CN114673189A - 一种海上风电基础的防冲刷结构 - Google Patents

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王玉玉
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Abstract

本发明属于风力发电技术领域，涉及一种海上风电基础的防冲刷结构，包括桩基础，及设置在桩基础外的翼型防冲刷柱；所述翼型防冲刷柱包括曲面体、上顶盖和下底板，曲面体、上顶盖和下底板封闭形成空心腔体，曲面体由对称的两弧形曲面构成；在上顶盖和下底板上开有用于容纳桩基础的圆孔；曲面体的弧形曲面为仿翼形结构；曲面体上与水流方向相对的前表面为凸弧型面，与水流方向相背的后表面为凹弧型面，且凹弧型面为弧形渐缩面，凸弧型面的长度小于弧形渐缩面的长度。本发明结构简单，通过翼型防冲刷柱，延后或避免了海底水流冲刷桩基础后的流动分离，进而避免了冲刷坑的形成。

Description

一种海上风电基础的防冲刷结构
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种海上风电基础的防冲刷结构。
背景技术
近年来，海上风电的规模及相关技术发展十分迅速。受海底水流的冲刷影响，海上风电的基础周围容易形成冲刷坑，导致基础的埋深减小，进而影响风电机组安全稳定运行。目前，传统的海上风电基础防冲刷措施，多是通过在基础范围内铺设防护层以提高抗冲刷能力，比如在防护区内铺设石块、混凝土块、沙袋、混凝土铰链排等；或是通过降低防护区内的水流流速来达到防冲刷的目的，比如基础前导流板防护等。传统的海上风电基础防冲刷措施普遍防护效果一般。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海上风电基础的防冲刷结构，依据卡门涡街的形成原理，通过翼型结构，避免在海上桩基础周围形成海底水流的冲刷坑，达到基础防冲刷的目的。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种海上风电基础的防冲刷结构，包括桩基础，及设置在桩基础外的翼型防冲刷柱；
所述翼型防冲刷柱包括曲面体、上顶盖和下底板，曲面体、上顶盖和下底板封闭形成空心腔体，曲面体由对称的两弧形曲面构成；在上顶盖和下底板上开有用于容纳桩基础的圆孔；
曲面体的弧形曲面为仿翼形结构；
曲面体上与水流方向相对的前表面为凸弧型面，与水流方向相背的后表面为凹弧型面，且凹弧型面为弧形渐缩面，凸弧型面的长度小于弧形渐缩面的长度。
进一步，曲面体内设有多个连接机构，所述连接机构上顶端焊接于翼型防冲刷柱的上顶盖，所述连接机构下底端焊接于翼型防冲刷柱的下底板，侧面一端焊接于曲面体的内表面，另一侧焊接于桩基础外壁。
进一步，所述圆孔中心位于曲面体最大厚度位置处。
进一步，凹弧型面的顶点到后表面末端的轴向距离为仿翼型结构弦长的2/3。
进一步，所述翼型防冲刷柱的高度为6～10m，一半位于海床上部，另一半位于海床内部。
进一步，所述翼型防冲刷柱的材质为耐腐蚀金属材料。
进一步，所述翼型防冲刷柱壁厚大于40mm。
进一步，所述翼型防冲刷柱的外表面为非光滑面。
进一步，当海底水流方向多变时，凸弧型面为圆凸弧型面，圆凸弧型面为与桩基础同心、同曲率的曲面，翼型防冲刷桩为具有多个翼型尾缘的结构。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种海上风电基础的防冲刷结构，设计了仿翼型结构的防冲刷柱，所述翼型防冲刷柱包括曲面体、上顶盖和下底板，曲面体、上顶盖和下底板封闭形成空心腔体，曲面体由对称的两弧形曲面构成。在上顶盖和下底板上开有用于容纳桩基础的圆孔。当海底水流流经具有此翼型防冲刷柱的桩基础时，水流将沿着翼型防冲刷柱的曲面前进，翼型曲面与水流绕过桩基础的流线吻合。根据卡门涡街的形成机理，正是由于翼型曲面结构的存在，使得水流流经桩基础的流动分离点延后至翼型结构的尾部尖端，从而避免了在桩基础周围产生水流扰流尾涡，进而有效避免在桩基础周围形成冲刷坑，达到基础防冲刷的目的。本发明通过翼型防冲刷柱，延后或避免了海底水流冲刷桩基础后的流动分离，进而避免了冲刷坑的形成，结构简单，能够达到基础防冲刷的目的。
