能消除土塞的海上風電的負壓筒基的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種能消除土塞的海上風電的負壓筒基，包括筒體，筒體上端面上設置有立筒，立筒上部水平設有承臺，筒體頂部還設有與筒體內部相通的排水孔，筒體內頂部通過軸承對稱安裝有四個可旋轉噴頭，軸承的內圈與筒體頂蓋連成一體，軸承中空構成可旋轉噴頭的通道并與外部相連。可旋轉噴頭上半部分為空心短管，空心短管的上端與軸承外圈固定連接為一體；下半部分為內部空心的半圓盤體，半圓盤體的平面斷面處與空心短管的下端面密封連接，空心短管的空腔與半圓盤體的空心連通，半圓盤體的弧形邊緣上設置有與半圓盤體斷面夾角分別為0°、30°、45°、60°和90°的引水導管，引水導管與半圓盤體的空心連通。該負壓筒基造簡單，使用方便，能夠消除土塞。
【專利說明】能消除土塞的海上風電的負壓筒基
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種土木技術，尤其是一種能消除土塞的海上風電的負壓筒基。
【背景技術】
[0003]風能作為一種清潔的可再生能源，有取之不盡，用之不竭的特點，因此越來越受到世界各國的重視。我國的海岸線長度大，近海地區擁有豐富的風能資源，因此海上風電場在我國發展前景廣闊，隨著風力發電的不斷發展，在陸地上的風機總數已經趨于飽和的情況下，海上風電場以其諸多優勢必將成為未來發展的重點。
[0004]海上風電發展前景廣闊，海上風機基礎結構的經濟性、安全性與穩定性成為當今的研究重點。根據現有研究成果結合工程實例中的經濟成本統計，可知風機基礎約占風電場總成本的20%?30%，很大程度上影響海上風電的投資和成本，因此，探討合理的基礎結構類型對海上風電發展具有重要意義。筒型基礎以其自身優勢展現出作為海上風電基礎的很大發展空間，筒型基礎是一種倒扣筒狀結構形式，利用負壓下沉原理使筒體下沉置泥面，在一定程度上還可以起到加固地基土體的作用，這種基礎結合粧基和重力基礎的特點，且還具有制作迅速，施工便捷，可重復利用等優點，有廣闊的應用前景。
[0005]筒型基礎為頂端封閉、下端開口的倒置筒狀結構，沉放機理是負壓原理。下沉的基本原理可分為以下幾個步驟:首先依靠筒型基礎的自重下沉至泥面下一定深度，使用水栗從頂蓋的的開口處向外抽水，當抽出的水量大于從滲流進入的水量時，筒內外產生壓力差，即負壓。當負壓對筒體垂直壓力超過土體對筒體端阻力和側磨阻力之和時，筒體開始逐步進入土中，直到筒頂面接觸到泥面時下沉結束。當筒型基礎沉放完成后，筒內外壓差逐漸平衡，這時的筒型基礎就相當于普通短粧，至此完成了整個沉放過程。當拔出筒型基礎時，運用水栗向筒內注水加壓，筒內壓力逐漸高于筒外壓力，壓差超過土的摩擦阻力時，桶開始被頂起，這樣就實現了筒型基礎可重復利用的特點。
[0006]隨著海上風電技術的不斷發展，海上風電逐漸向深海擴展，然而在負壓筒基安裝過程中，筒內土體在內外壓差和滲流力作用下上升，使筒內土體高度升高，形成“土塞”。“土塞”現象對負壓筒基的安裝施工和安全使用都構成了較大威脅，土塞現象使得筒內土體提前與筒頂接觸，并有可能使筒內形成流土，從而使負壓失效，貫入無法進行，延長了海上安裝負壓筒基的作業時間，使得負壓筒基無法繼續下降，達不到預定下沉深度;安裝不到位不僅會影響負壓筒基的設計承載力，而且會改變受力特性，使其喪失應有的工作能力，負壓筒基高出海底平面的部分會對水流形成阻擋作用，改變筒體附近的流場，引起海底水流對筒體周圍土體的沖刷刨蝕，縮短負壓筒基的使用壽命，無法使筒基安全使用。目前有關負壓筒基的研究較少，土塞現象也是近年來困擾負壓筒技術的難題之一，所以如何設計一種結構簡單并可消除土塞的負壓筒基是目前有待解決的問題。
