CN216156651U - 具有消能条的海上风电防冲刷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有消能条的海上风电防冲刷装置，包括桩基础和套筒，桩基础包括第一部分和第二部分，第一部分与第二部分相连，套筒套设在第一部分上，套筒的外周面上设置有呈螺旋状且向外突出的消能条，套筒的外径为De,消能条在沿套筒的外周面延伸方向的延伸长度大于等于0.1De。通过本申请中套设在第一部分上的呈螺旋状布置的消能条可有效改变潮流的流速和流向，分散潮流的冲刷力，达到消能减冲的效果，进而对桩基础防护。

Description

具有消能条的海上风电防冲刷装置

技术领域

本申请涉及新能源技术领域，尤其是涉及一种具有消能条的海上风电防冲刷装置。

背景技术

风能作为一种清洁无害的可再生能源，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。

相关技术中，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。

实用新型内容

本实用新型是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

由于海浪和潮汐的作用，在海上风电桩基础周围会发生冲刷坑的现象。冲刷现象是一个复杂的耦合过程，涉及水流、沉积物和结构的相互作用。导致冲刷的主要原因是在桩基周围产生的马蹄形漩涡，马蹄形漩涡是由于海水流动时遇到桩基础阻碍而产生的，浪流在冲向桩基础时，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，造成筒振动频率降低，轻则造成桩基础过度疲劳，严重时则引起折断事故。

本实用新型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，本实用新型的实施例提出一种具有消能条的海上风电防冲刷装置，可有效改变潮流的流速和流向，分散潮流的冲刷力，达到消能减冲的效果，避免冲刷坑的形成，进而对桩基础防护。

根据本实用新型实施例的具有消能条的海上风电防冲刷装置，包括桩基础和套筒，所述桩基础包括在其轴向上相互连接的第一部分和第二部分，所述第二部分埋入海床中，所述海床具有海床面，所述第一部分位于所述海床面的上方，所述套筒套设在所述第一部分上且其底部支撑在所述海床面上；

所述套筒套设在所述第一部分上且其底部支撑在所述海床面上，所述套筒的外周面设有向外突出的消能条，所述消能条螺旋设置在所述套筒的外周面上，所述套筒的外径为De，所述消能条在其延伸方向上的长度大于等于0.1De。通过本申请中套设在第一部分上的呈螺旋状布置的消能条可有效改变潮流的流速和流向，分散潮流的冲刷力，达到消能减冲的效果，进而对桩基础防护。

在一些实施例中，所述消能条螺旋环绕所述套筒至少两圈。

在一些实施例中，所述消能条的上端和下端在所述桩基础的轴向上相对。

在一些实施例中，所述消能条的一端和另一端分别沿所述套筒的径向与所述套筒的中心轴线之间的连线之间的夹角为θ，θ大于等于20°小于等于180°，所述消能条在所述套筒的轴向上的尺寸为0.5De至3.0De。

在一些实施例中，所述消能条包括多条，多条所述消能条彼此平行。

在一些实施例中，θ小于等于90°，多条所述消能条在所述套筒的周向上间隔设置，在所述周向上相邻的所述消能条的间距大于等于0.1De小于等于0.7De。

在一些实施例中，多条所述消能条在所述周向上平齐，或者，相邻所述消能条沿所述桩基础的轴向错开。

在一些实施例中，所述套筒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，在所述正面和所述背面上分布的相邻所述消能条的间距小于在所述两个侧面上分布的相邻所述消能条的间距。

在一些实施例中，θ小于等于90°，多条所述消能条在所述套筒的轴向上间隔设置，在所述轴向上相邻的所述消能条的间距大于等于0.1De小于等于1.5De。

在一些实施例中，多条所述消能条沿套筒的轴向平齐或交错间隔布置。

在一些实施例中，相邻两个所述消能条的间距向靠近海床面的方向减小。

在一些实施例中，所述套筒的底部具有沿所述海床面延伸的防沉板，所述防沉板的底面与所述海床面相抵，所述套筒的底部具有沿所述桩基础的轴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。

在一些实施例中，所述套筒的外周面为向靠近所述第一部分的方向凹陷的曲面，所述套筒的外径向靠近所述海床面的方向增大。

在一些实施例中，所述套筒的顶端在所述桩基础的轴向上到所述海床面的距离大于等于0.3De，De为套筒的外径。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本申请实施例截面形状为矩形的消能条的分布示意图。

