海上风电复合防冲刷装置

技术领域

本发明涉及海上风电领域，尤其是涉及一种海上风电复合防冲刷装置。

背景技术

风能作为一种清无害的可再生能源，日益受到人类重视。其中相对于陆地风能而言，海上风能资源不仅具有较高的风速，而且距离海岸线较远，不受噪音限值的影响，允许机组制造更为大型化。

海上风电基础是支撑整个海上风力机的关键所在，成本约占整个海上风电投资的20％至25％，而海上风力发电机发生的事故多为桩基基础不稳造成的。由于波浪和潮流的作用，海上风电桩基基础周围的泥沙将会发生冲刷并形成冲坑，冲刷坑将会对桩基基础的稳定性产生影响。此外，在海床表面附近夹杂着泥沙的水流不断冲刷着桩基基础，腐蚀破坏桩基基础表面，严重时会造成海上风力机机组的坍塌。目前采用的海上风电桩基基础的防冲刷装置，主要为抛石防护法。但是抛石防护的整体性较差，运用过程中的维护费用和工作量较大。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

在实际应用过程中，由于海浪和潮汐的作用，海水直接对海上风电桩基基础冲刷，海水的冲击力直接作用于海上风电桩基基础的表面，呈现向下的卷掘旋涡结构，旋涡结构将海床上的沉积物卷升起来，并进一步将其带远离桩基周围的地方，形成了冲刷坑，冲刷坑的形成使得桩基础深度变浅，影响桩基基础的稳定性，另一方面，海水在桩基基础表面极易形成腐蚀坑，腐蚀坑随着海水冲刷不断变大进而扩大对桩基基础表面的影响，破坏力逐渐增强，严重时会造成海上风力机机组的坍塌。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种具有良好的防冲刷性能的海上风电复合防冲刷装置。

根据本发明实施例的海上风电复合防冲刷装置包括：桩基础，所述桩基础包括在其轴向上相互连接的第一部分和第二部分，所述第二部分埋入海床中，所述海床具有海床面，所述第一部分位于所述海床面的上方；消能箱，所述消能箱为环形并套设在所述第一部分上，所述消能箱限定出消能腔，所述消能箱包括在所述桩基础的径向上间隔设置的内筒和外筒，所述外筒套设所述内筒，所述内筒套设所述第一部分且与所述第一部分间隔开，所述消能腔位于所述内筒和所述外筒之间，所述内筒上设有第一消能孔，所述外筒上设有第二消能孔；和底板，所述底板与所述消能箱的底部相连且环绕所述第一部分设置，所述底板从所述消能箱的底部向四周延伸以覆盖所述桩基础附近的海床面，所述底板止抵在所述海床面上。

根据本发明实施例的海上风电复合防冲刷装置，通过消能箱和底板的设置，将海水中的急流或主流转化为均匀的缓流，减小海水对桩基础的冲击，抑制了马蹄形漩涡的形成，具有良好的防冲刷性能。

在一些实施例中，所述底板的上表面设有若干扰流件，所述扰流件从所述底板的上表面向上突出，若干所述扰流件围绕所述第一部分设置。

在一些实施例中，若干所述扰流件中的一部分在所述第一部分的径向上错开地设置。

在一些实施例中，靠近所述第一部分的所述扰流件和远离所述第一部分的所述扰流件具有不同高度。

在一些实施例中，所述第一消能孔包括多个，多个所述第一消能孔在所述内筒的轴向上和/或所述内筒的周向上间隔排布，所述第二消能孔包括多个，多个所述第二消能孔在所述外筒的轴向上和/或所述外筒的周向上间隔排布。

在一些实施例中，在所述第一部分的径向上，所述第一消能孔和所述第二消能孔错开设置。

在一些实施例中，所述第一消能孔的密度向靠近所述海床面的方向变大，和/或，所述第二消能孔的密度向靠近所述海床面的方向变大。

在一些实施例中，所述外筒的外周面包括朝向潮流方向的正面、所述正面相对的背面以及两个侧面，在所述正面和所述背面上分布的所述第二消能孔的密度均大于在所述两个侧面上分布的所述第二消能孔的密度。

在一些实施例中，所述外筒的外周面设有凸起，或者，所述外筒的外周面构造出向外突出的凸起结构。

在一些实施例中，所述第一消能孔为椭圆形孔或长圆孔，和/或，所述第二消能孔为椭圆形孔或长圆孔。

附图说明

图1是根据本发明实施例的海上风电复合防冲刷装置的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的海上风电复合防冲刷装置的安装在海床面上的结构示意图。

图3是根据本发明实施例的海上风电复合防冲刷装置的消能箱的结构示意图。

图4是根据本发明实施例的海上风电复合防冲刷装置的底板的结构示意图。

附图标记：

海上风电复合防冲刷装置100；

桩基础1；第一部分11；第二部分12；

消能箱2；内筒21；第一消能孔211；外筒22；第二消能孔221；凸起23；

底板3；扰流件31；第一扰流件311；第二扰流件312。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图1-4描述根据本发明实施例的海上风电复合防冲刷装置。

