一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置的制作方法

1.本发明涉及桩基防冲刷技术领域，具体涉及一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置。


背景技术：

2.风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术，在陆地风电场建设快速发展的同时，人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制，例如占地面积大、噪声污染等问题。由于海上丰富的风能资源和海上风电技术的可行性，海洋将成为一个迅速发展的风电市场，欧美海上风电场已处于大规模开发的前夕，我国东部沿海水深50m以内的海域面积辽阔，而且距离电力负荷中心很近，随着海上风电场技术的发展成熟，风电必将会成为我国东部沿海地区可持续发展的重要能源来源。
3.海上风电桩基是支撑风电设备的结构，海上风力发电机在承受海水的冲刷和冲击时，其桩基周围的泥沙会被海水冲刷并形成冲坑，冲坑将会对风电桩基基础的稳定性产生影响，从而导致风电设备倾斜倒塌。在现有技术中，都是采用对风电桩基周边基泥沙进行加固的方式，防止风电设备的倾斜倒塌的，但该方式存在施工困难、并需要定期水下作业进行维护的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，以解决现有桩基加固方式需要定期水下维护的技术问题。
5.本发明所采用的技术方案为：一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，包括：
6.固定部，所述固定部用于固定设置于海底；
7.安装部，所述安装部设置于所述固定部的上方，用于安装风电设备；
8.筛沙部，所述筛沙部包括设置于所述安装部的下方的筛沙圈和叶轮，所述筛沙圈从上到下依次设有进水口、搅拌腔和出沙口，且所述筛沙圈的侧面设有与所述搅拌腔连通的排水孔；所述叶轮可水平转动的设置于所述搅拌腔内，以使所述搅拌腔内的泥沙和海水在离心力的作用下分离、并分别从所述出沙口和所述排水孔排出，同时使含沙海水从所述进水口进入所述搅拌腔。
9.优选的，所述装置还包括压沙部和升降部，所述压沙部套设于所述固定部上，所述升降部设置于所述安装部的下方，用于驱动所述压沙部升降。
10.优选的，所述升降部包括液压缸、连接盘和连接杆，所述液压缸的顶端与所述安装部固定连接，底端与所述连接盘固定连接，所述连接盘与通过连接杆与所述压沙部固定连接。
11.优选的，所述筛沙部还包括防水电机和安装座，所述安装座通过支撑杆固定设置于所述筛沙圈上方，并位于所述连接盘下方，所述防水电机固定安装于所述安装座上。
12.优选的，所述筛沙圈与所述压沙部固定连接，且所述筛沙圈与所述压沙部的下表
面平齐。
13.优选的，所述叶轮与所述筛沙圈之间设有间隙，在所述间隙中沿所述筛沙圈轴向设有拦沙网，且所述拦沙网设置于所述排水孔的上游端。
14.优选的，所述排水孔为沿所述筛沙圈周向设置的长条状槽孔。
15.优选的，所述固定部的数量为2个或3个，且每个所述固定部上均设有用于与海底抵接的底座。
16.优选的，所述固定部包括轴向设置并连接的立柱和预埋柱，所述预埋柱的底端预埋于所述海底，所述立柱的顶端与所述安装部固定连接。
17.优选的，所述安装部包括安装基座，所述安装基座、立柱和预埋柱一体成型。
18.本发明的有益效果：
19.1、本发明采用添沙加固的方式对风电桩基进行固定，在安装部下方设置筛沙圈和叶轮，通过叶轮在筛沙圈内的水平转动，使得进入筛沙圈的搅拌腔中的海水跟随叶轮转动，并在离心力的作用下分离为泥沙和海水，海水可在离心力的作用下从筛沙圈侧面的排水孔中排出，而泥沙在离心力和筛沙圈内壁的双重作用下，逐渐在筛沙圈内壁上聚集成块，并从筛沙圈底部的出沙口下落至固定部上，实现桩基的添沙加固，避免海浪冲刷导致固定部周边的基础层脱离和出现凹坑，从而达到防冲刷的目的。