[0007]相關模具研究現狀如下所示: (I)申請號為201110324026.8的中國專利申請介紹了一種海上風電機組地基組合基礎。該基礎包括上端通過法蘭盤與風機塔筒連接、下端插入到海底泥面以下的鋼管粧，鋼管粧泥面以下部分的外周面套裝有上端面為封閉式結構的負壓筒，該海上風電的基礎具有較好水平承載力、安全可靠，施工難度和施工成本低的特點，但該基礎無法消除土塞現象。
[0008](2)申請號為201120412728.7的中國專利申請介紹了一種用于海上風電的負壓筒式重力基礎。該基礎包括主體和底部結構，該基礎用于海上風電的負壓筒式重力基礎可以在部分適用重力式基礎的區域實施，減少了海上施工工序，降低了施工成本，但該基礎無法消除土塞現象。
[0009](3)申請號為201220305601.X的中國專利申請介紹了一種具有負壓筒的海上風電桁架單粧基礎結構。該基礎包括沉粧施工于海床上的鋼管式單粧，單粧上套設復合結構，該復合結構包括粧套管、圈梁、桁架結構和負壓筒結構，該基礎能充分利用近海床表層土體的性能，改善風機基礎的豎向和水平承載性能，提高基礎承載力，但該基礎無法消除土塞現象。

【發明內容】

[0010]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種可消除土塞的海上風電的負壓筒基，該負壓筒基構造簡單，使用方便，能夠自動完整的消除產生的土塞，極大的提高負壓筒基的施工安裝效率和安全使用壽命。
[0011 ]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
一種能消除土塞的海上風電的負壓筒基，包括下部開口的筒體，筒體上端面上設置有立筒，立筒上部水平設有承臺，筒體頂部還設有與筒體內部相通的排水孔，筒體內頂部通過軸承對稱安裝有四個與外界相通的可旋轉噴頭，軸承的內圈與筒體頂蓋連成一體，軸承中空構成可旋轉噴頭的通道并與外部相連，使高壓水進入可旋轉噴頭；
所述可旋轉噴頭上半部分為與軸承外圈直徑相等的空心短管，空心短管的上端與軸承外圈固定連接為一體;可旋轉噴頭下半部分為內部空心的半圓盤體，且半圓盤體的平面斷面處與空心短管的下端面密封連接，空心短管的空腔與半圓盤體的空心連通，半圓盤體的弧形邊緣上設置有與半圓盤體斷面夾角分別為0°、30°、45°、60°和90°的引水導管，引水導管與半圓盤體的空心連通，當高壓水沿引水導管噴出時，在豎直面會形成扇形沖擊水柱；所述0°引水導管沿水平方向延伸，且末端部分水平折彎，折彎部分的中心延長線與軸承外圈相切，隨著高壓水的噴出會產生沿圓周切向的反作用力，實現噴頭自旋轉，進而水柱會對筒體內所有土塞進行沖刷，不僅實現對筒體側壁泥土的沖刷，且擴大其余引水導管的沖刷范圍。
[0012]所述承臺是圓盤狀混凝土結構，承臺用于與上部海上風電機組連接并承受荷載。
[0013]所述立筒與筒體由鋼材制作，立筒用于傳遞荷載。
[0014]所述筒體頂部的排水孔位于任意兩個可旋轉噴頭之間，且與可旋轉噴頭之間有間距，避免可旋轉噴頭阻擋筒體內的水被排出。
[0015]所述筒體頂部的排水孔連接抽水管路和潛水栗，方便筒體內的水被抽出。
[0016]所述筒體頂部外側對稱設置有兩個吊鉤，便于筒體的安裝定位。
[0017]所述半圓盤體垂直于空心短管的下表面，這種垂直設置是為了方便引水導管出水角度設置準確，在高壓水的作用下，引水導管的出水能夠將筒體內的土塞沖刷稀釋成濁液，方便潛水栗次序抽吸筒內的泥漿渾濁液至筒體外部。
[0018]90°引水導管為并排設置的兩根，兩根引水導管能夠實現較大的出水量，沖擊力大。
[0019]兩根0°引水導管分別對稱設置于半圓盤體弧形面的中心線上，隨著高壓水的噴出會產生沿圓周切向的反作用力，實現噴頭自旋轉。
[0020]30°引水導管、45°引水導管和60°引水導管中相鄰的兩根引水導管分別交叉錯位設置于半圓盤體弧形面的中心線兩側。引水導管錯位交叉設置能夠利用高壓水從不同方位更加高效的沖擊筒體內的土塞，有效避免土塞的產生。
[0021 ]作業時，可旋轉噴頭的進水流量與筒體負壓下貫過程中土體滲水量之和小于潛水栗的抽水流量，使筒體在潛水栗抽水過程中保持負壓穩定下貫。
