CN110778459B - 一种弧线型抗冰风电基础 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种弧线型抗冰风电基础,包括横向尺寸较小的上部基础、中部基础和横向尺寸较大的下部基础;整个中部基础的形状为上小下大的倒锥形或喇叭形,中部基础包括弧线型主桩腿,弧线型主桩腿为弧线形,横截面为梭子形;梭子形的横截面分为长轴和短轴,当冰排平行于横截面短轴方向作用于弧线型桩腿时,迫使冰排发生弯曲破坏模式;当冰排平行于横截面长轴方向作用于弧线型桩腿时,其尖端形成破冰刃切割冰排的抗冰模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种弧线型风电基础结构,特别是应用于需要具有抗冰性能的寒区海域。
背景技术
随着石油资源的枯竭和人类对清洁能源的渴望,海上风电技术逐渐得到各国的青睐。寒区海域因其风能密度大,风资源丰富而备受关注。然而,安装于寒区的海上风电基础不可避免的遭遇海冰载荷的作用。
海上风电基础主要通过附加抗冰锥来降低冰载荷的作用,其原理是通过抗冰锥的斜度将冰载荷与直立桩的挤压破坏模式转变为弯曲破坏模式,由于海冰弯曲强度远低于挤压强度,因此,弯曲模式的冰力远小于挤压冰力。
目前,安装抗冰锥这一措施主要应用在单桩风电基础上,然而,这种措施对于导管架式的风电基础却难以应用,这是由于风电基础的导管架桩腿在平均海平面处的腿间距较小,而抗冰锥最大直径往往非常大才足以保证在高低水位时均起到抗冰效果。显然,这种能够起到抗冰效果的大冰锥安装在导管架风电基础上,将导致风电基础桩腿之间的剩余空隙不足以让海冰顺利通过,进而引发冰排的堆积事件,严重威胁风机结构的安全。此外,大型冰锥的安装增大了风机基础上的波流载荷,不利于非冰期风机的安全运行。为此,设计一种无需安装抗冰锥的海上抗冰型风电基础结构,保证风机在冰区海域的安全运行具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种无需安装抗冰锥,且具有抗冰性能的海上风电基础结构,解决冰区海上风电基础的抗冰问题。本发明通过以下技术方案实现的:
一种弧线型抗冰风电基础,包括横向尺寸较小的上部基础、中部基础和横向尺寸较大的下部基础;整个中部基础的形状为上小下大的喇叭形,中部基础包括弧线型主桩腿,弧线型主桩腿为弧线形,横截面为梭子形。梭子形的横截面分为长轴和短轴,当冰排平行于横截面短轴方向作用于弧线型主桩腿时,迫使冰排发生弯曲破坏模式;当冰排平行于横截面长轴方向作用于弧线型主桩腿时,其尖端形成破冰刃切割冰排的抗冰模式。
优选地,上部基础包括上层柱形主桩腿,下部基础包括下层柱形主桩腿。
所述弧线型主桩腿的上部通过上层水平撑和过渡连接头与相应的上层柱形主桩腿相连,所述弧线型主桩腿的下部通过下层水平撑和过渡连接头与相应的下层柱形主桩腿相连。
过渡连接头内部由轮毂式加强板进行加强。
上层水平撑包括水平外撑。下层水平撑包括水平外撑,在水平外撑之间设置水平内撑。
本发明由于采用以上技术方案,其具有以下有点:1、本发明的风电基础结构无需安装抗锥体,即可实现抗冰效果,从而避免了安装抗冰锥引发的一些列问题;2、本发明的潮差段弧线型+“梭子”型的横截面的主桩腿,通过迫使冰排发生弯曲破坏、切割破坏,以及两者的复合破坏模式,从而降低任意方向来冰作用的载荷大小;3、本发明的潮差段主桩腿相对于抗冰锥,尺寸小,更易使碎冰滑脱,“梭子”型侧面能够有效引导碎冰顺利漂移,从而大大降低了碎冰在桩腿前发生滞留与堆积的可能性;4、本发明潮差段结构仅由主桩腿组成,无水平撑和斜撑,最大程度的简化了结构构件,不仅可以有效降低冰载荷,利于碎冰的流通,还可以大大降低波流载荷,从而减小风机结构的动力响应,有助于其疲劳寿命的提高。
附图说明
图1是本发明风机基础结构的正视图。
图2是本发明风机基础结构水平层俯视图。
图3是本发明冰载荷作用示意图。
