一种用于海上风电安装的桩基防冲刷保护装置的制作方法

本发明涉及海上风电工程，具体涉及一种用于海上风电安装的桩基防冲刷保护装置。

背景技术：

1、海上风力发电是一种清洁环保的发电方式，各国都在大力推广，风能发电仅次于水力发电占到全球可再生资源发电量的16％，我国的海上风力机装机容量也逐年增长，而海上风电桩基基础是支撑整个海上风力机的关键所在。由于海水中时刻存在波浪和涌流，而桩基的存在改变了桩基周围的水流状态，在波浪或涌流靠近桩基时，导致桩基前方区域的水流压力增加形成下潜水流卷起桩基前方的沙土，而桩基两侧的水体流速会加速并在桩基的后方区域形成漩涡并卷起桩基后方区域的沙土，当桩基后方区域的漩涡在桩基后方两侧周期性地产生涡旋脱落时，被漩涡卷起的泥沙散开并被海流带离桩基周围使桩基周围形成冲刷坑，海上风电的桩基周围形成冲刷坑后，会导致桩基的入泥深度变浅，使得桩基的承载力、抗拔力和抗扭转力都变小，给安装于桩基上的风电机组的安全运行带来严重威胁。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于海上风电安装的桩基防冲刷保护装置，以解决上述技术中存在的在波浪和涌流的作用下，在海上风电桩基周围形成冲刷坑，降低了桩基稳定性的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的一个基础方案是：提供一种用于海上风电安装的桩基防冲刷保护装置，包括固沙单元和缓流单元，所述固沙单元包括套设在位于海水中的桩基外并与桩基固定连接的固定筒以及套设在所述固定筒的下部外的固沙组件，所述固沙组件包括套设在所述固定筒外与所述固定筒固定连接的内筒和套设在所述内筒外与所述内筒滑动连接的外筒，所述外筒与所述内筒之间设置有制动组件以使得所述外筒只能沿所述内筒的外壁向下单向滑动，所述内筒和所述外筒的底部均与海床接触，所述缓流单元包括套设在所述固定筒的上部外与固定筒转动连接的旋转筒、与所述旋转筒固定连接的导流弧板和导向板，所述导流弧板与所述旋转筒间留有间隙，所述导流弧板通过第一连接板与所述旋转筒固定连接，所述导流弧板呈半圆形弧板体，所述导流弧板的上端向靠近所述旋转筒方向向上倾斜设置，所述导向板设置于所述旋转筒的背离所述导流弧板的一侧，所述导向板用于在海流来袭时迫使所述旋转筒旋转以使得所述导流弧板朝向海流来袭方向。

3、在上述基础方案中，当海流或涌流来袭时，海流或涌流冲击并推动导向板使得导向板带动旋转筒转动使导流弧板朝向涌流来袭方向，由于导流弧板向上倾斜设置，可以起到将桩基前方来袭的流动水体向上抬升的作用，防止桩基前方水流向下流动，进而减小海流卷动并带走桩基前方沙土的数量，由于外筒与桩基间设置有内筒，因此外筒与桩基间具有一定距离，当海流流经外筒侧面将外筒周围沙土卷走使得外筒底部无沙土支撑外筒时，在外筒的自重下外筒自动向下滑动并始终接触海床，进而使得桩基下部与外筒外部空间之间始终处于被外筒隔离状态，防止外筒与桩基之间的沙土被海流带走使得冲刷坑只能形成于外筒周围，外筒与桩基之间始终填满沙土，提高了桩基稳定性，由于外筒只能沿内筒外壁向下滑动，所以所述内筒和所述外筒均能对桩基进行支撑以防止桩基发生倾斜，进一步提高了桩基的稳定性。

4、进一步，所述导向板竖直设置，导向板的中心平面与所述桩基的轴线共面设置，导向板通过第二连接板与所述旋转筒固定连接，所述第二连接板沿所述桩基的径向设置，所述第二连接板的一端与所述旋转筒固定连接，第二连接板的另一端与所述导向板固定连接。

5、进一步，导流弧板上设置有若干导流孔，所述导流孔的一端贯穿所述缓流弧板的背离所述导向板的弧面，导流孔的另一端位于靠近所述缓流弧板的两侧端处并沿与所述第二连接板的轴线垂直的方向水平贯穿所述缓流弧板的背离所述桩基的弧面。

6、进一步，所述外筒包括多个沿外筒周向依次滑动连接的固沙筒，所述内筒的外壁上竖直设置有与所述固沙筒对应的t型滑轨，所述固沙筒的内壁上设置有与所述t型滑轨配合的t型滑槽，所述制动组件包括多个分别对应于所述t型滑轨与所述t型滑槽设置的制动机构，所述制动机构包括凹设于所述t型滑轨上的多个卡槽和设置于所述t型滑槽内的卡块，多个所述卡槽由上至下依次设置，所述t型滑槽的底壁上凹设有安装槽，所述安装槽内转动连接有与所述卡槽卡合的卡块，所述安装槽内设置有弹性件，在所述弹性件的弹力下所述卡块向斜上方倾斜地伸出所述安装槽外，当所述固沙筒向下滑动时，所述卡块受所述t型滑轨的挤压而转动收回所述安装槽内。

