CN113833011A - 海上风电单桩基础 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种海上风电单桩基础，所述海上风电单桩基础包括桩基础、塔筒和风机，桩基础的至少一部分的横截面的外周轮廓为椭圆形，塔筒安装在桩基础的顶端，风机安装在塔筒的顶端，风机包括叶轮，叶轮的旋转中心线的延伸方向与椭圆形的长轴的延伸方向相同。本发明的海上风电单桩基础具有结构简单、桩基础稳固、使用寿命长等优点。

Description

海上风电单桩基础
技术领域
本发明涉及海上风电技术领域，尤其是涉及一种海上风电单桩基础。
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。
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％，对海上风电基础一般要求20年以上的使用寿命,但是由于海上风电基础的风机需要承受主风向上的风力，风机将受到的力向下传导至桩基础，使得桩基础承受的风力比水流波浪的力要大很多，因此容易造成桩基础不稳固、倾斜甚至被冲倒的问题，严重影响海上风电基础的使用寿命。
发明内容
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结构稳定、抗风力能力强的海上风电单桩基础。
根据本发明实施例的海上风电单桩基础包括：桩基础，所述桩基础的至少一部分的横截面的外周轮廓为椭圆形；塔筒，所述塔筒安装在所述桩基础的顶端；风机，所述风机安装在所述塔筒的顶端，所述风机包括叶轮，所述叶轮的旋转中心线的延伸方向与所述椭圆形的长轴的延伸方向相同。
根据本发明实施例的海上风电单桩基础，通过基础桩的设置，提高了海上风电单桩基础的稳定性，防止海上风电单桩基础受到海风的影响而倾斜或被冲倒，延长了海上风电单桩基础的使用寿命。
在一些实施例中，所述桩基础在其长度方向上包括相连的第一部分和第二部分，所述第一部分位于所述第二部分的上方且其中心轴线在同一直线上，所述第二部分的横截面的外周轮廓为椭圆形，所述第一部分的底端的形状与所述第二部分的顶端的形状适配，所述第一部分的顶端的外周轮廓为圆形。
在一些实施例中，所述第一部分的顶端的外径小于等于所述第一部分的底端的短外径。
在一些实施例中，所述海上风电单桩基础还包括法兰，所述法兰与所述第一部分的顶端相连，所述塔筒通过所述法兰与所述第一部分相连。
在一些实施例中，所述第一部分的长度为5m-30m，所述第二部分的长度为10m-150m。
在一些实施例中，所所述椭圆形的长轴的长度与短轴的长度之比大于1小于等于5。
在一些实施例中，所述椭圆形的长轴的长度为5m-50m。
在一些实施例中，所述椭圆形的短轴的长度为1m-50m。
在一些实施例中，所述海上风电单桩基础还包括扰流件，所述扰流件设在所述桩基础上并从所述桩基础的外周面向外突出。
在一些实施例中，所述海上风电单桩基础还包括扰流孔，所述扰流孔设在所述桩基础上并贯穿所述桩基础的周壁。
附图说明
图1是根据本发明实施例的海上风电单桩基础的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的海上风电单桩基础的俯视图。
图3是根据本发明实施例的海上风电单桩基础的第一部分的结构示意图。
图4是根据本发明实施例的海上风电单桩基础的第二部分的结构示意图。
图5是根据本发明实施例的海上风电单桩基础的第二部分的俯视图。
图6是根据本发明实施例的海上风电单桩基础的法兰的结构示意图。
附图标记：
海上风电单桩基础100；
桩基础1；第一部分11；第二部分12；法兰13；吊耳2。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述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。
