一种海上风电桩的防冲刷系统及其安装方法与流程

1.本发明涉及海上风电桩技术领域，特别涉及一种海上风电桩的防冲刷系统及其安装方法。


背景技术：

2.目前全球风力发电技术发展迅速，而海上风能资源丰富，具有风速高、紊流小、风电机组发电量多的优点，另外开发海上风电不受土地限制，对视觉和噪音所产生影响较少，适合进行大规模开发。
3.近年来海上风机的主要基础支撑结构一般采用大直径的单桩结构，大直径单桩将长期处于恶劣的海洋环境中，海洋中风、浪、流等作用叠加使单桩结构周围流场十分复杂，导致海底床面的局部剪切应力增强，引起单桩结构周围的海底床面产生水流冲刷，减小了单桩结构的入土深度，不但降低了单桩结构的承载能力，对风电结构稳定性造成极为不利的影响，因此海上风电单桩结构周围的局部冲刷防护工作在工程中尤为重要。
4.目前海上风电桩基冲刷防护方法主要有：(1)照设计的范围和厚度抛填沙袋、石块等至单桩结构的周围形成防护层，该防护层的成型效果差、沙层沙袋、石块容易流失，且防冲刷效果差；(2)铺设土工布覆盖形成防护层，该防护层底部的沙被在波流的反复冲刷下流失风险较大，同样存在防冲刷效果差的问题；(3)将仿生海草锚固在海底需要防止冲刷的预定位置，缺点是当海域海底流速较快或沙粒粒径较小时，沙土容易流失，也存在防冲刷效果差的问题；(4)预留桩基冲刷余量，不但增加较多制造成本和安装成本，且冲刷余量容易耗尽；以上所有冲刷防护方法都只能延缓冲刷产生的沙土流失速度，需要经常维护才能确保防护的有效性；因此需要解决防冲刷装置存在只能延缓冲刷产生的沙土流失速度的问题。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提出一种海上风电桩的防冲刷系统，旨在解决防冲刷装置存在只能延缓冲刷产生的沙土流失速度的问题。
6.为实现上述目的，本发明提出的海上风电桩的防冲刷系统，包括若干防冲刷装置，若干所述防冲刷装置用于绕设在风电桩的外表面，所述防冲刷装置包括：
7.水平降速结构，设有倾斜面、第一安装部和第一水流消能器，所述倾斜面和所述第一安装部位于所述水平降速结构的顶部；所述第一安装部与所述第一水流消能器连接；
8.扰流消能结构，内部设有第一消能部、第二消能部和保护块；所述第一消能部和所述第二消能部设有所述保护块的顶部，所述保护块的顶部设有粗糙面；所述第一消能部的一侧与所述水平降速结构远离所述倾斜面的一侧相抵；所述第二消能部位于所述第一消能部远离所述水平降速结构的一侧；所述第二消能部远离所述第一消能部的一侧用于连接风电桩基础；所述第一消能部和第二消能部均包括层叠设置的若干编织网，所述第一消能部的若干编织网和所述第二消能部的若干编织网相互垂直；
9.竖向降速结构，包括支撑架和第二水流消能器；所述支撑架设于所述扰流消能结
构的顶部；所述第二水流消能固定于所述第二支撑架上。
10.优选地，所述海上风电桩的防冲刷系统还包括沙砾起动盘，所述海上风电桩的防冲刷系统还包括若干沙砾起动盘，所若干述沙砾起动盘设于所述扰流消能结构远离所述水平降速结构所述防冲刷装置的外侧的一侧；所述沙砾起动盘与所述水平降速结构防冲刷装置之间设有间距；所述沙砾起动盘包括底座和扬沙器，所述扬沙器设于所述底座的顶部。
11.优选地，所述扰流消能结构还包括安装箱，所述安装箱的一侧与所述水平降速结构的一侧相抵；所述第一消能部和所述第二消能部位于所述安装箱内，所述第二消能部位于所述第一消能部远离所述水平降速结构的一侧；所述第一消能部包括若干层叠设置的竖向编织网；所述第二消能部包括若干层叠设置的水平编织网；
12.所述竖向编织网和所述水平编织网均包括若干奇数层编织网和若干偶数层编织网；所述若干奇数层编织网和所述若干偶数层编织网交替层叠设置；所述奇数层编织网和所述偶数层编织网均设有若干流孔，所述奇数层编织网的流孔和所述偶数层编织网的流孔相互错开。
13.优选地，所述水平降速结构包括相互连接的导流板和梯形安装架；所述倾斜面设于所述导流板的顶部，所述第一安装部设于所述梯形安装架的上底。
14.优选地，所述支撑架包括直角三角架，所述直角三角架的斜边设有第二安装部，所述第二安装部与所述第二水流消能器固定连接；所述竖向降速结构至少包括两个所述第二水流消能器。
