CN114304026B - 一种具有微生态养殖功能的海上风电冲刷坑自修复装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有微生态养殖功能的海上风电冲刷坑自修复装置，属于海上风电工程技术领域。本发明的自修复装置包括上部拦流养殖装置、下部储泥装置和连接绳；上部拦流养殖装置绕桩基设置，略高于冲刷坑上沿；下部储泥装置位于上部拦流养殖装置下方、设置在冲刷坑内、与上部拦流养殖装置之间通过连接绳连接；上部拦流养殖装置包括浮漂球、缆绳、育苗横杆、翻板结构、泥沙室和网箱室；浮漂球通过缆绳连接在泥沙室上方；网箱室设置于泥沙室下方；育苗横杆水平设置于泥沙室顶部；下部储泥装置包括网箱笼和储泥室，储泥室设置于网箱笼下方。将泥沙储存在养殖装置中，减小了冲坑附近泥沙的流失，并将储存的泥沙用于冲刷坑的填充，实现自修复。

Description

一种具有微生态养殖功能的海上风电冲刷坑自修复装置

技术领域

本发明涉及一种具有微生态养殖功能的海上风电冲刷坑自修复装置，属于海上风电工程技术领域。

背景技术

随着海洋能源资源开发和利用的规模不断扩大，出现越来越多的海上风电。当海上风电的基础结构矗立在海洋中时，基础结构附近的水流流场会发生很大变化，前方会产生马蹄涡，流速加强，波浪遇到水下基础结构时还会产生绕射、反射以及波浪破碎等现象。这些现象最终引起水下基础结构底部海床面的剪切应力和泥沙输沙率值增大，并导致局部冲刷。而传统的抛石、沙包等防护措施，海上施工耗时较长，修复冲坑的成本较为昂贵，因此需要一种施工简单、成本较低、环境友好型的冲刷坑修复装置。

海洋养殖渔业与海上风电开发的综合利用可以实现集约节约用海、立体用海，并可以实现设备设施的综合利用。因此，利用海上风电冲刷坑进行海洋养殖，可以极大降低海洋养殖渔业的成本。

申请号为202110166559.1公布了一种基于固化侧推土的海上风电桩基防冲刷施工方法，该发明在桩基沉桩后对桩周与桩周土体之间间隙以及冲刷坑进行灌浆，可修复安装过程中所产生的土体松动并填补土体空洞以避免桩基承载能力下降以及冲刷坑进一步增大。该发明可实现对冲刷坑的修复，但是注浆会破坏冲坑周围生物的底栖环境，生态保护效果差。

发明内容

为解决现有养殖装置功能单一以及冲刷坑修复过程中环境保护效果不佳的缺点，本发明提供一种具有微生态养殖功能的海上风电冲刷坑自修复装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有微生态养殖功能的海上风电冲刷坑自修复装置，包括上部拦流养殖装置、下部储泥装置和连接绳；所述上部拦流养殖装置绕桩基设置，高于冲刷坑上沿；所述下部储泥装置位于上部拦流养殖装置下方、设置在冲刷坑内、与上部拦流养殖装置之间通过连接绳连接；

所述上部拦流养殖装置包括浮漂球、缆绳、育苗横杆、翻板结构、泥沙室和网箱室；所述泥沙室为顶部、底部敞口的筒状结构；所述翻板结构包括翻板、合页和弹性件；翻板通过合页水平设置在泥沙室顶部以覆盖泥沙室顶部敞口，合页向下开；弹性件一端设置于翻板上表面、另一端设置于泥沙室外表面；所述育苗横杆水平设置于泥沙室顶部，位于翻板上方；育苗横杆的横向与来流垂直；所述浮漂球通过缆绳连接在泥沙室上方；所述网箱室设置于泥沙室下方；

所述下部储泥装置包括网箱笼和储泥室，储泥室设置于网箱笼下方；所述储泥室包括主体和底部翻板，主体呈顶部、底部敞口的筒状结构，底翻板水平设置于主体底部敞口、与主体底部转动连接，所述转动连接是指底翻板以底翻板与储泥室底部的接触线为轴上下转动。

