[发明专利]一种仿生波浪破涡结构及其施工方法

说明书

本发明公开了一种仿生波浪破涡结构，包括多个波浪单体结构；多个波浪单体结构，沿着目标防护结构四周外壁的圆周方向交替排列分布；每个波浪单体结构顶部的波浪单体结构上边缘，与目标防护结构上边缘固定连接；每个波浪单体结构底部的波浪单体结构下边缘，与目标防护结构下边缘固定连接；每个波浪单体结构包括多个波浪单体单元，多个波浪单体单元沿着目标防护结构的轴向分布；每个波浪单体结构的两侧边缘，在目标防护结构的外侧壁上，呈正弦曲线的形状进行分布。本发明还公开了一种仿生波浪破涡结构的施工方法。本发明通过仿生波浪破涡的方式，能够减少基础结构的涡激振动现象和局部冲刷的深度，提高基础结构在海洋恶劣环境中的可靠性和适应性。

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，特别是涉及一种仿生波浪破涡结构及其施工方法。

背景技术

随着风力发电机组装机数量不断扩大，单机容量不断增大，海上风电基础结构形式所适用的水深，由近海浅水区域不断走向远海深水区域，这对风力发电机基础的适应性和可靠性，提出了更高的要求。

不论是适用于浅水的桩基础、筒形基础，还是适用于中、高水深的导管架基础和浮式基础，其基础结构本身或其附属结构(系泊缆)均会受到海洋水动力环境的影响而产生涡流。当雷诺数达到一定数值时，基础结构背流面出现反对称交叉排列的卡门涡街，并且随着时间的发展而发生周期性脱落。当基础结构及其附属结构在流体中的自振频率与横向作用压力频率接近时，就会发生剧烈的共振现象，产生涡激振动，导致结构疲劳寿命降低和结构损伤，最终危及整个工程的安全。

此外，涡流同时也是产生近床面泥沙局部冲刷的重要因素，当涡流所产生的启动流速大于泥沙的临街启动流速时，海床的泥沙颗粒将会在各种旋涡形态的作用下发生悬浮、推移以及部分沉降，最终在海床面掏空形成冲坑，进而降低基础整体承载力，造成结构倾倒歪斜和失效破坏。

目前，关于破涡减震设施的研究，还集中在陆上桥梁吊索、风机塔筒等陆上结构物上，对于来流角度不同的涡流所形成的破涡效果差，且无法解决海上领域所面临的涡致冲刷的难题。

因此，目前迫切需要开发出一种技术，能够解决以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种仿生波浪破涡结构及其施工方法。

为此，本发明提供了一种仿生波浪破涡结构，包括多个波浪单体结构；

多个波浪单体结构，沿着目标防护结构四周外壁的圆周方向交替排列分布；

每个波浪单体结构顶部具有的波浪单体结构上边缘，与目标防护结构上边缘固定连接；

每个波浪单体结构底部具有的波浪单体结构下边缘，与目标防护结构下边缘固定连接；

每个波浪单体结构，包括相互连接的多个波浪单体单元，这多个波浪单体单元沿着目标防护结构的轴向，分布在目标防护结构的侧壁上，并且任意相邻的两个波浪单体单元为上下对称分布；

每个波浪单体结构的两侧边缘，在目标防护结构的外侧壁上，呈正弦曲线的形状进行分布；

正弦曲线的波长λ和幅值ω，分别依据目标防护结构的长度L和直径D而定；

正弦曲线的波长λ，不大于L/2；

正弦曲线的幅值ω，大于D/10且小于D/5；

任意相邻的两个波浪单体结构，相差λ/2相位。

此外，本发明还提供了一种如前面所述的仿生波浪破涡结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，缝合成型：使用土工布，通过缝合获得多个两侧边缘形状呈正弦曲线分布的波浪单体结构，每个波浪单体结构内部留有中空的气流通道，并且包括相互连接的多个中空的波浪单体单元；