CN113737841A - 具有主动排沙功能的海上风电基础 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有主动排沙功能的海上风电基础，所述具有主动排沙功能的海上风电基础包括桩基础、固定架、导沙蜗杆和驱动轮，所述桩基础的横截面的外轮廓为圆形，所述桩基础至少部分埋入海床中，所述海床具有海床面，所述固定架设在所述桩基础的外周侧且与所述桩基础相连，所述导沙蜗杆与所述固定架相连，所述导沙蜗杆用于将所述桩基础外周侧的泥沙导向所述桩基础，所述驱动轮的旋转中心线正交与海平面，所述驱动轮与所述导沙蜗杆相连，所述驱动轮适于在海水的推动下转动以驱动所述导沙蜗杆导沙。本发明的具有主动排沙功能的海上风电基础具有结构简单、安全可靠、防冲刷效果好的特点。

Description

具有主动排沙功能的海上风电基础
技术领域
本发明涉及海上风电领域，尤其是涉及一种具有主动排沙功能的海上风电基础。
背景技术
风能作为一种清无害的可再生能源，日益受到人类重视。其中相对于陆地风能而言，海上风能资源不仅具有较高的风速，而且距离海岸线较远，不受噪音限值的影响，允许机组制造更为大型化。
具有主动排沙功能的海上风电基础是支撑整个海上风力机的关键所在，成本约占整个海上风电投资的20％至25％，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。目前采用的海上风电桩基基础的防冲刷装置，主要为抛石防护法。但是抛石防护的整体性较差，运用过程中的维护费用和工作量较大。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
在实际应用过程中，由于海浪和潮汐的作用，海水直接对海上风电桩基基础冲刷，海水的冲击力直接作用于海上风电桩基基础的表面，呈现向下的卷掘旋涡结构，旋涡结构将海床上的沉积物卷升起来，并进一步将其带远离桩基周围的地方，形成了冲刷坑，冲刷坑的形成使得桩基础深度变浅，影响桩基基础的稳定性，严重时会造成海上风力机机组的坍塌。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种具有良好的防冲刷性能的海上风电多桩基础。
根据本发明的具有主动排沙功能的海上风电基础包括桩基础、固定架、导沙蜗杆和驱动轮，所述桩基础的横截面的外轮廓为圆形，所述桩基础至少部分埋入海床中，所述海床具有海床面，所述固定架设在所述桩基础的外周侧且与所述桩基础相连，所述导沙蜗杆与所述固定架相连，所述导沙蜗杆用于将所述桩基础外周侧的泥沙导向所述桩基础，所述驱动轮的旋转中心线正交与海平面，所述驱动轮与所述导沙蜗杆相连，所述驱动轮适于在海水的推动下转动以驱动所述导沙蜗杆导沙。
根据本发明的具有主动排沙功能的海上风电基础通过所述驱动轮驱动所述导沙蜗杆向所述桩基础导沙，减少冲刷坑的形成，具有结构简单、安全可靠、防冲刷效果好的特点。
在一些实施例中，所述驱动轮包括轮体和传动杆，所述轮体适于在海水的推动下转动以产生驱动力，所述传动杆的一端与所述轮体相连，所述传动杆的另一端与所述导沙蜗杆相连，所述传动杆用于向所述导沙蜗杆传递所述轮体的驱动力。
在一些实施例中，所述具有主动排沙功能的海上风电基础还包括单向轴承，所述单向轴承设在所述传动杆上，所述轮体适于在海水推动下转动，以便通过所述传动杆和所述单向轴承驱动所述导沙蜗杆导沙。