浮漂球可带动上部拦流养殖装置上浮，使上部拦流养殖装置始终保持在冲刷坑上沿处，从而起到拦截洋流、沉淀泥沙的作用。育苗横杆用于养殖海草或者珊瑚，海草或珊瑚可以起到对泥沙截留，减小冲刷的效果。海草可作为网箱室中养殖的鱼类的食物，泥沙中的营养物可以为海草提供肥料，形成微循环的生态系统。海草或珊瑚截留的泥沙沉积在翻板结构上，当翻板结构上的泥沙达到一定的量，翻板因为泥沙沉积自动向下翻转，泥沙落入到泥沙室中，弹性件因为翻板向下翻转而伸长产生弹力，带动翻板复位。当上升洋流经过翻板装置时，洋流从翻板缝隙中经过，而泥沙则被翻板拦截在泥沙室中，不会再次被洋流带走。进入泥沙室的泥沙继续下沉，进入网箱室；网箱室内养殖贻贝和泥螺等水产动物，泥沙为养殖的贻贝和泥螺等水产动物提供营养物质。网箱笼中养殖泥鱼等鱼类，贻贝和泥螺等动物的排泄物可作为泥鱼的食物。网箱室和网箱笼所养殖的贻贝和泥螺等动物的排泄物及泥鱼排泄物对泥沙产生胶结作用，增加对水流的抵抗作用。泥沙、贻贝和泥螺等动物的排泄物及泥鱼排泄物最终进入储泥室，储泥室下方敞口，泥沙及排泄物与冲刷坑底部接触。储泥室具有沉积泥沙作用，使得泥沙从比较松散的状态变为比较结实的状态。当储泥室被泥沙等物质填满之后，施工船可以对自修复装置进行提升，底翻板向下打开，储存在储泥室的泥沙从储泥室中落下，用于修复冲刷坑。底翻板还有防止储泥室陷入泥沙的作用。

针对常见冲刷坑试验证明，如果浮漂球的直径过小，则无法产生足够浮力，如果浮漂球的直径过大则产生的浮力过大，导致整个装置漂浮于水面而无法起到拦截泥沙的作用；所以将所述浮漂球的直径设计为1-1.5m。

所述泥沙室为正方筒状，其敞口呈正方形；所述翻板结构包括四块翻板，所述翻板呈等腰三角形，翻板的底边与泥沙室敞口的边相等，翻板的另外两边小于敞口对角线的1/2，以使翻板之间存在缝隙；翻板的底边通过合页连接于泥沙室顶部。为了在保证翻板之间存在缝隙的条件下，使翻板四个顶角角度之和尽可能接近360°，翻板顶角设置为75-85°。

为了进一步提高弹性件和翻板之间的连接稳定性，所述翻板结构还包括固定卡扣，固定卡扣设置于翻板上表面，弹性件通过固定卡扣与翻板连接。

所述育苗横杆包括育苗槽、育苗夹和弹簧；育苗夹和弹簧设置在育苗槽内；弹簧的一端与育苗夹连接、另一端连接在育苗槽内壁上。育苗槽内可以放置海草或者珊瑚，海草或珊瑚可以起到对泥沙截留，减小冲刷的效果。海草可作为网箱室中养殖的鱼类的食物，泥沙中的营养物可以为海草提供肥料，形成微循环的生态系统。

所述网箱室可以将其相对的两侧面设计为板状结构、其他四个面为网状结构；例如，主要由左右两块网箱板与前后上下四张钢网组成。相对于网箱室整体由钢网组成，将左右两侧设计为板，更有利于泥沙、鱼虾贝排泄物的收集。

为方便对储泥室进行向上提拉，优选的，所述储泥室还包括钢环把手，所述钢环把手设置于主体外表面、相对设置。向上提拉时，用工具勾住刚换把手，从而使得提拉过程稳定。更优选的，储泥室还包括卡位块，所述卡位块设置在主体内表面、位于主体顶部。卡位块可以对位于储泥室上方的网箱笼起到支撑、限位作用，防止网箱笼向下移动。卡位块可以为耐腐蚀的不锈钢板焊接而成，单个储泥室可以设置4-6个卡位块，卡位块均匀分布。

