本發(fā)明屬于海上風電基礎的抗冰裝置技術領域，涉及一種適用于單立柱三樁式海上風電基礎的多面體型抗冰裝置。
背景技術：
隨著能源危機問題的不斷凸顯，利用海上風能發(fā)電已經(jīng)成為趨勢，不少寒區(qū)海域也開啟了海上風電場開發(fā)的新篇章。目前制約海上風電發(fā)展的因素包括三方面：技術水平不高、電價低、建設成本高，其中影響風電發(fā)展的根本原因就是成本高，經(jīng)濟性差。由于海上風電場是無人平臺，且風電場是由若干風電機組構成，所以單個風電機組的安全性、經(jīng)濟性對整個風電場的發(fā)展至關重要。而由于風電基礎結構的成本在整個風電機組開發(fā)成本中占據(jù)20％至30％，目前對海上風電研究的關鍵和難點在于基礎結構，如何設計選擇滿足海域的適用性、結構的安全性以及經(jīng)濟性是基礎結構研究的最終目標。有研究表明單立柱三樁基礎結構的穩(wěn)定好，適用水深范圍較廣，且結構較輕，經(jīng)濟性好，在寒區(qū)海上風電場有很大發(fā)展空間。本發(fā)明針對該基礎形式進行抗冰設計。
寒區(qū)海域冬季海面會生冰，海冰荷載作用會加劇風電結構的振動，增大結構的疲勞損傷，減少風電結構的使用壽命。對寒區(qū)風電基礎而言，在設計抗冰裝置的同時必須考慮結構的經(jīng)濟性。借鑒海洋石油平臺的抗冰錐體結構對風電基礎進行抗冰設計，海洋石油平臺一般采用正錐體與倒錐體相結合的方式，錐體高度要覆蓋整個冰蝕區(qū)，錐體角度控制在40°到65°之間。
目前，寒區(qū)風電基礎的抗冰裝置設計不成熟，大多抗冰設計源于海洋石油平臺，結構形式組合正倒錐結構形式，這類結構經(jīng)濟性較差，本專利提出針對海上風電基礎結構的多面型抗冰裝置，在滿足抗冰功能的同時又兼顧結構經(jīng)濟性，該抗冰裝置是促進寒區(qū)海上風電發(fā)展的有效措施。
技術實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術中存在的問題，針對現(xiàn)有的海上風電基礎結構，本發(fā)明的目的在于為單立柱三樁式海上風電基礎提供一種輕質量多面體型的抗冰裝置。
由于海上風電基礎的樁徑相對海洋石油導管架平臺要大，考慮到結構整體的質量、經(jīng)濟性，所以對海上風電結構不采用正倒錐組合的形式，而是采用單一空心錐體形式，在錐體殼內側設肋板及加強筋。海上石油平臺通常需要人員常駐平臺，完成平臺檢修、維護以及檢測的工作，而風電結構是無人值守平臺，為了滿足風電結構的安裝、?？看约胺垭A段的運行維護，通常會設工作平臺，所以對海上風電基礎需在錐體上部設計一個工作平臺。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案為：一種適用于單立柱三樁式海上風電基礎的多面體抗冰裝置，該抗冰裝置包括錐面加強結構、錐面鋼板和肋板，其中，錐面鋼板包括側面鋼板、封頂鋼板和封底鋼板；封頂鋼板和封底鋼板沿風機單立柱基礎的外周徑向設置，側面鋼板數(shù)為5塊以上，便于安裝與拆卸，單一錐面鋼板結構損壞時可僅更換該塊鋼板，延長錐體的使用壽命。