CN113550346A - 一种海上风电单桩基础防护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了单桩基础防护技术领域的一种海上风电单桩基础防护装置及方法。包括：壳体，所述壳体嵌套在单桩基础上；监测组件，安装在所述壳体的外部，用于采集单桩基础周边的淤泥状态数据；淤泥喷射机构，安装在所述壳体的内部，用于根据所述监测组件采集的单桩基础周边的淤泥状态数据，向单桩基础的指定位置喷填改良淤泥。通过在单桩基础上嵌套海上风电单桩基础防护装置，通过自动监测单桩基础周围的淤泥冲刷情况，将改良淤泥通过淤泥喷射机构精准喷射到冲刷严重的位置，实现了自动化精准喷填，提高了喷填效率，降低了喷填作业成本。

Description

一种海上风电单桩基础防护装置及方法

技术领域

本发明属于单桩基础防护技术领域，具体涉及一种海上风电单桩基础防护装置及方法。

背景技术

单桩结构在海上风电机组基础结构应用最为广泛。单桩结构相比其他基础结构，具有结构简单，传力模式明确，施工方便等优点。在海流和波浪的作用下，桩的周围易形成漩涡和下降水流，带走泥沙，形成冲刷坑。单桩结构基础埋深减少，其水平承载力降低；还可能由于基础埋深减小，基础的固有频率降低，导致风机结构产生共振的问题。因此单桩结构基础的防护研究在海上风力发电领域占着重要地位。现有技术中对单桩基础的防护常用护底抗冲方法，但护底抗冲施工存在浪费大量人力、物力，抛填不精准，护底效率低等问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种海上风电单桩基础防护装置及方法，实现了自动化精准喷填，提高了喷填效率。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种海上风电单桩基础防护装置，包括：壳体，所述壳体嵌套在单桩基础上；监测组件，安装在所述壳体的外部，用于采集单桩基础周边的淤泥状态数据；淤泥喷射机构，安装在所述壳体的内部，用于根据所述监测组件采集的单桩基础周边的淤泥状态数据，向单桩基础的指定位置喷填改良淤泥。

进一步地，所述壳体包括顶板、立板和底板，所述顶板通过所述立板与所述底板固定连接，一空心圆柱体贯穿所述顶板和所述底板，并分别与所述顶板和所述底板固定连接，所述壳体通过所述空心圆柱体嵌套在单桩基础上；所述顶板、立板、底板和空心圆柱体围成中空的所述壳体。

进一步地，所述立板上设有若干个预留孔，每个所述预留孔安装有可开合的挡板。

进一步地，所述淤泥喷射机构包括安装在所述底板上的旋转装置，所述旋转装置绕所述空心圆柱体作往复旋转运动；所述旋转装置上安装有储料仓和喷射器，所述喷射器通过第二管道连通所述储料仓，所述储料仓通过安装于单桩基础内的第一管道连接运泥船。

进一步地，所述喷射器包括敞口外壁、与所述敞口外壁固定连接的侧外壁、与所述侧外壁密封连接的喷射头；所述侧外壁与连通所述储料仓的第二管道固定连接；所述敞口外壁与所述立板滑动连接。

进一步地，所述监测组件包括信号发射接收器和信号传输装置，若干个所述信号发射接收器安装在所述壳体的外边缘，所述信号传输装置安装在单桩基础上，若干个所述信号发射接收器分别与所述信号传输装置通信连接，所述信号传输装置与上位机通信连接。

进一步地，所述改良淤泥的组成成分和质量百分比为：淤泥50%～60%、固化剂20%～30%、水20%、水下抗分散剂0.001%～0.01%、减水剂0.1%～0.2%；所述固化剂的组成成分和质量百分比为：水泥`55%、粉煤灰30%、铝酸钙5%、钙基膨润土10%。

第二方面，提供一种海上风电单桩基础防护方法，包括：采集单桩基础周边的淤泥状态数据；根据采集的单桩基础周边的淤泥状态数据，向单桩基础的指定位置喷填改良淤泥。

进一步地，所述采集单桩基础周边的淤泥状态数据，包括：信号发射接收器向指定的方向发射信号，并接收反射信号，对接收的反射信号进行分析并与预先设定的条件进行对比，从而获取单桩基础周边的淤泥状态数据。