本发明的有益效果是：

（1）利用上部养殖装置对水流产生的阻力，减小冲刷坑上部的水流扰动强度，对悬浮的泥沙起到沉积的效果；

（2）创造性的将泥沙储存在养殖装置中，沉积的泥沙通过网箱翻板结构进入养殖装置，一方面减小了冲坑附近泥沙的流失，并将储存的泥沙用于冲刷坑的填充，增加基础的稳定性，实现对冲刷坑的自修复；另一方面沉积的泥沙为养殖装置里面的动物提供养分，减小养殖成本；

（3）创新性提出育苗横杆，将固定在育苗室内，减小海流对海草或珊瑚的直接作用力，解决了现有海草或珊瑚在海洋培育阶段容易漂散的问题；

（4）该装置的上部拦流养殖装置可以随水位变化上浮或者下沉，为装置上的海草提供充足的光照；

（5）这种海上风电冲刷坑立体养殖储泥装置可形成微生态的系统，育苗横杆上种植的海草可以作为网箱室与网箱钢笼中贻贝和泥螺养殖动物的食物来源，贻贝和泥螺等动物的排泄物可作为泥鱼的食物，形成微生态系统。

本发明中所述“约”、“略”、“近似”是指上或/和下波动5％。

附图说明

图1为本发明一实施例公开的自修复装置的正视示意图；

图2为本发明一实施例公开的自修复装置的俯视示意图；

图3为本发明一实施例公开的上部拦流养殖装置的结构示意图；

图4为本发明一实施例公开的育苗横杆的结构示意图；

图5为本发明一实施例公开的连接绳的结构示意图；

图6为本发明一实施例公开的储泥室的结构示意图；

图7为本发明一实施例公开的自修复装置的安装示意图；

图8为本发明另一实施例公开的自修复装置的立面布置图；

其中：1、浮漂球；2、缆绳；3、翻板结构；31、翻板；32、弹性件；34、育苗横杆；341、育苗槽；342、弹簧；343、育苗夹；4、泥沙室；41、泥沙室板；5、网箱室；51、网箱板；6、连接绳；7、网箱笼；8、储泥室； 81、卡位块；82、钢环把手；83、钢壁；84、底翻板；9、桩基。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-8所示，一种具有微生态养殖功能的海上风电冲刷坑自修复装置，包括上部拦流养殖装置、下部储泥装置和连接绳6；上部拦流养殖装置绕桩基9设置，略高于冲刷坑上沿；下部储泥装置位于上部拦流养殖装置下方、设置在冲刷坑内、与上部拦流养殖装置之间通过连接绳6连接；上部拦流养殖装置包括浮漂球1、缆绳2、育苗横杆34、翻板31结构3、泥沙室4和网箱室5；浮漂球1通过缆绳2连接在泥沙室4上方；网箱室5设置于泥沙室4下方；泥沙室4为顶部、底部敞口的筒状结构；翻板31结构3包括翻板31、合页和弹性件32；翻板31通过合页水平设置在泥沙室4顶部以覆盖泥沙室4顶部敞口，合页向下开；弹性件32一端设置于翻板31上表面、另一端设置于泥沙室4外表面，靠近合页的位置；育苗横杆34水平设置于泥沙室4顶部，位于翻板31上方；育苗横杆34的横向与来流垂直；下部储泥装置包括网箱笼7和储泥室8，储泥室8设置于网箱笼7下方；储泥室8包括主体和底部翻板31，主体呈顶部、底部敞口的筒状结构，底翻板8431水平设置于主体底部敞口、与主体底部转动连接，转动连接是指底翻板8431以底翻板8431与储泥室8底部的接触线为轴上下转动。

