CN116623709B - 一种用于海上风电的深水桩筒组合基础 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上风电工程技术领域，具体涉及一种用于海上风电的深水桩筒组合基础，包括塔杆和固沙筒，所述塔杆竖直设置，塔杆的下部插入海床中，塔杆的上部向上伸出海平面用于安装风电机组，所述固沙筒包括套设在所述塔杆外壁的竖筒和与所述竖筒的下端一体成型的水平板，所述水平板呈水平设置的环形板覆盖在所述塔杆沿周的海床表面上。在本方案中，水平板覆盖在塔杆周围的海床表面上，能有效防止塔杆周围的海床表面的沙土被流经塔杆的涌流带走，同时固沙筒也起到对塔杆支撑防止塔杆倾斜的作用，提高了塔杆的稳定性和抗倾覆能力。

Description

一种用于海上风电的深水桩筒组合基础

技术领域

本发明涉及海上风电工程技术领域，具体涉及一种用于海上风电的深水桩筒组合基础。

背景技术

海上风力发电是一种清洁环保的发电方式，各国都在大力推广，风能发电仅次于水力发电占到全球可再生资源发电量的16％，我国的海上风力机装机容量也逐年增长，深水海域的海上风电机组是安装在塔杆上端，塔杆的下端竖直插入海床中，塔杆是支撑整个海上风电机组的关键所在，目前，用于安装海上风电机组的塔杆通常经过锤击方式贯入海床土层中，由于深海水域中时刻存在涌流，这种涌流会对海水中的塔杆产生冲击导致塔杆倾斜和在塔杆周围形成涡旋带走塔杆周围沙土进而导致塔杆的入泥深度变浅，使得塔杆的稳定性降低导致塔杆的承载力、抗倾覆力变小，给安装在塔杆上的风电机组的安全运行带来严重威胁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于海上风电的深水桩筒组合基础，以解决在海水涌流的冲击下塔杆稳定性降低和塔杆抗倾覆力变小的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个基础方案是：提供一种用于海上风电的深水桩筒组合基础，包括塔杆和固沙筒，所述塔杆竖直设置，塔杆的下部插入海床中，塔杆的上部向上伸出海平面用于安装风电机组，所述固沙筒包括套设在所述塔杆外壁的竖筒和与所述竖筒的下端一体成型的水平板，所述水平板呈水平设置的环形板覆盖在所述塔杆沿周的海床表面上。

在上述基础方案中，水平板覆盖在塔杆周围的海床表面上，能有效防止塔杆周围的海床表面的沙土被流经塔杆的涌流带走，同时固沙筒也起到对塔杆支撑防止塔杆倾斜的作用，提高了塔杆的稳定性和抗倾覆能力。

进一步，所述竖筒套设在所述塔杆外与所述塔杆间隙设置。

进一步，所述塔杆沿周均布多根深层桩，多根所述深层桩均竖直设置并嵌入海床中，所述水平板的底面固定连接与所述深层桩配合的套筒，所述深层桩的上端插入所述套筒内与套筒滑动连接。

进一步，所述套筒为竖直设置的两端开口的筒状体，所述套筒的上端与所述水平板的下表面密封固定连接。

进一步，所述竖筒外套设有变流板，所述变流板呈上表面倾斜设置的环形板，所述变流板的下方沿竖筒的周向均布多个第一弹簧，所述第一弹簧的上端与所述变流板接触，第一弹簧的下端与所述水平板固定连接。

进一步，所述固沙筒上方的塔杆外套设有浮动环，所述浮动环包括同轴设置的内环板和外环板，所述内环板套设在所述塔杆外与塔杆滑动连接，所述外环板通过多个沿所述内环板的沿周均布的连接板与所述内环板固定连接，多个所述连接板均沿内环板的径向设置，所述连接板的中部下表面均沿所述内环板的径向设置开口向下的倒V型槽，所述倒V型槽内沿所述内环板的径向设置两端均与所述连接板转动连接的转轴，所述转轴上竖直设置翻板，所述翻板的上端与所述转轴固定连接，翻板的下端为自由端，所述塔杆的四周均布多个锚固于海床的锚杆，塔杆四周设置与所述锚杆对应的锚链，所述锚链的上端与所述外环板连接，锚链的下端与所述锚杆连接。

进一步，所述竖筒的上表面均布多个竖直设置的滑道，所述滑道与所述套筒对应设置，所述滑道内设置有滑柱和第二弹簧，所述滑柱与所述滑道密封滑动连接，所述滑柱的上端伸出所述滑道外，所述第二弹簧的上端与所述滑柱的底部固定连接，第二弹簧的下端与所述滑道的底壁固定连接，所述竖筒上设置将所述滑道的下部内腔与竖筒的外部空间连通的泄流道，所述泄流道的外端口处设置仅许流体由所述滑道的下部内腔流向所述竖筒的外部空间的单向阀，固沙筒的体内设置有与所述套筒对应的气道，所述气道的上端与所述滑道的底部内腔连通，气道的下端与所述套筒的内腔连通。