7、进一步，所述固沙筒内设置有的上端开口的存沙腔，所述固沙筒的下端设置成尖刃状，固沙筒的开口处设置有将沙筒的开口封闭的弹性片，固沙筒的外壁设置有泄水孔，泄水孔内设置有过滤网。

8、进一步，所述缓流单元还包括悬浮组件，所述悬浮组件包括多个与所述旋转筒的靠近所述导向板的一侧铰接的长条形的悬浮气囊，所述悬浮气囊的底部竖直设置多根连接杆，所述连接杆上设置有重块。

9、进一步，所述重块套设在所述连接杆外与所述连接杆滑动连接，所述重块下方的连接杆上固定连接有挡块，所述挡块与上方所述重块间的连接杆上套设有弹簧。

10、进一步，所述连接杆上设置有耗能伞，所述耗能伞包括沿所述连接杆的周向均布的多组变形杆，所述变形杆包括一端相互铰接的上连杆和下连杆，所述上连杆的上端与所述重块铰接，所述下连杆的下端与所述挡块铰接，相邻的上连杆之间以及相邻的下连杆之间均连接有柔性布。

11、进一步，所述连接杆上设置至少两个重块和与重块分别配合设置的挡块和耗能伞。

12、本发明至少具有以下有益效果：

13、1，缓流单元的悬浮组件在桩基后方区域对海流进行耗能和干扰，使得海流不能在桩基的后方区域形成周期性的连续漩涡和涡脱，有效降低海床沙土被漩涡卷起并被海流带走的数量；耗能伞随着悬浮气囊的晃动而展开，悬浮气囊的晃动速度越快幅度越大耗能伞就展开越大，耗能伞展开时耗能伞在水体里移动的阻力增大，使得耗能伞有效牵引悬浮气囊减缓悬浮气囊晃动速度和幅度，进而达到减小海流动能，降低形成漩涡和涡脱的概率，进一步减少海床表面泥沙被卷起的概率；

14、2，使用该方案时，不需要将外筒打入海床中，施工简单快捷，当海流流经外筒侧面将外筒周围沙土卷走使得外筒底部无沙土支撑外筒时，在各固沙筒的自重下固沙筒自动向下滑动并使固沙筒的下端始终接触海床沙土，使得桩基下部与外筒外部空间之间始终处于被外筒隔离的状态，防止外筒与桩基之间的沙土被海流带走，冲刷坑只能形成于外筒外围，外筒与桩基之间始终填满沙土，提高了桩基稳定性。

15、3，由于外筒只能沿内筒外壁向下滑动，所以内筒和外筒均能对桩基进行支撑以防止桩基发生倾斜，进一步提高了桩基的稳定性。

16、4，导流弧板向上倾斜设置，当海流冲击导流弧板时海水被向上抬升，防止在海流冲击下桩基前方形成下潜水流，进而防止桩基前方周围的沙粒被下潜水流卷起。

17、5，由于导流弧板与桩基间设置有间隙，在导流弧板的阻挡下，导流弧板与桩基之间的水体紊流速度相对减小，被卷起的沙粒在导流弧板与桩基之间区域被沉降。

18、6，设置的导向板能根据海流方向自动改变导流弧板的位置，使得导流弧板始终朝向海流来袭方向，并使得悬浮组件始终位于桩基后方区域以减少桩基后方区域形成的漩涡和涡脱数量。

19、7，固沙筒设置上端开口的存沙腔并在存沙腔的开口端设置弹性片，固沙筒的外壁设置有安装了过滤网的泄水孔，由于过滤网透水不透沙，当海流快速流过固沙筒外侧时，固沙筒内部的水体会由泄水孔被吸出存沙腔外使得存沙腔内形成负压，沙腔内形成负压迫使弹性片向下打开，固沙筒周围含有沙土的水体由固沙筒的开口处进入固沙筒内，水体里含有的沙土最后被截留在固沙筒内以提高整个外筒的稳定性。

20、8，导流弧板上设置了导流孔，在海流冲击导流弧板前端弧面时，部分高速水体经导流孔的导向后由导流弧板的两侧端处的弧面高速冲出形成多股高速水柱，该多股高速水柱沿垂直于涌流流向的方向冲击流经外筒两侧的涌流，进而导致流经外筒两侧的涌流的方向变化并降低涌流流速，进而减少由于涌流高速流经外筒两侧后在桩基后方区域形成漩涡和涡脱的数量，进一步降低桩基后方区域海床上沙土被卷起带走的数量。

21、9，本方案通过设置缓流单元，能有效减少在桩基周围形成漩涡和涡脱现象以减少桩基周围沙粒被卷动带走，通过固沙单元防止在贴近桩基的周围直接形成冲刷坑，提高了桩基的稳定性。