如图1-4所示，根据本发明实施例的海上风电复合防冲刷装置包括桩基础1、消能箱2和底板3。

桩基础1包括在其轴向上相互连接的第一部分11和第二部分12，第二部分12埋入海床中，海床具有海床面，第一部分11位于海床面的上方。具体地，如图2所示，桩基础1在上下方向上分为第一部分11和第二部分12，桩基础1向下埋入海床中，桩基础1位于海床面上方的是第一部分11，第二部分12埋入海床面下的海床中。

消能箱2为环形并套设在第一部分11上，消能箱2限定出消能腔(图中未示意出)，消能箱2包括在桩基础1的径向上间隔设置的内筒21和外筒22，外筒22套设内筒21，内筒21套设第一部分11且与第一部分11间隔开，消能腔位于内筒21和外筒22之间，内筒21上设有第一消能孔211，外筒22上设有第二消能孔221。具体地，如图1-3所示，消能箱2环状套设在第一部分11上，消能箱2在内外方向上具有外筒22和内筒21，内筒21和外筒22间隔设置形成消能腔，内筒21的内周面和第一部分11的外周面间隔设置，内筒21上设有贯穿内筒21周壁的第一消能孔211，外筒22上设有贯穿外筒22的周壁的第二消能孔221，且第一消能孔211和第二消能孔221均与消能腔连通。

可以理解的是，消能箱2的形状本发明不做限制，消能箱2可以为任一形状的环状物，例如：消能箱2可以为圆环形、椭圆环形、或外筒22为圆形，内筒21为矩形，或外筒22为矩形，内筒21为圆环形等等，为了加工制造的方便和节省成本，本发明采用消能箱2为圆环形，另外关于消能箱2与桩基础1的安装方式，本发明也不做限制，例如可通过连接杆的两端分别与消能箱2与桩基础1固定起来，从而将消能箱2固定在桩基础1上。

底板3与消能箱2的底部相连且环绕第一部分11设置，底板3从消能箱2的底部向四周延伸以覆盖桩基础1附近的海床面，底板3止抵在海床面上。具体地，如图1-4所示，底板3设在消能箱2的下方，底板3沿内外方向向外延伸以以覆盖桩基础1附近的海床面，且底板3的底面与海床面止抵配合。

当潮流冲向消能箱2时，由于第二消能孔221贯穿外筒22的周壁，潮流能够通过第二消能孔221进入消能箱2的内部，减小了对桩基础1的第一部分11的直接冲击力，而且潮流在消能腔进行消能，效能后的潮流从内筒21的第一消能孔211流出抑制了马蹄形漩涡的形成，使海水中的急流或主流进入消能箱2后尽快消能减冲，转化为均匀的缓流，具有简单高效的特点。

根据本发明实施例的海上风电复合防冲刷装置100，通过消能箱2的设置，将海水中的急流或主流转化为均匀的缓流，减小海水对桩基础1的冲击，抑制了马蹄形漩涡的形成，具有良好的防冲刷性能。

根据本发明实施例的海上风电复合防冲刷装置100，通过底板3与消能箱2的底部相连且环绕第一部分11设置，底板3可覆盖在第一部分11的四周的海床面上，有效地保护了桩基础1周围的土体，防止第一部分11的海床面受到潮流的冲刷，避免冲刷坑的形成，提高了消能箱2的稳定性，从而提高了桩基础1的的稳定性。

底板3的上表面设有若干扰流件31，扰流件31从底板3的上表面向上突出，若干扰流件31围绕第一部分11设置。具体地，如图4所示，底板3的表面设有向上凸出的多段扰流件31，多段扰流件31环绕在第一部分11的外周面，每段扰流件31与第一部分11的外周面沿内外方向间隔设置，当潮流接触扰流件31时，扰流件31能够“打散”潮流，局部改变潮流的流速和方向，使潮流的能量在一定程度上得以消散，桩基础1前方不会产生较大的马蹄形漩涡，从而在源头上抑制了马蹄型漩涡的形成。

若干扰流件31中的一部分在第一部分11的径向上错开地设置。具体地，如图1-2和4所示，多段扰流件31可分为多段第一扰流件311和多段第二扰流件312，多段第一扰流件311沿底板3的周向间隔设置，多段第二扰流件312沿底板3的周向间隔设置，多段第一扰流件311位于多段第二扰流件312的外侧，多个第二扰流件312的至少部分位于相邻两个第一扰流件311之间，由此，第一扰流件311和第二扰流件312在内外方向上彼此错开，从而通过第一扰流件311和第二扰流件312进一步潮流的能量在一定程度上得以消散，杀跌扰流件31设置更加合理。

靠近第一部分11的扰流件31和远离第一部分11的扰流件31具有不同高度。具体地，如图1-2和4所示，第一扰流件311在上下方向上的高度大于第二扰流件312在上下方向上的高度，或第一扰流件311在上下方向上的高度小于第二扰流件312在上下方向上的高度，由此增加了扰流件31的不规则程度，进一步减弱了潮流的能量。

