CN216156660U - 具有消能网的海上风电防冲刷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具有消能网的海上风电防冲刷装置，所述具有消能网的海上风电防冲刷装置包括桩基础和套筒，桩基础包括在其轴向上相互连接的第一部分和第二部分，第二部分埋入海床中，海床具有海床面，第一部分位于海床面的上方，套筒套设在第一部分上且其底部支撑在海床面上，套筒的外周面设有向外突出的消能网，消能网为包覆套筒的至少一部分外周面的网状结构，套筒的外径为De，消能网包覆的套筒的外周面的面积大于等于1.0πDe²。本实用新型的具有消能网的海上风电防冲刷装置具有结构简单、实用性高、使用寿命长等优点。

Description

具有消能网的海上风电防冲刷装置

技术领域

本实用新型涉及海上风电领域，尤其是涉及一种具有消能网的海上风电防冲刷装置。

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。

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。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。

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结构简单、成本低廉、具有良好的防冲刷性能的具有消能网的海上风电防冲刷装置。

根据本实用新型实施例的具有消能网的海上风电防冲刷装置包括桩基础，所述桩基础包括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网，所述消能网为包覆所述套筒的至少一部分外周面的网状结构，所述套筒的外径为De，所述消能网包覆的所述套筒的外周面的面积大于等于1.0πDe²。

根据本实用新型的具有具有消能网的海上风电防冲刷装置，通过在套筒上设置消能网，将海水中的急流或主流转化为均匀的缓流，减小海水对桩基基础表面的冲击，抑制了马蹄形漩涡的形成，具有良好的防冲刷性能。

在一些实施例中，所述消能网为环形且环绕所述套筒设置。

在一些实施例中，所述消能网由螺旋环绕所述套筒的第一螺旋消能条和第二螺旋消能条交叉形成，或者，所述消能网由相互平行的多条第一消能条和相互平行的多条第二消能条交叉形成，所述第一消能条为环绕所述套筒设置的环形。

在一些实施例中，所述消能网由相互平行的多条所述第一螺旋消能条和相互平行的多条所述第二螺旋消能条交叉形成。

在一些实施例中，所述消能网的靠近所述海床面的部分比远离所述海床面的部分密集。

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所述消能网比在所述两个侧面上分布的所述消能网更密集。

在一些实施例中，所述消能网在所述套筒的轴向上的尺寸大于等于1.0De。

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。

附图说明

图1是根据本实用新型第一种实施例的具有消能网的海上风电防冲刷装置的示意图。

图2是根据本实用新型第一种实施例的具有消能网的海上风电防冲刷装置的主视图。

图3是根据本实用新型第二种实施例的具有消能网的海上风电防冲刷装置的示意图。

图4是根据本实用新型第二种实施例的具有消能网的海上风电防冲刷装置的主视图。

图5是根据本实用新型第三种实施例的具有消能网的海上风电防冲刷装置的示意图。

图6是根据本实用新型第三种实施例的具有消能网的海上风电防冲刷装置的主视图。

附图标记：

具有消能网的海上风电防冲刷装置100；

桩基础1；第一部分11；第二部分12；套筒2；防沉板21；切土板22；消能网3；第一螺旋消能条31；第二螺旋消能条32；第一消能条33；第二消能条34。

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-图6描述本实用新型的实施例的具有消能网的海上风电防冲刷装置包括桩基础1和套筒2。

桩基础1包括在其轴向(如图1所示，上下方向)上相互连接的第一部分11和第二部分12，第二部分12埋入海床中，海床具有海床面，第一部分11位于海床面的上方。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。

套筒2套设在第一部分11上且其底部支撑在海床面上，套筒2的外周面设有向外突出的消能网3，消能网3为包覆套筒2的至少一部分外周面的网状结构，套筒2的外径为De，消能网3包覆的套筒2的外周面的面积大于等于1.0πD²。具体地，如图1-2所示，套筒2 套设在第一部分11的外周面上，且套管的下端面置于海床面的上方，套筒2的外周面设有沿其径向方向向外延伸消能网3，套筒2的外径为D为5m-8m中的任一数值，消能网3包覆的套筒2的外周面的面积大于等于1.0πDe²，消能网3包覆的套筒2的外周面的周长大于等于2De+2πDe,例如：De为6m，则消能网3包覆的套筒2的外周面的面积为36π，消能网3包覆的套筒2的外周面的周长为12+12π。

