本發(fā)明屬于海上風(fēng)電工程，具體而言，涉及一種基于樁養(yǎng)貽貝多級(jí)擾流的海上風(fēng)電防沖刷減振裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著“雙碳”目標(biāo)的提出和海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的實(shí)施，海洋可再生能源的開發(fā)與利用迅速發(fā)展。其中，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，技術(shù)已逐漸成熟。海上風(fēng)電基礎(chǔ)是支撐風(fēng)電機(jī)組的部分，占海上風(fēng)電項(xiàng)目成本的三分之一左右。不同的水深與地質(zhì)條件會(huì)采用不同形式的基礎(chǔ)，包括單樁基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)、吸力筒式基礎(chǔ)和浮式基礎(chǔ)等。其中，單樁基礎(chǔ)因其成本低、施工簡單等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用在各大風(fēng)電場中。

2、單樁基礎(chǔ)被安裝在海中后，會(huì)改變原有的海水流動(dòng)。在波浪、海流與單樁結(jié)構(gòu)相互作用的影響下，樁前會(huì)產(chǎn)生下潛流，近床面樁周處會(huì)出現(xiàn)馬蹄形旋渦，樁后會(huì)出現(xiàn)尾渦并發(fā)生渦的擴(kuò)散與消散。這就會(huì)導(dǎo)致樁周處海床發(fā)生沖刷，沖刷坑的出現(xiàn)使得樁基本應(yīng)掩埋在床面下的部分暴露于海水中，一方面減弱了樁基的最大承載力，另一方面增大了整體所受的水動(dòng)力荷載。這就會(huì)使得樁基容易發(fā)生傾覆，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組失效。此外，在海流的作用下，樁后渦街的產(chǎn)生與發(fā)展，也會(huì)引發(fā)樁基的振動(dòng)，在沖刷的影響下，樁基的振動(dòng)會(huì)更加劇烈，這也有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的共振和失穩(wěn)，從而使海上風(fēng)電設(shè)施效率降低或失效。樁基振動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致樁周土體液化，加劇樁周沖刷。

3、現(xiàn)階段的樁基沖刷防護(hù)方法按照其防護(hù)原理，被分為了三種防護(hù)類型：主動(dòng)防護(hù)、被動(dòng)防護(hù)和組合式防護(hù)。主動(dòng)防護(hù)是通過減弱樁周水動(dòng)力實(shí)現(xiàn)沖刷防護(hù)。被動(dòng)防護(hù)是通過增強(qiáng)床面抗沖能力來實(shí)現(xiàn)沖刷防護(hù)。組合式防護(hù)是將多種防護(hù)方法組合起來，互相補(bǔ)充其缺陷之處來實(shí)現(xiàn)防護(hù)。然而，已有方法還是存在不夠生態(tài)友好、防護(hù)有效期短和建設(shè)維護(hù)成本高等問題。例如拋石防護(hù)會(huì)出現(xiàn)拋石沉降、位移的問題，需要定期補(bǔ)充拋石。出于節(jié)約資源、生態(tài)友好的考慮，有文獻(xiàn)指出可以將海上風(fēng)電與海水養(yǎng)殖相結(jié)合，并通過海水養(yǎng)殖的設(shè)施實(shí)現(xiàn)沖刷防護(hù)。

4、已有的基于海上風(fēng)電的貽貝養(yǎng)殖方式主要是懸掛式養(yǎng)殖和養(yǎng)殖箱分層坐底式養(yǎng)殖，這兩種方式對(duì)于水流的擾動(dòng)有限，需要的用海面積較大，會(huì)造成較大的阻水效應(yīng)，過大過寬的養(yǎng)殖網(wǎng)箱也會(huì)增加樁上部的質(zhì)量。這些問題都會(huì)導(dǎo)致已有的與海水養(yǎng)殖結(jié)合的海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)沖刷防護(hù)方法會(huì)增大樁基的振動(dòng)幅度。一方面，在防護(hù)沖刷、海水養(yǎng)殖的同時(shí)，增大了樁基的振動(dòng)，另一方面，促進(jìn)了樁基振動(dòng)導(dǎo)致的樁周土體液化，又反過來促進(jìn)了沖刷，使得沖刷防護(hù)的效果降低。