15.优选地，所述第一水流消能器和所述第二水流消能器均包括叶轮、转轴、盖板和旋转阻尼器，所述叶轮、所述盖板均穿设于所述转轴上，所述叶轮的两端均设有所述盖板，所述转轴的两端均连接有所述旋转阻尼器，所述转轴的端部穿过所述旋转阻尼器；所述旋转阻尼器的外表面与所述第一安装部或所述支撑架固定连接。
16.优选地，所述叶轮包括若干空心叶片，所述空心叶片的横截面至少包括圆弧段和直线段；所述空心叶片的外表面设有延伸部；所述若干空心叶片的延伸部均呈对数螺旋设置，和/或，
17.所述旋转阻尼器包括若干定盘、若干转盘和壳体，所述若干定盘、所述若干转盘和所述壳体均穿设于所述转轴上；所述定盘和所述转盘设于所述壳体内，若干所述定盘和若干所述转盘沿所述转轴的轴向方向交替设置；所述转盘与所述转轴固定连接，所述定盘与所述壳体的内壁固定连接；所述定盘上设有圆孔，所述转轴穿过所述圆孔；所述圆孔的直径大于所述转轴的直径；
18.所述定盘和所述转盘的外表面均设有若干凸起螺纹，若干凸起螺纹以所述定盘和所述转盘的圆心为中心呈对数螺线状分布；所述定盘上设有若干通孔，所述若干通孔设于所述定盘的周缘。
19.优选地，所述扬沙器包括若干立板，所述立板的一端与所述底座的顶部连接；所述立板的一侧设有凹槽，所述凹槽的开口朝向所述立板远离所述水平降速结构的一侧。
20.优选地，所述底座包括重力式底座和环翼，所述若干立板设于所述重力式底座的顶部，所述重力式底座的顶部设有若干柱体，所述柱体的顶部与所述环翼的底部固定连接；所述柱体的高度大于所述立板的高度。
21.本发明还提出一种海上风电桩的防冲刷系统的安装方法，包括以下步骤：
22.在风电桩基础周围的海床面铺设沙石填补凹坑以形成平整地基；
23.将所述扰流消能结构吊装至海平面上，使所述扰流消能结构与所述风电桩基础的外表面相抵；
24.再将所述竖向降速结构吊装至所述扰流消能结构的顶部，且所述竖向降速结构的一侧与所述风电桩基础的外表面相抵；然后使所述扰流消能结构和所述风电桩基础的外表面分别与所述竖向降速结构可拆卸连接；
25.将所述水平降速结构吊装至所述扰流消能器远离所述风电桩基础的一侧。
26.本发明的技术方案通过沙砾水平方向的携沙水流以及沿着风电桩基础表面的下降水流，分别通过水平降速结构上的第一水流消能器和竖向降速结构上的第二水流消能器消能减速后，携沙水流再流入扰流消能结构作进一步的绕流消能，第一消能部对水平方向的水流进行扰流消能，而第二消能部对沿桩基表面的下降水流进行扰流消能；当携沙水流通过第一消能部的若干层编织网时，水流受到若干层编织网的阻挡而发生绕流，每通过一层编织网都发生绕流，从而有效、快速地耗散携沙水流的动能，降低水流流速，增加流动的阻力，阻碍水流冲击风电桩基础附近的海床面，具有减小对海床沙砾冲刷的作用，第二消能部对下降水流的降速原理与第一消能部相同；经过水平降速结构、竖向降速结构和扰流消能结构相互作用，逐渐将携沙水流和下降水流的流速大幅降低，使得携沙水流中的沙砾沉积在风电桩基础的底部附近的海床上；该海上风电桩的防冲刷系统，不止能延缓冲刷产生的沙土流失速度，还能修复原来可能存在的冲刷坑，具有不易流失、损坏的优点，且不需要经常维护，可确保防护的有效性。
附图说明
27.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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
28.图1为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的结构示意图。
29.图2为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的俯视结构示意图。
30.图3为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的防冲刷装置的结构示意图。
31.图4为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的沙砾起动盘的结构示意图。
32.图5为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的扰流消能结构的结构示意图。