下面根据附图1-6所示，描述本发明的实施例的海上风电单桩基础100包括桩基础1、塔筒(图中未示意出)和风机(图中未示意出)。
桩基础1的至少一部分的横截面的外周轮廓为椭圆形。本领域的技术人员可知，目前常用的桩基础1均为中空的筒状结构，海床面是海水和水底砂石的分界面。桩基础1的一部分位于海床面上方的海水中，桩基础1的另一部分埋入海床面下方的砂石中，从而使得桩基础1固定在海上。
塔筒安装在桩基础1的顶端。具体地，如图1所示，塔筒设在基础桩的上方。
风机安装在塔筒的顶端，风机包括叶轮，叶轮的旋转中心线的延伸方向与椭圆形的长轴的延伸方向相同。具体地，定义叶轮的旋转中心线的延伸方向为主风向，桩基础1的长轴沿主风向的风向延伸。
根据本发明实施例的海上风电单桩基础100，通过桩基础1的至少一部分的横截面的外周轮廓为椭圆形，由于椭圆形截面具有偏流线型，可以比常见的圆形截面更有效的折减流体对其表面的冲击作用，椭圆形的桩基础1的稳定性更强，能够承受较强海风的冲击力，防止桩基础1在海风的冲击力下倾斜或冲倒，提高了海上风电单桩基础100的使用寿命。
根据本发明实施例的海上风电单桩基础100，通过叶轮的旋转中心线的延伸方向与椭圆形的长轴的延伸方向相同的设置，由此椭圆形的长轴与主风向一致，能够减小主风向对桩基础1的冲击，保证了桩基础1的稳定性。
在一些实施例中，桩基础1在其长度方向(如图1所示，上下方向)上包括相连的第一部分11和第二部分12，第一部分11位于第二部分12的上方且其中心轴线在同一直线上，第二部分12的横截面的外周轮廓为椭圆形，第一部分11的底端的形状与第二部分12的顶端的形状适配，第一部分11的顶端的外周轮廓为圆形。
具体地，如图1-5所示，在桩基础1的上下方向上相连的第一部分11和第二部分12，第一部分11的横截面积从下到上逐渐减小，第一部分11的上端面为圆形面，第二部分12为横截面不变的椭圆柱，由此不仅保证了桩基础1的的稳定性，也为风机的安装提供方便，使得海上风电单桩基础100设置更加合理。
在一些实施例中，如图1-2所示，桩基础1的外周侧设有吊耳2，吊耳2沿前后方向间隔相对设置，由此可通过吊耳2将桩基础1安装在海床上。
在一些实施例中，第一部分11的顶端的外径小于等于第一部分11的底端的短外径。具体地，如图1-3所示，第一部分11的上端面为圆形且其外径小于等于第一部分11的下端面的椭圆面的短轴，由此，第一部分11的横截面从下到上均为椭圆形，且椭圆形的长轴逐渐减小，减小了第一部分11加工制造难度。
在一些实施例中，海上风电单桩基础100还包括法兰13，法兰13与第一部分11的顶端相连，塔筒通过法兰13与第一部分11相连。具体地，如图1-2和6所示，第一部分11的上端设有法兰13，塔筒通过紧固件与法兰13相连，由此将塔筒安装在第一部分11上。
在一些实施例中，第一部分11的长度为5m-30m，第二部分12的长度为10m-150m，具体地，第一部分11沿上下方向的长度为5m-30m，例如：第一部分11的长度可以为5m、10m、15m、20m、25m、30m任一种，第二部分12沿上下方向的长度为10m-150m，例如：第二部分12的长度为10m、20m、30m、40m、50m、60m、70m、80m、90m、100m、110m、120m、130m、140m、150m任一种。第二部分12可稳定的穿设在海床面下，防止第二部分12过短导致桩基础1安装不稳定。
在一些实施例中，椭圆形的长轴的长度与短轴的长度之比大于1小于等于5。
在一些实施例中，椭圆形的长轴的长度为5m-50m，具体地，椭圆形的长轴的长度可以选取为5m、10m、15m、20m、35m、30m、35m、40m、45m、50m任一数值。
在一些实施例中，椭圆形的短轴的长度为1m-50m具体地，椭圆形的长轴的长度可以选取：具体地，椭圆形的短轴的长度可以取1m、5m、10m、15m、20m、35m、30m、35m、40m、45m、50m任一数值。