[0022]負壓筒基貫入海底平面時，海底土層在海底潛流作用下流動，將筒體頂蓋的噴頭通道堵塞，筒體內部失去高壓水的沖刷，使負壓筒基完全貫入海底。
[0023]與傳統負壓筒基和安裝方法相比，本發明提供了一種可消除土塞的海上風電的負壓筒基。通過在筒體頂蓋設置可自旋轉噴頭，利用海底高水壓的特點，沖擊筒內形成的土塞，使其與水體充分混合，成為泥漿渾濁液，在潛水栗持續抽吸筒內水體過程中，泥漿渾濁液隨其排出筒外，有效的避免了負壓筒基的“土塞”現象。此后，由于海底土體在海底潛流作用下的沖刷導致的流動特性，逐漸將筒體頂蓋的噴頭通道堵塞，海水無法進入負壓筒基，筒體內失去高壓水的沖刷，使負壓筒基完全貫入海底。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明結構剖面示意圖。
[0025]圖2為本發明結構俯視圖。
[0026]圖3為本發明噴頭結構示意圖。
[0027]圖4為本發明噴頭結構俯視圖。
[0028]圖5為本發明土塞消除實施圖。
[0029]圖中:1.承臺，2.立筒，3.筒體，4.噴頭，5.排水孔，6.吊鉤，7.軸承，8.引水導管。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0031]本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間，，及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。
[0032]如圖1、2、3和4所示，一種能消除土塞的海上風電的負壓筒基，包括承臺1、立筒2、下部開口的筒體3和噴頭4，其中承臺I是圓盤狀混凝土結構，用于與上部海上風電機組連接并承受荷載。立筒2與筒體3由鋼材制作。筒體3上端面上設置有立筒2，立筒2上部水平設有承臺I，筒體3頂部還設有與筒體3內部相通的排水孔5，筒體3內頂部通過軸承7對稱安裝有四個與外界相通的可旋轉噴頭4。
[0033]軸承7的外圈與噴頭4連成一體，軸承7的內圈與筒體頂蓋連成一體，軸承中空構成可旋轉噴頭4的通道并與外部相連，使高壓水進入可旋轉噴頭4。
[0034]筒體3頂蓋設有排水孔5以連接抽水管路和潛水栗，兩端設有吊鉤6，便于負壓筒基的安裝定位。
[0035]筒體3頂部的排水孔5位于任意兩個可旋轉噴頭4之間，且與可旋轉噴頭4之間有間距，避免可旋轉噴頭4阻擋筒體內的水被排出。
[0036]可旋轉噴頭4上半部分為與軸承外圈直徑相等的空心短管，空心短管的上端與軸承外圈固定連接為一體。
[0037]可旋轉噴頭4下半部分為內部空心的半圓盤體，且半圓盤體的平面斷面處與空心短管的下端面密封連接，空心短管的空腔與半圓盤體的空心連通，半圓盤體的弧形邊緣上設置有與半圓盤體斷面夾角分別為0°、30°、45°、60°和90°的引水導管8，引水導管8與半圓盤體的空心連通，當高壓水沿引水導管8噴出時，在豎直面會形成扇形沖擊水柱；
可旋轉噴頭4的0°引水導管沿水平方向延伸，且末端部分水平折彎，折彎部分的中心延長線與軸承外圈相切，隨著高壓水的噴出會產生沿圓周切向的反作用力，實現噴頭4自旋轉，進而水柱會對筒體3內所有土塞進行沖刷，不僅實現對筒體3側壁泥土的沖刷，且擴大其余引水導管8的沖刷范圍。
[0038]半圓盤體垂直于空心短管的下表面，這種垂直設置是為了方便引水導管8出水角度設置準確，在高壓水的作用下，引水導管8的出水能夠將筒體內的土塞沖刷稀釋成濁液，方便潛水栗次序抽吸筒內的泥漿渾濁液至筒體外部。
[0039]90°引水導管為并排設置的兩根，兩根引水導管能夠實現較大的出水量，沖擊力大。
[0040]兩根0°引水導管分別對稱設置于半圓盤體弧形面的中心線上，隨著高壓水的噴出會產生沿圓周切向的反作用力，實現噴頭自旋轉。