33.图6为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的扰流消能结构的另一视角的结构示意图。
34.图7为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的奇数层编织网的结构示意图。
35.图8为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的偶数层编织网的结构示意图。
36.图9为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的奇数层编织网的水流流动示意图。
37.图10为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的偶数层编织网的水流流动示意图。
38.图11为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的水平降速结构的结构示意图。
39.图12为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的竖向降速结构的结构示意图。
40.图13为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的第一水流消能器、第二水流消能器的结构示意图。
41.图14为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的第一水流消能器、第二水流消能器的另一视角的结构示意图。
42.图15为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的阻尼器的截面结构示意图。
43.图16为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的定盘的截面结构示意图。
44.图17为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的转盘的截面结构示意图。
45.图18为本发明海上风电桩的防冲刷系统一实施例的沙砾起动盘的结构示意图。
46.附图标号说明：
47.标号名称标号名称100防冲刷装置205旋转阻尼器1水平降速结构205a定盘11倾斜面205b转盘12第一安装部205c圆孔13第一水流消能器205d壳体14导流板205e凸起螺纹15梯形安装架205f通孔2扰流消能结构3竖向降速结构21第一消能部31支撑架211竖向编织网311第二安装部22第二消能部32第二水流消能器221水平编织网33支撑板23奇数层编织网34橡胶垫块24偶数层编织网4沙砾起动盘25流孔41底座26安装箱411重力式底座202叶轮411a柱体2021空心叶片412环翼2021a圆弧段42扬沙器2021b直线段421立板2021c延伸部422凹槽203转轴5吊钩204盖板6保护块
48.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
49.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的一部分实施例，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作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。
50.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
51.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
52.本发明提出一种海上风电桩的防冲刷系统。