在一些实施例中，至少部分所述轮体位于海平面以下。
在一些实施例中，所述导沙蜗杆的长度方向正交于所述桩基础的长度方向。
在一些实施例中，所述导沙蜗杆的外周面上设有导沙凹槽，所述导沙凹槽沿所述导沙蜗杆的长度方向螺旋设置，所述导沙蜗杆在所述驱动件的驱动下转动，以使外部泥沙在所述导沙凹槽内沿所述导沙蜗杆的长度方向移动。
在一些实施例中，所述具有主动排沙功能的海上风电基础还包括固定件，所述固定件为锥形件，所述锥形件的横截面积沿所述桩基础的长度方向朝向所述海床逐渐变小，所述锥形件与所述导沙蜗杆相连且沿所述桩基础的长度方向向所述海床内延伸。
在一些实施例中，所述导沙蜗杆为多个，所述驱动轮为多个，多个所述导沙蜗杆与多个所述驱动轮一一对应地相连且在所述桩基础的周向上间隔布置。
在一些实施例中，所述桩基础的外周面包括朝向潮流方向的正面、所述正面相对的背面以及两个侧面，在所述正面上和所述背面上分布的相邻所述导沙蜗杆的间距小于在所述两个侧面上分布的相邻所述导沙蜗杆的间距。
在一些实施例中，所述桩基础的底部具有沿所述桩基础的长度方向向所述海床内延伸的切土板，所述切土板的底端为刃形结构。
附图说明
图1是根据本发明实施例的具有主动排沙功能的海上风电基础的结构示意图。
附图标记：
桩基础1，固定架2，导沙蜗杆3，导沙凹槽31，驱动轮4，轮体41，传动杆42，固定件5。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面根据图1描述本发明的实施例的具有主动排沙功能的海上风电基础。
根据本发明的具有主动排沙功能的海上风电基础包括桩基础1、固定架2、导沙蜗杆3和驱动轮4。
桩基础1的横截面的外轮廓为圆形，桩基础1至少部分埋入海床中，海床具有海床面，固定架2设在桩基础1的外周侧且与桩基础1相连，导沙蜗杆3与固定架2相连，导沙蜗杆3用于将桩基础1外周侧的泥沙导向桩基础1，驱动轮4的旋转中心线正交与海平面，驱动轮4与导沙蜗杆3相连，驱动轮4适于在海水的推动下转动以驱动导沙蜗杆3导沙。
如图1所示，圆柱形的桩基础1向下埋入海床中，桩基础1的外周环绕有固定架2，固定架2与桩基础1连接在一起，在固定架2上设有导沙蜗杆3，导沙蜗杆3朝向桩基础1设置，在导沙蜗杆3的上方设有驱动轮4，驱动轮4水平设置且可在海水的推动下转动，从而产生驱动力，驱动力向下传到导沙蜗杆3上，以将桩基础1四周的泥沙向桩基础1的方向导入，当海水潮流冲击桩基础1时，在桩基础1外周形成马蹄形旋涡，将泥沙冲刷开形成冲刷坑，此时导沙蜗杆3将泥沙再次导入冲刷坑位置进行填充，减少了冲刷坑的形成，提高了桩基础1的防冲刷性能和稳定性。
根据本发明的具有主动排沙功能的海上风电基础通过驱动轮4驱动导沙蜗杆3向桩基础1导沙，减少冲刷坑的形成，具有结构简单、安全可靠、防冲刷效果好的特点。
在一些实施例中，驱动轮4包括轮体41和传动杆42，轮体41适于在海水的推动下转动以产生驱动力，传动杆42的一端与轮体41相连，传动杆42的另一端与导沙蜗杆3相连，传动杆42用于向导沙蜗杆3传递轮体41的驱动力。
如图1所示，轮体41水平设置在海平面上，在轮体41和导沙涡轮3之间设有传动杆42，传动杆42将轮体41产生的驱动力传递给导沙蜗杆3，从而驱动导沙蜗杆3导沙，传动杆42的传动方式包括但不限于齿轮传动、蜗杆传动、连杆传动等传动方式。