图中标号说明:1为圆柱形主桩腿;2为水平外撑;3为过渡连接头;4为弧线型主桩腿;5为加强筋;6为斜撑;7为弧线型主桩腿内部加强板;8水平内撑;9为轮毂式加强板。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示,本发明主要包括圆柱形主桩腿1;水平外撑2;过渡连接头3;三个弧线型主桩腿4;加强筋5;斜撑6;弧线型主桩腿内部加强板7;水平内撑8;轮毂式加强板9。
如图1所示,本发明的圆柱形主桩腿1上部连接风机过渡段,支撑风机塔筒、机舱、叶片上部结构;所述圆柱形主桩腿1通过过渡连接头3与弧线型主桩腿4相连;所述弧线型主桩腿4覆盖整个潮差段位置,即上水平层EL+A与下水平层EL-B之间的主桩腿为弧线型,且弧线型主桩腿在潮差段内与水平面成一定夹角,形成斜坡面,实现冰排发生弯曲破坏的构型条件;弧线型主桩腿在潮差段内的切线与水平面的夹角推荐值为30°-65°;弧线型主桩腿4通过过渡连接头3与下层圆柱形主桩腿连接;水平层EL+A和水平层EL-B通过水平外撑2与过渡连接头3连接;水平层EL-B的水平外撑2中部增设水平内撑8;水平层EL-C由水平外撑2与水平内撑8构成;水平层EL-B水平层EL-C之间增设斜撑6进行相连;由此,形成三维空间框架结构,构成海上抗冰型风机基础。
如图1所述,所述弧线型主桩腿4其横截面为“梭子”型,内部通过焊接弧线型主桩腿内部加强板7来提高其强度和刚度,如图1中a-a剖面所示;所述弧线型主桩腿4与过渡连接头3之间焊接有若干加强筋5,以提前其连接强度,改善载荷传递路径。
如图2所述,所述过渡连接头3内部由轮毂式加强板9进行加强;所述部轮毂式加强板9由同心圆柱与辐射版焊接成。
如图3所示,当冰排作用于弧线型主桩腿4时,根据来冰方向的不同,将形成不同的破冰机理达到抗冰的目的,具体而言:当冰排沿y轴负向作用时,此次,由于弧线型主桩腿4A的弧线造型,构成了斜坡面,冰排发生向上的弯曲破坏模式;而当冰排沿y轴正向作用时,弧线型主桩腿4A与冰排相互作用时,形成下压式的构型,具有倒锥的功能,促使冰排发生向下的弯曲破坏模式;当冰排沿x轴正向作用时,冰排与弧线型主桩腿4A的尖端相互作用,由于弧线型主桩腿4的“梭子”型的横截面,将形成切割冰排的破冰模式,促使冰排发生开裂,极大造成冰排内部损伤场的形成,且此时冰排与弧线型主桩腿4A的有效作用面积最小,从而达到降低冰载荷的抗冰效果;当冰排作用方向介于x轴正向与y轴正向之间时,冰排则发生弯曲与劈裂的复合破坏模式;由此,任意方向来冰时,弧线型主桩腿4A、弧线型主桩腿4B、弧线型主桩腿4C各自均能降低冰载荷,且各个桩腿之间联合效应造成的复合破冰模式,促使冰内提前发生损伤,造成非同时破坏效应,从而大大降低了结构整体的冰载荷。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种弧线型抗冰风电基础,包括横向尺寸较小的上部基础、中部基础和横向尺寸较大的下部基础;整个中部基础的形状为上小下大的喇叭形,中部基础包括弧线型主桩腿,弧线型主桩腿为弧线形,横截面为梭子形;梭子形的横截面分为长轴和短轴,当冰排平行于横截面短轴方向作用于弧线型主桩腿时,迫使冰排发生弯曲破坏模式;当冰排平行于横截面长轴方向作用于弧线型主桩腿时,其尖端形成破冰刃切割冰排的抗冰模式。
2.根据权利要求1所述的风电基础,其特征在于,上部基础包括上层柱形主桩腿,下部基础包括下层柱形主桩腿。
3.根据权利要求2所述的风电基础,其特征在于,所述弧线型主桩腿的上部通过上层水平撑和过渡连接头与相应的上层柱形主桩腿相连,所述弧线型主桩腿的下部通过下层水平撑和过渡连接头与相应的下层柱形主桩腿相连。
4.根据权利要求3所述的风电基础,其特征在于,过渡连接头内部由轮毂式加强板进行加强。
5.根据权利要求3所述的风电基础,其特征在于,上层水平撑包括水平外撑。
6.根据权利要求3所述的风电基础,其特征在于,下层水平撑包括水平外撑,在水平外撑之间设置水平内撑。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的风电基础,其特征在于,所述弧线型主桩腿内部设有加强板。
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