CN115657047B - 一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置，属于海上风电桩领域。海上风电桩的顶部设置有海上作业平台，在海上作业平台上设置有数据处理中心和固化土注入装置。围绕海上风电桩设置有多组升降结构，升降结构上连接有一个固定框架，固定框架内设置有养殖网，所有的固定框架组合后能将海上风电桩的底部围绕起来。固定框架的底部内设置有多条输送管道，输送管道与固化土注入装置相连接；固定框架的底部设置有多个重力板装置。在固定框架的底部的内侧和外侧均设置有声呐装置。本发明既能够实现对冲刷坑的监测，又能起到对桩基的冲刷防护，通过防护功能和监测功能之间的配合，对冲刷坑的变化做出及时地应对，能够更好地实现防护效果。

Description

一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置

技术领域

本发明涉及海上风电桩桩基冲刷领域，具体涉及一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置。

背景技术

随着新时代经济社会的不断发展，各个行业领域迎来了创新和改革的契机。为了能够更好地利用无害且无限的海上风能，海上风电桩的建设和防护日益受到人们重视。但是，在海流的影响下，风电桩桩基基础周围会产生漩涡和激流，导致其周围泥沙被冲蚀，进而出现冲刷坑。随着时间的推移，桩基周围会不断受到冲刷，冲刷坑进一步扩大，严重影响到海上风电桩的稳定性。在我国，由于海底冲刷坑的产生引发的工程事故不在少数，因此，对海上风电桩进行冲刷的防护和监测显得尤为重要。

现阶段，在冲刷防护方面，抛石、抛沙袋、注浆等防护技术已成熟，往冲刷坑内注入固化土等是目前一种应用性较高的方法。另外，近些年来新型防护技术——养殖网箱防护技术也逐渐发展起来，即通过在养殖网内养殖小鱼、小虾、海草等，一方面达到了冲刷防护的目的，另一方面也可以通过售卖养殖网内的鱼虾等获得经济收益；在冲刷监测方面，已有不少冲刷监测方法和监测装备在海上风电工程中应用，但都存在一些缺陷：重力驱动式监测方法需要布置大量水压计且其设备复杂易损坏。通过光线传感器技术进行冲刷测量的方法受海底环境限制，水中杂物及土颗粒浓度易影响测量的精度。在海上风电工程中，往往只是趋向于一种功能的海上风电桩，同时具有相互配合的监测和防护功能的海上风电工程还需要进一步发展，需要不断创新发展新技术。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置，既能实时监测海上风电桩桩基周围的冲刷状况，保障桩基不会因冲刷坑的扩大引起失稳，又能起到冲刷防护的作用，减缓冲刷坑的扩大。

本发明采用以下的技术方案：

一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置，海上风电桩的顶部设置有海上作业平台，在海上作业平台上设置有数据处理中心和固化土注入装置；

围绕海上风电桩设置有多组升降结构，每组所述升降结构上连接有一个固定框架，所述固定框架内设置有养殖网，所有的固定框架组合后能将海上风电桩的底部围绕起来；

所述固定框架的底部内设置有多条输送管道，所述输送管道与固化土注入装置相连接；

所述固定框架的底部设置有多个重力板装置，每个重力板装置包括自固定框架的内侧向外侧一字排列的多个重力板，所述重力板中设置有姿态传感器；

在所述固定框架的底部的内侧和外侧均设置有声呐装置。

优选地，每组所述升降结构包括固定在海上风电桩外壁上的多个升降轨道，在升降轨道内滑动连接有升降索，一个固定框架固定连接在一组升降结构的升降索上；

在海上作业平台上设置有升降机，所述升降机与升降索连接，升降机驱动升降索带动固定框架升降。

优选地，所述养殖网内设置有养殖海草、鱼类和虾类。

优选地，所述升降结构有六组，固定框架有六个，六个固定框架落入海床后能将海上风电桩的底部围绕起来。

优选地，所述输送管道的底部设置有多个注射口，每个注射口处设置有阀门，注射口能将固化土注入到固定框架外。

优选地，所述声呐装置能在固定框架的底部转动。

优选地，所述重力板转动连接在固定框架的底部。

优选地，所述声呐装置、姿态传感器、升降机和固化土注入装置均与数据处理中心电连接。

本发明具有的有益效果是：

本发明提供的用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置，兼备监测功能和防护功能，与现有的技术相比，本发明既能够实现对冲刷坑的监测，又能起到对桩基的冲刷防护，且本发明通过监测和防护功能之间的共同作用、互相配合，增强了各功能的效果。本发明主要通过主动声呐技术测量冲刷坑的深度及范围，通过重力板的状态辅助测量冲刷坑的冲刷半径，将测量数据传输到海上作业平台的数据处理中心，经过检测处理后，最终针对海底冲刷坑的不同状况进行相对应的操作。本发明主要通过固化土、养殖网完成对冲刷坑的防护工作。

