一种海上风电单桩基础的抗冰锥结构的制作方法

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1.本实用新型属于海上风电技术领域，具体涉及一种海上风电单桩基础的抗冰锥结构。

背景技术：

2.随着能源危机问题的不断凸显，利用海上风能发电已经成为趋势，不少寒区海域也开启了海上风电场开发的新篇章。目前制约海上风电发展的因素包括三方面：技术水平不高、电价低、建设成本高，其中影响风电发展的根本原因就是成本高，经济性差。由于海上风电场是无人平台，且风电场是由若干风电机组构成，所以单个风电机组的安全性、经济性对整个风电场的发展至关重要。而由于风电基础结构的成本在整个风电机组开发成本中占据20％至30％，目前对海上风电研究的关键和难点在于基础结构，如何设计选择以同时满足海域的适用性、结构的安全性以及经济性是基础结构研究的最终目标。
3.然而，寒区海域冬季海面会生冰，海冰荷载作用会加剧风电结构的振动，增大结构的疲劳损伤，减少风电结构的使用寿命。对寒区风电基础而言，基础结构水线处尺度较宽，加锥后会有更大的尺度，而海冰破碎及冰荷载会受结构尺度的影响，大直径的锥体基础会引起结构所受波浪荷载的增加，进而引起的结构振动，对结构疲劳寿命产生不良影响。
4.目前，寒区风电基础的抗冰装置设计不成熟，大多抗冰设计源于海洋石油平台，结构形式为简单组合的正倒锥结构形式，这类结构波浪载荷较大，经济性较差。再或者结构复杂，造价成本高。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种可以针对海上风电大直径单桩基础结构的抗冰设计，在满足抗冰功能的同时又兼顾结构减小波浪载荷和更好的经济性，以满足促进寒区海上风电的发展需求。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
7.一种海上风电单桩基础的抗冰锥结构，包括正锥体和倒锥体，所述正锥体包括三段由钢板首尾连接围成的圆台体，各段所述圆台体的窄口边缘与相邻的所述圆台体的宽口边缘无缝相连，位于最上方的所述圆台体的窄口边缘与单桩基础的外壁无缝连接；所述正锥体径向变窄的同时各所述圆台体与水平面之间的夹角递增；所述倒锥体与所述正锥体结构相同呈水平面对称并通过最大直径所在边缘无缝连接成围绕所述单桩基础外周的中空密闭一体结构。
8.进一步的，该抗冰锥结构设置在水面处，位于中部的相邻两所述圆台体的窄口面之间的高度为1年一遇的潮差高度；位于端部的两所述圆台体的窄口面之间的高度为50年一遇的潮差高度；剩余的两所述圆台体的窄口面之间的高度为10年一遇的潮差高度。
9.进一步的，所述正椎体中的各所述圆台体与水平面的夹角从下至上分别为60
°
、65
°
、70
°
。
10.本实用新型的有益效果如下：
11.(1)通过在单桩基础外部设置本技术方案的抗冰锥结构，使得海冰对结构的作用机理由与直立结构的挤压破坏转化为与锥体结构的弯曲破坏，从而可以有效的减小冰力极值及结构冰激振动，保证风电结构的安全运行。
12.(2)本身技术方案实施简单，锥体为变径多面圆台体，一方面减轻锥体自身重量和水线宽度，另一方面依据潮位设计高度的同时也将设计潮位到极端潮位的部分设计为更大的锥角，不仅同样起到破冰作用，而且可以减小静波浪力和波浪力矩。
附图说明
13.图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
15.参照附图。本实施例的抗冰锥结构包括正椎体1和倒锥体2，正椎体1包括三段由钢板首尾连接围成的圆台体，因此每个圆台体包括一个直径较小的窄口边缘和一个直径较大的宽口边缘。其中，位于正椎体1下方的第一圆台体11的窄口边缘直径与位于中间的第二圆台体12的宽口直径相同，因此两者通过焊接无缝固定连接；第二圆台体12的窄口直径和位于上方的第三圆台体13的宽口直径相同，因此两者也同样地通过焊接无缝固定；第三圆台体13的窄口内径与单桩基础3的外径相同，因此第三圆台体13的窄口边缘通过焊接与单桩基础3的外壁无缝连接固定。
16.由此，正椎体1的直径逐渐由下至上收缩。特别的，本实施例中，第一圆台体11与水平面的夹角为60
°
，即第一圆台体11的轴向截面中的梯形底边与腰边之间的夹角为60
°
。同理，第二圆台体12与水平面的夹角为65
°
，第三圆台体13与水平面的夹角为70
°
。倒锥体2和正椎体1结构相同呈水平面对称并通过第一圆台体11的宽口边缘无缝连接，从而形成围绕单桩基础3外周的中空密闭一体结构。
17.本实施例的抗冰锥结构设置在水面处，整体高度覆盖整个冰蚀区。具体的，位于抗冰锥结构中央的两个60
°
第一圆台体11的高度h1为潮差的一年一遇设计高度；两个65
°
第二圆台体12之间的高度h2为潮差的十年一遇设计高度；两个70
°
第三圆台体13之间的高度h3为潮差的五十年一遇设计高度，即保证海面低潮位与锥体底端平齐，海面高潮位与锥体顶端平齐。
18.由于海冰的弯曲强度约为压缩强度的1/3，在海洋风电平台单立柱基础的水面附近外侧安装本实施例的抗冰锥结构，海冰与结构的作用机理由与直立结构的挤压破坏转化为与锥体结构的弯曲破坏，从而可以有效的减小冰力极值及结构冰激振动，保证风电结构的安全运行。
19.应当指出，上述描述了本实用新型的实施例。然而，本领域技术的技术人员应该理解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型范围的前提下本实用新型还会有多种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