53.参照图1至图18，在本发明一实施例中，该海上风电桩的防冲刷系统包括若干防冲刷装置100，若干所述防冲刷装置100用于绕设在风电桩的外表面，所述防冲刷装置100包括水平降速结构1、扰流消能结构2和竖向降速结构3；所述水平降速结构1设有倾斜面11、第一安装部12和第一水流消能器13，所述倾斜面11和所述第一安装部12位于所述水平降速结构1的顶部；所述第一安装部12与所述第一水流消能器13连接；所述扰流消能结构2的内部设有第一消能部21、第二消能部22和保护块6；所述第一消能部21和所述第二消能部22设有所述保护块6的顶部，所述保护块6的顶部设有粗糙面；所述第一消能部21的一侧与所述水平降速结构1远离所述倾斜面11的一侧相抵；所述第二消能部22位于所述第一消能部21远离所述水平降速结构1的一侧；所述第二消能部22远离所述第一消能部21的一侧用于连接风电桩基础；所述第一消能部21和第二消能部22均包括层叠设置的若干编织网，所述第一消能部21的若干编织网和所述第二消能部22的若干编织网相互垂直；所述竖向降速结构3包括支撑架31和第二水流消能器32；所述支撑架31设于所述扰流消能结构2的顶部；所述第二水流消能器31固定于所述第二支撑架31上。
54.上述结构中，通过沙砾水平方向的携沙水流以及沿着风电桩基础表面的下降水流，分别通过水平降速结构1上的第一水流消能器13和竖向降速结构3上的第二水流消能器32消能减速后，携沙水流再流入扰流消能结构2作进一步的绕流消能，第一消能部21对水平方向的水流进行扰流消能，而第二消能部22对沿桩基表面的下降水流进行扰流消能；当携沙水流通过第一消能部21的若干层编织网时，水流受到若干层编织网的阻挡而发生绕流，每通过一层编织网都发生绕流，从而有效、快速地耗散携沙水流的动能，降低水流流速，增加流动的阻力，阻碍水流冲击风电桩基础附近的海床面，具有减小对海床沙砾冲刷的作用，第二消能部22对下降水流的降速原理与第一消能部21相同；经过水平降速结构1、竖向降速结构3和扰流消能结构2相互作用，逐渐将携沙水流和下降水流的流速大幅降低，使得携沙水流中的沙砾沉积在风电桩基础的底部附近的海床上；该海上风电桩的防冲刷系统，不止能延缓冲刷产生的沙土流失速度，还能修复原来可能存在的冲刷坑，具有不易流失、损坏的优点，且不需要经常维护，可确保防护的有效性。
55.具体地，所述水平降速结构1、扰流消能结构2、竖向降速结构3组合成整体紧贴在风电桩基础的外表面，若干海上风电桩的防冲刷系统绕设于电桩基础的周围，海上风电桩的防冲刷系统的整体高度为电桩基础的直径的0.7倍。
56.为了方便安装，所述水平降速结构1和所述竖向降速结构3上设有吊钩5，所述吊钩5用于与吊机的机臂连接。
57.防冲刷装置100整体的横截面为梯形，梯形两侧的斜面形成的放射线夹角为15
°
；若干防冲刷装置100绕设在风电桩的外表面并相互连接形成圆环结构。
58.优选地，所述海上风电桩的防冲刷系统还包括若干沙砾起动盘4，所述若干沙砾起动盘4设于所述防冲刷装置100的外侧；所述沙砾起动盘4与所述防冲刷装置100之间设有间距；所述沙砾起动盘4包括底座41和扬沙器42，所述扬沙器42设于所述底座41的顶部。
59.上述结构中，所述扬沙器42用于带动海床的沙砾扬起；水流先通过沙砾起动盘4扬起大量沙砾后形成携沙水流，携沙水流以及下降水流分别通过水平降速结构1和竖向降速结构3消能减速后，再流入扰流消能结构2作进一步的绕流消能，逐渐将携沙水流和下降水流的流速大幅降低到沙砾起动流速之下，为修复冲刷坑提供沙砾。
60.优选地，所述扬沙器42包括若干立板421，所述立板421的一端与所述底座41的顶部连接；所述立板421的一侧设有凹槽422，所述凹槽422的开口朝向所述立板421远离所述水平降速结构1的一侧。
61.上述结构中，所述凹槽422为v型凹槽422；扬沙器42包含4～6个立板421，凹槽422的开口朝向立板421远离水平降速结构1的一侧，且4～6个立板421之间的间距相等、互相平行；立板421的高度为100mm～200mm，立板421的宽度为立板421的高度的2倍，立板421的长度约为立板421的宽度的1.5倍；沙砾起动盘4的中心距离风电桩基础的表面约为沙砾起动盘4的直径的2～3倍。
62.另外，设有凹槽422的立板421用于改变水平水流的状态，使其在立板421设有凹槽422的一侧产生较大静压，而在立板421背离凹槽422的一侧形成较大负压，从而诱导水流产生两股旋涡，带动沙砾卷起；当多个扬沙器42相互配合，多股旋涡耦合增加强度则可以卷起一组密集的大范围涡旋，将一定距离内的海床面沙砾卷起形成携沙水流，将大量沙砾输移到风电桩基础的附近，携沙水流经过水平降速结构1、竖向降速结构3、扰流消能结构2三大模块消能后，流速大幅降低，使得沙砾沉积在风电桩基础附近并形成沙洲，进一步加强对桩基周围海床的防冲刷保护。