图2是根据本申请另一实施例截面形状为矩形的消能条的分布示意图。

图3是根据本申请另一实施例截面形状为三角形的消能条的分布示意图。

图4是根据本申请另一实施例截面形状为半圆形的消能条的分布示意图

附图标记：

桩基础001；第一部分10、套筒20、防沉板30、第二部分40、切土板50、消能条 60。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面根据图1-4描述本实用新型的实施例的具有消能条的海上风电防冲刷装置，具体如图1所示，包括桩基础001和套筒20，桩基础001包括在其轴向上相互连接的第一部分10和第二部分40，第二部分40埋入海床中，海床具有海床面，第一部分10位于海床面的上方且套筒20套设在第一部分10上，套筒20底部支撑在海床面上，可以理解为，桩基础001中的第一部分10安装位置在海床面的上方，在第一部分10上套设有套筒20，并且套筒20底部位于海床面上部，利用海床面对套筒20进行支撑，同时在套筒20 的上部还设置有挂钩，利用挂钩还可将套筒20从上部利用揽风绳索固定，保证套筒20安装的稳定性。

套筒20的外周面上还设置有向外突出的消能条60，消能条60螺旋设置在所述套筒20的外周面上，也就是说，在套筒20的外周面上设置有沿套筒10的径向向外突出具有一定高度的消能条60，消能条60呈螺旋状布置在套筒20的外周面上，需要注意的是，本实施例中的消能条60可以是一条连续式的消能条60，也可以是多个螺旋状的消能条60 间隔布置在套筒20的外周面上。通过本申请实施例中套设在第一部分上的呈螺旋状布置的消能条可有效改变潮流的流速和流向，分散潮流的冲刷力，达到消能减冲的效果，进而对桩基础防护。

套筒20的外径为De，所述消能条50在其延伸方向上的长度大于等于0.1De。

进一步地，所述消能条60螺旋环绕套筒20至少两圈，可以理解为，当消能条60为一条连续式的螺旋状消能条时，消能条60的螺旋圈数至少为两圈；当消能条60为不连续的螺旋状消能条时，则需要至少两个螺旋状消能条沿套筒的外周面间隔布置，两个螺旋状消能条在套筒上形成两圈消能条60。

需要注意的是，所述消能条60的上端和下端在所述桩基础001的轴向上相对，可以理解为，消能条60在桩基础001上设置的始发端与截止端处于同一竖直直线上，通过在桩基础001上缠绕消能条60时，将消能条60的始发端与截止端设置在同一竖直直线上，可便于后续消能条60的以截止端为下一消能条的始发端缠绕，避免了施工用具的不断调节位置。

需要注意的时，上述实施例中消能条60的上端和下端也可交错设置，也就是说也可将消能条60的始发端与截止端设置在不同竖直直线上。

如图2所示，进一步地，所述套筒20的底部具有沿海床面延伸的防沉板30，防沉板30的底面与海床面相抵，防沉板30的底面面积为0.1πDe²至2.5πDe²。可以理解为，在套筒20的底部设置有一个呈圆环状的防沉板30，桩基础001中第一部分10穿过套筒20 和防沉板30与第二部分40相连，防沉板30的直径远大于套筒20的底部直径，并且防沉板30的底面位于海床面上，利用海床面对防沉板30起到一定的支撑作用，使得防沉板 30形成一个用于支撑套筒20的基础底座。需要注意的是，还可以采用传统的抛石法对桩基础001外侧进行防护，配合消能条60大大提高桩基础的防冲刷能力，并且通过防沉板 30，还可以在采用抛石法时对桩基础001进行防护，避免桩基础被石头砸伤，同时由于防沉板30本身处于突出部分，在一定程度上与消能条的作用相同，也能够达到一定的消能减冲作用。

所述套筒20的底部具有沿所述桩基础001的轴向向所述海床内延伸的切土板50，切土板50的底端为刃形结构，切土板50的长度为0.02De至0.5De。也就是说，在套筒20 的底部上还设有沿桩基础轴向延伸的切土板50，切土板50环绕在桩基础001上，切土板 50的厚度沿切土板50轴向自上而下逐渐减小，即切土板50的底端厚度小于远离切土板 50底端位置的厚度，进而在切土板50底端形成类似刀刃状结构，利用切土板50的底端刃形结构便于套筒20快速插入固定在海床中，保证套筒20的稳定性。