5、申請(qǐng)?zhí)枮?02021460932.1(公開號(hào)為cn213062081u)的中國專利公布了一種與海上養(yǎng)殖業(yè)相結(jié)合的海上風(fēng)電防沖刷裝置，該發(fā)明在海上風(fēng)電樁基外設(shè)置卡箍配合安裝耐腐蝕的養(yǎng)殖網(wǎng)，養(yǎng)殖網(wǎng)用以養(yǎng)殖帶狀海生經(jīng)濟(jì)作物，養(yǎng)殖網(wǎng)的下端設(shè)置用以錨定的重型壓載物。通過養(yǎng)殖網(wǎng)養(yǎng)殖帶狀海生經(jīng)濟(jì)作物可以起到擾亂海流、沉降泥沙的作用，進(jìn)而起到防沖刷保護(hù)作用，但是上窄下寬的結(jié)構(gòu)形式和懸飄式的海帶養(yǎng)殖方式會(huì)增加整體結(jié)構(gòu)的阻水面積和水動(dòng)力荷載，從而加劇樁基的振動(dòng)。此外，錨定本身就有沖刷風(fēng)險(xiǎn)，懸飄養(yǎng)殖的方式對(duì)作物的保護(hù)是不利的，容易遭到海洋動(dòng)物的侵蝕和海洋災(zāi)害的破壞。

6、申請(qǐng)?zhí)枮?02111089021.1(公告號(hào)為cn113718841b)的中國專利公布了一種海上風(fēng)電防沖刷裝置，該發(fā)明在海上風(fēng)電樁基外設(shè)置套筒和消能件，通過消能件和套筒上的通孔來擾流和沖刷防護(hù)。但是消能件會(huì)隨著消能的過程而破壞，從而增加其建設(shè)和維護(hù)的成本，且裝置的支撐主要依賴于套筒結(jié)構(gòu)下方的防沉板，防沉板本身底部就會(huì)產(chǎn)生淘刷問題，容易導(dǎo)致整個(gè)裝置沉降、失效。該裝置在節(jié)約資源、生態(tài)友好的方面仍有提升的空間。

7、綜上所述，現(xiàn)有的裝置不能實(shí)現(xiàn)兼顧沖刷防護(hù)、振動(dòng)減弱和生態(tài)友好的三方面協(xié)同效果的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于樁養(yǎng)貽貝多級(jí)擾流的海上風(fēng)電防沖刷減振裝置，能夠解決現(xiàn)有的裝置不能實(shí)現(xiàn)兼顧沖刷防護(hù)、振動(dòng)減弱和生態(tài)友好的三方面協(xié)同效果的問題。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供一種基于樁養(yǎng)貽貝多級(jí)擾流的海上風(fēng)電防沖刷減振裝置，海上風(fēng)電防沖刷減振裝置固定在海中的樁基上，所述樁基的頂部位置設(shè)置有繞樁平臺(tái)，所述繞樁平臺(tái)環(huán)繞所述樁基的四周并與所述樁基焊接固定；其中，所述海上風(fēng)電防沖刷減振裝置包括電機(jī)組件、下苗與收獲組件、養(yǎng)殖與擾流組件以及底座組件，所述電機(jī)組件位于所述繞樁平臺(tái)以及所述樁基內(nèi)部的風(fēng)電塔筒中；所述下苗與收獲組件通過纜線懸吊于所述繞樁平臺(tái)的下方，其高度高于所述樁基所處位置的海水自由表面；所述養(yǎng)殖與擾流組件位于所述樁基所處位置的海水自由表面的下方，其底部與所述底座組件連接，構(gòu)成養(yǎng)殖區(qū)域；所述底座組件位于所述養(yǎng)殖區(qū)域的下方，與所述樁基所處位置的海床接觸，用于支撐所述養(yǎng)殖與擾流組件；