63.优选地，所述底座41包括重力式底座411和环翼412，所述若干立板421设于所述重力式底座411的顶部，所述重力式底座411的顶部设有若干柱体411a，所述柱体411a的顶部与所述环翼412的底部固定连接；所述柱体411a的高度大于所述立板421的高度。
64.上述结构中，所述重力式底座411为扁圆台结构，重力式底座411的直径取值范围为1500mm～2500mm，重力式底座411的厚度取值范围为100mm～150mm；重力式底座411、环翼412和立板421均此采用混凝土材料制作而成，确保了沙砾起动盘4的自重，使沙砾起动盘4沉降在海床面上，避免沙砾起动盘4出现较大位移的情况；另外，所述重力式底座411的顶面设有倾斜角度，重力式底座411的顶面与海床面的夹角取值范围为25
°
～35
°
。环翼41231为圆环结构，环翼412的顶部和底部均设有倾斜角度，环翼412的顶面的斜率约为2/3，环翼412的底部的斜率约为1/3；环翼412通过4～6根柱体411a架设于重力式底座411上，柱体411a的
高度为立板421的高度的2～3倍；而环翼412的周缘绕设有三角凸起，可以诱导通过其顶部的水流向斜上抛射，形成较大负压，其远低于环翼412顶部的静压，从而产生强烈的下压力，使沙砾起动盘4稳固地压实在海床面上，保证其不会被高速水流掀翻或冲走。而环翼412的环状结构可以保证其在任何方向的水流作用下都能产生足够的下压力，大大增强了沙砾起动盘4的适应性和自存能力。
65.优选地，所述扰流消能结构2还包括安装箱26，所述安装箱26的一侧与所述水平降速结构1设有安装部的一端相抵；所述第一消能部21和所述第二消能部22位于所述安装箱26内，所述第二消能部22位于所述第一消能部21远离所述水平降速结构1的一侧；所述第一消能部21包括若干层叠设置的竖向编织网211；所述第二消能部22包括若干层叠设置的水平编织网221；所述竖向编织网211和所述水平编织网221均包括若干奇数层编织网23和若干偶数层编织网24；所述若干奇数层编织网23和所述若干偶数层编织网24交替层叠设置；所述奇数层编织网23和所述偶数层编织网24均设有若干流孔25，所述奇数层编织网23的流孔25和所述偶数层编织网24的流孔25相互错开。
66.上述结构中，第一消能部21和第二消能部22均包括12～16张条带状的编织网，该编织网固定于安装箱26内的六面体框架中，条带编织网分布间隔从前向后逐渐减小，间隔范围为300mm～25mm；竖向编织网211和水平编织网221的结构原理相同；当水流从奇数层编织网23流向偶数层编织网24时，水流受到奇数层编织网23的条带的阻挡而发生横向绕流，从流孔25的四周汇聚到流孔25中，并流向偶数编织网的条带交织点处，随后受到偶数层编织层的十字交织点处的条带的阻挡，进而再次发生绕流，从条带的十字交织点处流向周围相邻的流孔25，从流孔25再流向奇数层编织层，由此循环往复，使得水流在穿过竖向编织网211或水平编织网221的过程中，发生多次非直线性流动，从而快速有效地消耗水流的动能，进而降低水流流速；提高扰流消能结构2区域内的静压，阻碍水流冲击风电桩基础附近的海床面，减小水流对海床沙砾的冲刷作用。
67.安装箱26包括钢筋混凝土结构和桁架结构，其中安装箱26的四面均有竖撑和斜撑连接上下横杆，而安装箱26的顶部无横撑，安装箱26的底部设有十字支撑框架，十字支撑框架的顶部用于放置保护块6，安装箱26的所有支撑杆连接处均有倒角，安装箱26与竖向降速结构3固定连接。
68.优选地，若干所述竖向编织网211之间的间距自所述水平降速结构1向第二消能部22的方向逐渐减小；若干所述水平编织网221之间的间距自所述安装箱26的顶部向底部的方向逐渐减小。