所述套筒20的顶端在所述桩基础001的轴向上到所述海床面的距离大于等于0.3De，以保证0.3De高度内的旋涡被破碎掉，保证耗能效果，高度越高能破碎旋涡的范围就越大。

进一步地，所述套筒20的外周面为向靠近所述第一部分10的方向凹陷的曲面，所述套筒20的外径向靠近所述海床面的方向增大，可以理解为，套筒20整体形状类似为喇叭状，且套筒20远离海床面的一端外径小于套筒20靠近海床面的一端外径，也就是说，外径较大的一端靠近防沉板30，上述结构形式一方面可增加套筒的稳定性，另一方面套筒 20外周面整体呈流线型，减少了大漩涡的形成。

在一些实施例中，所述消能条60的一端和另一端分别沿所述套筒20的径向与所述套筒20的中心轴线之间的连线之间的夹角为θ，可以理解为，消能条60的一端为固定基点，消能条60的另一端按照一定角度旋转偏移设置在桩基础001上，例如消能条60的一端与另一端处于同一直线上时，消能条60的设置形式包括水平设置和竖直设置，当消能条60的一端和另一端不处于同一直线上时，消能条60的设置为弯折设置，整体呈螺旋状，也就是说，当消能条60的一端和另一端不处于同一直线上时，消能条60可竖直或水平缠绕设置在桩基础001上，也可以将消能条60弯折一定角度后设置在桩基础001上，随着θ值的不断变大，消能条60由最初的竖直设置向弯折设置变化，最后达到一定程度后形成水平设置。

需要注意的是，θ大于等于20°小于等于180°，消能条在所述套筒的轴向上的尺寸为0.5De至3.0De，当θ为20°时，消能条60的一端和另一端处于同一竖直直线上，当θ为180°时，消能条60的一端和另一端处于同一水平直线上，当180°＞θ＞20°时，消能条60弯折设置在桩基础001上。

进一步地，所述消能条60包括多条，多条所述消能条60彼此平行，也就是说多条消能条60相互平行间隔布置在套筒20的外周面上，相邻消能条60之间形成消能通道，通过多条消能条60和消能通道进行主动扰流，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。

在另一些实施例中，当消能条60的一端和另一端分别沿套筒20的径向与套筒20的中心线之间的连线站之间的夹角θ小于等于90°，也就是说此时消能条60为未完整环绕套筒20一圈的消能条60，多条所述消能条60在所述套筒20的周向上间隔设置，在所述周向上相邻的所述消能条的间距大于等于0.1De小于等于0.7De，多条消能条60沿套筒20的轴向相互间隔平齐设置，相邻消能条60之间形成的沿套筒20轴向的消能通道，通过多个消能条60和多个消能通道打散潮流，可改变潮流的流速和方向，使得潮流的能量在一定程度上得以消散。

需要注意的是，多条消能条60还可沿套筒20轴向相互交错设置，例如将多条消能条 60按照首尾交错布置方式沿套筒20轴向依次间隔布置，多条消能条60之间形成多个相互间隔的消能通道。

如图1所示，进一步地，所述套筒20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，在所述正面和所述背面上分布的相邻所述消能条60的间距小于在所述两个侧面上分布的相邻所述消能条60的间距。可以理解为，本实施例中选用截面形状为矩形的消能条，可以在套筒20面向潮流方向的正面以及与正面相对的背面密集设置消能条60，而在套筒20的两侧设置少量的消能条60，如此使海上风电基础既能够具有较强的防冲刷能力，又能减小其制造成本，降低制造难度。

需要注意的是，为了减少成本，还可以减少在套筒20背面消能条60的设置数量，但是要保证套筒20背面消能条60设置数量多于两侧面上设置的消能条60数量。

在另一些实施例中，消能条60的一端和另一端分别沿套筒20的径向与套筒20的中心线之间的连线站之间的夹角θ小于等于90°时，多条消能条60沿套筒20的轴向上间隔设置，在所述轴向上相邻的所述消能条的间距大于等于0.1De小于等于1.5De。可以理解为，将多个未完整环绕套筒20一圈的消能条60沿着套筒20的轴向自上而下按照一定间距布置在套筒20的外周面上，消能条60可以理解为弯折一定角度的消能条，多个间隔设置的消能条60可以对冲向桩基础001的潮流进行主动扰流，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，消能条的布置起到了消能减冲的效果，抑制了桩基础附近马蹄形漩涡的形成。