4、所述底座組件為反向特斯拉閥式擾流底座，用于利用水流自身的能量減弱水流強(qiáng)度以減弱海水對(duì)所述樁基的沖刷和振動(dòng)。

5、本發(fā)明提供的一種基于樁養(yǎng)貽貝多級(jí)擾流的海上風(fēng)電防沖刷減振裝置的技術(shù)效果如下：樁基是海上風(fēng)電裝置的基礎(chǔ)部分，主要負(fù)責(zé)承載風(fēng)電塔筒和其他設(shè)備。由于其固定在海床上，提供了必要的穩(wěn)定性，抵御海流和風(fēng)力的影響。

6、繞樁平臺(tái)：繞樁平臺(tái)環(huán)繞在樁基周圍，焊接固定，提供了額外的支持與穩(wěn)定。它為其他組件提供了平臺(tái)，確保設(shè)備在海上作業(yè)時(shí)的安全與穩(wěn)定。

7、電機(jī)組件位于樁基內(nèi)部的風(fēng)電塔筒中，電機(jī)組件提供動(dòng)力支持，用于驅(qū)動(dòng)下苗與收獲組件和養(yǎng)殖與擾流組件。通過電機(jī)的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖過程和水流擾動(dòng)的精準(zhǔn)管理，提高裝置的效率和響應(yīng)速度。

8、下苗與收獲組件通過纜線懸吊于繞樁平臺(tái)下方，該組件的高度設(shè)計(jì)在海水自由表面以上，確保不會(huì)被水流沖擊。其主要功能是進(jìn)行貽貝等水生生物的下苗與收獲，通過有效的操作，可以提升養(yǎng)殖效率，同時(shí)減少對(duì)水體的干擾。

9、養(yǎng)殖與擾流組件位于樁基海水自由表面下方，其底部與底座組件連接，形成養(yǎng)殖區(qū)域。這一組件的設(shè)計(jì)旨在提供良好的生長環(huán)境，并通過擾流來影響周圍水流的狀態(tài)。有效的水流擾動(dòng)可以提高水體的養(yǎng)分循環(huán)，為貽貝的生長提供所需的環(huán)境。

10、底座組件作為反向特斯拉閥式擾流底座，其主要功能是利用水流自身的能量來減弱水流強(qiáng)度。這一設(shè)計(jì)可以有效降低海水對(duì)樁基的沖刷力和振動(dòng)，保護(hù)樁基的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，延長其使用壽命。同時(shí)，底座與海床的接觸能夠提供額外的支持，確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

11、該裝置能夠有效降低海水對(duì)樁基的沖刷和振動(dòng)影響，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，延長海上風(fēng)電設(shè)備的使用壽命。此外，養(yǎng)殖與擾流組件和下苗與收獲組件的配合，進(jìn)一步提升了裝置的功能性，使其不僅能夠防沖刷，還能實(shí)現(xiàn)生態(tài)養(yǎng)殖的目的，促進(jìn)海洋資源的可持續(xù)利用。

12、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的一種基于樁養(yǎng)貽貝多級(jí)擾流的海上風(fēng)電防沖刷減振裝置還可以做如下改進(jìn):

13、其中，所述養(yǎng)殖與擾流組件包括支撐框架、下網(wǎng)設(shè)備、外部護(hù)網(wǎng)、木質(zhì)基床以及內(nèi)部護(hù)網(wǎng)，所述支撐框架包括外部框架以及內(nèi)部框架，所述外部框架圍繞在養(yǎng)殖區(qū)域的外部，呈鏤空?qǐng)A筒狀，與所述內(nèi)部框架之間焊接固定；所述內(nèi)部框架包裹在所述樁基的周圍，呈薄壁圓筒狀，與所述樁基通過法蘭環(huán)固定，用于支撐養(yǎng)殖區(qū)域并保護(hù)所述樁基；所述木質(zhì)基床包裹在所述內(nèi)部框架的外部，與所述內(nèi)部框架之間通過螺栓固定連接。