20.2、本发明采用压沙加固的方式对风电桩基上的泥沙进行固定，在安装部的下方设置升降部，并在固定部上套设与升降部连接的压沙部，当筛沙部分离出的泥沙下落于风电桩基的固定部上时，可通过升降部驱动压沙部在固定部上升降，以将添加至固定部周边的泥沙压实，进而实现风电桩基的添沙加固，使得固定部周边基础层始终保持平整与密实，从而可以避免工人的水下作业，减少了大量的维护成本。
21.3、本发明在筛沙圈上沿其圆周方向设有长条状的排水孔，当筛沙圈内的海水在离心力的作用下经排水孔排出后，一是可以抵消海水对风电桩基的冲击作用，二是可以搅动风电桩基附近的海水，并使风电桩基周边的海水经筛沙圈顶端的进水口进入搅拌腔，实现搅拌腔内外海水的循环流动，而流动的海水会夹杂泥沙进入筛沙圈的搅拌腔。
22.4、本发明在排水孔的上游端设有拦沙网，该拦沙网可在海水的搅动过程中，阻碍海水中的泥沙进入排水孔，并使泥沙聚集下落，从而使得分离后的泥沙下落于风电桩基底部，实现风电桩基的添沙加固。
23.5、本发明使用三个固定部对安装部进行支撑，可利用三角形的稳定性原理，配合固定部与安装部的一体成型设计，可以提高整个装置的稳定性。
附图说明
24.图1为本发明的海上风电桩基的自维护防冲刷装置的立体示意图；
25.图2为本发明的海上风电桩基的自维护防冲刷装置的主视图；
26.图3为筛沙部与压沙部的连接示意图；
27.图4为筛沙圈与叶轮的位置关系俯视图；
28.图5为筛沙圈的结构示意图。
29.图中附图标记说明：
30.10、固定部；
31.11、立柱；12、预埋柱；13、底座；
32.20、安装部；
33.30、筛沙部；
34.31、筛沙圈；32、叶轮；33、防水电机；34、安装座；35、拦沙网；36、支撑杆；
35.311、进水口；312、搅拌腔；313、出沙口；314、排水孔；
36.40、压沙部；
37.50、升降部；
38.51、液压缸；52、连接盘；53、连接杆。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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。
42.此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
43.实施例，如图1-图5所示，一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，用于对风电桩基周边的泥沙基础层进行加固，以防止风电设备倾倒，该装置包括：
44.固定部10，该固定部10用于固定设置于海底；
45.安装部20，该安装部20设置于固定部10的顶端，用于安装风电设备；
46.筛沙部30，该筛沙部30包括设置于安装部20下方的筛沙圈31和叶轮32；筛沙圈31整体呈圆筒状，其顶端为进水口311，底端为出沙口313，且筛沙圈31的内腔为用于固液分离的搅拌腔312，在筛沙圈31的外圆周面上设有与搅拌腔312连通的排水孔314；叶轮32同轴并可水平转动的设置于搅拌腔312内，以通过叶轮32在搅拌腔312内的间歇性转动，使搅拌腔312内的泥沙和海水在离心力的作用下分离、并分别从出沙口313和排水孔314排出，同时使海水从筛沙圈31的进水口311进入搅拌腔312，实现搅拌腔312内外海水的循环流动。
47.本技术采用添沙加固的方式对风电桩基进行固定，通过在安装部20下方设置筛沙圈31和叶轮32当叶轮32在筛沙圈31内水平转动时，筛沙圈31的搅拌腔312中的海水跟随叶轮32转动，并在离心力的作用下分离为泥沙和海水，海水可在离心力的作用下从筛沙圈31侧面上的排水孔314中排出，而泥沙在离心力和筛沙圈31内壁的的双重作用下，逐渐载筛沙圈31内壁上聚集，并从筛沙圈31底部的出沙口313下落至固定部10上，从而实现风电桩基的
添沙加固，避免海浪冲刷导致固定部10周边的基础层脱离和出现凹坑，从而达到防冲刷的目的。
