一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构

本发明涉及海上风电桩防冲刷，具体为一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构。

背景技术：

1、随着我国海上风电开发的迅速发展，大直径的风电桩基作为海上风电机的重要支撑构件，其安全关系着风电机组的安全运行。大直径风电桩基础周围的泥沙冲刷现象是影响其稳定性的关键问题之一，海上风电桩的水下部分会在海流作用下在其周围形成马蹄形涡流、尾涡流等湍流结构，这些湍流结构加剧了风电桩基周围泥沙的侵蚀作用，导致风电桩周围泥沙被冲刷和掏空，严重威胁风电桩基的安全性和使用寿命，所以要采取措施进行风电桩基周围的冲刷防护对风电场长周期安全稳定运行、保障经济效益具有重要意义。

2、目前海岸工程中对于风电桩基周围的冲刷问题所采取的常用措施是在风电桩底部进行抛石，形成岩石保护层覆盖容易被冲刷的沉积物，岩石保护层会产生孔隙来消耗湍流，降低泥沙的冲刷，岩石层数越多冲刷防护效果越好。然而，由于在实际工程应用中岩石尺寸参差不齐，岩石层的布置范围和厚度很难按预期来执行，最终导致岩石保护层自身会造成冲刷的情况，岩石层边缘的局部冲刷导致岩石变形、下陷、冲刷防护失效。此外，传统的抛石冲刷防护措施不具备水循环和鱼类栖息地增强功能。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构，通过优化人工鱼礁的结构，并调节单个人工鱼礁与海上风电桩之间的距离或者调节两个人工鱼礁之间的距离，确定人工鱼礁的最佳位置，以破坏海上风电桩前的马蹄形涡流结构，影响海上风电桩两侧的流线压缩加速，进而降低海上风电桩两侧海床面泥沙的剪切应力，最终对海上风电桩周围的泥沙冲刷起到了防护作用。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构，包括平行于海底水流方向设置的人工鱼礁，所述人工鱼礁位于海上风电桩朝向海底水流方向的一侧，用于阻挡海底对海上风电桩的冲刷；

3、所述人工鱼礁底部设有底座，所述底座底部四个拐角处分别固定有插杆，所述插杆扎在海底用于固定底座和人工鱼礁的位置；

4、所述人工鱼礁顶部设有增大人工鱼礁所受浮力的升降组件，用于带动人工鱼礁向海面移动。

5、优选的，所述人工鱼礁的数量设置为一个或者两个，所述人工鱼礁的数量为一个时，所述人工鱼礁与海上风电桩截面圆心在同一直线上，且该直线平行于x轴；

6、所述人工鱼礁的数量设置为两个时，两个人工鱼礁垂直于x轴设置或者垂直于y轴设置。

7、优选的，所述升降组件包括位于人工鱼礁顶部的气囊，所述人工鱼礁内部开设有通气腔，所述气囊内部与通气腔之间连通有第一连通管；

8、所述底座内部顶端开设有产气室，所述产气室内部中间位置固定有防护环和第一薄膜，所述第一薄膜将产气室内部的空间平均划分为两个独立的腔体，两个腔体内部分别填充有盐酸溶液和碳酸氢钠粉末；

9、所述防护环顶部设有转动杆，所述转动杆底部固定有竖板，所述竖板一侧设有多个用于戳破第一薄膜的尖针，所述转动杆中间贯穿固定有驱动转动杆转动的第一转轴，用于驱动尖针戳破第一薄膜使位于两个腔体内部的盐酸溶液和碳酸氢钠粉末能够接触并产生气体；

10、所述人工鱼礁底部固定有第二连通管，所述第二连通管底端延伸入产气室内部，用于连通产气室和通气腔，产生的气体能够通过第二连通管和通气腔进入到气囊内部以增大气囊受到的浮力。

11、优选的，所述第二连通管内部固定有分隔板，所述分隔板将第二连通管内部划分成两个独立的通道，所述第二连通管内部的两个通道分别与产气室内部的两个独立的腔体相连通，所述分隔板两侧与第二连通管内壁之间均固定有第二薄膜，用于阻挡盐酸溶液和碳酸氢钠粉末进入到通气腔内部。

12、优选的，所述底座内部底端开设有流通腔，所述流通腔两端均固定连通有流通管，两个流通管外端均固定有电磁阀，所述流通管和流通腔的中心轴线与海底水流方向平行；

13、所述第一转轴远离转动杆的一端延伸入流通腔内部并与底座内部通过密封轴承活动连接，所述第一转轴延伸入流通腔的一端固定有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮一侧啮合有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮中间贯穿固定有第二转轴，所述第二转轴两端均固定有涡轮，海底水流进入流通腔内部后能够驱动涡轮转动并通过涡轮驱动第二锥齿轮以及与第二锥齿轮啮合的第一锥齿轮转动，用于驱动第一转轴转动。

