CN104411890A - 用于近海建筑物的防冲刷保护的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于近海建筑物（2）的防冲刷保护的设备（1）。为了获得持久的、成本低廉的、并且在此情况下有效的保护，提出该设备（1）包括一个或多个彼此连接的由橡胶制成的弹性板（3）以及重量元件（4），这些重量元件（4）借助固定装置固定在这些板（3）处。

Description

用于近海建筑物的防冲刷保护的设备

发明领域

本发明涉及一种用于近海建筑物的防冲刷保护的设备。

发明背景

应将冲刷理解成近海建筑物区域内由于流动导致的被水覆盖的地面的侵蚀现象。已知的保护措施的缺点在于，这些保护措施较昂贵但是在其保护效果方面仍显不足。在近海区域中，例如在单桩固定式风力设备中，现有技术为层叠大约300到1000吨石头作为防冲刷保护。然而，这些石头产生有害的流动，这些流动妨碍沙子的沉积并且以此方式甚至加速冲刷。此外，还存在落下的或通过流动下沉的被冲洗的石头损坏近海风力设备的海底电缆接线端子的风险。

将填有沙子、超过1000 kg重的土工织物容器用作防冲刷保护也是已知的。然而在此情况下，不能确保这些容器保持其在海底曾经占据的位置。此外，这些容器还与海底形成一角度并且甚至可能由此有利于冲刷。同样，这些容器和石头可能通过流动事件沉到海底中并且在此情形中必须始终重新引入，这导致持续的成本。这里，损坏海底电缆也是可设想的。此外，从某个水深起，不再能位置准确地引入石头和容器。

因此，第三种经常使用的方案在于，根本不使用防冲刷保护、忍受冲刷并且在此希望所形成的冲刷不超过一定深度。对于此深度，例如单桩设备的地基于是必须更深地置入海底，这导致较高的建造成本。此外，近海建筑物的因冲刷所铺设的海底电缆可能被自由冲刷和/或其接线端子通过流动作用被损坏或毁坏。 

石头和容器都可能在设备移除之后对水产业形成持久的危险，因为这些设备由于非常高的成本通常不被拆除。

发明内容

在前述现有技术的背景下开发出本发明。因此，本发明的任务在于，提议一种用于近海建筑物的防冲刷保护的设备，该设备提供持久的、成本低廉的并且有效的保护。

该任务通过如下方式解决：该设备包括由橡胶制成的一个或多个彼此连接的弹性板、以及重量元件，这些重量元件借助合适的固定装置固定在这些板上。应将固定理解成重量元件持久且可靠地安装在板上，即使在弹性板被重量元件向下拉或向下压的情况下亦是如此，以便因此构成有利的流体力学形状。合适的固定装置例如是具有螺母的螺栓。应将有利的流体力学形状理解成将设备的边缘区域中的板向下弯曲，其中这些板的背面或下侧用作底座的支承面并且这些板的正面或上侧用作冲撞面以及对抗磨蚀性的沙涡流和水涡流的保护。由橡胶制成的板可以在水面或海面以下直接铺设在近海建筑物区域中的沙表面或地表上，或者全部或部分地位于地表下方。在此，这些板具有如下优点：这些板匹配地表的走向并且通过其弹性特性能够吸收波浪和涡流的能量。此外，这些板耐盐水并且不会出现腐蚀。因此，通过橡胶的抵抗能力和耐久性，该设备无需维护。橡胶可以环境友好地由天然橡胶制成。另一优点在于，该设备在与船舶相撞时不会有危险。由橡胶制成的弹性板与安全且可靠地固定的重量元件一起固定在要被保护的位置处。 

以下描述本发明的具有附加特征的有利的实施方式。

已被证明最优的是：由橡胶制成的弹性板具有1到2厘米的厚度。重量元件优选在设备的边缘区域处固定在弹性板的上侧。通过由重量元件施加在板上的力以及通过其弹性导致的回复力，由板形成的面弯曲并且构成特别有利的充当水波或压力波的冲撞面的流体力学形状。压力波的力被接收、吸收并且被近海建筑物传导。如果重量元件下方的地面下沉或被冲刷，则重量元件与板一起向下运动，由此重新产生保护作用。铺设在由橡胶制成的弹性板下面的海底电缆被最优地保护并且提高了设备的运行安全。所提议的用于防冲刷保护的设备在近海区域中还具有如下优点：其可用单个起重行程移除并且留下无障碍物的海底。