根据本实用新型实施例提供的具有消能网的海上风电防冲刷装置100，通过套筒2的外周面设有向外突出的消能网3，消能网3为包覆套筒2的至少一部分外周面的网状结构。由此，潮流接触消能网3时，突出的消能网3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，减小了桩基础1对潮流的止挡阻力，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，延长了桩基础1的使用寿命。也就是说，突出的消能网3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，有效地保护桩基础1周围的土体，避免冲刷坑的形成。

在一些实施例中，消能网3为环形且环绕套筒2设置。由此，消能网3呈环形环绕在套筒2的外周面上，使得消能网3可对任一方向的潮流都起到减冲效果，使得消能网3的设置更加合理。

在一些实施例中，消能网3由螺旋环绕套筒2的第一螺旋消能条31和第二螺旋消能条 32交叉形成，或者，消能网3由相互平行的多条第一消能条33和相互平行的多条第二消能条34交叉形成，第一消能条33为环绕套筒2设置的环形。

具体地，消能网3的有多种布置方式，例如：如图1-2所示，第一螺旋消能条31和第二螺旋消能条32设在套筒2的外周面，且第一螺旋消能条31和第二螺旋消能条32在套筒 2的外周面交叉设置，或如图3-6所示，第一消能条33环绕在套筒2的外周面上，且多个第一消能条33沿上下方向间隔设在套筒2，多个第二螺旋消能条32设在套筒2的外周面且围绕套筒2的周向间隔设置，且第二螺旋消能条32沿上下方向延伸且与每一条第一消能条33交叉，多个第一消能条33和多个第二螺旋消能条32相互配合形成消能网3。

在一些实施例中，消能网3由相互平行的多条第一螺旋消能条31和相互平行的多条第二螺旋消能条32交叉形成。具体地，如图1所示，套筒2的外周面上设置有多条第一螺旋消能条31和多条第二螺旋消能条32。多条第一螺旋消能条31彼此平行且围绕套筒2的周向间隔排布，多条第二螺旋消能条32彼此平行且围绕套筒2的周向间隔排布，多个第一螺旋消能条31和多个第二螺旋消能条32彼此交叉。

在一些实施例中，如图2所示，多条第一螺旋消能条31的上端和多条第二螺旋消能条 32的上端在上下方向上彼此平齐，多条第一螺旋消能条31的下端以及多条第二螺旋消能条32的下端在上下方向上彼此平齐，也就是说，多条第一螺旋消能条31的上端和多条第二螺旋消能条32的上端在上下方向上与海平面的距离均相等，多条第一螺旋消能条31的下端和多条第二螺旋消能条32的下端在上下方向上与海平面的距离也均相等。每一条第一螺旋消能条31的上端与其中一条第二螺旋消能条32的上端相交，每一条第一螺旋消能条 31的下端也与其中一条第二螺旋消能条32的下端相交。多个第一螺旋消能条31和多个第二螺旋消能条32交叉形成的消能网3环绕设置在套筒2上，保证了消能网3的消能减冲的效率。

可以理解的是，在一些实施例中，第一螺旋消能条31可以为一条，第二螺旋消能条32 也可以为一条。第一螺旋消能条31和第二螺旋消能条32均螺旋环绕套筒2，第一螺旋消能条31和第二螺旋消能条32具有多个交点，从而形成围绕套筒2的消能网3。

由于，第一部分11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，为了更好地应对实际情况，在一些实施例中，消能网3的靠近海床面的部分比远离海床面的部分密集。因此，为了更好地应对实际情况，在一些实施例中，消能网3的密度向靠近海床面的方向增大。具体地，如图5-6所示，通过增加第一消能条33 的数量和第二消能条34的数量，或减小扰相邻第一螺旋条33之间的间距和第二消能条34 之间的间距，从而增加消能网3的密度，且消能网3的密度向靠近海床面的方向增大，提高了海上风电基础的防冲刷能力和实用性。

在很多海域中，潮流方向不是均匀的，例如：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。当桩基础1承受东西流动的潮流时，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。

为了使海上风电基础在具备足够强的防冲刷能力的情况下，减小制造成本，降低制造难度，在一些实施例中，套筒2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，在正面和背面上分布的消能网3比在两个侧面上分布的消能网3更密集。

具体地，定义朝向潮流方向为正面，背离潮流方向为侧面，以及与正面和背面相连的面为侧面(例如：潮流呈东西流动，南北流动的潮流很少出现。套筒2的东面为正面，套筒2的西面为背面，或套筒2的西面为正面，套筒2的东面为背面，套筒2的南北两面为侧面)，设置在套筒2的正面和背面的消能网3的密度大于在套筒2的两侧的消能网3的密度。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。