69.上述结构中，若干竖向编织或水平编织之间的间距范围为25mm～300mm；若干竖向编织网211和若干水平编织网221均采用条带编织而成，该条带采用尼龙或亚麻等具有耐磨、耐腐蚀、抗拉伸、高强度的材料制作而成，若干条带之间呈等距、横竖、上下交错编织成网状，条带的宽度取值范围为25mm～50mm，相邻条带的间隔为条带的宽度的2～3倍，若干条带之间形成若干呈阵列设置的流孔25，奇数层编织网23的流孔25中心与偶数层条带编织网的条带十字交织点中心位置重合，在循环往复的扰流中，随着水流深入竖向编织网211或水平编织网221的内部，若干层叠的编织网之间自所述水平降速结构1向第二消能部22的方向的间距不断减小，使得水流的紊动强度不断增大，并在绕流过程中产生大量旋涡，从而快速有效地耗散掉水流动能。
70.优选地，所述水平降速结构1包括相互连接的导流板14和梯形安装架15；所述倾斜面11设于所述导流板14的顶部，所述第一安装部12设于所述梯形安装架15的上底。
71.上述结构中，倾斜面11与海床面的夹角取值范围为12
°
～18
°
，导流板14的内部为实心结构，梯形支架为架空结构，梯形支架的第一安装部12架设有第一水流消能器13。导流板14和梯形安装架15底部均设有为十字框架结构，导流板14和梯形安装架15的边缘均设有倒角；水平降速结构1的宽度自导流板14的一端至梯形安装架15的一端逐渐减小，水平降速结构1两侧的轮廓线处在交汇后形成的夹角约为15度。导流板14的倾斜面11将从最低点处为起点冲刷而来的水流挑起，避免导流板14底部的海床受到水流冲刷；当从桩基1向导流板14方向水平流动的水流冲向导流板14时，导流板14具有阻挡水流的作用，实现降低水流的流速，使水中沙砾在导流板14的周围沉降，增加海床的覆土厚度，提高风电桩基础的抗冲刷能力；另外，利用导流板14可将更大范围的水流汇集，并利用汇集的水流推动第一水流消能器13的叶轮202旋转，从而将水流的动能转换为叶轮202的旋转动能，再带动旋转阻尼器205中的转盘205b旋转，从而搅动阻尼液，使水流的动能转换成旋转阻尼器205的内能，从而实现消耗水流动能、降低水流流速的目的。
72.优选地，十字框架的内部设有用于放置保护块6的腔体，所述第一消能部21和所述第二消能部22设有所述保护块6的顶部，所述保护块6的顶部设有粗糙面。
73.上述结构中，经过减速和绕流消能的携沙水流和下降水流在保护块6的粗糙面的作用下，进一步降低紊流强度，避免风电桩基础的海床附近生成马蹄涡和尾涡，所述保护块6采用珊瑚礁碎石经微生物诱导形成碳酸钙沉淀(micp，微生物诱导碳酸钙沉淀处理技术)，再添加固胶处理而成的结块，并使用石笼网装袋形成块状，以便搬运；保护块6具有疏松多孔、透水性好、质量轻、强度高的优点，保护块6的形状所述腔体相适配，保护块6的厚度与所述腔体的高度相同。另外，所述粗糙面上具有多孔结构，该多孔结构能够降低保护块6顶部的表面流速，有助于沉积携沙水流中的沙砾，形成覆盖土层以对抗冲刷。
74.具体地，所述保护块6的制作方法如下：胶结用菌为巴斯芽孢杆菌，其培养液包含20g/l酵母提取物、10g/l硫酸铵，并用0.1mol/l盐酸调节ph至9.0；随后将菌种接种至培养液后，置于30
°
恒温振荡的培养箱中培养24h，最终得到菌液的吸光度(od600的取值)应在0.8～1.2之间，并且活性良好。胶结液为0.5mol/l氯化钙和1.5mol/l尿素的混合溶液。在容器内铺满珊瑚礁碎石，随后往容器内注入2.5-3.5l的菌液后，再注入胶结液直至没过珊瑚礁碎石的表面，再每隔24h重新补充注入胶结液，直至没过珊瑚礁碎石的表面，在室温中连续胶结7天后，即可得到微生物诱导碳酸钙沉淀加固的珊瑚礁碎石块体。
75.优选地，所述支撑架31包括直角三角架，所述直角三角架的斜边设有第二安装部311，所述第二安装部311与所述第二水流消能器32固定连接；所述竖向降速结构3至少包括两个所述第二水流消能器32。
76.上述结构中，直角三角架的斜边至少安装有两个第二水流消能器32，使得竖向降速结构3同时对下降水流和水平降速结构1上方的携沙水流一起降速，即位于所述直角三角架的靠近海床的第二水流消能器32，还具有对消除水平降速结构1上方的水平向水流进行消能减速的作用；竖向降速结构3和水平降速结构1形成扰流消能结构2的降速屏障。需要说明的是，两台第二水流消能器32的端盖在水平空间和垂直高度空间上均不重合，以确保海上风电桩的防冲刷系统对风电桩基础的全方位防护。