进一步地，所述根据采集的单桩基础周边的淤泥状态数据，向单桩基础的指定位置喷填改良淤泥，包括：

当采集的单桩基础周边的淤泥状态数据满足喷填条件时，信号传输装置将反馈信号传输至上位机，陆域工作平台基于上位机接收到的反馈信号，制备喷填所需的改良淤泥；

将改良淤泥通过第一管道输送至储料仓，然后通过第一管道向储料仓内输送压缩空气，对储料仓加压；

基于上位机的指令，旋转装置旋转至需要喷填的方位，对应预留孔上的挡板打开，改良淤泥在压力作用下由储料仓经第二管道和喷射器向指定的方位进行淤泥喷填。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

（1）本发明通过在单桩基础上嵌套海上风电单桩基础防护装置，通过自动监测单桩基础周围的淤泥冲刷情况，将改良淤泥通过淤泥喷射机构精准喷射到冲刷严重的位置，实现了自动化精准喷填，提高了喷填效率，降低了喷填作业成本；

（2）本发明通过配置具有耐冲刷特性的改良淤泥，并通过海上风电单桩基础防护装置喷填至指定位置，提高了淤泥的耐冲刷特性，加强了对单桩基础的防护能力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种海上风电单桩基础防护装置的断面示意图；

图2是本发明实施例提供的一种海上风电单桩基础防护装置的俯视图；

图3是本发明实施例中旋转装置的安装结构局部视图；

图4是本发明实施例中喷射器的安装结构示意图；

图5是本发明实施例中喷填作业流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

一种海上风电单桩基础防护装置，包括：壳体，壳体嵌套在单桩基础上；监测组件，安装在壳体的外部，用于采集单桩基础周边的淤泥状态数据；淤泥喷射机构，安装在壳体的内部，用于根据监测组件采集的单桩基础周边的淤泥状态数据，向单桩基础的指定位置喷填改良淤泥。

如图1~图4所示，壳体包括顶板11、立板12和底板13，顶板11通过立板12与底板13固定连接，一空心圆柱体14贯穿顶板11和底板13，并分别与顶板11和底板13固定连接，壳体通过空心圆柱体14嵌套在单桩基础4上；顶板11、立板12、底板13和空心圆柱体14围成封闭中空的所述壳体。顶板11为弧线形结构，以减少水流的冲击；底板13为平面，与淤泥海底紧密接触，对淤泥土体进行掩盖防护；其上部的顶板11为圆弧面以阻隔水流、旋涡或改变水流流向来达到对淤泥土体防护的目的。立板12上设有若干个预留孔121，每个预留孔121安装有可开合的挡板。淤泥喷射机构包括安装在底板13上的旋转装置21，旋转装置21的底盘211与空心圆柱体14通过轴承212连接，旋转装置21绕空心圆柱体14作往复旋转运动；旋转装置21上安装有储料仓22和喷射器23，喷射器23通过第二管道24连通储料仓22，储料仓22通过安装于单桩基础4内的第一管道25连接运泥船。运泥船提供喷填所需的改良淤泥，储料仓22储存装置运作时所需的改良淤泥。喷射器23包括敞口外壁231、与敞口外壁231固定连接的侧外壁232、与侧外壁232密封连接的喷射头233，喷射头233的中部等直径位置有一段或几段锯齿，以实现喷射头喷射淤泥的方向可随意改变，也可采用其他柔性连接结构，达到喷射头喷射淤泥的方向可随意改变的目的；侧外壁232与连通储料仓22的第二管道24固定连接；敞口外壁231与立板12滑动连接。监测组件包括信号发射接收器31和信号传输装置32，若干个信号发射接收器31安装在壳体的外边缘，信号传输装置32安装在单桩基础4上，若干个信号发射接收器31分别与信号传输装置32通信连接，信号传输装置32与上位机通信连接。本实施例中，在每个预留孔121处安装一个信号发射接收器31。