在一些实施例中，消能网3在套筒2的轴向上的尺寸大于等于1.0De。具体地，位于套筒2上的消能网3在上下方向的尺寸大于等于1.0De，De可以选取5m-8m中的任一数值，例如，De选取6m，则位于套筒2上的消能网3在上下方向的尺寸等于6m，消能网3的上端与海平面的距离等于6m。

在一些实施例中，套筒2的底部具有沿海床面延伸的防沉板21，防沉板21的底面与海床面相抵，套筒2的底部具有沿桩基础1的轴向向海床内延伸的切土板22，切土板22的底端为刃形结构。具体地，如图1-6所示，套筒2的下端部设有沿沿套筒2的径向方向向外延伸的防沉板21，且防沉板21外周面的直径为1.2De-3De，防沉板21的底面面积为0.1 πDe²-2.5πDe²，套筒2的下端部设有沿上下方向延伸的切土板22，切土板22的下端面为刃形结构，切土板22在上下方向的长度为0.02De-0.5De，从而使得切土板22插入海床面的土壤内，防沉板21的下端面抵在海平面的上方，由此，对套筒2进行轴向定位，防止套筒2上下窜动，且防沉板21方便了套筒2的安装，防止套筒2插入海平面以下，进而保证了消能网3均位于海平面以上。

在一些实施例中，在套筒2的外周侧还抛掷有石块，一部分部分石块位于防沉板21上，以防止海水的冲击引起套筒2的倾斜，另一部分部分石块位于防沉板21外周侧，由于波浪和潮流的作用，桩基础1周围的泥沙将会发生冲刷并形成冲刷坑，石块会及时翻转进入冲刷坑内，提高桩基础1的稳定性，以增强防冲刷效果。在进行抛石作业时，套筒2和防沉板21还可以防止抛出的石块砸伤桩基础1，具有安全可靠的特点。

在一些实施例中，套筒2的外周面为向靠近第一部分11的方向凹陷的曲面，套筒2的外径向靠近海床面的方向增大。具体地，套筒2的横截面积从下到上逐渐减小，套筒2的外周面为沿内外方向向内凹陷的流线型。从而可减小大涡的形成，进一步提高了提高了海上风电基础的防冲刷能力和实用性。

在一些实施例中，套筒2的顶端在桩基础1的轴向上到海床面的距离大于等于0.3De，具体地，套筒2的上端到海平面的距离大于等于0.3De，D可以选取1m至15m中的任一数值，例如，De选取6m，则套筒2的上端到海平面的距离大于等于1.8m。

在一些实施例中，消能网3从套筒2的外周面沿第一方向突出，将消能网3在上下方向的尺寸定义为消能网3的高度，在一些实施例中，消能网3也可以具有不同的高度，如此设置增大消能网3的不规则度，使海上风电基础能够应对多种能量梯度的潮流以及马蹄形漩涡，增强了海上风电基础的适应能力，进一步增强消能网3的消能减冲效果，增强海上风电基础的防冲刷能力。

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)

1.一种具有消能网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网，所述消能网为包覆所述套筒的至少一部分外周面的网状结构，所述套筒的外径为De，所述消能网包覆的所述套筒的外周面的面积大于等于1.0πDe²。

2.根据权利要求1所述的具有消能网的海上风电防冲刷装置，其特征在于，所述消能网为环形且环绕所述套筒设置。

3.根据权利要求1所述的具有消能网的海上风电防冲刷装置，其特征在于，所述消能网由螺旋环绕所述套筒的第一螺旋消能条和第二螺旋消能条交叉形成，

或者，所述消能网由相互平行的多条第一消能条和相互平行的多条第二消能条交叉形成，所述第一消能条为环绕所述套筒设置的环形。

4.根据权利要求3所述的具有消能网的海上风电防冲刷装置，其特征在于，所述消能网由相互平行的多条所述第一螺旋消能条和相互平行的多条所述第二螺旋消能条交叉形成。

5.根据权利要求1所述的具有消能网的海上风电防冲刷装置，其特征在于，所述消能网的靠近所述海床面的部分比远离所述海床面的部分密集。

6.根据权利要求1所述的具有消能网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所述消能网比在所述两个侧面上分布的所述消能网更密集。

7.根据权利要求1所述的具有消能网的海上风电防冲刷装置，其特征在于，所述消能网在所述套筒的轴向上的尺寸大于等于1.0De。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的具有消能网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。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的具有消能网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。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的具有消能网的海上风电防冲刷装置，其特征在于，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。

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