77.支撑架31为桁架结构，支撑架31靠近风电桩基础的一侧设有支撑板33，所述支撑板33靠近风电桩基础的一侧设有凸起弧面，所述支撑板33远离风电桩基础的一侧设有平直面，所述凸起弧面远离所述扰流消能结构2的一端的橡胶垫块34；凸起弧面与风电桩基础的外表面之间形成流道，其上方的下降水流在流过该流道时，先加速后减速，导致通道内的压力低于直平面一侧的静压，因此支撑板33受到指向风电桩基础表面的强大压力，使橡胶垫块34与风电桩外表面相抵，进而使支撑板33固定在风电桩的外表面上，能够避免竖向降速结构3被下降水流冲击而出现向前倒塌的情况，大大增强海上风电桩的防冲刷系统100的稳定性。
78.优选地，所述第一水流消能器13和所述第二水流消能器32均包括叶轮202、转轴203、盖板204和旋转阻尼器205，所述叶轮202、所述盖板204均穿设于所述转轴203上，所述叶轮202的两端均设有所述盖板204，所述转轴203的两端均连接有所述旋转阻尼器205，所述转轴203的端部穿过所述旋转阻尼器205；所述旋转阻尼器205的外表面与所述第一安装部12或所述支撑架31固定连接。
79.上述结构中，第一水流消能器13和第二水流消能器32均为横向柱状结构，盖板204的横截面为圆形，盖板204的直径为叶轮202的直径的1～1.2倍，叶轮202的直径为风电桩的直径的0.15～0.17倍。
80.优选地，所述叶轮202包括若干空心叶片2021，所述空心叶片的横截面至少包括圆弧段2021a和直线段2021b；所述空心叶片202的外表面设有延伸部2021c，所述若干空心叶片2021的延伸部2021c均呈对数螺旋设置。
81.上述结构中，空心叶片2021的圆弧段2021a和直线段2021b具有收集水流动力、增大水流阻力的作用，从而产生更大的正扭矩驱动叶轮202旋转。具体地，圆弧段2021a的圆弧半径为叶轮202的直径的0.21～0.23倍，圆弧段2021a的圆心角为122～126
°
，直线段2021b的长度为叶轮202的直径的0.36～0.42倍；叶轮202上至少设有两个空心叶片2021，两个空心叶片2021的直线段2021b重叠长度为叶轮202的直径的0.2～0.3倍，两个空心叶片2021的直线段2021b的之间垂线距离为叶轮202的直径的0.18～0.22倍；空心叶片2021贯穿所述叶轮202，所述空心叶片2021沿所述叶轮202的轴向方向延伸；所述延伸部呈对数螺旋型具有整流的作用，用于减少叶轮的转动阻力；所述延伸部2021c呈84～86
°
夹角的等角螺线设置，该等角螺线与内表面的圆弧线段相切。当等角螺线的夹角为85
°
，其任意一点的切线方向与叶轮202的线速度方向的夹角均为5
°
，具有小迎角、流线型、低水流阻力的独特优势，能有效增加叶轮202的抗弯强度，增加水流消能器的使用寿命，降低维护成本。
82.优选地，所述旋转阻尼器205包括若干定盘205a、若干转盘205b和壳体205d，所述若干定盘205a、所述若干转盘205b和所述壳体205d均穿设于所述转轴203上；所述定盘205a和所述转盘205b设于所述壳体205d内，若干所述定盘205a和若干所述转盘205b沿所述转轴203的轴向方向交替设置；所述转盘205b与所述转轴203固定连接，所述定盘205a与所述壳体205d的内壁固定连接；所述定盘205a上设有圆孔205c，所述转轴203穿过所述圆孔205c；所述圆孔205c的直径大于所述转轴203的直径；所述定盘205a和所述转盘205b的外表面均设有若干凸起螺纹205e，若干凸起螺纹205e以所述定盘205a和所述转盘205b的圆心为中心呈对数螺线状分布；所述定盘205a上设有若干通孔205f，所述若干通孔205f设于所述定盘205a的周缘。