在一些实施例中，具有主动排沙功能的海上风电基础还包括单向轴承(图中未示出)，单向轴承设在传动杆42上，轮体41适于在海水推动下转动，以便通过传动杆42和单向轴承驱动导沙蜗杆3导沙。
轮体41可在海水驱动下转动，海水产生的潮流方向多变，相反方向的潮流驱动轮体41产生的动力方向也相反，为保证导沙蜗杆3导沙方向是由桩基础1外周侧朝向桩基础1，在轮体41与传动杆42之间设置单向轴承，当潮流方向为从桩基础1外周侧朝向桩基础1时，轮体41产生的驱动动力通过单向轴承和传动杆42向下传递给导沙蜗杆3，导沙蜗杆3开始导沙，当潮流方向相反时，单向轴承不进行动力传输，防止导沙蜗杆3反向导沙，增强桩基础1稳定性，同时还延长传动杆42的使用寿命。
在一些实施例中，至少部分轮体41位于海平面以下。轮体41的全部或者下半部分位于海水中，接受潮流的冲击，从而产生驱动力，传动杆42垂直于导沙蜗杆3的长度方向设置，以有效传递轮体41产生的动力，具有简单高效的特点。
在一些实施例中，导沙蜗杆3的长度方向正交于桩基础1的长度方向。换言之，导沙蜗杆3的长度方向可以为桩基础1的径向，或者，导沙蜗杆3的长度方向也可以为水平方向。
在一些实施例中，导沙蜗杆3的外周面上设有导沙凹槽31，导沙凹槽31沿导沙蜗杆3的长度方向螺旋设置，导沙蜗杆3在驱动件的驱动下转动，以使外部泥沙在导沙凹槽31内沿导沙蜗杆3的长度方向移动。
如图1所示，在导沙蜗杆3的外周面上螺旋设置有多个导沙凹槽31，当导沙蜗杆3转动时，泥沙在导沙凹槽31内移动，从而使泥沙自桩基础1的外周侧向桩基础1输送，完成冲刷坑的充填，具有简单高效的特点。
在一些实施例中，具有主动排沙功能的海上风电基础还包括固定件5，固定件5为锥形件，锥形件的横截面积沿桩基础1的长度方向朝向海床逐渐变小，锥形件与导沙蜗杆3相连且沿桩基础1的长度方向向海床内延伸。
如图1所示，在导沙蜗杆3的下方连接有固定件5，以固定导沙蜗杆3，防止导沙蜗杆3在海水的冲刷下发生偏转，固定件5为向下延伸插入海床内的锥形件，该锥形件向下延伸将导沙蜗杆3固定在海床上，增强导沙蜗杆3的稳定性，提高了导沙蜗杆3的导沙效率。
在一些实施例中，导沙蜗杆3为多个，驱动轮4为多个，多个导沙蜗杆3与多个驱动轮4一一对应地相连且在桩基础1的周向上间隔布置。
具有主动排沙功能的海上风电基础在实际使用的过程中，潮流会冲击桩基础1的多个方向的外周面，在桩基础1的外周侧均能形成冲刷坑，为减少桩基础1外周侧的冲刷坑形成数量，在桩基础1的周向设置多个导沙蜗杆3，以填充桩基础1外周各个方向上形成的冲刷坑，增强桩基础1的抗冲刷能力。
在一些实施例中，桩基础1的外周面包括朝向潮流方向的正面、正面相对的背面以及两个侧面，在正面上和背面上分布的相邻导沙蜗杆3的间距小于在两个侧面上分布的相邻导沙蜗杆3的间距。
在海水流动过程中产生的潮流方向是不均匀的，受季风气候和地球自转的影响，在某些海域中的潮流常年呈东西流动，南北流动的潮流很少出现。设置在这些海域中的桩基础1主要承受东西流动的潮流，桩基础1的东侧和西侧的海床最容易产生较大的冲刷坑，而南侧和北侧的海床产生的冲刷坑较小，因此可以在桩基础1的常面向潮流方向的正面以及与正面相对的背面密集设置导沙蜗杆3，而在桩基础1的两侧设置少量的导沙蜗杆3，即在正面上和背面上相邻导沙蜗杆3之间的最短距离小于在两个侧面上相邻导沙蜗杆3之间的最短距离，以第一时间导沙充填冲刷坑，使具有主动排沙功能的海上风电基础既能够具有较强的防冲刷能力，又能减小制造成本，具有方冲刷效果好、成本低的特点。
