海上风机桩基防冲刷消能装置及其安装方法

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2024-03-12 17:30:15

权利要求书： 1.一种海上风机桩基防冲刷消能装置，其特征在于：包括海上风机(10)和防冲刷消能装置，所述防冲刷消能装置包括防冲刷消能网(5)；所述海上风机(10)的基础为桩基(1)，所述防冲刷消能装置围绕所述海上风机(10)的桩基(1)布置；所述防冲刷消能装置的顶部设置有用于支撑所述防冲刷消能装置的浮力组件，所述防冲刷消能装置的底部设置有用于固定所述防冲刷消能装置的连接组件，所述防冲刷消能网(5)连接在所述浮力组件和所述连接组件之间；所述防冲刷消能网(5)设置有两组，两组所述防冲刷消能网(5)分别位于所述浮力组件的内外两侧，两组所述防冲刷消能网分别为内层防冲刷消能网(52)和外层防冲刷消能网(51)；两组所述防冲刷消能网(5)上均设置有若干组消能球(6)；所述消能球(6)与所述防冲刷消能网(5)上的网带转动连接；所述消能球(6)呈圆球形，所述消能球(6)中部开设有连接孔(62)，所述消能球(6)的周向上竖向固定设置有挡板(61)；所述挡板(61)的方向和所述连接孔(62)的方向一致，所述消能球(6)的直径为3?5cm。

2.根据权利要求1所述的一种海上风机桩基防冲刷消能装置，其特征在于：所述浮力组件包括浮力圆环(2)，所述浮力圆环(2)的内侧壁与所述内层防冲刷消能网(52)可拆卸连接；所述浮力圆环(2)的外侧壁与所述外层防冲刷消能网(51)可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的一种海上风机桩基防冲刷消能装置，其特征在于：所述浮力圆环(2)由完全相同的三组弧形浮块组成，每相邻两组弧形浮块之间通过连接件连接，所述浮力圆环(2)整体漂浮在水面上，所述内层防冲刷消能网(52)和所述外层防冲刷消能网(51)均与所述浮力圆环(2)底部通过锁扣(3)相连接，所述浮力圆环(2)内径不小于1倍桩基(1)直径，所述浮力圆环(2)的外径不大于2倍的桩基(1)直径。

4.根据权利要求3所述的一种海上风机桩基防冲刷消能装置，其特征在于：所述连接组件包括锚固件(9)，所述锚固件(9)与所述防冲刷消能网(5)底部固定连接，所述防冲刷消能网(5)通过所述锚固件(9)固定在海床(19)土体中。

5.根据权利要求4所述的一种海上风机桩基防冲刷消能装置，其特征在于：所述内层防冲刷消能网(52)、所述外层防冲刷消能网(51)和所述浮力圆环(2)相互连接后呈环形伞状结构。

6.根据权利要求5所述的一种海上风机桩基防冲刷消能装置，其特征在于：所述内层防冲刷消能网(52)和所述外层防冲刷消能网(51)由完全相同的三组防冲刷消能网片组成，每相邻两组所述防冲刷消能网片之间通过网纲(4)连接。

7.根据权利要求1所述的一种海上风机桩基防冲刷消能装置，其特征在于：所述桩基(1)为单桩基础(11)或者群桩基础中任意一种。

8.一种海上风机桩基防冲刷消能装置的安装方法，基于权利要求6所述的一种海上风机桩基防冲刷消能装置，其特征在于：包括以下步骤：

a、防冲刷消能网(5)围绕在桩基(1)周围；使用网纲(4)将相邻所述内层防冲刷消能网(52)上的防冲刷消能网片连接在一起，使用网纲(4)将相邻所述外层防冲刷消能网(51)上的防冲刷消能网片连接在一起；

b、防冲刷消能网(5)的上部通过锁扣(3)与浮力圆环(2)可拆卸连接；

c、防冲刷消能网(5)的下部通过锚固件(9)固定连接在海床(19)土体中。

说明书：一种海上风机桩基防冲刷消能装置及其安装方法技术领域[0001] 本发明涉及海上风电工程技术领域，特别是涉及一种海上风机桩基防冲刷消能装置及其安装方法。

背景技术[0002] 随着我国海上风力发电行业的迅速发展，其风机基础冲刷问题日益严重。海上风机基础受到冲刷的主要原因是海上风机基础受到海流的长时间冲刷，基础周围产生绕流进

而导致基础附近海床表面泥土大量流失使基础结构裸漏在外。这导致了基础的承载能力及

其稳定性的降低。另一方面，有相关研究表明海上风机在长期受到循环水平荷载作用下，如风荷载、波浪荷载等，其自身固有频率及桩周土体性质会进一步发生显著变化。

[0003] 目前，我国海上风机防冲刷主要用到抛石、砂袋等。然而，抛石往往会由于水力作用发生不可避免的移动，需要定期的观测、维护。砂袋往往由于环境作用或施工过程中破损，影响其工作性能。因此，安装合理的防冲刷装置以及降低波浪荷载对海上风机的影响尤为重要。