48.在一具体实施例中，如图1、图2、图3所示，该装置还包括压沙部40和升降部50，压沙部40可升降的套设于固定部10上，升降部50固定设置于安装部20的下方，用于驱动压沙部40升降。如此设置，当筛沙部30分离出的泥沙下落于风电桩基的固定部10周边时，可通过升降部50驱动压沙部40在固定部10上升降，从而将添加至固定部10周边的泥沙压实，使得固定部10周边基础层始终保持平整与密实，通过这样的方式可以做到风电桩基基础层的自修复，从而可以避免人工水下作业，减少了大量的维护成本。
49.优选的，压沙部40包括压沙圈，该压沙圈的内孔套设在固定部10上，以使压沙圈可沿固定部10的轴向上下移动。
50.更优选的，升降部50可为任意一种具有升降功能的机械结构，下面仅作为示例性说明详细介绍其中一种，如图1、图2所示，升降部50包括液压缸51、连接盘52和连接杆53，安装部20包括圆盘状的安装基座，液压缸51顶部的缸体端与安装基座同轴固定连接，底部的活塞端与连接盘52同轴固定连接，多根连接杆53沿连接盘52的轴线圆周均布，且连接杆53的顶端与连接盘52固定连接，底端与压沙部40固定连接。如此设置，可通过液压缸51的伸缩驱动压沙部40在固定部10上的升降，实现固定部10周边泥沙的压实作业。
51.需要说明的是，在液压缸51的伸缩过程中，液压缸51需要始终位于海面之上，如此设置，一是可以避免液压缸51处于海水中，影响其推动力，二是可以避免海水对液压缸51的侵蚀，延长整个装置的使用寿命。
52.在一具体实施例中，如1、图2图所示，筛沙部30还包括防水电机33和安装座34，安装座34设置于筛沙圈31和连接盘52之间，并通过多个支撑杆36与筛沙圈31固定连接于筛沙圈31上方，防水电机33固定安装于安装座34上，且防水电机33的动力输出轴贯穿安装座34并与搅拌腔312内的叶轮32传动连接。如此设置，使用支撑杆36和安装座34在筛沙圈31的上方固定设置防水电机33，可通过防水电机33的动力输出轴驱动搅拌腔312内叶轮32转动，不仅实现搅拌腔312内泥沙和海水的分离，还实现搅拌腔312内外海水的循环流动，使得风电桩基周边海水由筛沙圈31顶部的进水口进入搅拌腔312，然后从筛沙圈31侧面的排水孔314排出，也便于搅拌腔312内泥沙的下落。
53.优选的，防水电机33应选用具有防水壳的电机。因为在电机的外部安装防水壳，可以起到防水隔离的作用，防止长期浸泡在海水中电机因海水进入而损坏。
54.更优选的，在叶轮32的表面上设置有防锈防腐涂层。如此设置，通过在叶轮32的表面涂抹防腐蚀和防锈的涂料，可以提高叶轮32的整体使用寿命，减少维修的时间和频率，从而达到便于维修的目的。
55.在一具体实施例中，如图1、图2、图3、图4所示，多个压沙部40环绕筛沙圈31设置，筛沙圈31的侧面与压沙部40的侧面固定连接，筛沙圈31与压沙部40的下表面平齐。如此设置，可使压沙部40和筛沙圈31同时压实固定部10周边的泥沙，使得固定部10周边基础层保持水平，从而达到便于压实的目的。
56.在一具体实施例中，如图5所示，叶轮32的径向尺寸小于筛沙圈31的内径尺寸，使得叶轮32与筛沙圈31之间形成一间隙，在该间隙中沿筛沙圈31轴向设有拦沙网35，拦沙网35与排水孔314为一一对应关系，且拦沙网35设置于排水孔314的上游端。如此设置，是因为
泥沙与海水在离心力的作用下分离后，海水受到的离心力较小，可以从排水孔314排放出去，且不受拦沙网35的影响；泥沙受到的离心力较大，会集中分布在间隙和筛沙圈31内壁上，但随着海水的流动，位于间隙中的部分泥沙会跟随海水从排水孔314中排放出去，导致该部分泥沙无法利用，所以在排水孔314的上游设置拦沙网35，可将间隙中随海水流动的泥沙拦截下来，并在重力作用下下落到固定部10周边，最大程度的实现分离泥沙的利用。