在一个优选的实施方式中，该设备或弹性板或彼此连接的弹性板形成具有圆形或接近圆形的轮廓的圆盘，近海建筑物布置在该圆盘的中点。重量元件于是尤其沿圆盘的边缘区域固定。弹性板或彼此连接的弹性板于是在边缘区域中最强地向下弯曲，其中弯曲沿中央布置的近海建筑物的方向减小，并且转变到平坦面中。

已证明有利的是：在其中布置设备或者将设备固定在近海建筑物处的平面中，设备的半径约是近海建筑物的半径的三倍长。

重量元件具有大致矩形的底面，该底面的纵轴分别指向近海建筑物的方向。

如果重量元件由金属制成，则在较小体积的情况下达成具有高重量的大质量。

重量元件可以在纵截面和/或横截面中具有等腰对称的梯形的形状，该梯形向上逐渐变窄，其中该梯形的棱角优选被倒圆。

重量元件可以在下侧具有凹陷部，该凹陷部在横截面中凹形地向内弯曲。

重量元件不仅用于使一个板或多个板增重。重量元件还要根据大小和布置满足不同的要求和任务。

重量元件固定在板处并且具有将设备点状地保持在地面中的任务。根据距离、水深、预期的浪高以及水的流动速度来确定尤其是重量元件的质量。重量元件必须通过波行程补偿不同的细孔压力，即，板应当在重量元件之间提升和下降。然而，沙子保持在其下方并且固定。因此可能的是：必须在要被保护的近海建筑物处进行防水的固定并且必须在边缘处设置边缘重量元件。

边缘重量元件必须具有某种有利于流动的形状并且以某种方式且彼此相隔某一距离的方式定向到彼此。对于相应的应用实例，应当选择正确的重量大小和尽可能小的流动阻力。具有小面积和大重量的金属重量元件是有利的。重量元件之间的距离也是重要的。应当根据使用条件选择重量元件的重量、形状和表面，以使得它们在流动作用和波浪作用下在边缘处自己进入海底并且因此在边缘处密封板。在此，不允许产生折痕或开口。但是同时，该边缘必须匹配海底的每种不平坦。这里，有利的流体力学形状的特殊构造是重要的。因此，重量元件的距离、尤其是形状、大小和布置是重要的。板必须下沉，以使得在占据海底处的静止状态之后形成板与海底之间平坦的过渡，否则会在那里产生新的冲刷。板中的折痕（即使非常小）可能导致防冲刷保护设备被冲刷并且导致要被保护的近海建筑物被损坏。

视应用实例，根据所进行的试验，重量元件的质量可以在50到500 kg/m之间。这里，使用条件也是重要的。

应将流体力学有利的形状理解为：板通过可能的加固装置仅在希望的方向上下降，以使得关于流动产生远离近海建筑物的合适的表面或者略微弯曲的表面，其中斜度在1:4与1:5之间。试验已证明，在这种倾斜情况下不会产生冲刷。

海底的高度不是恒定的。碎石被传输。这意味着，近海建筑物周围的海底视地点可能下降约2米。如果这种情况发生，则通过先前待测量的2米的板宽（在1:5时下降2米的情况下为10米）产生1:5的倾斜。在此情况下，板的底部处的外径变小并且因此圆周变小。每种正常的弹性材料在此情况下将弯有折痕，而在所选择的材料的情况下则不是。所选择的材料能够补偿材料内部的长度变化。相反，材料可以伸展：如果海底仅在近海建筑物的一侧下降，则该设备能够匹配下降的海底并且伸展。该设备还能够补偿要被保护的表面内的凹部。

