅助钢管桩7上的辅助钢管桩加强保护套10出发，分别通过三根上部桁架钢管4与主钢管桩1焊接，并在焊接处进行加强处理，形成主钢管桩加强保护套3，共同构成多桩桁架基础加固平台，再将平台整体打入海底软土地基设计施工位置，所有的下部桁架钢管6均位于海底泥面上方。主钢管桩1、辅助钢管桩7、上部桁架钢管4和下部桁架钢管6为工厂预制。
主钢管桩1的上部安装有电动升降安装检修平台2，电动升降安装检修平台2位于主钢管桩加强保护套3上方，包括蓄电池21、升降控制系统22、变压器23、滑轮装置24、绝缘电缆线9、参比电极25、正极绝缘电缆线11、负极绝缘电缆线26，如图3和图4所示。电动升降安装检修平台2的高度为2米，上部具有圆形开孔，方便技术人员进行设备安装与检修，且内部进行绝缘处理，通过滑轮装置24套在主钢管桩1外侧，并与主钢管桩1内部开孔便于正极绝缘电缆线11、负极绝缘电缆线26的走线以及参比电极25的安装。
电动升降安装检修平台2内部共有两套供电系统，第一套由蓄电池21、升降控制系统22和滑轮装置24组成升降控制平台，为电动升降安装检修平台2提供稳定电流从而方便电动升降安装检修平台2升降。第二套由蓄电池21和变压器23组成，通过变压器23的处理为强制电流防腐系统提供稳定低压电流，强制电流防腐系统由蓄电池21、变压器23、正极绝缘电缆线11、负极绝缘电缆线26、参比电极25以及安装在主钢管桩1上的过电保护装置27和网状阳极12共同组成。通过强制电流防腐系统，正极由正极绝缘电缆线11通过主钢管桩1上的开孔与海底泥面以下的网状阳极12连接构成阳极地床，以提供保护电流，负极由负极绝缘电缆线26连接参比电极25，通过开孔与主钢管桩1连接构成阴极，连接处设置过电保护装置27形成阴极保护。其中网状阳极12使用寿命长，安装简单不需要回填料，且产生的杂散电流很少。如图5所示，网状阳极12包括金属氧化物123与钛金属连接片122、连通接口121，通过正极绝缘电缆线11与连通接口121连接，与海底软土地基构成阳极地床。
如图6所示，辅助钢管桩7的上部搭建有发电装置5，发电装置5为浮力摆式波浪发电装置，包括浮力摆51、液压缸52、锚定装置53、液压软管54、液压系统55、发电机56、绝缘电缆线9，通过锚定装置53的锚定作用将浮力摆51固定于辅助钢管桩7上，浮力摆51在波浪的作用下，推动液压缸52运动，运动过程中液压缸52将波浪能转换为液压能，而液压缸52运动过程中所产生的液压能通过液压软管54传递到液压系统55，液压系统55能够稳定处理液压能，将液压能以转动能的形式输出到发电机56，而发电机56连接绝缘电缆线9，通过上部桁架钢管4将电流传输到位于电动升降安装检修平台2内的两个蓄电池21，为升降控制系统22与强制电流防腐系统提供稳定电流。
主钢管桩1和辅助钢管桩7靠近海底泥面的位置设置有冲刷保护装置8，如图7所示，冲刷保护装置8包括高密度土工布81、塑料植物82，高密度土工布81缠绕于主钢管桩1及辅助钢管桩7靠近泥面的位置，并在高密度土工布81外布置塑料植物82，塑料植物82紧密环绕在高密度土工布81周围，高密度土工布81在主钢管桩1、辅助钢管桩7与海流之间形成稳定分界面，各层结构分离能够极大程度上避免海流对于主钢管桩1与辅助钢管桩7的冲刷与腐蚀，同时通过外部高密度环绕的塑料植物82所产生柔性粘滞阻尼作用，使海底海流流速降低，减缓海流对主钢管桩1、辅助钢管桩7以及海床的冲刷，并使海流流动中夹杂的泥沙不断地沉积到海床上，经过时间的沉积，形成沙丘，进一步起到加固与防冲刷作用。