如图1、图2所示，立板12上设置多个预留孔121，预留孔121在立板12上等角度排列，预留孔121在装置不进行工作时，处于关闭状态，在装置工作时，旋转装置21带动喷射器23一起转动，当其转动到与预留孔121位置重合时，随后此位置预留孔121自动打开，在此过程中，预留孔121与喷射器23的敞口外壁231紧密贴合，喷射头133在固定滑道滑动时，喷射头233与侧外壁232紧密贴合，贴合部位具有橡胶垫层，保证装置的密封性。装置进行正常工作，其他位置的预留孔处于关闭状态，转动装置再次转动时，离开此位置，此位置的预留孔自动关闭。

本发明装置直接对海上风电单桩桩基淤泥土体进行掩盖防护，改变水流流向对装置边界淤泥土体进行冲刷，装置会自动检测出冲刷达到一定的深度冲刷坑位置，并进行填补改良淤泥；通过自动监测单桩基础周围的淤泥冲刷情况，将改良淤泥通过淤泥喷射机构精准喷射到冲刷严重的位置，实现了自动化精准喷填，提高了喷填效率，降低了喷填作业成本；此过程减少了大量的人力物力，经济效益高；装置安装简单便捷，抗冲刷能力强，经济效益好。

本实施例同时提供一种适合采用上述装置进行喷填的具有耐冲刷特性的改良淤泥，改良淤泥的组成成分和质量百分比为：淤泥50%～60%、固化剂20%～30%、水20%、水下抗分散剂0.001%～0.01%、减水剂0.1%～0.2%；所述固化剂的组成成分和质量百分比为：水泥`55%、粉煤灰30%、铝酸钙5%、钙基膨润土10%；通过配置具有耐冲刷特性的改良淤泥，并通过海上风电单桩基础防护装置喷填至指定位置，提高了淤泥的耐冲刷特性，加强了对单桩基础的防护能力。

如图5所示，海上风电单桩基础防护装置的具体工作步骤如下：

步骤一：信号发射接收器输出信号，本实施例中信号发射接收器为海底测距仪；

步骤二：信号发射接收器接收外界反射回的信号，并对信号进行分析；分析出的结果满足预先设定的条件，进行步骤三；分析出的结果不满足预先设定的条件，进行步骤四；

步骤三：信号发射接收器将反馈通过信号传输装置传输至上位机，进行步骤五；

步骤四：信号发射接收器继续输出信号对周围环境进行监测，进行步骤二；

步骤五：陆域工作平台对上位机接收到的信号进行处理，并制备相应所需要的改良淤泥；

步骤六：将改良淤泥通过第一管道输送至储料仓；

步骤七：储料仓将改良淤泥输送到喷射器；

步骤八：陆域工作平台通过运泥船向第一管道内输送一定量的气体，对储料仓22内部进行加压；

步骤九：喷射器接收到上位机的指令后，喷射头在侧外壁内沿固定轨道滑动到预定位置，由于内外压力差，朝指定位置喷填改良淤泥；当内外压力差相当，喷射器旋转装置停止工作，并收回喷射头；喷射头移动是通过压强差实现的，当装置内部加压时，喷射器内部压强大于外部压强，喷射头沿固定轨道向外滑动，当装置内部压强减小到小于外部压强，喷射头被水压压回喷射器内部。旋转装置上固定喷射器，旋转装置包括旋转底盘和大型轴承，旋转装置的旋转是通过大型轴承实现的，在运行过程中其朝一个方向旋转360°后，会朝着相反的方向旋转360°，随后重复此操作，防止第一管道与储料仓的连接处发生过度缠绕。

实施例二：

基于实施例一所述海上风电单桩基础防护装置，本实施例同时提供一种海上风电单桩基础防护方法，包括：

采集单桩基础周边的淤泥状态数据；信号发射接收器向指定的方向发射信号，并接收反射信号，对接收的反射信号进行分析并与预先设定的条件进行对比，从而获取单桩基础周边的淤泥状态数据；