进一步，本发明通过翼型防冲刷柱的非光滑表面，进一步降低了海底水流的速度，减轻对桩基础的冲刷。
附图说明
图1为本发明实施例1的整体结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明实施例2的整体结构示意图；
图4为图3的俯视图；
图5为本发明的具有多翼型尾缘的结构示意图。
其中各附图标记的含义如下：
1、桩基础；2、翼型防冲刷柱；3、连接机构；4、上顶盖；5、下底板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
本发明附图及实施例描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此，以下附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而仅仅是表示本发明选定的一种实施例。基于本发明的附图及实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
需要说明的是：术语“包含”、“包括”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、元素、方法、物品或者设备不仅仅只包括那些要素，还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括该其过程、元素、方法、物品或者设备所固有的要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明的一种海上风电基础的防冲刷结构，包括桩基础1，及设置在桩基础1外的翼型防冲刷柱2，翼型防冲刷柱2通过连接机构3安装在桩基础1外壁。
所述翼型防冲刷柱2的翼型最大厚度约为1.1～1.2倍桩基础1直径，。
所述翼型防冲刷柱2的高度为6～10m，一半位于海床上部，另一半位于海床内部。
所述翼型防冲刷柱2包括曲面体、上顶盖4和下底板5，曲面体、上顶盖4和下底板5封闭形成空心腔体。在上顶盖4和下底板5上开有用于容纳桩基础1的圆孔。
曲面体由对称的两弧形曲面构成，便于运输与现场拼接安装。
曲面体的弧形曲面可为NASA翼型。
曲面体的弧形曲面，其前表面为凸弧型面，后表面为凹弧型面，且凹弧型面为弧形渐缩面，凸弧型面的长度小于弧形渐缩面的长度。前表面对应的水流方向冲刷一侧。
如图2所示，凹弧型面的顶点到后表面末端的轴向距离L2为翼型结构弦长L1的2/3。
所述上顶盖4和下底板5上用于容纳桩基础1的圆孔中心位于曲面体最大厚度位置处。
曲面体内设有多个连接机构3，所述连接机构3为扁平结构，上顶端与下底端分别焊接于翼型防冲刷柱2的上顶盖4及下底板5，侧面一端焊接于翼型防冲刷柱2的内表面，另一端焊接于桩基础1。
所述翼型防冲刷柱2以及连接机构3均为耐腐蚀金属材料，如Q345C/D/E等。
所述翼型防冲刷柱2及连接机构3的壁厚大于40mm。
进一步的，所述翼型防冲刷柱2的表面为具有较大粗糙度的非光滑面，以便增加海底水流的冲刷阻力，从而减弱对桩基础1的冲刷。比如，翼型防冲刷柱2的表面设有若干个凹坑。
实施例2
本发明公开了一种海上风电基础的防冲刷结构，包括翼型防冲刷桩2与桩基础1。
所述翼型防冲刷柱2具有仿机翼型的横截面。
