一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元及消波墻組的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元及消波墻組，所述消波墻單元包括消波裝置以及底部固定在海床上的錨泊系統，消波裝置與錨泊系統連接。所述消波墻組由若干消波墻單元通過系泊鏈串聯或并聯構成。本實用新型消波墻單元設置在水體表層，能最大程度的消減波能，通過開孔消波面板、消波球鼻、防浪沉子鏈組等結構設置，進一步起到碎波、擾亂流場的作用，有效降低波浪的動能和勢能。本實用新型消波墻單元強度高、結構穩固、消波效果好，設置在海上浮體的周側，大幅降低波浪對海上浮體的影響。
【專利說明】一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元及消波墻組
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種浮式消波技術，特別涉及一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元及消波墻組。
【背景技術】
[0002]21世紀是人類全面進軍海洋的時代，海洋資源開發的利用及其保護設施研宄將面臨一個突飛猛進、空前繁榮的時期。為了應對海上能源開發需求，近些年來對“超大型海上浮體”的研宄熱潮席卷了國內外。超大型海上浮體可以充分利用海洋的浮力，模塊相對簡單，且對水深沒有太多要求，具有優良的經濟性和安全性。超大型海上浮體主要應用于以下幾個方面:海上飛機場、海上發電、廢物處理和海上活動軍事基地等。世界各國從上世紀八十年代后期開始基于各國海洋環境特點、經濟發展水平及需求開始展開對超大型海上浮體的研宄。
[0003]超大型海上浮體構造簡單、維護方便，但其易受風流和波浪等各種擾動而產生穩性的影響，因此需要修建適用于海上浮體的消波裝置。浮式消波裝置是一種可移動的、適應一定波浪和水深范圍的消波結構。根據波浪理論的研宄和試驗表明，波浪的能量集中在水體表層，水面以下三倍波高的水深范圍內集中了全部波能的98%。傳統型浮式消波裝置用浮箱入水部分有限面積的迎波面來阻擋波的沖擊，達到衰減水體表層波能的效果。但對衰減諸如潛水波這類折射波的波能，只能通過增加入水浮箱的面積才能起到衰減深水波能的效果，而這樣會加重浮箱的重量，也增加了錨泊系統的固定風險，同時，也會使整個工程造價劇增。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術中存在的問題和不足，本發明設計了一種消波效果好、修復安裝方便且工程造價低的適用于海上浮體的浮式消波墻單元及消波墻組。
[0005]為實現上述技術目的，本發明提供的技術方案為:
[0006]一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元，包括消波裝置以及底部固定在海床上的錨泊系統，消波裝置與錨泊系統連接，其特征在于，所述消波裝置包括水面消波結構和深水消波結構:
[0007]所述水面消波結構包括水上部分和水下部分:
[0008]所述水上部分設有多級開孔消波構件，所述多級開孔消波構件呈凸起的坡形，坡形的內部設有支撐框架結構，坡形前側的上坡面為多級開孔消波構件的迎波面，坡形后側為下坡面，坡形的左右兩側由一塊或若干塊豎向的板體圍擋在坡面的下方構成，上坡面與下坡面分別由一塊以上直形傾斜的消波面板構成，坡形的頂面，即上坡面與下坡面的連接處采用一塊弧形的消波面板過渡銜接，所述消波面板沿浪向依次排列，所述消波面板上均設有貫通板體上下表面的通孔，所述水面消波結構設有與所述通孔連通的向外部排水的排水口 ；
[0009]所述水下部分整體或局部位于水面以下，所述水下部分的前側設有消波球鼻部位；
[0010]所述深水消波結構包括設置在水面消波結構水下部分底面的倒拱形結構部位和垂墜在倒拱形結構部位下方的防浪沉子鏈組。
[0011]上述的消波球鼻部位，即設置在水下部分迎波面的凸起部位，其形狀與功能與船舶首部的球鼻結構等同，可有效分散入射波。消波球鼻優選采用內部中空的結構；多級開孔消波構件上通孔的設置，可起到碎波、擾亂流場的作用，從而減小波浪的沖擊力，有效降低波浪的動能；深水消波結構的倒拱形結構部位能夠有效降低水下波浪的動能；防浪沉子鏈組在波浪下運動，達到碎波、擾亂流場、吸收和降低波能的效果，優選的，防浪沉子可采用倒錐形，材質采用石塊、陶瓷或廢舊重物等材料中的任一種，連接鏈的材質可采用高分子聚乙烯(迪尼麻)繩索等；所述支撐框架結構可由橫向剛性板與縱向剛性板組合構成，剛性板的數量，可根據海況具體設置。
