1.本实用新型涉及风电桩基础保护领域，尤其涉及一种单桩基础保护装置和海上风力发电机。


背景技术：

2.风电桩基础是支撑整个海上风力机的关键，由于单桩基础具有结构简单、占用面积小、承载力高和施工快捷等优点，在近海海域得到了大规模应用。
3.使用时，单桩基础的桩头直接与风电机组相连，单桩基础的底部通过打桩锤打入海床。由于近海海域的潮流变化大，并且海水流速快，近海海域的水流会在单桩基础的周围形成马蹄形漩涡，使得单桩基础受到冲刷，单桩基础的承载力、抗弯能力和抗剪能力等力学性能下降，导致单桩基础的安全性降低。
4.因此，如何提高单桩基础的安全性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种单桩基础保护装置，以提高单桩基础的安全性。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
7.一种单桩基础保护装置，包括：
8.能够套接于单桩基础的外圆周的基管；
9.能够与压缩空气导通的输气管道，所述输气管道设置于所述基管的侧壁上，并且所述输气管道沿所述基管的高度方向设置；
10.多组沿所述单桩基础的高度方向自上而下均匀设置的输气支管组，每个所述输气支管组包括至少一个与所述输气管道连通的输气支管，所述输气支管的中心线呈弧形，并且所述输气支管的中心线与所述基管的外壁所在平面同心；以及
11.多个喷嘴，每个所述输气支管至少与一个所述喷嘴连通，所述喷嘴的喷射方向沿所述基管的外壁的外法线方向设置。
12.优选地，在上述单桩基础保护装置中，当所述输气管道的数量为多个时，每个所述输气管道对应设置一个压缩空气泵，并且所述单桩保护装置还包括与所述压缩空气泵电连接的中央控制器，所述中央控制器能够控制所述压缩空气泵的开关和流量。
13.优选地，在上述单桩基础保护装置中，还包括能够采集水流的方向信息和速度信息的水流传感器，所述水流传感器与所述中央控制器电连接。
14.优选地，在上述单桩基础保护装置中，所述喷嘴上设置有能够分割气流的气泡调整网。
15.优选地，在上述单桩基础保护装置中，所述气泡调整网为钢丝网。
16.优选地，在上述单桩基础保护装置中，所述输气管道的数量为四个，分别为第一输气管道、第二输气管道、第三输气管道和第四输气管道，所述第一输气管道、所述第二输气
管道、所述第三输气管道和所述第四输气管道在所述基管的圆周方向上均匀分布。
17.优选地，在上述单桩基础保护装置中，每个所述输气支管组包括八个输气支管，分别为第一输气支管、第二输气支管、第三输气支管、第四输气支管、第五输气支管、第六输气支管、第七输气支管和第八输气支管；
18.所述第一输气支管和所述第二输气支管对称设置于所述第一输气管道的两侧，所述第三输气支管和所述第四输气支管对称设置于所述第二输气管道的两侧，所述第五输气支管和所述第六输气支管对称设置于所述第三输气管道的两侧，所述第七输气支管和所述第八输气支管对称设置于所述第四输气管道的两侧。
19.优选地，在上述单桩基础保护装置中，每个所述输气支管远离所述输气管道的一端封闭，并且所述喷嘴沿所述基管的圆周方向均匀分布。
20.优选地，在上述单桩基础保护装置中，所述单桩基础为圆柱形，设所述单桩基础的直径为d，则沿所述单桩基础的高度方向，相邻的所述输气支管组之间的距离为0.2d-0.4d。
21.一种海上风力发电机，包括如上任意一项所述的单桩基础保护装置。
22.使用本实用新型所提供的单桩基础保护装置时，将基管套接于单桩基础的外圆周，由于输气管道设置于基管的侧壁上，并且输气管道沿基管的高度方向设置，亦即输气管道沿单桩基础的高度方向设置；由于多组输气支管组沿单桩基础的高度方向自上而下均匀设置，每个输气支管组包括至少一个与输气管道连通的输气支管，输气支管的中心线呈弧形，并且输气支管的中心线与基管的外壁所在平面同心，亦即输气支管的中心线沿基管的圆周方向设置，因此，以基管为支撑，输气管道和输气支管组构成了能够围绕在单桩基础的外侧且呈空心圆柱状的气体输送管路；由于每个输气支管至少与一个喷嘴连通，并且喷嘴的喷射方向沿基管外壁的外法线方向设置，因此，当输气管道与压缩空气导通时，压缩空气流经输气管道后进入输气支管，由输气支管进入喷嘴，喷嘴沿基管外壁的外法线方向喷射气流，该气流使基管外侧的水流产生气泡，亦即在单桩基础的周围产生气泡，通过气泡的湍流作用使得单桩基础周围的马蹄形旋涡破碎，减少水流对单桩基础的冲击力，提高单桩基础的承载力、抗弯能力和抗剪能力等力学性能，使得单桩基础的安全性提高。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。