根据采集的单桩基础周边的淤泥状态数据，向单桩基础的指定位置喷填改良淤泥；当采集的单桩基础周边的淤泥状态数据满足喷填条件时，信号传输装置将反馈信号传输至上位机，陆域工作平台基于上位机接收到的反馈信号，制备喷填所需的改良淤泥；将改良淤泥通过第一管道输送至储料仓，然后通过第一管道向储料仓内输送压缩空气，对储料仓加压；基于上位机的指令，旋转装置旋转至需要喷填的方位，对应预留孔上的挡板打开，改良淤泥在压力作用下由储料仓经第二管道和喷射器向指定的方位进行淤泥喷填。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海上风电单桩基础防护装置，其特征是，包括：

壳体，所述壳体嵌套在单桩基础上；

监测组件，安装在所述壳体的外部，用于采集单桩基础周边的淤泥状态数据；

淤泥喷射机构，安装在所述壳体的内部，用于根据所述监测组件采集的单桩基础周边的淤泥状态数据，向单桩基础的指定位置喷填改良淤泥。

2.根据权利要求1所述的海上风电单桩基础防护装置，其特征是，所述壳体包括顶板、立板和底板，所述顶板通过所述立板与所述底板固定连接，一空心圆柱体贯穿所述顶板和所述底板，并分别与所述顶板和所述底板固定连接，所述壳体通过所述空心圆柱体嵌套在单桩基础上；所述顶板、立板、底板和空心圆柱体围成中空的所述壳体。

3.根据权利要求2所述的海上风电单桩基础防护装置，其特征是，所述立板上设有若干个预留孔，每个所述预留孔安装有可开合的挡板。

4.根据权利要求2所述的海上风电单桩基础防护装置，其特征是，所述淤泥喷射机构包括安装在所述底板上的旋转装置，所述旋转装置绕所述空心圆柱体作往复旋转运动；所述旋转装置上安装有储料仓和喷射器，所述喷射器通过第二管道连通所述储料仓，所述储料仓通过安装于单桩基础内的第一管道连接运泥船。

5.根据权利要求4所述的海上风电单桩基础防护装置，其特征是，所述喷射器包括敞口外壁、与所述敞口外壁固定连接的侧外壁、与所述侧外壁密封连接的喷射头；所述侧外壁与连通所述储料仓的第二管道固定连接；所述敞口外壁与所述立板滑动连接。

6.根据权利要求1所述的海上风电单桩基础防护装置，其特征是，所述监测组件包括信号发射接收器和信号传输装置，若干个所述信号发射接收器安装在所述壳体的外边缘，所述信号传输装置安装在单桩基础上，若干个所述信号发射接收器分别与所述信号传输装置通信连接，所述信号传输装置与上位机通信连接。

7.根据权利要求1所述的海上风电单桩基础防护装置，其特征是，所述改良淤泥的组成成分和质量百分比为：淤泥50%～60%、固化剂20%～30%、水20%、水下抗分散剂0.001%～0.01%、减水剂0.1%～0.2%；所述固化剂的组成成分和质量百分比为：水泥`55%、粉煤灰30%、铝酸钙5%、钙基膨润土10%。

8.一种海上风电单桩基础防护方法，其特征是，包括：

采集单桩基础周边的淤泥状态数据；

根据采集的单桩基础周边的淤泥状态数据，向单桩基础的指定位置喷填改良淤泥。

9.根据权利要求8所述的海上风电单桩基础防护装置，其特征是，所述采集单桩基础周边的淤泥状态数据，包括：信号发射接收器向指定的方向发射信号，并接收反射信号，对接收的反射信号进行分析并与预先设定的条件进行对比，从而获取单桩基础周边的淤泥状态数据。

10.根据权利要求8所述的海上风电单桩基础防护装置，其特征是，所述根据采集的单桩基础周边的淤泥状态数据，向单桩基础的指定位置喷填改良淤泥，包括：

当采集的单桩基础周边的淤泥状态数据满足喷填条件时，信号传输装置将反馈信号传输至上位机，陆域工作平台基于上位机接收到的反馈信号，制备喷填所需的改良淤泥；

将改良淤泥通过第一管道输送至储料仓，然后通过第一管道向储料仓内输送压缩空气，对储料仓加压；

基于上位机的指令，旋转装置旋转至需要喷填的方位，对应预留孔上的挡板打开，改良淤泥在压力作用下由储料仓经第二管道和喷射器向指定的方位进行淤泥喷填。

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