本发明可针对不同的冲刷坑状态做出相对应的变化，即当冲刷坑较小时，可通过输送管道输送固化土完成防护；当冲刷坑较大时，伴随固化土的沉降，可通过升降结构将固定框架和养殖网下降，以提高冲刷坑的防护效果。本发明集冲刷监测和防护功能于一体，具有简单有效、经济环保、灵活多变的特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中重力板装置细节图。

图3为本发明中重力板装置随冲刷坑的变化的演示图。

图4为本发明中输送管道输送固化土的示意图。

图5为本发明中声呐装置工作的示意图。

图6为本发明中养殖网内养殖的示意图。

图7为随着冲刷坑状态做出的应对示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体的说明：

结合图1至图7，一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置，海上风电桩的顶部设置有海上作业平台1，在海上作业平台1上设置有数据处理中心2和固化土注入装置(图中未画出)。

围绕海上风电桩设置有多组升降结构3，每组升降结构3上连接有一个固定框架4，固定框架4内设置有养殖网5，所有的固定框架4组合后能将海上风电桩的底部围绕起来。

具体的，在一个实施例中，每组升降结构3包括固定在海上风电桩外壁上的多个升降轨道，在升降轨道内滑动连接有升降索，一个固定框架4固定连接在一组升降结构3的升降索上。

在海上作业平台1上设置有升降机，升降机与升降索连接，升降机驱动升降索带动固定框架4升降。

实际应用时，升降结构3的具体结构形式可以根据实际情况设置，只要能够实现固定框架4的升降即可。

在一个实施例中，升降结构3有六组，固定框架4有六个，六个固定框架4落入海床后能将海上风电桩的底部围绕起来，以达到对海上风电桩的桩基全方位的监测和防护。

如图6，在养殖网5内设置有养殖海草、鱼类9和虾类等，鱼类9和虾类海产能够带来一定的经济效益。

养殖网5能够起到减缓桩基被冲刷的作用，从而对桩基起到防护作用。

固定框架4的底部内设置有多条输送管道6，输送管道6与固化土注入装置相连接。

固化土注入装置通过输送管道6将固化土11注入固化土11内。

输送管道6的底部设置有多个注射口，每个注射口处设置有阀门，注射口能将固化土11注入到固定框架4外。

固定框架4的底部设置有多个重力板装置，每个重力板装置包括自固定框架4的内侧向外侧一字排列的多个重力板7，重力板7中设置有姿态传感器。

重力板7转动连接在固定框架4的底部，姿态传感器能够检测重力板7的姿态，并将姿态数据送至数据处理中心2。

在固定框架4的底部的内侧和外侧均设置有声呐装置8。

声呐装置8能在固定框架4的底部转动，以便能够更加全面的对冲刷坑10进行测量。

声呐装置8外设置有保护罩，保护罩用来防止声呐装置8在水中由于泥沙、石头等物体发生碰撞破损，保护装置上有透声窗口，不影响声呐装置8的正常工作。

声呐装置8、姿态传感器、升降机和固化土注入装置均与数据处理中心2电连接。

声呐装置8为采用主动声呐技术，其基本原理是声呐装置8主动发射声波，随后抵达冲刷坑10的表面反射回来，进而接收反射的回波时间，以计算回波信号与发射信号间的时间延迟推知目标的距离，由回波信号的法线方向可推知目标的方向。声呐装置8主要由发射机、换能器、接收机等部件组成。如图5，声呐装置8中的发射机制造电信号，经过换能器把电信号转换成声信号向水中发射。声信号在水中传递时，遇到冲刷坑10表面就会被反射回来，反射回的声波又被换能器接收转换成电信号，传输给接收机，经过放大处理、滤波，最后传输到数据处理中心2中处理，从而实现冲刷坑10深度和大小的测量。

如图2和3所示，重力板7转动连接在固定框架4底部，平台上的数据处理中心2可根据重力板装置的位置，得到冲刷坑10的半径，以辅助测量冲刷坑10的参数。

图3中演示了随着冲刷坑10的扩大，重力板7逐渐倾斜的过程。

具体的，当桩基周围出现冲刷坑10时，靠近桩基重力板7会先出现倾斜，随着冲刷坑10的继续扩大，重力板7会不断倾斜，直至完全垂直。重力板7起到辅助测量和减缓冲刷的作用，随着冲刷坑10的扩大，重力板7发生倾斜，存在某个重力板7正处于冲刷坑10的斜坡上，通过姿态传感器，数据处理中心2会得到此重力板7的位置和姿态，进而可以得到冲刷坑10的半径。重力板7可以起到辅助声呐装置8测量的作用。位于冲刷坑10内的重力板7处于垂直状态，处于完全垂直状态的重力板7会阻挡由于水流作用引起的泥沙流动，减缓冲刷坑10的进一步扩大。