在一些实施例中，第一消能孔211包括多个，多个第一消能孔211在内筒21的轴向上具体地，如图1-3所示，第一消能孔211的设置方式有多种，例如：多个第一消能孔211沿上下方向间隔设置，或多个第一消能孔211沿内筒21的周向间隔设置，或多个第一消能孔211沿内筒21的周向间隔设置以形成一排第一消能孔211，第一消能孔211为多排且沿上下方向间隔设置。

在一些实施例中，内筒21的周向上间隔排布，第二消能孔221包括多个，多个第二消能孔221在外筒22的轴向上和/或外筒22的周向上间隔排布。具体地，如图1-3所示，第二消能孔221的设置方式有多种，例如：多个第二消能孔221沿上下方向间隔设置，或多个第二消能孔221沿内筒21的周向间隔设置，或多个第二消能孔221沿内筒21的周向间隔设置以形成一排第二消能孔221，第二消能孔221为多排且沿上下方向间隔设置。

在第一部分11的径向上，第一消能孔211和第二消能孔221错开设置。具体地，如图1-3所示，第一消能孔211和第二消能孔221在内外方向间隔设置，第一消能孔211和第二消能孔221彼此错开，可防止潮流从第二消能孔221流入消能腔后直接流出第一消能孔211，延长了潮流在消能箱2内的时间，增加潮流的消能效果，从而进一步提高了消能的效果。

桩基础1在实际使用的过程中，第一部分11越靠近海床面的位置受到的潮流冲击越大，产生马蹄形漩涡的可能性也越大。因此，在一些实施例中，第一消能孔211的密度向靠近海床面的方向变大，具体地，沿靠近海床面的方向，第一消能孔211设置逐渐密集，即：相邻的两个第一消能孔211在上下方向之间的间隔逐渐减小，或相邻的两个第一消能孔211在内筒21的周向之间的距离逐渐减小，由此，可以有效减少马蹄形漩涡的产生，增强桩基础1的防冲刷能力和实用性。

第二消能孔221的密度向靠近海床面的方向变大。具体地，沿靠近海床面的方向，第二消能孔221设置逐渐密集，即：相邻的两个第二消能孔221在上下方向之间的间隔逐渐减小，或相邻的两个第二消能孔221在内筒21的周向之间的距离逐渐减小，由此，可以有效减少马蹄形漩涡的产生，增强桩基础1的防冲刷能力和实用性。

在相关技术中，桩基础1布置在浅水区域，浅水区域中，涨潮和退潮时，潮流主要沿着与海岸线近似垂直的方向靠近海岸线或者远离海岸线，所以桩基础1面向海岸线的一面和背对海岸线的一面是潮流主要冲击的地方。在桩基础1的这两个地方，承受潮流的冲击力较大，旋涡造成的冲刷坑的数量较多也较大。桩基础1的其余两个侧面的延伸方向与潮流方向一致，潮流对桩基础1剩下两个侧面主要是摩擦力和较小的冲击力。因此，在一些实施例中，外筒22的外周面包括朝向潮流方向的正面、正面相对的背面以及两个侧面，在正面和背面上分布的第二消能孔221的密度均大于在两个侧面上分布的第二消能孔221的密度。具体地，定义外筒22外周面朝向潮流方向为正面，背离潮流方向为侧面，以及与正面和背面相连的面为侧面(例如：潮流呈东西流动，南北流动的潮流很少出现。外筒22的东面为正面，外筒22的西面为背面，或外筒22的西面为正面，外筒22的东面为背面，外筒22的南北两面为侧面)，由此，考虑到经济效率，根据实际情况设置外筒22的正面、背面和两侧面的第二消能孔221的密度，从而减小消能箱2的成本，使得消能箱2设置的更加合理。

在一些实施例中，外筒22的外周面设有凸起23，或者，外筒22的外周面构造出向外突出的凸起23结构。具体地，如图1-3所示，外筒22的外周面设有沿内外方向向外凸出的凸起23或凸起23结构，由此，通过凸起23或凸起23结构“打散”潮流，局部改变潮流的流速和方向，使潮流的能量在一定程度上得以消散，从而使得沿第一部分11前方不会产生较大的马蹄形漩涡，从而在源头上抑制了马蹄型漩涡的形成。

在一些实施例中，内筒21的外径为D

外筒22的外径为D

在一些实施例中，消能腔在第一部分11的径向上的宽度为为0.01D

消能箱2上的第一消能孔211和第二消能孔221形状影响桩基础1的消能减冲效果，在一些实施例中，第一消能孔211为椭圆形孔或长圆孔。具体地，第一消能孔211可以为上下为半圆，中间为方形的人孔形状，或第一消能孔211也可以为椭圆形，由此，能够在不影响桩基础1的结构性能的同时进一步增强桩基础1的消能减冲效果和桩基础1的防冲刷能力，具有结构简单、环保节能、使用寿命长的特点。

第二消能孔221为椭圆形孔或长圆孔。具体地，第二消能孔221可以为上下为半圆，中间为方形的人孔形状，或第二消能孔221也可以为椭圆形，由此，能够在不影响桩基础1的结构性能的同时进一步增强桩基础1的消能减冲效果和桩基础1的防冲刷能力，具有结构简单、环保节能、使用寿命长的特点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。