所述翼型防冲刷柱2包括曲面体、上顶盖4和下底板5，曲面体、上顶盖4和下底板5封闭形成空心腔体，曲面体由对称的两弧形曲面构成。在上顶盖4和下底板5上开有用于容纳桩基础1的圆孔。
如图3所示，曲面体的弧形曲面为仿翼形结构，前表面为圆凸弧型面，后表面为凹弧型面，且凹弧型面为弧形渐缩面，圆凸弧型面的长度小于弧形渐缩面的长度。
如图4所示，凹弧型面的顶点到后表面末端的轴向距离L4为翼型结构弦长L3的2/3。
圆凸弧型面为与桩基础1同心、同曲率的曲面。
所述上顶盖4和下底板5上用于容纳桩基础1的圆孔中心位于曲面体最大厚度位置。
所述翼型防冲刷柱2与桩基础1一体化成型，或者通过粘接或焊接的形式固定于桩基础1桩的外壁面。
所述翼型防冲刷柱2的高度为6～10m，一半位于海床上部，另一半位于海床内部。
所述翼型防冲刷柱2为耐腐蚀金属材料，如Q345C/D/E等。
所述翼型防冲刷柱2壁厚大于40mm。
进一步的，所述翼型防冲刷柱2的表面为具有较大粗糙度的非光滑面，以便增加海底水流的冲刷阻力，从而减弱对桩基础1的冲刷。
再进一步的，当海底水流方向多变时，翼型防冲刷桩可设计为具有多个翼型尾缘的结构，如图5所示。
本发明的工作原理：当海底水流流经具有此翼型防冲刷柱2的桩基础1时，水流将沿着翼型防冲刷柱2的曲面前进。翼型曲面与水流绕过桩基础1的流线吻合。根据卡门涡街的形成机理，正是由于翼型曲面结构的存在，使得水流流经桩基础1的流动分离点延后至翼型结构的尾部尖端，从而避免了在桩基础1周围产生水流扰流尾涡，进而有效避免在桩基础1周围形成冲刷坑，达到基础防冲刷的目的。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种海上风电基础的防冲刷结构，其特征在于，包括桩基础(1)，及设置在桩基础(1)外的翼型防冲刷柱(2)；
所述翼型防冲刷柱(2)包括曲面体、上顶盖(4)和下底板(5)，曲面体、上顶盖(4)和下底板(5)封闭形成空心腔体，曲面体由对称的两弧形曲面构成；在上顶盖(4)和下底板(5)上开有用于容纳桩基础(1)的圆孔；
曲面体的弧形曲面为仿翼形结构；
曲面体上与水流方向相对的前表面为凸弧型面，与水流方向相背的后表面为凹弧型面，且凹弧型面为弧形渐缩面，凸弧型面的长度小于弧形渐缩面的长度。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电基础的防冲刷结构，其特征在于，曲面体内设有多个连接机构(3)，所述连接机构(3)上顶端焊接于翼型防冲刷柱(2)的上顶盖(4)，所述连接机构(3)下底端焊接于翼型防冲刷柱(2)的下底板(5)，侧面一端焊接于曲面体的内表面，另一侧焊接于桩基础(1)外壁。
3.根据权利要求1所述的一种海上风电基础的防冲刷结构，其特征在于，所述圆孔中心位于曲面体最大厚度位置处。
4.根据权利要求1所述的一种海上风电基础的防冲刷结构，其特征在于，凹弧型面的顶点到后表面末端的轴向距离为仿翼型结构弦长的2/3。
5.根据权利要求1所述的一种海上风电基础的防冲刷结构，其特征在于，所述翼型防冲刷柱(2)的高度为6～10m，一半位于海床上部，另一半位于海床内部。
6.根据权利要求1所述的一种海上风电基础的防冲刷结构，其特征在于，所述翼型防冲刷柱(2)的材质为耐腐蚀金属材料。
7.根据权利要求1所述的一种海上风电基础的防冲刷结构，其特征在于，所述翼型防冲刷柱(2)壁厚大于40mm。
8.根据权利要求1所述的一种海上风电基础的防冲刷结构，其特征在于，所述翼型防冲刷柱(2)的外表面为非光滑面。
9.根据权利要求1所述的一种海上风电基础的防冲刷结构，其特征在于，当海底水流方向多变时，凸弧型面为圆凸弧型面，圆凸弧型面为与桩基础(1)同心、同曲率的曲面，翼型防冲刷桩为具有多个翼型尾缘的结构。
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