进一步，所述深层桩有4根均布于所述塔杆沿周。

进一步，所述连接杆有8根均布于所述内环板沿周。

进一步，所述锚杆有4根均布于所述塔杆沿周。

本发明的原理及至少具有的有益效果如下：

1，由于水平板覆盖在塔杆沿周的海床表面，使得覆盖范围内的沙土不被形成的涡旋带走，提高了海床沙土对塔杆的抱夹力度提高塔杆的抗倾覆力。

涌流流经变流板时，由于变流板上斜面的存在，变流板会自动旋转到使斜面朝向涌流来袭方向，在涌流及变流板上表面的斜面作用下变流板向下移动通过第一弹簧压紧水平板并使得流经变流板上方的涌流向上流动，向上流动的水流降低了水流在塔杆四周形成涡旋的概率，进一步降低了塔杆四周沙土被涡旋带走的概率。

2，使用该方案时，固沙筒与塔杆无需采用螺栓连接或采用焊接等方式固定，无需人工长时间水下作业，由于竖筒与塔杆间歇设置，在塔杆发生允许的微小摆动和倾斜的情况下固沙筒不受到塔杆的作用力，使得固沙筒的使用寿命得以延长。无论怎样对塔杆进行加固，在频繁的普通涌流的冲击下塔杆始终会发生微小倾斜或摆动，而这种微小的倾斜或摆动对塔杆本身不会产生损伤，采用本方案的连接方式时，当塔杆发生允许的微小摆动时，固沙筒和深层桩均不会受塔杆微小摆动的作用，只有在发生较大强度涌流使得塔杆倾斜或摆动超过一定程度时，固沙筒才会对塔杆进行限位支撑帮助塔杆抵抗涌流冲击，因此固沙筒的使用寿命得以延长。

3，当强度较大的涌流冲击塔杆时涌流也冲击翻板使翻板转动，在倒V型槽的限制下翻板成倾斜状并产生向上推力使浮动环上升张紧锚链，锚链对塔杆进行牵拉限位进一步起到加强塔杆抗倾覆力的目的，由于翻板可以自由转动，在与倒V型槽的配合下，任何方向的涌流冲击均能使翻板转动成倾斜状态以对连接板产生向上推力的作用，使得任何方向的较强涌流的冲击均能使浮动环向上移动张紧锚链以在发生大强度涌流时提高塔杆的抗倾覆能力。

4，当普通涌流无法推动浮动环上升张紧锚链时，浮动环和锚链的重力作用在滑柱上使滑柱向下滑动使得滑道内腔的流体由单向阀流出竖筒外。当发生较高强度的涌流冲击塔杆时，涌流对翻板的推力加大使浮动环向上移动离开滑柱，浮动环上升使得锚链张紧对塔杆进行拉支撑防止塔杆倾斜，浮动环离开滑柱后，在第二弹簧的弹力下滑柱向上滑动使得套筒内腔形成负压使得水平板被吸附压紧海床表面以提高竖筒对塔杆的支撑力度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一结构示意图。

图2为本发明的另一结构示意图。

图3为固沙筒的结构示意图。

图4为固沙筒的俯视图。

图5为浮动环的俯视图。

图6为图5中A-A剖视图。

图7为图6中B-B剖视图。

图8为图6中翻板受某一方向的涌流冲击时的结构示意图。

附图中各标号的含义为：

塔杆10、固沙筒20、竖筒201、水平板202、套筒2021、深层桩203、变流板204、第一弹簧205、浮动环206、内环板2061、外环板2062、连接板2063、倒V型槽2064、转轴2065、翻板2066、锚杆207、锚链208、滑道2091、滑柱2092、第二弹簧2093、泄流道2094、单向阀2095、气道2096、海平面30、海床40。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本实施例的一种用于海上风电的深水桩筒组合基础，如图1所示，包括塔杆10和固沙筒20，所述塔杆10竖直设置，塔杆10的下部插入海床40中，塔杆10的上部向上伸出海平面30用于安装风电机组，所述固沙筒20包括套设在所述塔杆10外壁的竖筒201和与所述竖筒201的下端一体成型的水平板202，竖筒201的内壁与塔杆10的外壁间隙设置，竖筒201与水平板202同轴设置，水平板202呈水平设置的环形板覆盖在所述塔杆10沿周的海床40表面上。