57.在一具体实施例中，如图2、图3、图4所示，排水孔314为沿筛沙圈31周向设置的长条状槽孔。如此设置，是因为长条状槽孔既便于搅拌腔312内海水的排出，又可以降低排水孔314在筛沙圈31轴向上的尺寸，从而降低泥沙随海水的排出量，同时从长条状槽孔排出的海水在离心力的作用下，不仅可以搅动风电桩基周边的海水，还可以降低海浪对风电桩基的冲击效果。
58.在一具体实施例中，如图1、图3所示，固定部10的数量应为多个，并与压沙部40为一一对应关系，比如2个或3个。当固定部10的数量为3个时，3个固定部10应设置于等边三角形的三个顶角上，同时在每个固定部10上均设有用于与海底抵接的底座13。如此设置，通过多个固定部10对安装基座进行支撑，相对于单支撑结构而言，多支撑更加稳定；当风电桩基承受海浪的冲击时，风电设备安装在安装基座上会更加的平稳，不会产生晃动，从而达到稳定结构的目的。
59.优选的，每个固定部10均包括立柱11和预埋柱12，立柱11同轴固定连接于预埋柱12的顶端，预埋柱12的底端预埋于海底的预埋孔中，底座13压实于海底上，且安装基座、立柱11和预埋柱12一体成型。如此设置，将预埋柱12固定设置于海底的预埋孔中，配合安装基座、立柱11和预埋柱12的一体成型，相对于通过连接件固定和焊接，整个装置的主体结构采用一体成型结构，可以提高装置的耐冲击力。
60.本技术的自维护防冲刷装置的使用过程如下：
61.本装置在使用时，先将配套使用的液压缸51和防水电机33分别安装在安装基座的下方并固定，然后将现将风电桩基的立柱11和预埋柱12放入海里，使预埋柱12深入海底中的预埋孔中并固定，最后将风电设备架设在安装基座上并固定。当海浪冲刷立柱11时，启动防水电机33，防水电机33的动力输出轴端带动叶轮32转动，用于搅拌位于搅拌腔312内的海水，泥沙和海水在离心力的作用下分离，海水从筛沙圈31侧面的排水孔314排出并搅动风电桩基周边的海水，海水的流动会带动泥沙从筛沙圈31顶部进水口311进入搅拌腔312，从而将风电桩基周边远处的泥沙吸至其周边近处，并通过压实圈对泥沙的压实作用，保持风电桩基的预埋柱12周围的基础层的完成，避免海浪冲刷导致预埋柱12周围出现凹坑，从而达到防冲刷的目的。
62.与现有技术相比，本技术至少具有以下有益技术效果：
63.1、本技术在安装基座的下方设有筛沙圈31和叶轮32，当叶轮32在筛沙圈31的搅拌腔312中转动时，不仅可以使搅拌腔312内的海水与泥沙在离心力的作用下分离，从筛沙圈31侧面排水孔314中排出的海水还会带动安装基座附近的泥沙往其下方移动，海水的流动可以风电桩基周围的泥沙吸引至设备安装基座下方，避免海浪冲刷导致立柱11和预埋柱12周围的基础层脱离和出现凹坑，从而达到防冲刷的目的。
64.2、本技术在安装基座的下方设有液压缸51，液压缸51与预埋柱12上的压实圈连接，可以在防水电机33运行时或运行后带动筛沙圈31和压实圈上下移动，而筛沙圈31与压
实圈的同时向下移动，可以将下落至安装基座下方的泥沙压实于预埋柱12周边，使得预埋柱12周围基础层始终保持平整与密实，通过这样的方式可以做到风电桩基的基础层的自修复，从而可以避免人工水下作业，减少了大量的维护成本。
65.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，其特征在于，包括：固定部(10)，所述固定部(10)用于固定设置于海底；安装部(20)，所述安装部(20)设置于所述固定部(10)的上方，用于安装风电设备；筛沙部(30)，所述筛沙部(30)包括设置于所述安装部(20)的下方的筛沙圈(31)和叶轮(32)，所述筛沙圈(31)从上到下依次设有进水口(311)、搅拌腔(312)和出沙口(313)，且所述筛沙圈(31)的侧面设有与所述搅拌腔(312)连通的排水孔(314)；所述叶轮(32)可水平转动的设置于所述搅拌腔(312)内，以使所述搅拌腔(312)内的泥沙和海水在离心力的作用下分离、并分别从所述出沙口(313)和所述排水孔(314)排出，同时使含沙海水从所述进水口(311)进入所述搅拌腔(312)。2.