发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种海上风机桩基防冲刷消能装置及其安装方法，以解决上述现有技术存在的问题，以实现降低海流流速，减少海上风机基础冲刷，同时有效地减轻波流对水下结构的冲击。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种海上风机桩基防冲刷消能装置，包括海上风机和防冲刷消能装置，所述海上风机的基础为桩基，所述防冲刷消能装置围绕所述海上风机的桩基布置；所述防冲刷消能装置的顶部设置有浮力组件，所述防

冲刷装置的底部设置有连接组件，所述防冲刷消能装置顶部的浮力组件和底部的连接组件

之间连接有防冲刷消能网。

[0006] 优选的，所述防冲刷消能装置包括所述防冲刷消能网，所述防冲刷消能网设置有两组，两组所述防冲刷消能网分别位于所述浮力组件的内外两侧；两组所述防冲刷消能网

上均设置有若干组消能球；所述消能球与所述防冲刷消能网转动连接。

[0007] 优选的，所述浮力组件包括浮力圆环，位于所述浮力圆环内侧的防冲刷消能网为内层防冲刷消能网，所述浮力圆环之间的内侧壁与所述内层防冲刷消能网可拆卸连接；位

于所述浮力圆环外侧的防冲刷消能网为外层防冲刷消能网，所述浮力圆环的外侧壁与所述

外层防冲刷消能网可拆卸连接。

[0008] 优选的，所述浮力圆环由完全相同的三组弧形浮块组成，每相邻两组弧形浮块之间通过连接件连接，所述浮力圆环整体漂浮在水面上，所述防冲刷网及消能网与所述浮力

圆环底部通过锁扣相连接，所述圆环内径不小于1倍基桩直径，所述浮力圆环的外径不大于

2倍的基桩直径。

[0009] 优选的，所述消能球呈圆球形，所述消能球中部开设有连接孔，所述消能球的周向上竖向固定设置有挡板；所述消能球的直径为3?5cm。[0010] 优选的，所述连接组件包括锚固件，所述锚固件与所述防冲刷消能网底部固定连接，所述防冲刷消能网通过所述锚固件固定在海床上土体中。

[0011] 优选的，所述内层防冲刷消能网、所述外层防冲刷消能网和所述浮力圆环相互连接后呈伞状、环形结构。

[0012] 优选的，所述防冲刷消能网由完全相同的三组防冲刷消能网片组成，每相邻两组所述防冲刷消能网片之间通过网纲连接。

[0013] 一种海上风机桩基防冲刷消能装置的安装方法，包括以下步骤：[0014] a、防冲刷消能网围绕在所述桩基周围；使用网纲将相邻所述内层防冲刷消能网片连接在一起，使用网纲将相邻所述外层防冲刷消能网片连接在一起；

[0015] b、防冲刷消能网的上部通过锁扣与浮力圆环可拆卸连接；[0016] c、防冲刷消能网的下部通过锚固件固定连接在海床土体中。[0017] 本发明公开了以下技术效果：[0018] (1)本发明能够有效的达到防冲刷消能作用，且造价低廉，安装方便；[0019] (2)本发明不与海上风机结构发生直接接触能够更好的减少结构所受波浪荷载；[0020] (3)本发明安装过程简单，对结构不会产生损坏，并且后期维护成本较低，节省了人力物力和时间。

附图说明[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施

例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0022] 图1为本发明海上风机结构及消能装置结构示意图；[0023] 图2为本发明防冲刷消能网结构示意图；[0024] 图3为本发明消能球结构示意图；[0025] 图4为本发明防冲刷消能网片与弧形浮块结构示意图；[0026] 图5为本发明人工鱼礁与单桩基础位置示意图；[0027] 图6为本发明人工鱼礁外部结构示意图；[0028] 图7为本发明人工鱼礁内部结构示意图；[0029] 其中，1、桩基；2、浮力圆环；3、锁扣；4、网纲；5、防冲刷消能网；51、外层防冲刷消能网；52、内层防冲刷消能网；6、消能球；61、挡板；62、连接孔；7、连接部；8、网孔；9、锚固件；10、海上风机；11、单桩基础；12、藻类附着基；13、鱼类养殖箱；14、通孔；15、固定板；16、明舱室；17、暗舱室；18、鱼礁；19、海床。