下面详细描述一下本发明的工作流程：

如图7所示，当冲刷坑10较小时，利用声呐装置8可以测出冲刷坑10的深度及地形状况，重力板7起到辅助测量和减缓冲刷的作用。当冲刷坑10增大到一定程度后，输送管道6内相对应的阀门会开启。开启阀门14后，可通过管道的注射口向冲刷坑10内输送些许固化土11，以达到防护的作用。当然，注入的固化土11不需要将重力板7和声呐装置8等埋入，以便装置能够正常监测和防护。

位于冲刷坑10内的重力板7处于垂直状态，会阻挡泥沙流动，减缓冲刷坑10的进一步扩大。

在养殖网5中养殖一些生长周期短的海草和鱼类9等，一方面是减缓由于水流作用引起的泥沙飞扬，破坏由于桩基础的存在引起的海底涡流，阻止冲刷坑10的进一步扩大，充分保护桩基础的稳定性，另一方面也可以通过售卖养殖网5内的鱼虾等获得经济收益。

随着冲刷坑10处继续被冲刷(固化土11周围会产生掏蚀，固化土11周围被掏空一部分)，冲刷坑10会进一步扩大，但是整个冲刷坑10的半径并没有超过一个固定框架4的大小时，可继续注入固化土11对桩基进行防护。

随着时间的推移，当冲刷坑10的半径超过固定框架4的大小时，此时固化土11也会发生沉降的情况，此时会流出供固定框架4下降的空间，可通过升降结构3将固定框架4连同养殖网5共同下降进入冲刷坑10内，通过养殖网5和重力板7的作用去延缓冲刷坑10的扩大。

另外，为防止材料在海水中受到腐蚀，所有材料应使用防水防腐蚀材料，例如重力板7采用不锈钢实心板，表面附有钛及钛合金，即使在污染海水、海泥、流动海水中均具有良好的耐蚀性，增强重力板7的防腐蚀性及海水的冲刷。必要时，可通过海上作业平台1进行人工操作，将固定框架4和养殖网5通过升降结构3升至海平面以上，对固定框架4、养殖网5、重力板7和声呐装置8等进行检修。检查声呐装置8的保护装置的完整度以及声呐装置8的灵敏度检测，必要时进行更换。另外，可收获养殖网5内养殖的生物，随后更换新的鱼苗、虾苗等，实现经济收益。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置，其特征在于，海上风电桩的顶部设置有海上作业平台，在海上作业平台上设置有数据处理中心和固化土注入装置；

围绕海上风电桩设置有多组升降结构，每组所述升降结构上连接有一个固定框架，所述固定框架内设置有养殖网，所有的固定框架组合后能将海上风电桩的底部围绕起来；

所述固定框架的底部内设置有多条输送管道，所述输送管道与固化土注入装置相连接；

所述固定框架的底部设置有多个重力板装置，每个重力板装置包括自固定框架的内侧向外侧一字排列的多个重力板，所述重力板中设置有姿态传感器；

重力板转动连接在固定框架的底部；

当桩基周围出现冲刷坑时，靠近桩基的重力板会先出现倾斜，随着冲刷坑的继续扩大，重力板会不断倾斜，直至完全垂直；垂直的重力板能够辅助测量冲刷坑的半径，也能阻挡水流减缓冲刷坑的进一步扩大；

在所述固定框架的底部的内侧和外侧均设置有声呐装置。

2.根据权利要求1所述的一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置，其特征在于，每组所述升降结构包括固定在海上风电桩外壁上的多个升降轨道，在升降轨道内滑动连接有升降索，一个固定框架固定连接在一组升降结构的升降索上；

在海上作业平台上设置有升降机，所述升降机与升降索连接，升降机驱动升降索带动固定框架升降。

3.根据权利要求1所述的一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置，其特征在于，所述养殖网内设置有养殖海草、鱼类和虾类。

4.根据权利要求1所述的一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置，其特征在于，所述升降结构有六组，固定框架有六个，六个固定框架落入海床后能将海上风电桩的底部围绕起来。

5.根据权利要求1所述的一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置，其特征在于，所述输送管道的底部设置有多个注射口，每个注射口处设置有阀门，注射口能将固化土注入到固定框架外。

6.根据权利要求1所述的一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置，其特征在于，所述声呐装置能在固定框架的底部转动。

7.根据权利要求2所述的一种用于海上风电桩桩基的冲刷监测和防护装置，其特征在于，所述声呐装置、姿态传感器、升降机和固化土注入装置均与数据处理中心电连接。

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