其中，浮漂球1可以采用聚乙烯材质，球体的数量、直径根据上部拦流养殖装置和下部储泥装置种植海草珊瑚及养殖鱼虾贝之后的预计重量进行设计。通常可以将球体设置为1-1.5m，然后根据实际情况调整浮漂球1的数量。缆绳2和连接绳6均可以为尼龙材质。可以在连接绳6两端设置钢环，连接绳6一端的钢环可焊接在网箱室5的底部，连接绳6的另一端钢环可以焊接在网箱笼7的顶部，连接绳6可根据不同地区的潮位变化设置为3-5m。泥沙室4、翻板31、合页均采用耐腐蚀不锈钢材质，网箱室5采用不锈钢网制成。网箱室5的横截面形状、大小始终与泥沙室4敞口形状、大小一致。网箱笼7可以是一整体结构，也可以是由多个网箱单体组成。合页和泥沙室4、翻板31之间可以通过焊接的方式固定连接。弹性件32可以是弹簧342、也可以是弹性绳。泥沙室4可以为方形筒、也可以为圆筒、椭圆筒、三角形筒、多边形筒等。储泥室8的底翻板8431不完全覆盖储泥室8的敞口，底翻板8431能向下打开90°，而不能转动至水平方向以上。网箱笼7的横截面可以小于或等于网箱室5的横截面。储泥室8的敞口与网箱笼7的横截面大小近似一致。

作为一种具体实施方案，如图2所示，上述自修复装置的泥沙室4为正方筒状，其敞口呈正方形；具体的可以由四块泥沙室板4141焊接组成。此时，翻板31结构3包括四块翻板31，所述翻板31呈等腰三角形，翻板31的底边与泥沙室4敞口的边近似相等，翻板31的另外两边略小于敞口对角线的1/2，以使翻板31之间存在缝隙；翻板31的底边通过合页连接于泥沙室4顶部。翻板31顶角设置为75°-85°。

作为一种具体实施方案，上述自修复装置的翻板31上设置固定卡扣，固定卡扣设置于翻板31上表面，弹性件32通过固定卡扣与翻板31连接。固定卡扣可以设置于翻板31的顶角处。弹性绳可以系在固定卡扣上。

作为一种具体实施方案，如图4所示，上述自修复装置的育苗横杆34包括育苗槽341、育苗夹343和弹簧342；育苗夹343和弹簧342设置在育苗槽341内；弹簧342的一端与育苗夹343连接、另一端连接在育苗槽341内壁上。育苗槽341可以为长条形凹槽，弹簧342的一端固定在育苗槽341的相对短的内壁上；育苗夹343呈长条形，与育苗槽341相对长的内壁垂直。育苗槽341内可以放置海草或者珊瑚。

作为一种具体实施方案，如图1、3所示，上述自修复装置的网箱室5可以将其相对的两侧面设计为板状结构、其他四个面为网状结构；例如，主要由左右两块网箱板51与前后上下四张钢网组成。网箱板51采用不锈钢材质。

作为一种具体实施方案，上如图6所示，述自修复装置的储泥室8还包括钢环把手82，所述钢环把手82设置于主体外表面、相对设置。具体的，储泥室8还包括卡位块81，所述卡位块81设置在主体内表面、位于主体顶部。储泥室8的主体由不锈钢制备而成，使储泥室8具备有钢壁83，钢环把手82可以焊接在钢壁83外表面。卡位块81可以为耐腐蚀的不锈钢板焊接而成，单个储泥室8可以设置4-6个卡位块81，卡位块81均匀分布。

实施例1

如图1、7所示，上部拦流养殖装置可以不完全覆盖冲刷坑。泥沙室4绕桩基9设置，一周设置十二个泥沙室4，十二个泥沙室4俯视呈正方环形。每两个泥沙室4之间预留一定的缝隙，泥沙室4之间可以通过刚性连接件连接。网箱室5呈与泥沙室4的正方环形一致的正方环形。网箱笼7的横截面呈正方环形，形状大小与网箱室5的相同，是整体结构。储泥室8呈正方筒，顶部敞口呈正方形，顶部敞口大小与网箱笼7的横截面边缘大小一致。