加固装置可以是外部或者整合在板中的加固装置。当加固装置是外部加固装置时，该加固装置可以在板的边缘外具有约2到3米的距离。所有加固装置从要被保护的地基的虚拟中点起以星形向外走远地布置，其中在已知的海底下降的情况下外部轮廓应当具有尽可能圆形或者接近圆形的形状，以便避免在板的边缘处形成折痕。

在单桩设备中，该设备的外径约是桩子直径的三倍大。 

如果海底下降，则希望对板进行点状地或大规模的冲刷。然而，这仅进行至板下面的沙子通过沙子的稀释不再能经受住具有重量元件的板的重力并且下降。在此，允许板弯曲，如所示的。这可以点状地或全部进行。 

橡胶的弹性匹配海底并且在重量序列的外部再次密封。

地基因此再次受到保护。如果海底下降约2米，则在1:5的倾斜情况下，板从地基体延伸到海中10米。如果该尺寸足以在以上条件下吸收地基的冲刷涡流，则板的大小因此被确定。

冲刷保护板以防水的方式安装在要被保护的物体处。如果这不发生并且产生仅一厘米的缝隙，则通过该缝隙形成巨大的冲刷并且损害要被保护的地基的稳固性。

边缘处的重量元件基本上由金属构成。重量元件具有使板的边缘加重以使得板在末端处沉入海底而不是在那里导致冲刷的任务。利用金属重量能够相对于流动截面实现尽可能大的重量。这还意味着，在必需的重量大小的情况下存在尽可能小的流动阻力。这尤其是重量元件从边缘起朝地基中心的方向如此布置的原因。重量元件的纵轴始终指向地基的方向。

然而，重量元件的特殊形状连同其尺寸还具有其它原因。板或者彼此连接的板具有至少在边缘处与地面的每个轮廓相匹配的任务。因此，重量不能过宽。另一方面，具有旋紧的重量元件的设备必须是挠性的，以使得该设备匹配所有的地面不平坦，并且匹配正或负的地面变化或凹凸不平。根据海深、流动速度、波浪负载以及地面性质，重量元件具有50到500 Kg/m的质量。

重量元件可以变形。如果板的直径较小，则折痕是不可避免的。为了使该折痕不产生损失，向下预先给出折痕。这是通过具有下方凹陷部的重量元件的特殊形状来实现的。在此，首先使板伸展。在下降时，使板松弛。在进一步下降时，通过预先给定的形状来使板具有许多小折痕，但是这些小折痕指向下方并且压入沙子。该效果足以在结构上正确地设计的板中获得期望的倾斜。如果重量元件之间的距离过大，则通过沙子压力向上形成折痕。那么，防冲刷保护设备在边缘处不密封。如果预料海底不会下降，则可以使用不具有凹陷部的重量元件并且加固装置也同样不是必需的。但是，这些加固装置还可用于使防冲刷设备适于在海上运输并且由此达到物流优点。

可以为该设备设置一个或多个挠性的加固装置，这些加固装置的刚性优选是可调节的。加固装置包括由挠性塑料制成的加固型材、布置在该加固型材上的由橡胶制成的加固壁，这些加固壁优选具有纺织填充物并且构成封闭的空腔，该空腔填充有诸如水或空气之类的介质。通过选择加固型材和/或加固壁的厚度以及通过选择介质和/或其压力，可以改变或者调节挠性加固装置的刚性。

附图说明

附图示出：

图1示出具有单桩2的设备1的俯视图；

图2以垂直截面示出设备1的另一实施方式的部分视图；

图3以纵截面a、横截面b和俯视图c示出重量元件4；

图4以纵截面a、横截面b和俯视图c示出具有凹陷部9的重量元件4；

图5a示出具有带有凹陷部9的重量元件4以及具有不带有凹陷部9的重量元件的设备1的垂直截面；

图5b示出具有不带有凹陷部的重量元件4的设备1的垂直截面；以及

图6示出具有挠性加固装置18的设备1的另一实施方式的立体水平截面详图。

具体实施方式

以下参照附图来详细说明本发明的最佳实施方式，其中可以从附图的各个图中得到其他有利的特征。在此，功能相同的部分设有相同的附图标记。

图1a示出具有单桩2的设备1的俯视图。该设备由彼此连接的、厚度在1到2厘米的、由橡胶制成的弹性板3构成。板3可以通过硫化或通过（未示出的）合适的形状配合地起作用的固定装置彼此连接。彼此连接的弹性板3具有带有圆形轮廓的圆盘以及圆形中央开口11的形状。在中央开口11中布置要被保护的近海建筑物2，即风力设备的单桩。在此，设备1的半径是近海建筑物2的半径的大致三倍，更确切地说，关于在其中将设备1固定在单桩2处的水平平面、即在海底8的高度上是近海建筑物2的半径的大致三倍。