在一些实施例中，海上风电单桩基础100还包括扰流件(图中未示意出)，扰流件设在桩基础1上并从桩基础1的外周面向外突出。具体地，扰流件设在桩基础1的外周壁上且沿桩基础1的径向方向向外延伸，由于基础桩设在海平面内，可通过扰流件对潮流进行主动扰流，局部改变潮流的流速和方向，使潮流的能量在一定程度上得以消散，扰流件的设置起到了消能减冲的效果，抑制了桩基础1附近马蹄形漩涡的形成，有效地保护了桩基础1周围的土体，避免冲刷坑的形成。当潮流接触扰流件时，扰流件能够“打散”潮流，局部改变潮流的流速和方向，使潮流的能量在一定程度上得以消散，桩基础1前方不会产生较大的马蹄形漩涡，从而在源头上抑制了马蹄型漩涡的形成。
在一些实施例中，海上风电单桩基础100还包括扰流孔(图中未示意出)，扰流孔设在桩基础1上并贯穿桩基础1的周壁。具体地，扰流孔设在桩基础1的周壁上且连通桩基础1的内部空间和外部空间。由此，当潮流冲向设置有扰流孔的桩基础1时，由于扰流孔贯穿桩基础1的周壁，潮流能够通过扰流孔进入桩基础1的内部，减小了桩基础1对潮流的止挡阻力，起到缓冲的作用，抑制了马蹄形漩涡的形成。为提高消能减冲的效果，在桩基础1的周壁上设有多个扰流孔，多个扰流孔在上下方向上间隔排布，或者，多个扰流孔环绕桩基础1的周向上间隔排布，又或者，多个扰流孔在上下方向上以及在环绕桩基础1的周向上排布，相邻扰流孔之间的距离为大于等于0.25D小于等于1.0D，使海水中的急流或主流进入扰流孔后尽快消能减冲，转化为均匀的缓流，具有简单高效的特点。
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)

1.一种海上风电单桩基础，其特征在于，包括：
桩基础，所述桩基础的至少一部分的横截面的外周轮廓为椭圆形；
塔筒，所述塔筒安装在所述桩基础的顶端；
风机，所述风机安装在所述塔筒的顶端，所述风机包括叶轮，所述叶轮的旋转中心线的延伸方向与所述椭圆形的长轴的延伸方向相同。
2.根据权利要求1所述的海上风电单桩基础，其特征在于，所述桩基础在其长度方向上包括相连的第一部分和第二部分，所述第一部分位于所述第二部分的上方且其中心轴线在同一直线上，所述第二部分的横截面的外周轮廓为椭圆形，所述第一部分的底端的形状与所述第二部分的顶端的形状适配，所述第一部分的顶端的外周轮廓为圆形。
3.根据权利要求2所述的海上风电单桩基础，其特征在于，所述第一部分的顶端的外径小于等于所述第一部分的底端的短外径。
4.根据权利要求2或3所述的海上风电单桩基础，其特征在于，还包括法兰，所述法兰与所述第一部分的顶端相连，所述塔筒通过所述法兰与所述第一部分相连。
5.根据权利要求2所述的海上风电单桩基础，其特征在于，所述第一部分的长度为5m-30m，所述第二部分的长度为10m-150m。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的海上风电单桩基础，其特征在于，所述椭圆形的长轴的长度与短轴的长度之比大于1小于等于5。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的海上风电单桩基础，其特征在于，所述椭圆形的长轴的长度为5m-50m。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的海上风电单桩基础，其特征在于，所述椭圆形的短轴的长度为1m-50m。
9.根据权利要求1所述的海上风电单桩基础，其特征在于，还包括扰流件，所述扰流件设在所述桩基础上并从所述桩基础的外周面向外突出。
10.根据权利要求1或9所述的海上风电单桩基础，其特征在于，还包括扰流孔，所述扰流孔设在所述桩基础上并贯穿所述桩基础的周壁。
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