技术特征：

1.一种海上风电单桩基础的抗冰锥结构，其特征在于包括正锥体和倒锥体，所述正锥体包括三段由钢板首尾连接围成的圆台体，各所述圆台体的窄口边缘与相邻的所述圆台体的宽口边缘无缝相连，位于最上方的所述圆台体的窄口边缘与单桩基础的外壁无缝连接；所述正锥体径向变窄的同时各所述圆台体与水平面之间的夹角递增；所述倒锥体与所述正锥体结构相同呈水平面对称并通过最大直径所在边缘无缝连接成围绕所述单桩基础外周的中空密闭一体结构。2.如权利要求1所述的一种海上风电单桩基础的抗冰锥结构，其特征在于该抗冰锥结构设置在水面处，位于中部的相邻两所述圆台体的窄口面之间的高度为1年一遇的潮差高度；位于端部的两所述圆台体的窄口面之间的高度为50年一遇的潮差高度；剩余的两所述圆台体的窄口面之间的高度为10年一遇的潮差高度。3.如权利要求1或2所述的一种海上风电单桩基础的抗冰锥结构，其特征在于所述正椎体中的各所述圆台体与水平面的夹角从下至上分别为60
°
、65
°
、70
°
。

技术总结

本实用新型提供了一种海上风电单桩基础的抗冰锥结构，包括正锥体和倒锥体，正锥体包括多个由钢板首尾连接围成的圆台体，各圆台体的窄口边缘与相邻的圆台体的宽口边缘无缝相连，位于最上方的圆台体的窄口边缘与单桩基础的外壁无缝连接；正锥体径向变窄的同时各圆台体与水平面之间的夹角递增；倒锥体与正锥体结构相同呈水平面对称并通过最大直径所在边缘无缝连接成围绕单桩基础外周的中空密闭一体结构。由于海冰的弯曲强度约为压缩强度的1/3，在柱基础的水面附近外侧安装该抗冰锥结构，海冰与结构的作用机理由与直立结构的挤压破坏转化为与锥体结构的弯曲破坏，从而可以有效的减小冰力极值及结构冰激振动，保证风电结构的安全运行。安全运行。安全运行。