由橡胶板3构成的圆盘防水地固定在单桩2处，以使得通过中央开口11不会有海水渗入设备1。由橡胶制成的弹性板3位于海底8，其中可以通过弹性来补偿海底8的不平坦。

在沿设备1圆周的边缘区域处将重量元件4固定在板3上，这些重量元件4在边缘处将板3向下压入海底并且将其密封。由此达成有效的防冲刷保护。为了清楚起见，仅在两个相对的圆弧段上示出重量元件4，然而实际上，重量元件4沿整个圆盘边缘13设置。

重量元件4具有基本上矩形的底面。将重量元件4定向到板3，使得每个重量元件4的（虚拟）纵轴12朝近海建筑物2的方向延伸并且因此所有纵轴12在设备1或单桩2的中间相遇。

图1b以详细图示出图1中的截取部分。示出了5个布置在板3的圆弧段的边缘处的重量元件4，其中圆弧段的圆周5约为1米。重量元件4分别具有约17厘米的宽度和约3厘米的距离6。重量元件4的总质量为每米圆周5约50到500千克，即每个重量元件4约10到100千克。

图2在垂直截面中示出设备1的另一实施方式的部分视图a、b、c。该设备1在下侧具有加固元件7。示出橡胶板3应当密封地固定在近海建筑物2的地基体处。

图2b示出下降约2米的海底。

图2中示出弹性板3如何被重量元件4向下压，以使得进行密封并且再次保护近海建筑物2免受冲刷。如果海底下降2米，则在约1：5的最优倾斜情况下，板从地基体2起的长度约为10米。

在图2d中示出不具有加固元件7的设备1。由此得到板的原则上流体力学有利的弯曲形状14。然而，在所示出的情形中，弯曲14过于显著，从而产生促成冲刷的涡流。较小的弯曲14'是有利的，如图2c中虚线示出的。这可以通过重量元件4的质量选择来调节。

图3a以纵截面示出重量元件4，图3b以横截面示出重量元件4，并且图3c以俯视图示出重量元件4。重量元件4具有向上逐渐变窄的直角平行六面体的基本形状，该直角平行六面体在纵截面和横截面中具有等腰对称的梯形形状。所示出的重量元件4关于其底面具有3.80米的长度和1.70米的宽度。直角平行六面体在量上逐渐变窄，从而得到与直角相差约15度的偏差。此外，棱角是经倒圆的。由此，一方面得到有利的流体力学形状，因为在重量元件4处不会产生海水的涡流和不利流动。向上逐渐变窄的形状的另一重要优点在于，板3的各部分能够弹性地向下下降，而不会然后在弯曲区域中接触到重量元件4。

此外，重量元件4具有用于引入（未示出的）固定元件的两个通孔15。由此，重量可以持久地固定在橡胶板3处。即使在橡胶板3下降并且形成倾斜或弯曲的情况下，如图2c和2d中所示，也能够确保可靠的固定。

此外，为重量元件4分别设置两个下部空隙17。这些空隙用作安装辅助，并且在运输重量元件4以及随后将其固定在弹性板3上时使重量元件4的抓取变得容易。

图4a以纵截面示出重量元件4的另一实施方式，图4b以横截面示出该实施方式，并且图4c以俯视图示出该实施方式。在该实施方式中，重量元件4在其下侧具有凹形地向内或向上弯曲的凹陷部9。

图5a示出具有带有下方凹陷部9的重量元件4的设备1的垂直截面。重量元件4因此对应于图4a、4b和4c中所示的实施方式。在横截面中示出的重量元件4固定在并且持久地安装在弹性板3的上侧。