塔杆10的沿周均布有多根深层桩203，本实施例中，塔杆10的沿周均布有4根深层桩203，在其它可行的实施例中，深层桩203的数量可以根据实际需要设置，4根深层桩203均竖直设置并嵌入海床40中，如图2、图3所示，水平板202的底面固定连接有与深层桩203对应配合的套筒2021，套筒2021为竖直设置的上下两端开口的筒状体，套筒2021的上端与水平板202的下表面密封固定连接，深层桩203的上端插入套筒2021内与套筒2021滑动连接。竖筒201外套设有变流板204，变流板204与竖筒201滑动连接且变流板204可绕竖筒201旋转，变流板204呈上表面倾斜设置的环形板，变流板204的下方沿竖筒201的周向均布多个第一弹簧205，第一弹簧205竖直设置，第一弹簧205的上端与变流板204接触，第一弹簧205的下端与水平板202固定连接。

固沙筒20上方的塔杆10外套设有浮动环206，浮动环206浸没于海水中，结合图4-图7所示，浮动环206包括同轴设置的内环板2061和外环板2062，内环板2061套设在塔杆10外与塔杆10滑动连接，外环板2062通过多个沿内环板2061的沿周均布的连接板2063与内环板2061固定连接，多个连接板2063均沿内环板2061的径向设置，在本实施例中，连接板2063设置为8个均布于内环板2061的沿周，在其他可行的实施例中，可以根据实际情况设置其它数量的连接板2063，连接板2063的中部下表面均沿内环板2061的径向设置开口向下的倒V型槽2064，倒V型槽2064内沿内环板2061的径向设置两端均与连接板2063转动连接的转轴2065，转轴2065上竖直设置翻板2066，翻板2066的上端与转轴2065固定连接，翻板2066的下端为自由端，塔杆10的沿周均布多个锚固于海床40的锚杆207，在本实施例中，锚杆207设置为4个均布于塔杆10沿周的海床40，在其他可行的实施例中，可以根据实际情况设置其它数量的锚杆207，塔杆10沿周设置有4根与锚杆207对应的锚链208，锚链208的上端与外环板2062固定连接，锚链208的下端与锚杆207连接。

如图3、图4所示，竖筒201的上表面均布4个竖直设置的滑道2091，滑道2091与套筒2021对应设置，滑道2091内设置有滑柱2092和第二弹簧2093，滑柱2092与滑道2091密封滑动连接，滑柱2092的上端伸出滑道2091外，第二弹簧2093的上端与滑柱2092的底部固定连接，第二弹簧2093的下端与滑道2091的底壁固定连接，竖筒201上设置将滑道2091的下部内腔与竖筒201的外部空间连通的泄流道2094，泄流道2094的外端口处设置仅许流体由滑道2091的下部内腔流向竖筒201的外部空间的单向阀2095，固沙筒20的体内设置有与套筒2021对应的气道2096，气道2096的上端与滑道2091的底部内腔连通，气道2096的下端与套筒2021的上部内腔连通。

本发明的原理及有益效果如下：

由于水平板202覆盖在塔杆10沿周的海床40表面，使得覆盖范围内的沙土不被形成的涡旋带走，使海床40的沙土保持对塔杆10的抱夹力度提高塔杆10的抗倾覆力。

涌流流经变流板204时，由于变流板204上斜面的存在，在涌流的冲击下变流板204会自动旋转使斜面朝向涌流来袭方向，在涌流及变流板204上表面的斜面作用下变流板204向下滑动通过第一弹簧205压紧水平板202并使得流经变流板204上方的涌流向上流动，向上流动的水流降低了涌流在塔杆10四周形成涡旋的概率，进一步降低了塔杆10四周沙土被涡旋带走的概率。

固沙筒20与塔杆10无需采用螺栓连接或采用焊接等方式固定，无需人工长时间水下作业，由于竖筒201与塔杆10间歇设置，在设置合理间歇的情况下，当塔杆10发生允许的微小摆动和倾斜的情况下固沙筒20不受到塔杆10的作用力，使得固沙筒20的使用寿命得以延长。实际情况中，无论怎样对塔杆10进行加固，在频繁的普通涌流的冲击下塔杆10始终会发生微小倾斜或摆动，而这种微小的倾斜或摆动对塔杆10本身不会产生损伤，采用本方案的连接方式时，当塔杆10发生允许的微小摆动时，固沙筒20和深层桩203均不会受塔杆10微小摆动的作用，只有在发生较大强度涌流使得塔杆10倾斜或摆动超过一定程度时，固沙筒20才会对塔杆10进行限位支撑帮助塔杆10抵抗涌流冲击，因此固沙筒20的使用寿命得以延长。