14、進(jìn)一步的，所述下網(wǎng)設(shè)備包括固定在所述養(yǎng)殖與擾流組件頂部和底部的圓環(huán)，用于在貽貝苗下苗完成后垂直下落布設(shè)所述內(nèi)部護(hù)網(wǎng)。

15、進(jìn)一步的，所述木質(zhì)基床的表面設(shè)置有螺旋凹槽和導(dǎo)軌，所述螺旋凹槽上纏繞有貽貝苗繩，所述螺旋凹槽用于為所述貽貝苗繩提供固定位置和摩擦力，所述導(dǎo)軌用于為所述下苗與收獲組件提供移動(dòng)支撐；所述貽貝苗繩纏繞在所述木質(zhì)基床上，貽貝苗通過足絲固定在所述貽貝苗繩上；

16、所述內(nèi)部護(hù)網(wǎng)包裹在所述貽貝苗繩的外部，用于避免幼小時(shí)期的貽貝苗被海浪海流沖走；所述外部護(hù)網(wǎng)分布在所述外部框架的內(nèi)部，用于保護(hù)貽貝苗不被海洋生物吃掉和不受極端海況的侵襲而脫落。

17、采用上述改進(jìn)方案的有益效果為：養(yǎng)殖與擾流組件通過支撐框架和木質(zhì)基床的結(jié)合，能有效形成一個(gè)適宜貽貝生長的環(huán)境，同時(shí)通過擾流減弱水流的強(qiáng)度，從而降低對(duì)樁基的沖刷。內(nèi)部護(hù)網(wǎng)的設(shè)置可以有效防止幼貽貝在生長早期被海浪沖走，保障生長成功率。

18、質(zhì)基床的螺旋凹槽設(shè)計(jì)為貽貝苗繩提供了固定和摩擦力，有助于貽貝的附著與生長。導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)允許下苗與收獲組件在其上滑動(dòng)，提高了作業(yè)的靈活性與效率。

19、外部護(hù)網(wǎng)防止外來生物對(duì)貽貝苗的捕食，而內(nèi)部護(hù)網(wǎng)則保護(hù)幼貽貝，降低海浪影響。雙重保護(hù)設(shè)計(jì)有效應(yīng)對(duì)各種海洋生物和極端海況的挑戰(zhàn)。

20、進(jìn)一步的，所述電機(jī)組件包括電源組件、動(dòng)力組件、操作臺(tái)以及貽貝收獲導(dǎo)出組件；所述電源組件包括風(fēng)電設(shè)備以及電池設(shè)備，分別與所述動(dòng)力組件并聯(lián)連接，所述風(fēng)電設(shè)備通過海上風(fēng)力發(fā)電對(duì)所述動(dòng)力組件進(jìn)行供電，所述電源組件通過雙途徑聯(lián)合供電用于保證對(duì)所述動(dòng)力組件供電的穩(wěn)定性；所述操作臺(tái)設(shè)置在所述風(fēng)電塔筒的內(nèi)部，與所述貽貝收獲導(dǎo)出組件通過電纜連接，用于控制所述下苗與收獲組件；所述動(dòng)力組件與所述下苗與收獲組件通過電纜連接，用于為所述下苗與收獲組件的移動(dòng)提供動(dòng)力。

21、采用上述改進(jìn)方案的有益效果為：電機(jī)組件提供必要的動(dòng)力，以驅(qū)動(dòng)下苗與收獲組件、養(yǎng)殖與擾流組件等部分的運(yùn)動(dòng)。結(jié)合風(fēng)電設(shè)備與電池，確保電機(jī)在不同環(huán)境條件下都能穩(wěn)定運(yùn)行，從而保證整個(gè)裝置的高效性和可靠性。