具体实施方式[0030] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他

实施例，都属于本发明保护的范围。

[0031] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0032] 实施例一：[0033] 参照图1?4，本实施例提供一种海上风机桩基防冲刷消能装置，包括海上风机10和防冲刷消能装置，海上风机10的基础为桩基1，防冲刷消能装置围绕海上风机10的桩基1布置；防冲刷消能装置的顶部设置有浮力组件，防冲刷装置的底部设置有连接组件，防冲刷消能装置顶部的浮力组件和底部的连接组件之间连接有防冲刷消能网5。当海流经过防冲刷

消能网5时，孔洞起到绕流作用，同时附在网上消能球6会在海流作用下旋转，从而降低桩基

1附近海流动能，减少风机所受波浪力。该装置安装过程简单，与桩基1桩不发生直接接触，避免了施工及防护时对桩的损坏；另外，该发明原材料成本低廉、施工周期短、方便后期维护、降低了风机防冲刷的成本并且大幅度减少了风机单桩所受到的波浪力。此外，本发明可以进一步与海洋牧场等领域相结合，实现多产业、高质量并行发展。

[0034] 单桩基础：即单根钢管桩基础是由一个直径在3?5m之间的钢管桩构成，适用于小于25m的水域。对软土地基可采用锤击沉桩法，对岩石地基可采用钻孔的方法，也可在岩石地基内形成大直径钻孔灌注桩；本装置在单桩基础的周围设计有防冲刷消能网，防冲刷消

能网的底部通过锚固件连接在单桩基础周围的土体中。

[0035] 防冲刷消能装置包括防冲刷消能网5，防冲刷消能网5设置有两组，两组防冲刷消能网5分别位于浮力组件的内外两侧，防冲刷消能网5由完全相同的三组防冲刷消能网5片

组成，每相邻两组防冲刷消能网5片之间通过网纲4连接；两组防冲刷消能网5上均设置有若干组消能球6；消能球6与防冲刷消能网5转动连接；消能球6呈圆球形，消能球6中部开设有连接孔62，消能球6的周向上竖向固定设置有挡板61；防冲刷消能网5与消能球6接触面做光滑处理，如抛光、涂抹润滑材料等，消能球6的直径为3?5cm左右，挡板61的方向为与连接孔

62的方向一致；防冲刷消能网5为一定厚度的耐腐蚀性材料，如聚丙烯、尼龙等耐腐蚀，可长期在海上中使用的材料，防冲刷消能网5上附有可随海流而发生转动的PC材质的消能球6，消能球6中部的连接孔与防冲刷消能网的网带转动连接，防冲刷消能网5上开设有若干组网

孔8，每个网孔周围布置有四组消能球，每四组消能球呈对角线围绕消能网的周围布置，因此挡板与其所处的网带平行，在海水冲刷消能网的时候，消能网会被动压缩吸能，由于挡板与网带实时平行，因此，挡板也被水冲刷而被迫转动，进而对对海水的冲刷改变方向和卸

力，提高防冲刷和消能效果；防冲刷消能网5的网孔8的之间在5?10cm左右；消能球6的连接孔62穿设在防冲刷消能网5上，每组网孔8周围穿设有四个消能球6，消能球6和网带之间连

接的部位为连接部7，消能球6和网带之间可以相对转动，防冲刷消能网5埋入或紧贴桩基1

周围的海床19，由于浮力作用内、外层防冲刷消能网5在海水中整体呈现伞状，当泥沙受到海流作用通过防冲刷消能网5时，防冲刷消能网5的网孔8起到扰流作用，消能球6会在海流

作用下旋转，将水的动能转化成消能球6的动能，从而减少基础周围泥沙冲刷以及减小风机水下结构所受波浪力。

[0036] 浮力组件包括浮力圆环2，位于浮力圆环2内侧的防冲刷消能网5为内层防冲刷消能网52，浮力圆环2的内侧壁与内层防冲刷消能网52可拆卸连接，内层防冲刷消能网52、外层防冲刷消能网5和浮力圆环2相互连接后呈伞状、环形结构；位于浮力圆环2外侧的防冲刷消能网5为外层防冲刷消能网51，浮力圆环2的外侧壁与外层防冲刷消能网5可拆卸连接；风机塔体11位于浮力圆环2的中部。浮力圆环2由完全相同的三组弧形浮块组成，每相邻两组