根据权利要求1所述的一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，其特征在于，所述装置还包括压沙部(40)和升降部(50)，所述压沙部(40)套设于所述固定部(10)上，所述升降部(50)设置于所述安装部(20)的下方，用于驱动所述压沙部(40)升降。3.根据权利要求2所述的一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，其特征在于，所述升降部(50)包括液压缸(51)、连接盘(52)和连接杆(53)，所述液压缸(51)的顶端与所述安装部(20)固定连接，底端与所述连接盘(52)固定连接，所述连接盘(52)与通过连接杆(53)与所述压沙部(40)固定连接。4.根据权利要求3所述的一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，其特征在于，所述筛沙部(30)还包括防水电机(33)和安装座(34)，所述安装座(34)通过支撑杆(36)固定设置于所述筛沙圈(31)上方，并位于所述连接盘(52)下方，所述防水电机(33)固定安装于所述安装座(34)上。5.根据权利要求4所述的一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，其特征在于，所述筛沙圈(31)与所述压沙部(40)固定连接，且所述筛沙圈(31)与所述压沙部(40)的下表面平齐。6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，其特征在于，所述叶轮(32)与所述筛沙圈(31)之间设有间隙，在所述间隙中沿所述筛沙圈(31)轴向设有拦沙网(35)，且所述拦沙网(35)设置于所述排水孔(314)的上游端。7.根据权利要求6所述的一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，其特征在于，所述排水孔(314)为沿所述筛沙圈(31)周向设置的长条状槽孔。8.根据权利要求1所述的一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，其特征在于，所述固定部(10)的数量为2个或3个，且每个所述固定部(10)上均设有用于与海底抵接的底座(13)。9.根据权利要求8所述的一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，其特征在于，所述固定部(10)包括轴向设置并连接的立柱(11)和预埋柱(12)，所述预埋柱(12)的底端预埋于所述海底，所述立柱(11)的顶端与所述安装部(20)固定连接。10.根据权利要求9所述的一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，其特征在于，所述安装部(20)包括安装基座，所述安装基座、立柱(11)和预埋柱(12)一体成型。

技术总结
本发明公开了桩基防冲刷技术领域的一种海上风电桩基的自维护防冲刷装置，包括固定部，固定部用于固定设置于海底；安装部，安装部设置于固定部的上方，用于安装风电设备；筛沙部，筛沙部包括设置于安装部的下方的筛沙圈和叶轮，筛沙圈从上到下依次设有进水口、搅拌腔和出沙口，且筛沙圈的侧面设有与搅拌腔连通的排水孔；叶轮可转动的设置于搅拌腔内。本发明通过叶轮在筛沙圈内的水平转动，使得泥沙和海水在离心力的作用下分离、并分别从出沙口和所述排水孔排出，同时使海水从进水口进入搅拌腔，分离后的泥沙下落于固定部周边，可避免海浪冲刷导致固定部周边的基础层脱离和出现凹坑，从而达到防冲刷的目的。从而达到防冲刷的目的。从而达到防冲刷的目的。


技术研发人员：张旭 周绍武 林毅峰 姜娟
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：2022.02.11
技术公布日：2023/8/23