83.上述结构中，壳体205d的横截面为圆形，该旋转阻尼器205中转盘205b的数量为3～5个，定盘205a的数量包括3～5个，转盘205b与定盘205a之间交替层叠设置；转盘205b的横截面为圆形，直径取值范围为叶轮202直径的0.35～0.37倍，厚度取值范围为2.8mm～3.2mm，转盘205b的正反面各有10～14条等角螺线型的凸起螺纹205e，凸起螺纹205e凸出于转盘205b的表面的高度约1mm，正反面的凸起螺纹205e的螺旋相同，该方向与叶轮202的旋转方向相同，转盘205b的圆心处与转轴203固定连接；定盘205a的圆周与壳体205d的内壁固定连接，沿圆周的内侧等圆心角设置10～14个通液孔，定盘205a上圆孔205c的直径大于转轴203的直径，圆孔205c的内表面设有防水材料层，防水材料层具有使定盘205a与转轴203保持滑动接触的作用；定盘205a的正反面设有与转盘205b相同数量、结构相同的凸起螺纹205e；旋转阻尼器205的内部注满阻尼液，阻尼液具有高粘滞性或剪切增稠特点，可依靠液体介质的黏滞阻力使运动机械的动能衰减，可缩短机械摆动或运动时间的油状液体。
84.因此，若干定盘205a和若干转盘205b之间均设有阻尼液；旋转阻尼器205的转盘205b和定盘205a表面均设有若干凸起螺纹205e，该凸起螺纹205e能够有效增加阻尼液在两者表面流动时的阻力，产生更多小尺度涡旋，扰乱旋转阻尼器205内部的规则流场，增加紊动强度，从而更好地耗散转盘205b的动能，转盘205b的旋转方向与凸起螺纹205e的弯曲方向相同，阻尼液可从转盘205b的边缘顺着凸起螺纹205e汇入转盘205b的圆心附近，随后再顺着定盘205a的凸起螺纹205e反流至定盘205a的外缘，最后重新在转盘205b的外缘汇集，开始下一次循环流动，该流动具有路径长、路线弯曲复杂、转角较多的特点，具有增加阻尼液的流动阻力的作用，进而产生大量涡旋以增加紊流强度，实现消耗能量的目的；另外，设置通孔205f便于灌注阻尼液至旋转阻尼器205的内部，以确保旋转阻尼器205内充满阻尼液。
85.该海上风电桩的防冲刷系统具有模块化、寿命长、易运输吊装、装卸简单快捷、各部件可独立维护更换的特点，除了适用于海上风电桩基础防冲刷外，也适用于其它类似的海上基础结构以及内河基础结构。
86.本发明的技术方案通过沙砾水平方向的携沙水流以及沿着风电桩基础表面的下降水流，分别通过水平降速结构1上的第一水流消能器13和竖向降速结构3上的第二水流消能器32消能减速后，携沙水流再流入扰流消能结构2作进一步的绕流消能，第一消能部21对水平方向的水流进行扰流消能，而第二消能部22对沿桩基表面的下降水流进行扰流消能；当携沙水流通过第一消能部21的若干层编织网时，水流受到若干层编织网的阻挡而发生绕流，每通过一层编织网都发生绕流，从而有效、快速地耗散携沙水流的动能，降低水流流速，增加流动的阻力，阻碍水流冲击风电桩基础附近的海床面，具有减小对海床沙砾冲刷的作用，第二消能部22对下降水流的降速原理与第一消能部21相同；经过水平降速结构1、竖向降速结构3和扰流消能结构2相互作用，逐渐将携沙水流和下降水流的流速大幅降低，使得携沙水流中的沙砾沉积在风电桩基础的底部附近的海床上；该海上风电桩的防冲刷系统，不止能延缓冲刷产生的沙土流失速度，还能修复原来可能存在的冲刷坑，具有不易流失、损坏的优点，且不需要经常维护，可确保防护的有效性。
87.本发明还提出一种海上风电桩的防冲刷系统的安装方法，该海上风电桩的防冲刷系统的安装方法包括一种海上风电桩的防冲刷系统，该一种海上风电桩的防冲刷系统的具体结构参照上述实施例，由于本一种海上风电桩的防冲刷系统采用了上述所有实施例的全
部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，包括以下步骤：
88.s100：在风电桩基础周围的海床面铺设沙石填补凹坑以形成平整地基；
89.s200：将所述扰流消能结构2吊装至海平面上，使所述扰流消能结构2与所述风电桩基础的外表面相抵；
90.s300：再将所述竖向降速结构3吊装至所述扰流消能结构2的顶部，且所述竖向降速结构3的一侧与所述风电桩基础的外表面相抵；然后使所述扰流消能结构2和所述风电桩基础的外表面分别与所述竖向降速结构3可拆卸连接；
91.s400：将所述水平降速结构1吊装至所述扰流消能器远离所述风电桩基础的一侧。
92.s500：将沙砾起动盘4吊装至海床上指定位置。
93.具体地，指定位置为沙砾起动盘4的中心距离风电桩基础的表面约为沙砾起动盘4的直径的2～3倍的位置。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。