本发明利用辅助单桩构建多桩桁架基础加固平台，同时利用桁架与主钢管桩焊接形成整体基础结构，克服了传统钢管桩基础不适用于海洋软土地基的缺点，并通过浮力摆式波浪发电装置，形成了稳定的电流，进一步给电动升降安装检修平台提供稳点电源，同时给整体基础强制电流防腐提供了稳定的电源，而强制电流防腐需要形成阳极地床，进一步的需要在海洋软土地基安装网状阳极，给桁架式单桩形成了保护电流，同时置入海洋软土地基的网状阳极天然给软土地基起到了加固作用。阴极保护通过负极绝缘电缆线连接参比电极与主钢管桩连接，添加了过保护装置，与阳极底床共同构成了强制电流防腐系统，极大的减少了海水对基础的腐蚀，基础下端的冲刷保护装置，结构简单方便制作，很好的起到了防冲刷保护作用。多桩桁架基础加固平台、强制电流防腐系统、冲刷保护装置共同作用，起到了防护及加固作用，极大提升了在海洋软土地基工况下结构的稳定性与使用寿命。
Claims (3)
1.一种基于海上风机的桁架式单桩，其特征在于，包括插入海底泥面的加固平台，所述的加固平台包括主钢管桩（1），以主钢管桩（1）为中心，环形阵列有多根辅助钢管桩（7），所述的辅助钢管桩（7）上部搭建有发电装置（5），所述的主钢管桩（1）上部安装有检修平台，主钢管桩（1）和辅助钢管桩（7）的下部均安装有冲刷保护装置（8），相邻的辅助钢管桩（7）之间及主钢管桩（1）的下部与辅助钢管桩（7）的下部之间分别通过下部桁架钢管（6）连接，并在连接处进行加强处理，形成辅助钢管桩加强保护套（10）和主钢管桩加强保护套（3），从辅助钢管桩（7）上的辅助钢管桩加强保护套（10）出发，分别通过多根上部桁架钢管（4）与主钢管桩（1）连接，所述的上部桁架钢管（4）与主钢管桩（1）的连接处设有主钢管桩加强保护套（3），所述的检修平台位于主钢管桩加强保护套（3）上方；
所述的检修平台包括升降控制平台和强制电流防腐系统，所述的升降控制平台包括升降控制系统（22）和滑轮装置（24），所述的检修平台通过滑轮装置（24）套在主钢管桩（1）上，所述的强制电流防腐系统包括变压器（23），所述的变压器（23）与参比电极（25）及正极电缆线连接，所述的参比电极（25）通过负极电缆线与主钢管桩（1）连接构成阴极，所述的正极电缆线穿过主钢管桩（1）与海底泥面以下的网状阳极（12）连接构成阳极地床；
所述的发电装置（5）包括浮力摆（51），所述浮力摆（51）的四周连接有液压缸（52），液压缸（52）的末端通过锚定装置（53）与辅助钢管桩（7）固连，所述的液压缸（52）通过液压系统（55）与发电机（56）连接，检修平台内设有两个蓄电池，其中一个蓄电池与升降控制系统连接，另一个蓄电池与变压器连接，所述的发电机（56）与电缆线连接，所述的电缆线通过上部桁架钢管（4）与检修平台内的蓄电池（21）连接；
所述的冲刷保护装置（8）包括土工布，所述的土工布缠绕于主钢管桩（1）及辅助钢管桩（7）上，土工布外侧布置有植物。
2.根据权利要求1所述的一种基于海上风机的桁架式单桩，其特征在于，所述的网状阳极（12）包括金属氧化物（123），金属氧化物（123）的上下两侧设有金属连接片，左右两侧设有连通接口（121），通过连通接口（121）与正极电缆线连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于海上风机的桁架式单桩，其特征在于，所述的负极电缆线与主钢管桩（1）的连接处设有过电保护装置（27）。
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