1.本发明属于海上风电桩基础保护技术领域，特别涉及一种水下桩保护装置。
背景技术：
2.风力发电因其清洁、资源丰富而受到密切关注，是目前主流的可再生能源发电技术，得到了大规模的应用。近年来，得益于海上工程技术的不断提高，以及沿海省份较好的消纳条件，海上风电的开发建设迅速，装机量连年攀升。但海上风电仍是一个技术难度较高的领域，海上风电场的风、浪、流等复杂环境对技术提出了更高的要求。单桩基础由于结构简单，可靠性好在近海风电场中广泛应用。但由于近海海域潮流变化大，海水流速快，波流作用会对风机基础单桩产生严重的局部冲刷，在马蹄形漩涡的作用下形成冲刷坑，从而影响桩基础的安全性。
技术实现要素：
3.本发明的目的在于提供一种水下桩保护装置，解决了由于近海海域潮流变化大对桩基础造成冲刷的问题。
4.本发明是通过以下技术方案来实现：
5.一种水下桩保护装置，包括若干个套设在待保护桩外壁的曲面套环体；
6.所述每个曲面套环体包括对称设置的正向曲面套环和反向曲面套环，正向曲面套环和反向曲面套环的结构相同；
7.正向曲面套环包括连接于一体的o型环部分和曲面部分；
8.正向曲面套环和反向曲面套环的两个曲面部分能够拼接成完整的弧面。
9.进一步，所述正向曲面套环由对称的两个半套环拼接而成。
10.进一步，在两个半套环接触连接处设有凸耳，凸耳通过螺栓固定连接。
11.进一步，o型环部分的外径为1.2d-1.3d，高度为0.05d-0.2d，其中，d为待保护桩的直径。
12.进一步，所述曲面部分与o型环部分连接的一端直径大于相邻两曲面部分连接的一端直径。
13.进一步，所述曲面部分直径小的一端直径为1.005d-1.02d，所述曲面部分的高度为0.7d-1.2d，其中，d为待保护桩的直径。
14.进一步，所述曲面部分外表面为圆弧型、双曲型或抛物型。
15.进一步，曲面部分采用圆弧型时，构建的曲面几何方程为(x-r-r)2+y2＝r2，其中，r＝(1.005d～1.02d)/2，r为圆弧的曲率半径，r＝2.5d～5d，d为待保护桩的直径。
16.进一步，曲面部分采用双曲型时，构建的曲面几何方程为其中，a
＝(1.005d～1.02d)/2，d为待保护桩的直径，双曲线的离心率满足
17.进一步，曲面部分采用抛物型时，构建的曲面几何方程为y2＝-2p(x-c)；
18.c＝(1.005d～1.02d)/2，抛物线的通径满足1.3d＜2p＜2.5d，d为待保护桩的直径。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
20.本发明公开了一种水下桩保护装置，通过在待保护桩表面安装若干个曲面套环体，所述每个曲面套环体包括对称设置的正向曲面套环和反向曲面套环，正向曲面套环包括连接于一体的o型环部分和曲面部分；正向曲面套环和反向曲面套环的两个曲面部分能够拼接成完整的弧面。多个曲面套环扩大了桩绕流的尾迹区域，诱发了边界层的分离，将大涡破坏为小涡，阻碍了卡门涡街的形成，从而抑制了涡脱落和压力脉动，此外，曲面部分能够调控竖直方向的二次流动，削弱马蹄形涡对桩基础的冲刷作用，从而达到保护桩基础的目的。本发明采用被动响应的方法，不需要额外的执行机构，提高了可靠性，不会额外增加成本，结构简单可靠易实现，适合在工程中广泛应用。综上所述，该水下桩保护装置及系统能抑制涡脱落并削弱马蹄形漩涡对桩基础的冲刷作用，从而增强桩的稳定性和安全性。
附图说明
21.图1为本发明曲面套环的安装结构示意图；
22.图2为正向曲面套环的截面图；
23.图3为曲面套环体的截面图。
24.图中标号：1、水流；2、海床；3、待保护桩；4、正向曲面套环；41、曲面部分；42、o型环部分；5、反向曲面套环。
具体实施方式
25.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
26.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一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.如图1-3所示，本发明公开了一种水下桩保护装置，包括若干个套设在待保护桩3外壁的曲面套环体；所述每个曲面套环体包括对称设置的正向曲面套环4和反向曲面套环5，正向曲面套环4和反向曲面套环5的结构相同；正向曲面套环4包括连接于一体的o型环部分42和曲面部分41；正向曲面套环4和反向曲面套环5的两个曲面部分41能够拼接成完整的弧面。
28.如图3所示，所述曲面套环体固定在待保护桩3上，正向曲面套环4和反向曲面套环5采用正反交替安装的形式，可拼接成完整的对称弧面，曲面套环体的材质为不锈钢，所述曲面套环体根据需要可从水面持续安装到海床2上表面。
29.所述正向曲面套环4由对称的两个半套环拼接而成，在两个半套环接触连接处设有凸耳，凸耳通过螺栓固定连接。
30.待保护桩3的直径记为d，所述o型环部分42外径为1.2d～1.3d，高度为0.05d～0.2d。
31.所述曲面部分41外表面为圆弧型、双曲型或抛物型等流线型曲面，所述曲面部分41与o型环部分42连接的一端直径大，另一端直径小。小直径端的直径为1.005d～1.02d，曲面部分41的高度为0.7d～1.2d。
32.工作原理：大直径钢管桩基础在海流和波浪作用下，会在桩周局部海域引发强劲的水流或高速旋转的旋涡，这些水流或旋涡具有较高的冲刷携带泥沙能力，所以改变水流以及漩涡的特性是改善桩基础冲刷问题的方向。通过在待保护桩3表面安装曲面套环体，曲面套环体可以扩大桩绕流的尾迹区域，诱发了边界层的分离，将大涡破坏为小涡，阻碍卡门涡街的形成，从而抑制涡脱落和压力脉动，此外，曲面部分41能够调控竖直方向的水流1的二次流动，从而削弱马蹄形涡对桩基础的冲刷作用，以达到保护桩基础的目的。
33.曲面部分41采用圆弧型时，构建的曲面几何方程为(x-r-r)2+y2＝r2，其中r略大于待保护桩3的半径，可取(1.005d～1.02d)/2，r为圆弧的曲率半径，可取2.5d～5d。
34.曲面部分41采用双曲型时，构建的曲面几何方程为其中，a略大于待保护桩3的外径，可取(1.005d～1.02d)/2，双曲线的离心率
35.曲面部分41采用抛物型时，构建的曲面几何方程为y2＝-2p(x-c)，c略大于待保护桩3的半径，可取(1.005d～1.02d)/2，抛物线的通径1.3d＜2p＜2.5d。
36.通过三种曲面所形成的曲面部分41的现场验证，都可以将大涡破坏为小涡，阻碍卡门涡街的形成，从而抑制涡脱落和压力脉动，说明了在这些几何构型下，对水流的流动均能发挥作用。
37.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。