[0041]30°引水導管、45°引水導管和60°引水導管中相鄰的兩根引水導管分別交叉錯位設置于半圓盤體弧形面的中心線兩側。引水導管錯位交叉設置能夠利用高壓水從不同方位更加高效的沖擊筒體內的土塞，有效避免土塞的產生。
[0042]噴頭4的進水流量與負壓筒基負壓下貫過程中土體滲水量之和必須遠小于潛水栗的抽水流量，使負壓筒基在潛水栗抽水過程中保持負壓穩定下貫。負壓筒基貫入海底平面時，海底土層在海底潛流作用下流動，將筒體3頂蓋的噴頭4通道堵塞，筒體3內部失去高壓水的沖刷，使負壓筒基完全貫入海底。
[0043]如圖5所示，通過在筒體3頂蓋設置可自旋轉噴頭4，利用海底高水壓的特點，沖擊筒內形成的土塞，使其與水體充分混合，成為泥漿渾濁液，在潛水栗持續抽吸筒內水體過程中，泥漿渾濁液隨其排出筒外，有效的避免了負壓筒基的“土塞”現象。此后，由于海底土體在海底潛流作用下的沖刷導致的流動特性，逐漸將筒體3頂蓋的噴頭4通道堵塞，海水無法進入負壓筒基，筒體3內失去高壓水的沖刷，使負壓筒基完全貫入海底。
[0044]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【主權項】
1.一種能消除土塞的海上風電的負壓筒基，其特征是，包括下部開口的筒體，筒體上端面上設置有立筒，立筒上部水平設有承臺，筒體頂部還設有與筒體內部相通的排水孔，筒體內頂部通過軸承對稱安裝有四個與外界相通的可旋轉噴頭，軸承的內圈與筒體頂蓋連成一體，軸承中空構成可旋轉噴頭的通道并與外部相連，使高壓水進入可旋轉噴頭； 所述可旋轉噴頭上半部分為與軸承外圈直徑相等的空心短管，空心短管的上端與軸承外圈固定連接為一體;可旋轉噴頭下半部分為內部空心的半圓盤體，且半圓盤體的平面斷面處與空心短管的下端面密封連接，空心短管的空腔與半圓盤體的空心連通，半圓盤體的弧形邊緣上設置有與半圓盤體斷面夾角分別為0°、30°、45°、60°和90°的引水導管，引水導管與半圓盤體的空心連通，當高壓水沿引水導管噴出時，在豎直面會形成扇形沖擊水柱； 所述0°引水導管沿水平方向延伸，且末端部分水平折彎，折彎部分的中心延長線與軸承外圈相切，隨著高壓水的噴出會產生沿圓周切向的反作用力，實現噴頭自旋轉，進而水柱會對筒體內所有土塞進行沖刷，不僅實現對筒體側壁泥土的沖刷，且擴大其余引水導管的沖刷范圍。2.如權利要求1所述的能消除土塞的海上風電的負壓筒基，其特征是，所述筒體頂部的排水孔位于任意兩個可旋轉噴頭之間，且與可旋轉噴頭之間有間距。3.如權利要求1所述的能消除土塞的海上風電的負壓筒基，其特征是，所述筒體頂部的排水孔連接抽水管路和潛水栗。4.如權利要求1所述的能消除土塞的海上風電的負壓筒基，其特征是，所述筒體頂部外側對稱設置有兩個吊鉤，便于筒體的安裝定位。5.如權利要求1所述的能消除土塞的海上風電的負壓筒基，其特征是，所述承臺是圓盤狀混凝土結構。6.如權利要求1所述的能消除土塞的海上風電的負壓筒基，其特征是，所述半圓盤體垂直于空心短管的下表面。7.如權利要求1所述的能消除土塞的海上風電的負壓筒基，其特征是，90°引水導管為并排設置的兩根。8.如權利要求1所述的能消除土塞的海上風電的負壓筒基，其特征是，兩根0°引水導管分別對稱設置于半圓盤體弧形面的中心線上，隨著高壓水的噴出會產生沿圓周切向的反作用力，實現噴頭自旋轉。9.如權利要求1所述的能消除土塞的海上風電的負壓筒基，其特征是，30°引水導管、45。引水導管和60°引水導管中相鄰的兩根引水導管分別交叉錯位設置于半圓盤體弧形面的中心線兩側。10.如權利要求1所述的能消除土塞的海上風電的負壓筒基，其特征是，作業時，可旋轉噴頭的進水流量與筒體負壓下貫過程中土體滲水量之和小于潛水栗的抽水流量，使筒體在潛水栗抽水過程中保持負壓穩定下貫。
【文檔編號】E02D27/42GK105926661SQ201610306762
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】陳旭光, 馬慶松, 姜育科, 許建鵬, 張明生
【申請人】中國海洋大學