[0001] 本发明涉及海上风电技术领域，特别是涉及一种海上风电基础防冲刷装置及运行方法。

[0002] 随着海上风电场建设项目的开展，风电机组的运行环境也愈发复杂。风电机组在海上主要受风、荷载、波浪、洋流等多种复杂因素叠加的影响。海上风电结构的建立导致桩基改变了周围的海洋环境。在海洋动力的作用下，风电机组的桩基周围会出现冲刷坑，导致对桩基的防护效果下降，桩基稳定性变差，从而会在桩基外侧设置有防冲刷装置，以填补形成的冲刷坑，避免冲刷坑变大，起到良好的防冲刷效果。

[0003] 现有的海上风电基础防冲刷装置主要分为以下几种：抛石式防冲刷装置、砂被式防冲刷装置、套筒式防冲刷装置、本固土式防冲刷装置；其中抛石式防冲刷装置虽然抛石量较多，且抛石在水流长期作用下容易移动、不稳定，而且抛石容易刮伤海上风电基础外壁的防腐涂层，并在施工时容易砸坏海缆、管路等设施；其中砂被式防冲刷装置护底减冲防护措施不能达到减缓波流流速以从根本上控制冲刷的效果；其中套筒式防冲刷装置对不同的水流速度、水质和水底地形等条件的适应能力有限，比如，在水流速度变化较大的海中中，其防冲刷效果可能不稳定。综上，针对目前的“海上风电基础防冲刷装置”存在的防护效果不足、需要定期人为参与补充碎石流沙等问题，发明了“一种海上风电基础防冲刷装置”，来解决上述问题。

[0019] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

[0020] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0021] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0022] 如图1‑图6所示，本发明实施例提供了一种海上风电基础防冲刷装置，具体包括套筒2、防冲刷外罩3、第一监测装置（图中未显示）和沙石收集组件；其中套筒2安装在风电装置的桩基1外侧，套筒2的下端部随着桩基1伸入土体内，其中防冲刷外罩3套设在套筒2外周侧，且套筒2的下侧壁开口设置，使得沙石落入土体上来填补冲刷口，其中砂石收集组件包括第一滑轨5和收集部6，第一滑轨5一端连接在防冲刷外罩3外侧壁，另一端位于其外侧，收集部6安装在第一滑轨5上且可在第一滑轨5上滑动，具体的，收集部6用于收集水中的砂石，收集完成后，通过第一滑轨5将砂石运输至防冲刷外罩3处的倾倒口33处，并向下倾倒至防冲刷外罩3内套筒2外侧的土面上，从而填充风电装置的桩基1外侧的土体表面被冲刷的部分，使得桩基1的稳定性更好，其中收集部6与第一监测装置电连接，收集部6可以根据第一监测装置的监测结果，使得收集部6在收集过程中，收集口611正对洋流方向，水流中的沙石可以直接通过收集口611直接进入收集部6的收集腔内，进行收集，或者在需要对桩基1周围的土体进行填充时，在收集部6在第一滑轨5上滑动的过程中，使得收集口611背向洋流方向，从而能够一定程度的避免沙石流失。

[0023] 维护人员可以设定一定周期，周期性去启动收集部6去收集沙石并向桩基1周围的土体补充沙石；或者在防冲刷外罩3的内侧壁设置有第三监测装置（图中未显示），第三监测装置与收集部6电连接，第三监测装置可为相机，用于监测下方桩基1外侧的土体画面，根据所监测的土体画面决定是否启动收集部6，维护人员可以人工或者智能去根据相机画面去判定（现有技术），然后决定是否启动收集部6去收集沙石泥土。

[0024] 综上，通过设置收集部6，通过收集外部沙石去回填保证海底桩基1周围的沙石量，从而维持整体沙石含量与沙被的厚度，尽可能增强该桩基1的防冲刷能力；而且在通过调整收集部6上收集口611的朝向，使得收集部6在收集的过程中，收集效率更佳，一定时间内收集的沙石量更多，并且在运输的过程中，避免收集部6内沙石的流失，并保证每次回填的沙石量，在收集部6运行周期内，回填的沙石数量更多，从而使得桩基1的防冲刷能力更强，维护周期更长，进一步解放人工，降低人力物力的维修成本。

[0025] 在实际安装之后，防冲刷外罩3下侧壁会嵌入土体内，而外部的滑轨下侧壁贴合土体表面，使得收集部6能够贴合土面收集沙石，更容易收集到沙石，而且还使得防冲刷外罩3基本上为一个密封的空间，来保证风电装置的桩基1外侧的土体不会大量流失，即使被冲走，也会降低每次冲刷走的沙石量，一定程度上保障风电装置的桩基1外侧的土体不会大量流失，保证桩基1的稳定性。