22、進(jìn)一步的，所述貽貝收獲導(dǎo)出組件包括吸魚泵、中裝臺(tái)以及導(dǎo)管帶，所述吸魚泵的底部與所述下苗與收獲組件連接，用于將所述下苗與收獲組件中收獲的貽貝吸至中轉(zhuǎn)臺(tái)，所述導(dǎo)管帶的一端與所述中轉(zhuǎn)臺(tái)連接，另一端連接運(yùn)輸船，用于將中轉(zhuǎn)臺(tái)中的貽貝輸送到運(yùn)輸船上。

23、采用上述改進(jìn)方案的有益效果為：吸魚泵的設(shè)計(jì)確保了收獲的貽貝能夠快速而有效地輸送至中轉(zhuǎn)臺(tái)，優(yōu)化了整個(gè)收獲流程。

24、進(jìn)一步的，所述下苗與收獲組件包括收獲設(shè)備以及下苗設(shè)備，所述收獲設(shè)備用于實(shí)現(xiàn)下苗和回收，所述下苗設(shè)備用于將所述樁基周圍的貽貝進(jìn)行收獲；所述收獲設(shè)備包括移動(dòng)件和鎖繩扣，所述移動(dòng)件設(shè)置在所述木質(zhì)基床的導(dǎo)軌中，用于在所述木質(zhì)基床的導(dǎo)軌中滑動(dòng)；所述鎖繩扣的一端固定在所述木質(zhì)基床的一側(cè)，另一端鎖住所述貽貝苗繩的繩頭，用于在所述移動(dòng)件的帶動(dòng)下牽引所述貽貝苗繩纏繞分布在所述木質(zhì)基床上；所述移動(dòng)件與所述動(dòng)力組件通過電纜連接。

25、采用上述改進(jìn)方案的有益效果為：通過纜線懸吊于繞樁平臺(tái)下方的設(shè)計(jì)，可以有效控制貽貝苗的下苗與收獲過程，避免對(duì)樁基造成直接沖擊。通過移動(dòng)件與鎖繩扣的配合，確保在收獲貽貝時(shí)，能夠精確操作，減少對(duì)其他生物及環(huán)境的干擾。

26、進(jìn)一步的，所述下苗設(shè)備環(huán)繞式懸掛在所述繞樁平臺(tái)的底部，包括內(nèi)部螺旋切割收獲頭以及外部提桶式收獲頭，所述內(nèi)部螺旋切割收獲頭采用螺旋切割式的刀口，用于沿所述貽貝苗繩的方向切割所述內(nèi)部護(hù)網(wǎng)，通過螺旋鏟口將所述貽貝苗繩鏟離所述木質(zhì)基床；所述外部提桶式收獲頭為豎向刀口，用于通過向上方提拉將成熟貽貝鏟離所述木質(zhì)基床，并通過半封閉的提桶結(jié)構(gòu)將貽貝提升至所述繞樁平臺(tái)的下方；所述內(nèi)部螺旋切割收獲頭以及所述外部提桶式收獲頭均與所述動(dòng)力組件電連接。

27、采用上述改進(jìn)方案的有益效果為：半封閉的提桶結(jié)構(gòu)能有效減少在運(yùn)輸過程中對(duì)貽貝的損傷。

28、進(jìn)一步的，所述底座組件包括設(shè)置在外部的圓環(huán)柱形底座以及緊貼所述樁基的內(nèi)環(huán)，外部的圓環(huán)柱形底座的范圍與所述外部護(hù)網(wǎng)的范圍一致，其上部緊貼所述支撐框架的底部。