在一些实施例中，桩基础1的底部具有沿桩基础1的长度方向向海床内延伸的切土板(图中未示出)，切土板的底端为刃形结构。
桩基础1还有一部分向下埋入海床内，为保证桩基础1在自重作用下稳定向下埋入海床中，在桩基础1的底部还设有向下延伸的切土板，且切土板的底部为刃形结构，该刃形结构的横截面积向下逐渐变小且最下端具有尖头，以方便切土板向下伸入海床内，提高桩基础1的稳定性，以增强防冲刷效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种具有主动排沙功能的海上风电基础，其特征在于，包括：
桩基础，所述桩基础的横截面的外轮廓为圆形，所述桩基础至少部分埋入海床中，所述海床具有海床面；
固定架，所述固定架设在所述桩基础的外周侧且与所述桩基础相连；
导沙蜗杆，所述导沙蜗杆与所述固定架相连，所述导沙蜗杆用于将所述桩基础外周侧的泥沙导向所述桩基础；
驱动轮，所述驱动轮的旋转中心线正交于海平面，所述驱动轮与所述导沙蜗杆相连，所述驱动轮适于在海水的推动下转动以驱动所述导沙蜗杆导沙。
2.根据权利要求1所述的具有主动排沙功能的海上风电基础，其特征在于，所述驱动轮包括轮体和传动杆，所述轮体适于在海水的推动下转动以产生驱动力，所述传动杆的一端与所述轮体相连，所述传动杆的另一端与所述导沙蜗杆相连，所述传动杆用于向所述导沙蜗杆传递所述轮体的驱动力。
3.根据权利要求2所述的具有主动排沙功能的海上风电基础，其特征在于，还包括单向轴承，所述单向轴承设在所述传动杆上，所述轮体适于在海水推动下转动，以便通过所述传动杆和所述单向轴承驱动所述导沙蜗杆导沙。
4.根据权利要求3所述的具有主动排沙功能的海上风电基础，其特征在于，至少部分所述轮体位于海平面以下。
5.根据权利要求1所述的具有主动排沙功能的海上风电基础，其特征在于，所述导沙蜗杆的长度方向正交于所述桩基础的长度方向。
6.根据权利要求1所述的具有主动排沙功能的海上风电基础，其特征在于，所述导沙蜗杆的外周面上设有导沙凹槽，所述导沙凹槽沿所述导沙蜗杆的长度方向螺旋设置，所述导沙蜗杆在所述驱动件的驱动下转动，以使外部泥沙在所述导沙凹槽内沿所述导沙蜗杆的长度方向移动。
7.根据权利要求1所述的具有主动排沙功能的海上风电基础，其特征在于，还包括固定件，所述固定件为锥形件，所述锥形件的横截面积沿所述桩基础的长度方向朝向所述海床逐渐变小，所述锥形件与所述导沙蜗杆相连且沿所述桩基础的长度方向向所述海床内延伸。
8.根据权利要求1所述的具有主动排沙功能的海上风电基础，其特征在于，所述导沙蜗杆为多个，所述驱动轮为多个，多个所述导沙蜗杆与多个所述驱动轮一一对应地相连且在所述桩基础的周向上间隔布置。
9.根据权利要求1所述的具有主动排沙功能的海上风电基础，其特征在于，所述桩基础的外周面包括朝向潮流方向的正面、所述正面相对的背面以及两个侧面，在所述正面上和所述背面上分布的相邻所述导沙蜗杆的间距小于在所述两个侧面上分布的相邻所述导沙蜗杆的间距。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的具有主动排沙功能的海上风电基础，其特征在于，所述桩基础的底部具有沿所述桩基础的长度方向向所述海床内延伸的切土板，所述切土板的底端为刃形结构。
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