每塊側面鋼板為倒置的等腰梯形，與封頂鋼板所成錐角為60°，錐面鋼板圍繞風機單立柱基礎外周布置形成中空密閉的倒椎體結構；在到椎體結構內部，每塊側面鋼板的對稱軸位置與相對的風機單立柱基礎外表面之間豎直設置肋板，肋板為直角梯形，其下、上底邊分別與封頂鋼板和封底鋼板固定連接；相鄰兩塊側面鋼板之間設置錐面加強結構，所述錐面加強結構包括2塊以上的三角形鋼板，三角形鋼板的頂角固定于兩塊側面鋼板的夾角處，所有三角形鋼板水平平行放置且沿豎直方向均勻布置固定于兩塊側面鋼板之間；該抗冰裝置設置在水面處，錐體高度覆蓋整個冰蝕區(qū)，即保證海面低潮位與錐體底端平齊，海面高潮位與錐體頂端平齊。
進一步地，所述封頂鋼板和封底鋼板分別由若干相同部分組成，每個部分沿肋板的連接處固定，組成完整的封頂鋼板。
進一步地，該抗冰裝置的各個部件之間的固定連接皆為焊接固定。
本發(fā)明的有益效果：
1、由于海冰的彎曲強度約為壓縮強度的1/3，在海洋風電平臺單立柱基礎的水面附近外側安裝有專用抗冰錐，海冰與結構的作用機理由與直立結構的擠壓破壞轉化為與錐體結構的彎曲破壞，從而可以有效的減小冰力極值及結構冰激振動，保證風電結構的安全運行。
2、本發(fā)明適用于單立柱三樁式海上風電基礎結構，實施簡單，錐體為由平面鋼板焊接成的空心多面棱臺體，減輕錐體自身重量。
3、兩錐面接縫處焊接錐面加強裝置，加強錐面接縫處處對海冰的破壞力同時增強錐體穩(wěn)定性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明中抗冰裝置結構俯視圖
圖2為本發(fā)明的抗冰裝置結構主視圖
圖3為本發(fā)明的加強結構示意圖
圖4為本發(fā)明的上封頂鋼板示意圖
圖5為本發(fā)明的下封底鋼板示意圖
圖6為本發(fā)明的錐面鋼板焊接示意圖
圖7為本發(fā)明的錐面鋼板間加強焊接示意圖
圖中：1錐面加強結構；2錐面鋼板；3肋板；4風機單立柱基礎。
具體實施方式
本發(fā)明所提供的抗冰裝置是針對單立柱三樁式海上風電基礎的抗冰裝置，其中的主要裝置如圖1所示。
該抗冰錐試用于直徑為4m的單立柱三樁風電基礎。平均潮位水平面與錐體接觸點距單立柱三樁式基礎垂直距離為0.8m。低潮位與錐體底端平齊，與平均潮位潮差0.8m。高潮位與錐體頂端平齊，與平均潮位潮差1.5m。錐體由6塊等腰梯形鋼板焊接而成，上底長4.23m，下底長2.7m，高2.65m。錐面與單立柱三樁式基礎由直角梯形肋板通過焊接方式連接。肋板上部與高潮位平齊，下部與低潮位平齊，上底長1.66m，下底長0.34m，高2.3m。上封頂由6塊與錐體形狀配合的鋼板焊接而成，與錐面焊接邊長2.14m，封頂鋼板焊接邊長1.71m，與單立柱三樁式基礎焊接邊為直徑4m的60°圓弧。下封底由3塊與錐面配合的鋼板焊接而成，與錐面焊接邊長為2.76m，半邊長為1.38m，封底鋼板焊接邊長0.39m，與單立柱三樁式基礎焊接邊為直徑4m的120°圓弧。
將抗冰錐的外型設計為正六棱臺，錐面與水平面所成錐角為60°
將六塊連接肋板焊接與單立柱三樁式海洋風電基礎上，各肋板垂直于水平面，兩相鄰肋板間夾角為60°將六塊梯形錐面分別焊接至六塊肋板上，如圖6所示。
將六塊梯形錐面鋼板兩兩焊接形成多面體錐體，并在兩錐面接縫處焊接加強結構，如圖7所示。
將3塊如圖5所示鋼板焊接至錐體，形成下封底。將6塊如圖4所示鋼板焊接至錐體頂部，形成上封頂。