弧形浮块之间通过连接件连接(该连接件可以采用插销纵向连接，首先将相邻两块弧形浮

块的两端部均开设凹槽和相适配的凸起，便于二者的插接，然后在插接的部位通过插销固

定连接，或者也可以采用锁扣连接，两块弧形浮块之间的锁扣与浮力圆环和防冲刷消能网

之间连接的锁扣原理一致，根据实际需要选择不同的规格即可)，浮力圆环2整体漂浮在水

面上，防冲刷网及消能网与浮力圆环2底部通过锁扣3相连接(本装置中防冲刷消能网采用

的锁扣为鸳鸯扣，锁扣的固定部分固定设置浮力圆环上，锁扣的活动部分位于防冲刷消能

网的内部，二者连接时，只需要将锁扣的活动部分和固定部分进行扣合即可，不仅便于安

装，还便于拆解，并且在工作时还可以保证固定的强度)，浮力圆环2为空心橡胶圈，浮力圆环2为PC材料，内侧采用橡胶层或泡沫等减震材料，外层防冲刷消能网5底面积应大于浮力圆环2俯视投影面积。圆环内径不小于1倍基桩直径，浮力圆环2的外径不大于2倍的基桩直

径。

[0037] 连接组件包括锚固件9，锚固件9与防冲刷消能网5底部固定连接，防冲刷消能网5通过锚固件9固定在海床19土体中，锚固件9为铁锚(沙袋或石块等)。

[0038] 一种海上风机10结构防冲刷消能装置的安装方法，包括以下步骤：[0039] a、防冲刷消能网5围绕在桩基1周围；使用网纲4将相邻内层防冲刷消能网52片连接在一起，使用网纲4将相邻外层防冲刷消能网5片连接在一起；

[0040] b、防冲刷消能网5的上部通过锁扣3与浮力圆环2可拆卸连接；[0041] c、防冲刷消能网5的下部通过锚固件9固定连接在海床19土体中。[0042] 工作过程：在安装时，先将弧形浮块放置到桩基1周围的海面上，将三组完全相同的弧形浮块围绕弧形浮块进行拼接，组成浮力圆环2；，此时浮力圆环2套接在单桩周围，且不与单桩接触，然后再将内层防冲刷消能网52片的上部通过锁扣3与浮力圆环2的底部连

接，当三片防冲刷消能网5片均与浮力圆环2连接完毕后，再将相邻的两组方防冲刷消能网5片之间通过网纲4进行连接；当网纲4将三组内层防冲刷消能网52片连接成一体的内层防冲

刷消能网时，再使用锚固件9将内层防冲刷消能网52的下部与海床19进行固定；当内层防冲刷消能网52连接完毕后，在连接外层防冲刷消能网5，外层防冲刷消能网51的连接方式与内层防冲刷消能网52一致，即组装完成。

[0043] 在实际工作时，内层防冲刷消能网52和外层防冲刷消能网5之间由于有网纲4的支撑，使得防冲刷消能网5不会与桩基1接触，浮力圆环2漂浮在海面上，带动防冲刷消能网5对海浪的冲刷进行消能；当海流经过防冲刷消能网5时，孔洞及其负载网上的小球可以起到绕流以及消能的作用，改变桩身周围海流的流速和方向，从而达到防冲刷的目的。

[0044] 实施例二：参照图5?7，本实施例与所述实施例一得到区别在于：本实施例在桩基1的底部与海床19上固定安装有鱼礁18，鱼礁18下方设置有固定板15，该鱼礁18为人工鱼礁18，包括藻类附着基12和鱼类养殖箱13，藻类附着基12呈圆弧形，且藻类附着基12的侧面投影为等到梯形，藻类附着基12上设置有用珊瑚碎片或者钢渣做成的粗糙附着面，粗糙附着

面便于藻类植物得到附着和生长，有利于海藻减缓水流的冲刷以及海床19上泥土的飞扬，

起到净水固土的作用；藻类附着基12的下方设置通过连接杆设置有鱼类养殖箱13，该养殖

箱的前后两端设置有通孔14，便于鱼类进入，而且通孔14的大小不一，也起到适合不同种鱼类进入；而且鱼类养殖箱13内部设置明舱室和暗舱室，明舱室16与通孔14位于箱体的外侧，并直接与通孔14连通，而暗舱室位于明舱室16的内部，光线效果远远低于明舱室16的光线

效果，以便于适应于不同种鱼类进行栖息生活，提高对鱼类的吸引。

[0045] 由于该鱼礁18设置在两层防冲刷消能网5内部，因此，在防冲刷消能网5对外部的外部而对水流进行消能阻挡后，靠近桩基1的位置水流速度小，对桩基1的冲刷效果不明显，而围绕该位置进行鱼礁18的放置以及藻类鱼类的养殖可以对防冲刷消能网5内部的沙土进

行封固，使得内部的泥沙可以在藻类的作用下减小流失；而且藻类还可以对内部的水流起

到缓冲净化而对作用，既可以保证鱼类的生活，也可以起到防冲刷效果，实现了海上牧业和海上风电的有机结合；而且由于防冲刷网网孔8的设计，还有利于鱼类自由的进入防冲刷消能网5和鱼礁18，避免影响不同鱼类的生活习性。

[0046] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“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，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。

[0047] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出

的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。