[0026] 具体的，收集部6包括作业铲61、转向装置62、倾倒驱动装置65、第一滑动支架63和第一驱动组件64，其中第一滑动支架63内侧壁设置有滑槽，第一滑动支架63通过滑槽滑动安装在第一滑轨5上，为了使得收集部6能够沿第一滑轨5行走，在第一滑轨5延其长度方向的侧壁上上设置有第一齿条，对应的，第一驱动组件64包括第一转动装置641和第一驱动齿轮642，其中第一转动装置641可为电机，安装在第一滑动支架63内侧壁的安装腔内，第一驱动齿轮642与第一转动装置641传动连接，安装在第一驱动齿轮642的驱动轴上，第一驱动齿轮642部分穿过安装腔并位于其外侧，并与滑槽内的第一滑轨5侧壁的第一齿条相啮合传动，从而第一驱动装置正反向驱动第一驱动齿轮642转动，与第一齿条相配合使用，能够使得第一滑动支架63沿第一滑轨5方向正向或者方向运动，而且转向装置62可为云台，安装在第一滑动支架63上侧壁，作业铲61位于转向装置62的驱动端，转向装置62能够带动作业铲61周向转动，且作业铲61设置有收集口611，其内部设置有倾倒板612，倾倒板612用于盛装收集的沙石，其中倾倒板612靠近收集口611的一端转动设于收集口611处，远离收集口611的一端为自由端，倾倒驱动装置65设于作业铲61内，且输出端滑动设于倾倒板612的自由端的下侧壁，在倾倒驱动装置65的带动下，能够使得倾倒板612的自由端靠近或远离收集口
611，其中倾倒驱动装置65可为电机直线推杆，电机直线推杆安装在倾倒板612下方的安装腔内，其输出杆向上并滑动设于倾倒板612自由端的下侧壁。具体的工作过程为：转向装置
62根据第一监测装置的的监测结果，即洋流方向，使得作业铲61转动，作业铲61的收集口
611正对洋流方向，用于收集沙石，沙石收集完成后，然后启动第一转动装置641，在第一驱动齿轮642和第一齿条的带动下，在第一滑轨5上正向运动，运动至防冲刷外罩3的倾倒口33处，在倾倒完沙石之后，在通过第一转动装置641的带动下，在第一滑轨5上反向运动，运动至收集位置，继续收集待命。

[0027] 具体的，优选地，如图6所示，倾倒板612在收集状态时，倾倒板612的自由端低于倾倒板612的转动端，即倾倒板612的初始状态为倾斜状态，从而使得倾倒板612和作业铲61内侧壁形成一个凹型储存空间，便于沙石的储存，也使得沙石在进入至作业铲61内之后，不容易再度被水流搬运出去。

[0028] 具体的，砂石收集组件设置为多个，并绕套筒2周向均匀分布，即多个第一滑轨5围绕套筒2设置，多个收集部6对应在多个第一滑轨5上滑动，在本实施例中，第一滑轨5和收集部6均对应设置有8个，两两之间相间隔45度，从而在使用过程中，可以使得一个或者多个收集部6同时进行砂石收集运输工作，来保证沙石收集的效率，快速填补桩基1周围所流失的沙石，保证桩基1的稳定性。为了保证第一轨道的稳定性，使得多个第一轨道之间连接有环形加强杆，使得多个第一轨道连接形成一个整体。

[0029] 具体的，防冲刷外罩3包括相连接的球形罩31和圆筒形罩32，球形罩31位于圆筒形罩32的上方，其中第一滑轨5连接在圆筒形外罩的外侧壁上，圆筒形外罩外侧壁为弧形，相对于方形的外罩，能够大幅度降低水流的冲击，分散水流的冲击力，而球形罩31的表面弧形面相对于圆筒形外罩的周向弧面，其分散冲击的能力更佳，能够有力的增强整个桩基1的冲击能力。具体的，圆筒形罩32通过多个加强筋连接到套筒2外侧壁，以加强套筒2与防冲刷外罩3的连接。

[0030] 具体的，圆筒形罩32上设置有倾倒口33，倾倒口33处设置有滑动门组7和第二监测装置（图中未显示），其中第二监测装置监测到收集部6靠近倾倒口33，滑动门组7就会根据第二监测装置的监测结果，打开倾倒口33，供收集部6倾倒所收集的砂石，当收集部6倾倒完沙石之后，收集部6沿着第一滑轨5远离防冲刷外罩3，第二监测装置监测到，滑动门组7就会根据第二监测装置的监测结果，去关闭倾倒口33，使得整个防冲刷外罩3基本封闭，从而能够避免收集铲在收集过程中，由于倾倒口33的打开，使得桩基1周围的沙石被冲刷后从倾倒口33处流失。具体的，第二监测装置可为电磁传感器，电磁传感器基于电磁感应原理，当金属材质的机器在第一滑轨5上运行时，会引起周围磁场的变化，电磁传感器能够监测到这种磁场变化从而识别机器的到来，其对金属物体具有较高的敏感度，能够较为准确地监测到第一滑轨5上的金属机器，并且不受海水盐度等因素的直接影响。