进一步地，海上风电基础在实际使用的过程中，第一部分10上越靠近海床面的位置受到的潮流冲击越大，产生马蹄形漩涡的可能性也越大，因此设置相邻两个消能条60的间距向靠近海床面的方向减小，相邻两个消能条60之间的设置间距向靠近海床面的方向逐渐减小，例如本实施例中消能条60的设置数量为五个，也就是说，在沿套筒20轴向且向靠近海床面的方向，消能条60设置数量越来越多，在靠近海床面位置消能条60越来越密集，通过在靠近海床面位置处的套筒20上密集设置消能条60，可增强靠近海床面位置处桩基础001的抗冲刷能力，提高靠近海床面位置处桩基础001的防护强度。

需要注意的是，相邻两个消能条60之间还可以等间距环绕布置在套筒20的外周面上，本实施例中消能条60的设置数量为五个，也就是说，将多个消能条60均匀布置在套筒20的外周面上，利用多个均匀布置消能条60分散潮流的冲刷力，起到消能减冲的效果，抑制桩基础附近漩涡的形成，避免冲刷坑的形成。

如图2-4所示，需要注意的是，多个消能条60可选用单一截面形状的消能条，也可选用多种截面形状不同的消能条，例如多个消能条60可全部选用截面形状为矩形、三角形或半圆形等的消能条，也可以将多个消能条60选用矩形与三角形、矩形与半圆形等等截面形状的消能条，具体的说，例如本实施例可选用五条消能条60，其中三个截面形状为矩形的消能条，两个截面形状为三角形的消能条，并且两个截面形状为的消能条设置在两个截面形状为矩形的消能条之间，利用多种不同截面形状的消能条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，起到消能减冲的效果。当然还可以选用例如截面形状矩形和三角形的消能条组合等等。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“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。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，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。

在本实用新型中，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实用新型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实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型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)

1.一种具有消能条的海上风电防冲刷装置，其特征在于，包括：

桩基础，所述桩基础包括在其轴向上相互连接的第一部分和第二部分，所述第二部分埋入海床中，所述海床具有海床面，所述第一部分位于所述海床面的上方；

套筒，所述套筒套设在所述第一部分上且其底部支撑在所述海床面上，所述套筒的外周面设有向外突出的消能条，所述消能条螺旋设置在所述套筒的外周面上，所述套筒的外径为De，所述消能条在其延伸方向上的长度大于等于0.1De。

2.根据权利要求1所述的具有消能条的海上风电防冲刷装置，其特征在于，所述消能条螺旋环绕所述套筒至少两圈。

3.根据权利要求1所述的具有消能条的海上风电防冲刷装置，其特征在于，所述消能条的一端和另一端分别沿所述套筒的径向与所述套筒的中心轴线之间的连线之间的夹角为θ，θ大于等于20°小于等于180°，所述消能条在所述套筒的轴向上的尺寸为0.5De至3.0De。

4.根据权利要求3所述的具有消能条的海上风电防冲刷装置，其特征在于，所述消能条包括多条，多条所述消能条彼此平行。

5.根据权利要求4所述的具有消能条的海上风电防冲刷装置，其特征在于，θ小于等于90°，多条所述消能条在所述套筒的周向上间隔设置，在所述周向上相邻的所述消能条的间距大于等于0.1De小于等于0.7De。

6.根据权利要求5所述的具有消能条的海上风电防冲刷装置，其特征在于，所述套筒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，在所述正面和所述背面上分布的相邻所述消能条的间距小于在所述两个侧面上分布的相邻所述消能条的间距。

7.根据权利要求4所述的具有消能条的海上风电防冲刷装置，其特征在于，θ小于等于90°，多条所述消能条在所述套筒的轴向上间隔设置，在所述轴向上相邻的所述消能条的间距大于等于0.1De小于等于1.5De。

8.根据权利要求7所述的具有消能条的海上风电防冲刷装置，其特征在于，相邻两个所述消能条的间距向靠近海床面的方向减小。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的具有消能条的海上风电防冲刷装置，其特征在于，所述套筒的底部具有沿所述海床面延伸的防沉板，所述防沉板的底面与所述海床面相抵，

所述套筒的底部具有沿所述桩基础的轴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。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的具有消能条的海上风电防冲刷装置，其特征在于，所述套筒的外周面为向靠近所述第一部分的方向凹陷的曲面，所述套筒的外径向靠近所述海床面的方向增大。

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