当强度较大的涌流冲击塔杆10时涌流也冲击翻板2066使翻板2066转动，在倒V型槽2064的限制下翻板2066成倾斜状并产生向上托力使浮动环206上升张紧锚链208，锚链208对塔杆10进行牵拉限位进一步起到加强塔杆10抗倾覆力的目的。如图6-图8所示，由于翻板2066可以自由转动，在与倒V型槽2064的配合下，任何方向的涌流冲击均能使翻板2066转动成倾斜状态以对连接板2063产生向上推力的作用，使得任何方向的较强涌流的冲击均能使浮动环206向上移动张紧锚链208以在发生大强度涌流时提高塔杆10的抗倾覆能力。

当普通涌流的冲击力无法推动浮动环206上升张紧锚链208时，浮动环206和锚链208的重力作用在滑柱2092上使滑柱2092向下滑动使得滑道2091内腔的流体由单向阀2095流出竖筒201外。当发生较高强度的涌流冲击塔杆10时，涌流对翻板2066的推力加大使浮动环206向上移动离开滑柱2092，浮动环206上升使得锚链208张紧对塔杆10进行牵拉限位以防止塔杆10倾斜，浮动环206离开滑柱2092后，在第二弹簧2093的弹力下滑柱2092向上滑动使得套筒2021内腔形成负压使得水平板202被吸附压紧在海床40表面以提高竖筒201对塔杆10的支撑力度，也既是，在发生强度较大涌流时，变流板204受到涌流冲击时的向下分力和第二弹簧2093形成的负压进一步使水平板202压紧海床表面以提高塔杆的抗倾覆能力。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种用于海上风电的深水桩筒组合基础，包括塔杆和固沙筒，所述塔杆竖直设置，塔杆的下部插入海床中，塔杆的上部向上伸出海平面用于安装风电机组，其特征在于：所述固沙筒包括套设在所述塔杆外壁的竖筒和与所述竖筒的下端一体成型的水平板，所述水平板呈水平设置的环形板覆盖在所述塔杆沿周的海床表面上，所述竖筒套设在所述塔杆外与所述塔杆间隙设置，所述塔杆沿周均布多根深层桩，多根所述深层桩均竖直设置并嵌入海床中，所述水平板的底面固定连接有与所述深层桩配合的套筒，所述深层桩的上端插入所述套筒内与套筒滑动连接；

所述套筒为竖直设置的两端开口的筒状体，所述套筒的上端与所述水平板的下表面密封固定连接；

所述竖筒外套设有变流板，所述变流板呈上表面倾斜设置的环形板，所述变流板的下方沿竖筒的周向均布多个第一弹簧，所述第一弹簧的上端与所述变流板接触，第一弹簧的下端与所述水平板固定连接。

2.根据权利要求1所述的用于海上风电的深水桩筒组合基础，其特征在于：所述固沙筒上方的塔杆外套设有浮动环，所述浮动环包括同轴设置的内环板和外环板，所述内环板套设在所述塔杆外与塔杆滑动连接，所述外环板通过多个沿所述内环板的沿周均布的连接板与所述内环板固定连接，多个所述连接板均沿内环板的径向设置，所述连接板的中部下表面均沿所述内环板的径向设置开口向下的倒V型槽，所述倒V型槽内沿所述内环板的径向设置两端均与所述连接板转动连接的转轴，所述转轴上竖直设置翻板，所述翻板的上端与所述转轴固定连接，翻板的下端为自由端，所述塔杆的四周均布多个锚固于海床的锚杆，塔杆四周设置与所述锚杆对应的锚链，所述锚链的上端与所述外环板连接，锚链的下端与所述锚杆连接。

3.根据权利要求2所述的用于海上风电的深水桩筒组合基础，其特征在于：所述竖筒的上表面均布多个竖直设置的滑道，所述滑道与所述套筒对应设置，所述滑道内设置有滑柱和第二弹簧，所述滑柱与所述滑道密封滑动连接，所述滑柱的上端伸出所述滑道外，所述第二弹簧的上端与所述滑柱的底部固定连接，第二弹簧的下端与所述滑道的底壁固定连接，所述竖筒上设置将所述滑道的下部内腔与竖筒的外部空间连通的泄流道，所述泄流道的外端口处设置仅许流体由所述滑道的下部内腔流向所述竖筒的外部空间的单向阀，固沙筒的体内设置有与所述套筒对应的气道，所述气道的上端与所述滑道的底部内腔连通，气道的下端与所述套筒的内腔连通。

4.根据权利要求3所述的用于海上风电的深水桩筒组合基础，其特征在于：所述深层桩有4根均布于所述塔杆沿周。

5.根据权利要求4所述的用于海上风电的深水桩筒组合基础，其特征在于：所述连接杆有8根均布于所述内环板沿周。

6.根据权利要求5所述的用于海上风电的深水桩筒组合基础，其特征在于：所述锚杆有4根均布于所述塔杆沿周。