29、進(jìn)一步的，所述底座組件從垂直方向上分為海床以下部分和海床以上部分，海床以下的部分設(shè)置為淺式吸力桶結(jié)構(gòu)，迎浪的一側(cè)設(shè)置有入水口，背浪的一側(cè)設(shè)置有出水口；海床以上部分的內(nèi)部有鏤空水道，水道沿圓環(huán)弧線從入水口到出水口分為兩條水道，水道內(nèi)部的管線為反向特斯拉閥式結(jié)構(gòu)，用于在保證水體始終流動(dòng)的基礎(chǔ)上利用水流自身的能量減弱水流，以減弱了水流強(qiáng)度，從而減弱沖刷和振動(dòng)。

30、采用上述改進(jìn)方案的有益效果為：底座組件利用水流自身的能量，通過反向特斯拉閥的結(jié)構(gòu)有效減弱水流強(qiáng)度，從而減少?zèng)_刷對(duì)樁基的影響。海床接觸的設(shè)計(jì)增強(qiáng)了整個(gè)裝置的穩(wěn)定性，減少振動(dòng)的傳遞。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種基于樁養(yǎng)貽貝多級(jí)擾流的海上風(fēng)電防沖刷減振裝置的有益效果是：

32、(1)該海上風(fēng)電防沖刷減振裝置解決了現(xiàn)有的裝置不能兼顧沖刷防護(hù)、振動(dòng)減弱和生態(tài)友好三方面協(xié)同效果的問題；

33、(2)該裝置的多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、貽貝苗繩的螺旋式纏繞形式、樁養(yǎng)貽貝的不規(guī)則鱗狀結(jié)構(gòu)和雙弧道反向特斯拉閥式擾流底座能夠起到減弱水動(dòng)力強(qiáng)度、擾動(dòng)水流運(yùn)動(dòng)和多級(jí)破渦的作用，從而實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電樁基沖刷防護(hù)的目的；

34、(3)螺旋繞樁式養(yǎng)殖貽貝能夠破壞樁后卡門渦街的產(chǎn)生，用海體積和面積小，避免了傳統(tǒng)海水養(yǎng)殖設(shè)施和防沖刷裝置的高阻水效應(yīng)，水動(dòng)力荷載低，能夠在沖刷防護(hù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)減弱的目的；

35、(4)大型下苗與收獲裝置充分降低了人工成本、勞動(dòng)強(qiáng)度、大水深作業(yè)區(qū)的工作難度，導(dǎo)軌式下苗裝置可實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定下苗，雙層保護(hù)網(wǎng)同時(shí)防護(hù)海洋動(dòng)物侵蝕和極端海況，螺旋切割收獲頭與提桶式收獲頭協(xié)同收獲成熟貽貝，兼顧高效收獲與貽貝品質(zhì)保證，深水養(yǎng)殖貽貝肥滿度高，肥滿時(shí)間長。

36、(5)該裝置通過將育有貽貝苗的繩子纏繞在海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)上，有效降低了養(yǎng)殖所需的水平用海面積和阻水效應(yīng)。貽貝苗繩的螺旋纏繞方式，與spar平臺(tái)的螺旋側(cè)板類似，能夠減弱海洋工程的振動(dòng)幅度，同時(shí)與樁養(yǎng)貽貝的不規(guī)則鱗狀結(jié)構(gòu)和養(yǎng)殖區(qū)的多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)共同作用，可以基于減弱樁周水動(dòng)力強(qiáng)度、擾動(dòng)樁周水流運(yùn)動(dòng)和破壞樁周旋渦的產(chǎn)生發(fā)展過程的原理，在做到了海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)的沖刷防護(hù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)減弱的目的。底部采用吸力桶式反向特斯拉閥式擾流底座裝置，吸力桶結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性強(qiáng)，不易產(chǎn)生底部淘刷，在支撐養(yǎng)殖框架的同時(shí)，通過雙弧道的反向特斯拉閥式管道結(jié)構(gòu)減弱近床面的樁周的水體流動(dòng)，與上部擾流裝置相互配合，起到多級(jí)擾流的作用，使整個(gè)裝置能夠高效地同時(shí)實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)的沖刷防護(hù)和振動(dòng)減弱的目的。