试验已证明，在图5b中所示的不具有下方凹陷部9的重量元件4中，在一定条件下，当板3下降时可能通过重量元件4之间的沙子压力产生指向上方的折痕（即，弹性板3中的凸起部）（未示出）。于是，通过折痕或凸起部，防冲刷保护在设备1的外部边缘13处渗漏。

尽管通过所示出的凹陷部9在重量元件4也之间形成折痕。然而，重量元件4之间的弹性板3中的折痕10指向下方，即在间隙16区域中朝海底8的方向弯曲，从而由此形成凹部。这是通过凹陷部9形成橡胶板3的凹形引导进行的，由此形成波浪状的橡胶板3，如图5a中所示。由此，在空隙16区域中避免了向上形成有害的折痕并且设备1在边缘处密封以及保护近海建筑物2免受冲刷。

图5b示出不具有凹陷部的重量元件4。如果预期海底下降较大并且由此不会形成向下的折痕，则可以使用重量元件4的这种实施方式。

图6示出具有挠性加固装置18的设备1的另一实施方式的立体水平截面详图。该设备1包括由挠性塑料制成的加固型材19。加固型材19借助合适的固定装置固定在弹性板3上。在加固型材19上方布置由橡胶制成的加固壁20，该加固壁20具有纺织填充物并且密封地固定在板3上。固定可以通过粘合剂或硫化进行。

上方的加固壁20与弹性板3一起形成填充有介质的封闭空腔21。例如，介质可以为水或空气。通过选择加固型材19和/或加固壁20的厚度以及通过选择介质和/或其压力，可以改变或者调节挠性加固装置18的刚性。

附图标记列表

1 . 设备

2. 近海建筑物

3. 弹性板

4. 重量元件

5. 圆周

6. 重量元件的距离

7. 加固装置

8. 海底

9. 凹陷部

10. 折痕

11 . 中央开口

12. 纵轴

13. 边缘区域

14. 弯曲

15. 固定开口

16. 间隙

17. 空隙

18. 凹部

19. 加固型材

20. 加固壁

21. 具有介质的空腔

Claims (9)

1.一种用于近海建筑物（2）的防冲刷保护的设备（1），所述设备（1）包括一个或多个彼此连接的由橡胶制成的弹性板（3）以及重量元件（4），所述重量元件（4）借助固定装置固定在所述板（3）处。

2.如权利要求1所述的设备（1），其特征在于，所述由橡胶制成的弹性板（3）具有1到2厘米的厚度和/或所述重量元件（4）在所述设备（1）的边缘区域处固定在所述弹性板（3）上。

3.如权利要求1或权利要求2所述的设备（1），其特征在于，所述弹性板（3）或所述彼此连接的弹性板（3）形成具有圆形或接近圆形的轮廓的圆盘，所述近海建筑物（2）布置在所述圆盘的中心处。

4.如前述权利要求中的一项所述的设备（1），其特征在于，所述设备（1）的半径在布置所述设备（1）的平面中是所述近海建筑物（2）的半径的大约三倍长。

5.如前述权利要求中的一项所述的设备（1），其特征在于，所述重量元件（4）具有基本上矩形的底面，所述底面的纵轴分别指向所述近海建筑物（2）的方向。

6.如前述权利要求中的一项所述的设备（1），其特征在于，所述重量元件（4）基本上由金属构成。

7.如前述权利要求中的一项所述的设备（1），其特征在于，所述重量元件（4）在纵截面和/或横截面中具有等腰对称梯形的形状，其中所述梯形的棱角优选被倒圆。

8.如前述权利要求中的一项所述的设备（1），其特征在于，所述重量元件（4）在下侧具有凹陷部（9），所述凹陷部（9）在横截面中凹形弯曲。

9.如前述权利要求中的一项所述的设备（1），其特征在于，设置至少一个挠性加固装置（17），所述加固装置包括加固型材（19）和布置在所述加固型材（19）上方的加固壁（20），其中所述加固壁（20）形成填充有介质的封闭空腔（21）。