14、优选的，所述第二转轴两端分别通过轴承活动连接有限位板，所述限位板两端与流通腔内壁固定连接。

15、优选的，所述电磁阀的启闭由遥控器远程控制。

16、优选的，所述转动杆、竖板和尖针均采用耐腐蚀的陶瓷材料制成；

17、所述第一薄膜和第二薄膜均采用聚四氟乙烯材料制成。

18、与现有技术相比，本发明提供了一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构，具备以下有益效果：

19、通过优化人工鱼礁的结构，并调节单个人工鱼礁与海上风电桩之间的距离或者调节两个人工鱼礁之间的距离，确定人工鱼礁的最佳位置，以破坏海上风电桩前的马蹄形涡流结构，影响海上风电桩两侧的流线压缩加速，进而降低海上风电桩两侧海床面泥沙的剪切应力，最终对海上风电桩周围的泥沙冲刷起到了防护作用。

20、本发明中人工鱼礁设置成镂空状，还能够为海洋生物提供栖息场所，有助于鱼类等海洋生物的生长。

21、通过在人工鱼礁内部开设通气腔，一方面能够减轻人工鱼礁自身的重量，另一方面能够为产气室内部产生的气体提供流动的通道，使得盐酸溶液与碳酸氢钠粉末接触后产生的气体能够通过人工鱼礁进入到气囊内部，最终能够增大气囊的体积，进一步增大气囊受到的浮力，并利用该浮力能够带动人工鱼礁、底座和插杆向上移动，直至将人工鱼礁浮出水面，以便于工作人员对人工鱼礁进行维修或者更换。

22、通过在人工鱼礁底部设置平行于海底水流方向的流通腔和流通管，在打开电磁阀之后，海底水流能够进入流通腔内部并驱动涡轮转动，使得涡轮能够通过驱动第二转轴、第二锥齿轮和第一锥齿轮转动而带动第一转轴和转动杆转动，最终将隔离开的盐酸溶液与碳酸氢钠粉末混合，以产生气体，增大浮力。

技术特征：

1.一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构，其特征在于：包括平行于海底水流方向设置的人工鱼礁（1），所述人工鱼礁（1）位于海上风电桩朝向海底水流方向的一侧，用于阻挡海底对海上风电桩的冲刷；

2.根据权利要求1所述的一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构，其特征在于：所述人工鱼礁（1）的数量设置为一个或者两个，所述人工鱼礁（1）的数量为一个时，所述人工鱼礁（1）与海上风电桩截面圆心在同一直线上，且该直线平行于x轴；

3.根据权利要求1所述的一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构，其特征在于：所述升降组件（4）包括位于人工鱼礁（1）顶部的气囊（41），所述人工鱼礁（1）内部开设有通气腔（42），所述气囊（41）内部与通气腔（42）之间连通有第一连通管（43）；

4.根据权利要求3所述的一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构，其特征在于：所述第二连通管（44）内部固定有分隔板（420），所述分隔板（420）将第二连通管（44）内部划分成两个独立的通道，所述第二连通管（44）内部的两个通道分别与产气室（45）内部的两个独立的腔体相连通，所述分隔板（420）两侧与第二连通管（44）内壁之间均固定有第二薄膜（421），用于阻挡盐酸溶液和碳酸氢钠粉末进入到通气腔（42）内部。

5.根据权利要求4所述的一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构，其特征在于：所述底座（2）内部底端开设有流通腔（417），所述流通腔（417）两端均固定连通有流通管（418），两个流通管（418）外端均固定有电磁阀（419），所述流通管（418）和流通腔（417）的中心轴线与海底水流方向平行；

6.根据权利要求5所述的一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构，其特征在于：所述第二转轴（414）两端分别通过轴承活动连接有限位板（415），所述限位板（415）两端与流通腔（417）内壁固定连接。

7.根据权利要求5所述的一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构，其特征在于：所述电磁阀（419）的启闭由遥控器远程控制。

8.根据权利要求5所述的一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构，其特征在于：所述转动杆（48）、竖板（49）和尖针（410）均采用耐腐蚀的陶瓷材料制成；

技术总结本发明公开了一种人工鱼礁和海上风机基础融合的防冲刷结构，涉及海上风电桩防冲刷技术领域，包括平行于海底水流方向设置的人工鱼礁，所述人工鱼礁位于海上风电桩朝向海底水流方向的一侧，用于阻挡海底对海上风电桩的冲刷；所述人工鱼礁底部设有底座，所述底座底部四个拐角处分别固定有插杆。本发明通过优化人工鱼礁的结构，并调节单个人工鱼礁与海上风电桩之间的距离或者调节两个人工鱼礁之间的距离，确定人工鱼礁的最佳位置，以破坏海上风电桩前的马蹄形涡流结构，影响海上风电桩两侧的流线压缩加速，进而降低海上风电桩两侧海床面泥沙的剪切应力，最终对海上风电桩周围的泥沙冲刷起到了防护作用。技术研发人员：项建强,汝会通,张召森,潘孝军,金磊受保护的技术使用者：中国海洋大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11