[0031] 具体的，滑动门组7包括第二滑动支架71、第二转动装置、第二驱动齿轮和滑动密封板72，圆筒形罩32内侧壁设有第二滑轨，第二滑轨沿竖直方向设置，第二滑动支架71位于滑动密封板72的上方，并与滑动密封板72的上端部连接，第二滑动支架71和和滑动密封板72均设置于滑动槽，二者均通过滑动槽滑动在第二滑轨上，其中，第二转动装置可为电机，安装在第二滑动支架71内的安装腔内，第二驱动齿轮连接在第二转动装置的驱动轴上，并且第二滑轨沿其长度设置的侧壁上设置有第二齿条，第二驱动齿轮与第二齿条相啮合传动，从而第二转动装置转动，可以带动滑动密封板72沿第二滑轨运动，可以关闭或打开倾倒口33；对应的，因为圆筒形罩32的下端部插入土体内，滑动密封板72向下滑动，滑动密封板
72的下部也会插入土体，由于土体的阻挡，则会增大第二转动装置的出力，长时间使用，会导致滑动门组7的损坏，所以在圆筒形罩32的底部内侧壁设置有放置板34，放置板34设置有上端开口的放置腔，放置腔用于放置滑动密封板72，滑动密封板72向下滑动打开倾倒口33时，滑动密封板72下部会进入放置腔内，而不会与土体相接触，从而使得滑动密封板72的滑动更为顺畅，也不会增大第二转动装置的出力，进一步的，使得滑动密封板72下端部始终位于放置腔内，即使滑动密封板72封闭倾倒口33时，滑动密封板72的下部也位于放置腔内，避免放置腔内进入沙石泥土而影响滑动密封板72向下滑动的情况发生，保证滑动密封板72滑动的顺畅性。

[0032] 具体的，套筒2下端部的外侧壁设置有承载板8，承载板8和防冲刷外罩3底部相距一定距离，承载板8沉入土底，承载板8覆盖一定深度的沙石土体，能够增强防冲刷装置的安装强度，而且防冲刷装置安装在桩基1的外侧，承载板8也起到底部支撑作用，使得桩基1更加稳定，而且承载板8也能够一定程度地避免下方的土体流失，保证固定桩基1底部土体的深度。使得承载板8上侧壁形成有上端开口的承载腔，用于承载沙石，相对于水平上侧壁来说，承载板8的承载支撑效果更好，在本实施例中，承载腔内侧壁设置为球形面。

[0033] 本发明还公开了一种海上风电基础防冲刷装置的运行方法，包括：首先第三监测装置一直监测套筒2下端部周围的沙石状况，并根据沙石流失情况
判断是否补充沙石，若不需要补充沙石，则不启动沙石收集组件，收集部6位于收集位置处，根据第一监测装置的监测结果，转向装置62使得收集部6的收集口611正对洋流方向，进行沙石的收集。

[0034] 若需要补充沙石，则启动沙石收集组件，即第一次进行沙石补充时，收集部6直接在第一转动装置641的带动下，沿第一滑轨5靠近防冲刷外罩3，第二监测装置监测到收集部6靠近，滑动门组7打开倾倒口33，到倾倒口33处时，倾倒驱动装置65工作，使得倾倒板612转动，对沙石进行倾倒，倾倒完成后，倾倒板612恢复至原位，收集部6远离防冲刷外罩3，同时第二监测装置监测到收集部6远离，滑动门组7关闭倾倒口33，收集部6原路返回至收集位置，使得收集部6的收集口611正对洋流方向，继续进行沙石的收集，收集一定时间后（根据操作者规定），然后运输至防冲刷外罩3内进行倾倒，直至第三监测装置监测到套筒2下端部周围的沙石不需要补充，则停止沙石收集组件工作，收集部6返回至收集位置继续收集，收集部6在收集位置时，收集口611正对洋流方向。

[0035] 收集部6运往防冲刷外罩3的过程中，收集部6的收集口611背向洋流方向，一定程度上能够避免沙石在运输过程中再度流失，且收集部6倾倒完沙石，在返回的过程中，收集部6的收集口611正对洋流方向，边返回边收集，一定时间内使得沙石的收集量更多。

[0036] 其中，在本实施例中，沙石在补充的过程中，沙石每一次收集（除每一周期补石的第一次）的时间是固定的，运输过程、倾倒过程和返程过程均是固定的，为一个周期，周期的时间根据工作人员的需求设定。

[0037] 具体的，运行方法还包括：第三监测装置若监测到套筒2下端部周围的沙石需要补充，则根据各方位沙石的
流失情况，对应驱动各方向所在的收集部6工作，去对应补充套筒2下端部各方位的沙石，直至对应方位的沙石补充完成，对应方向的收集部6停止工作并返回至收集位置，使得补石过程高效且迅速。

[0038] 上述方法，使得整个沙石周期内的补石量更大且稳定，可以延长所需的维护周期，使得风电桩基1的防冲刷能力更强。

[0039] 上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。