实施例2

如图8所示，上部拦流养殖装置将整个冲刷坑上部覆盖，而下部储泥装置的分布面积小于上部拦流养殖装置的分布面积；从上部拦流养殖装置出来的泥沙等没有完全落入储泥室8。泥沙室4绕桩基9设置，一周设置九十六个泥沙室4，九十六个泥沙室4俯视呈正方环形。每两个泥沙室4之间预留一定的缝隙，泥沙室4之间可以通过刚性连接件连接。网箱室5呈与泥沙室4的正方环形一致的正方环形。网箱笼7是整体结构，网箱笼7横截面呈正方环形，网箱笼7横截面小于网箱室5的截面。储泥室8呈正方筒，顶部敞口呈正方形，顶部敞口大小与网箱笼7的横截面边缘大小一致。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种具有微生态养殖功能的海上风电冲刷坑自修复装置，其特征在于，包括上部拦流养殖装置、下部储泥装置和连接绳；

所述上部拦流养殖装置绕桩基设置，高于冲刷坑上沿；上部拦流养殖装置包括浮漂球、缆绳、育苗横杆、翻板结构、泥沙室和网箱室；

所述泥沙室为顶部、底部敞口的筒状结构；

所述翻板结构包括翻板、合页和弹性件；翻板通过合页水平设置在泥沙室顶部以覆盖泥沙室顶部敞口，合页向下开；弹性件一端设置于翻板上表面、另一端设置于泥沙室外表面；

所述育苗横杆水平设置于泥沙室顶部，位于翻板上方；育苗横杆的横向与来流垂直；

所述浮漂球通过缆绳连接在泥沙室上方；

所述网箱室设置于泥沙室下方；

所述下部储泥装置位于上部拦流养殖装置下方、设置在冲刷坑内、与上部拦流养殖装置之间通过连接绳连接；下部储泥装置包括网箱笼和储泥室，储泥室设置于网箱笼下方；

所述储泥室包括主体和底部翻板，主体呈顶部、底部敞口的筒状结构，底翻板水平设置于主体底部敞口、与主体底部转动连接，所述转动连接是指底翻板以底翻板与储泥室底部的接触线为轴上下转动。

2.根据权利要求1所述的海上风电冲刷坑自修复装置，其特征在于，所述浮漂球的直径为1-1.5m。

3.根据权利要求1所述的海上风电冲刷坑自修复装置，其特征在于，所述泥沙室为正方筒状，其敞口呈正方形。

4.根据权利要求3所述的海上风电冲刷坑自修复装置，其特征在于，所述翻板结构包括四块翻板；翻板呈等腰三角形，翻板的底边与泥沙室敞口的边相等，翻板的另外两边小于敞口对角线的1/2；翻板的底边通过合页连接于泥沙室顶部。

5.根据权利要求1所述的海上风电冲刷坑自修复装置，其特征在于，翻板顶角设置为75°-85°。

6.根据权利要求1所述的海上风电冲刷坑自修复装置，其特征在于，所述翻板结构还包括固定卡扣，固定卡扣设置于翻板上表面，弹性件通过固定卡扣与翻板连接。

7.根据权利要求1所述的海上风电冲刷坑自修复装置，其特征在于，所述育苗横杆包括育苗槽、育苗夹和弹簧；育苗夹和弹簧设置在育苗槽内；弹簧的一端与育苗夹连接、另一端连接在育苗槽内壁上。

8.根据权利要求1所述的海上风电冲刷坑自修复装置，其特征在于，所述网箱室主要由左右两块网箱板与前后上下四张钢网组成。

9.根据权利要求1所述的海上风电冲刷坑自修复装置，其特征在于，所述储泥室还包括钢环把手，所述钢环把手设置于主体外表面、相对设置。

10.根据权利要求1所述的海上风电冲刷坑自修复装置，其特征在于，所述储泥室还包括卡位块，所述卡位块设置在主体内表面、位于主体顶部。

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