[发明专利]用于潮流能工程的椭圆桩基础及其性能试验装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于潮流发电技术领域，特别涉及一种用于潮流能工程的椭圆桩基础及其性能试验装置和方法。

背景技术

潮流发电是一种新型的潮汐能利用技术，这种技术直接利涨落潮水的水流冲击叶轮等机械装置进行发电，大部分设备“浸没”在海底，由于潮流发电机组的叶轮转速较低，因此对水文环境以及海洋水生物特别是鱼类的影响轻微，具有良好的生态友好特性。

潮流能发电装置是将潮流动能转换为电能的装置或系统，由海上支撑载体、获能装置、发电机、电能变换与控制系统、电力传输与负载系统等五个子系统组成。其中风车式潮流能水轮机是目前技术比较成熟、发展最快的机型。此类发电装置的桩基础截面传统上都是圆形，各个方向截面刚度一样，与潮流能工程中主要荷载在潮流方向的受力特性不协调，圆形截面桩基受水流冲刷影响较大，且易造成材料浪费。

各型潮流能获取装置中，以水平轴潮流能水轮机应用最多，竖轴潮流水轮机次之。水平轴潮流能水轮机又可按结构分为风车式、空心贯流式和导流罩式。风车式潮流水轮机是目前技术比较成熟、发展最快的机型。而局部冲刷、潮流冲击桩柱又是通常是风车式潮流水轮机破坏的主要原因。本发明所涉及的新型椭圆桩基础可以提高此类潮流发电装置的抗冲能力以及受力特性。用材减少也使其具有经济性的优点。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明一种用于潮流能工程的椭圆桩基础及其性能试验装置和方法，利用椭圆形的流线型特性以及潮流流向的可预测性，提出比传统圆形截面更加经济可靠的椭圆桩基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于潮流能工程的椭圆桩基础，包括桩柱，所述桩柱的横截面呈椭圆形，且椭圆形的长轴与潮流流向一致。

一种用于潮流能工程的椭圆桩基础的性能试验装置，包括循环水槽3和桩柱6，所述循环水槽3的一端设置有造流系统1，所述循环水槽3的另一端设置有消能槽13，所述循环水槽3中段设置有存砂槽5，所述存砂槽5内填充有试验用砂，所述循环水槽3内充入有水流，且水流高度高于试验用砂，所述存砂槽5两端均连接有斜坡木板4，所述斜坡木板4自近存砂槽5的一端至远存砂槽5的一端形成倾斜向下坡度，所述桩柱6的底端插入存砂槽5中的试验用砂，所述桩柱6的顶端连接有塔架，所述桩柱6的顶端和塔架均位于循环水槽3的水流中，埋没于试验用砂中桩柱6的侧壁上贴有若干个应变片7，埋没于试验用砂中桩柱6的四周设置有若干个孔压传感器10，所述塔架顶部设置有位移传感器8和加速度传感器9，水面之上设置有多普勒流速仪12，所述多普勒流速仪12的若干个探头伸入于水流之中的桩柱6四周，所述循环水槽3顶部位于存砂槽5的上方设置有多探头水下超声波测距传感器11。

进一步的，所述塔架顶部布置的位移传感器8和加速度传感器9，用于测量不同条件下塔架顶部的位移、加速度以测试桩柱6的动力性能；

埋没于试验用砂中桩柱6的四周设置的孔压传感器10，用于监测桩柱6附近的孔隙水压力的变化；

所述桩柱6埋置在存砂槽5中，应变片7贴于桩柱上测量桩柱6的受力情况以及弯矩；

所述多普勒流速仪12用于测量桩柱附近水流的流速；

进一步的，所述多探头水下超声波测距传感器11用于测量床面地形的变化和桩柱6附近试验用砂的冲刷情况，监测冲刷过程中试验用砂的地形变化。

进一步的，所述孔压传感器10、位移传感器8和加速度传感器9、多探头水下超声波测距传感器11和多普勒流速仪12均与计算机2通信。

进一步的，所述循环水槽3内设置有水泵，水泵用于循环水槽3内的水形成持续平稳的循环水流。

进一步的，所述斜坡木板4的坡度为1：10。

进一步的，所述消能槽13内填充有碎石子。

进一步的，所述存砂槽5的材质为有机玻璃，所述存砂槽5内填充试验用砂，所述试验用砂的高度与存砂槽5齐高，所述循环水槽3内充水至试验用砂的砂面以上。

一种用于潮流能工程的椭圆桩基础的性能试验方法，包括以下步骤：

a、在循环水槽3中段处放置存砂槽，存砂槽5内放置试验用砂，填砂至存砂槽5高度，在存砂槽5两端放置斜坡木板4，缓慢充水至砂面以上，使砂土充分饱和，静置固结24个小时；