24.图1为本实用新型实施例所提供的一种单桩基础保护装置的侧面剖视结构示意图；
25.图2为本实用新型实施例所提供的一种单桩基础保护装置在图1 所示的a-a截面上的剖面结构示意图；
26.图3为本实用新型实施例所提供的一种气泡调整网的结构示意图。
27.其中，100为基管，200为输气管道，300为输气支管，400为喷嘴，401为气泡调整网，500为单桩基础，600为水流，700为海床。
具体实施方式
28.有鉴于此，本实用新型的核心在于提供一种单桩基础保护装置，以提高单桩基础的安全性。
29.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
30.如图1至图3所示，本实用新型实施例公开了一种单桩基础保护装置，包括基管100、输气管道200、输气支管组和喷嘴400。
31.其中，基管100能够套接于单桩基础500的外圆周，单桩基础500 的底部通过打桩锤打入海床700；输气管道200能够与压缩空气导通，输气管道200设置于基管100的侧壁上，并且输气管道200沿基管100 的高度方向设置；输气支管组的数量为多组，多组输气支管组沿单桩基础500的高度方向自上而下均匀设置，每个输气支管组包括至少一个与输气管道200连通的输气支管300，输气支管300的中心线呈弧形，并且输气支管300的中心线与基管100的外壁所在平面同心；喷嘴400的数量为多个，每个输气支管300至少与一个喷嘴400连通，喷嘴400的喷射方向沿基管100的外壁的外法线方向设置。
32.使用本实用新型所提供的单桩基础保护装置时，将基管100套接于单桩基础500的外圆周，由于输气管道200设置于基管100的侧壁上，并且输气管道200沿基管100的高度方向设置，亦即输气管道200 沿单桩基础500的高度方向设置；由于多组输气支管组沿单桩基础500 的高度方向自上而下均匀设置，每个输气支管组包括至少一个与输气管道200连通的输气支管300，输气支管300的中心线呈弧形，并且输气支管300的中心线与基管100的外壁所在平面同心，亦即输气支管300的中心线沿基管100的圆周方向设置，因此，以基管100为支撑，输气管道200和输气支管组构成了能够围绕在单桩基础500的外侧且呈空心圆柱状的气体输送管路；由于每个输气支管300至少与一个喷嘴400连通，并且喷嘴400的喷射方向沿基管100外壁的外法线方向设置，因此，当输气管道200与压缩空气导通时，压缩空气流经输气管道200后进入输气支管300，由输气支管300进入喷嘴400，喷嘴400沿基管100外壁的外法线方向喷射气流，该气流使基管100外侧的水流600产生气泡，亦即在单桩基础500的周围产生气泡，通过气泡的湍流作用使得单桩基础500周围的马蹄形旋涡破碎，减少水流 600对单桩基础500的冲击力，提高单桩基础500的承载力、抗弯能力和抗剪能力等力学性能，使得单桩基础500的安全性提高。
33.需要说明的是，本实用新型对输气管道200的数量、截面形状和截面内径等参数均不作具体限定，实际应用中可以根据实际情况对上述参数作适应性调整，只要是能够满足使用要求的参数均属于本实用新型保护范围内；并且，当输气管道200的数量为多个时，每个输气管道200对应设置一个压缩空气泵，以便于通过空气压缩泵将空气压缩并将压缩后的空气泵入对应的输气管道200内，单桩基础保护装置还包括与压缩空气泵电连接的中央控制器，中央控制器能够控制压缩空气泵的开关和流量，以便于通过中央控制器控制压缩空气泵的开关和流量，使得各输气管道200内的气流的流量能够独立控制，达到节能的目的。
34.另外，输气管道200可以设置于基管100侧壁的外壁上，或者嵌入基管100侧壁上，
只要是能够满足使用要求的设置方式均属于本实用新型保护范围内；优选地，本实用新型实施例将输气管道200嵌入基管100侧壁上，以便于减少水流600对输气管道200的冲击力，延长输气管道200的使用寿命。
35.并且，上述喷嘴400的喷嘴口形状可以是圆形、椭圆形或者是矩形等形状，只要是能够满足使用要求的类型均属于本实用新型保护范围内；优选地，本实用新型实施例所提供的喷嘴400的喷嘴口为圆形，并且，设单桩基础的直径为d，则喷嘴口的直径设置为0.04d-0.08d。
36.进一步地，该单桩基础保护装置还包括能够采集水流600的方向信息和速度信息的水流传感器，水流传感器与中央控制器电连接，以便于通过水流传感器采集水流600的方向信息和速度信息，并将采集到的方向信息和速度信息传输至中央控制器，由中央控制器根据该方向信息和速度信息控制各空气压缩泵的开关状态，同时适应性地调整泵入输气管道200内的压缩空气的流量，以此调节单桩基础500周围的气泡数量和位置分布，提高对马蹄形旋涡的破碎能力，进一步减少水流600对单桩基础500的冲击力，提高单桩基础500的力学性能和安全性。
37.如图3所示，本实用新型所提供的单桩基础保护装置还包括设置于喷嘴400上的气泡调整网401，以便于通过气泡调整网401分割气流，将气流分割为气流截面积较小且气流速度较大的多股气流，多股气流沿基管100外壁的外法线方向喷射，从而在基管100的外侧产生大小适中的气泡，亦即在单桩基础500的周围产生大小适中的气泡，提高对马蹄形旋涡的破碎能力，进一步减少水流600对单桩基础500 的冲击力，提高单桩基础500的力学性能和安全性。
38.应当理解，上述气泡调整网401上的网孔可以是圆形、多边形或者矩形等形状，只要是能够满足使用要求的形状均属于本实用新型保护范围内；优选地，本实用新型实施例所提供的气泡调整网401的网孔为正方形，并且网孔的边长为5mm-20mm。
39.同样地，上述气泡调整网401可以是钢丝网、钼网或者尼龙网等类型，只要是能够满足使用要求的类型均属于本实用新型保护范围内；优选地，本实用新型实施例所提供的气泡调整网401为钢丝网，具有较好的强度。
40.本实用新型对输气支管组的数量和相邻输气支管组之间的距离等参数不作具体限定，实际应用中，可以根据单桩基础500在水流600 中的深度适应性的调整输气支管组的数量和相邻输气支管组之间的距离，只要是能够满足使用要求的参数均属于本实用新型保护范围内；可选地，单桩基础500为圆柱形时，设所述单桩基础500的直径为d，则沿该单桩基础500的高度方向，相邻的所述输气支管组之间的距离为0.2d-0.4d，在能够破碎单桩基础500周围的马蹄形旋涡的同时具有较好的经济性。
41.如图2所示，本实用新型实施例所提供的单桩基础保护装置包括四个输气管道200，四个输气管道200分别为第一输气管道、第二输气管道、第三输气管道和第四输气管道，第一输气管道、第二输气管道、第三输气管道和第四输气管道在基管100的圆周方向上均匀分布，以便于在单桩基础500的外圆周形成均布的气泡，提高对马蹄形旋涡的破碎程度。
42.并且，本实用新型实施例所提供的单桩基础保护装置的每个输气支管组包括八个输气支管300，分别为第一输气支管、第二输气支管、第三输气支管、第四输气支管、第五输
气支管、第六输气支管、第七输气支管和第八输气支管。
43.具体地，第一输气支管和第二输气支管对称设置于第一输气管道的两侧，第三输气支管和第四输气支管对称设置于第二输气管道的两侧，第五输气支管和第六输气支管对称设置于第三输气管道的两侧，第七输气支管和第八输气支管对称设置于第四输气管道的两侧，以便于通过通过第一输气支管、第二输气支管、第三输气支管、第四输气支管、第五输气支管、第六输气支管、第七输气支管和第八输气支管形成环绕单桩基础500外圆周的气流通道，通过上述八个输气支管300 上的喷嘴400喷射的气流，在单桩基础500外圆周形成环绕单桩基础 500的气泡，有效减少马蹄形旋涡，提高单桩基础500的力学性能和安全性。
44.进一步地，每个输气支管300远离输气管道200的一端可以封闭，也可以与相邻的输气支管300连通，只要是能够满足使用要求的设置方式均属于本实用新型保护范围内；优选地，本实用新型实施例所提供的每个输气支管300远离输气管道200的一端封闭，以便于使输气支管300内具有较大的气压，便于在喷嘴400处喷射气流。
45.应当理解，喷嘴400可以沿沿基管100的圆周方向以均匀分布形式、随机分布形式或者阵列分布形式等形式分布，只要是能够满足使用要求的分布形式均属于本实用新型保护范围内；优选地，本实用新型实施例所提供的喷嘴400沿基管100的圆周方向均匀分布。
46.此外，本实用新型还公开了一种海上风力发电机，包括如上任意一项所述的单桩基础保护装置，因此兼具了上述单桩基础保护装置的所有技术效果，本文在此不再一一赘述。
47.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
48.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。