[0012]對上述技術方案進一步的改進包括:
[0013]所述多級開孔消波構件的任意兩消波面板之間設有一豎向的過渡面板，所述過渡面板的頂端設為圓弧形，頂端向上凸出兩消波面板的上表面。過渡面板的設置進一步降低了波浪沖擊消波面板的動能和勢能。
[0014]所述消波面板的上表面設有表面凸起，優選采用不規則的凸起形狀，以增加海水與消波面板的摩擦力，起到消波的作用。
[0015]優選的，上述消波面板均采用雙層板，所述雙層板的上下板體之間的空腔中設有與板體垂直的加固平板，所述加固平板由相互垂直的橫向加強板與縱向加強板構成，消波面板上的通孔貫穿雙層板的上下板體。
[0016]所述水面消波結構的水上部分還包括一設置在多級開孔消波構件下方的座體，所述排水口設置在座體的側面，所述座體的上表面設有與消波面板上通孔一一對應的排水通孔，所述排水通孔通過管道與座體的排水口連接。
[0017]海浪拍打在水面消波結構上，部分從多級開孔消波構件通孔注入的流體通過內部的管道排向兩側排水口，起到碎波并進一步減小波浪動能和沖擊力的作用。一般情況下，排水口應設置在水面以上，使多級開孔消波構件因排水而注滿水時，仍留有浮力。
[0018]進一步的，所述水面消波結構水上部分的兩側還設有消波通道，所述消波通道呈管狀，順著浪向設置，起到第二層消波的作用。所述消波通道優選設置為順著浪向的方向以一定角度傾斜。
[0019]進一步的，所述水面消波結構的水下部分包括一矩形基座，所述消波球鼻部位設置在所述基座的前側，所述深水消波結構的倒拱形結構部位由一向下凸出的弧形板構成，所述基座的周側和上底面設有擋板，所述弧形板圍擋在基座的下方，構成基座的下底面，基座與弧形板合圍成的空腔內部設有支撐框架。
[0020]優選的，所述錨泊系統為采用交叉型布鏈方式的多點散射系泊系統，每根系泊鏈底部通過兩根支鏈分別與兩個固定在海床上的配重塊連接，系泊鏈的中部配置有塊重物。交叉型布鏈方式對于首搖運動有較好的控制作用。
[0021]所述消波裝置的兩側設有浮箱，有效增加消波墻的寬度，提高本發明消波墻的消波性能和穩定性。浮箱優選采用浮力較大的固體浮力材料，浮箱與浮箱之間可根據海況，自由拼接組成浮力單元與消波墻相接。
[0022]一種適用于海上浮體的浮式消波墻組，其特征在于，由若干如上所述的浮式消波墻通過系泊鏈串聯或并聯構成。具體設置時，可視港口情況進一步調整消波墻組的數量、消波墻單元的浮力大小以及防浪沉子鏈組密集度等，以達到最優目標。
[0023]有益效果:
[0024]本發明是一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元及消波墻組，與現有技術相比，具有結構強度高、穩定性好、修復安裝方便、工程造價低的優點，且便于根據海域、海況調整設備參數，對環境的適應能力強。本發明通過水面消波結構和深水消波結構能夠發揮良好的碎波、擾亂流場和減小波浪動能的作用，且本發明消波墻主體設置在水體表層，能最大程度地消減波能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明浮式消波墻單元的結構圖；
[0026]圖2是本發明的消波面板的結構示意圖；
[0027]圖3是雙層消波面板的結構示意圖；
[0028]圖4是矩形基座與倒拱形結構部位組合后的結構示意圖；
[0029]圖5是多級開孔消波構件的內部結構示意圖；
[0030]圖6是圖5的管路結構示意圖；
[0031]圖7是設置了浮箱的消波墻單元的俯視圖；
[0032]圖8是消波墻組錨泊系統連接結構的示意圖；
[0033]圖9是消波球鼻部位的立體結構示意圖；
[0034]圖10是防浪沉子鏈組的結構示意圖；
[0035]圖11是基座頂部開孔平面板的示意圖；
[0036]圖12是消波墻組一實施例的結構示意圖；
[0037]上圖中，1、消波球鼻，2、消波通道，3、沉子，4、消波面板，5、消波面板，6、過渡面板，7、面板圓孔，8、縱向剛性板，9、橫向剛性板，10、不規則的表面凸起結構，11、縱向加強板，12、橫向加強板，13、雙層面板，14、橫向剛性板，15、縱向剛性板，16、消波管道，17、系泊鏈，18、塊重物，19、配重塊，20、浮箱，21、倒拱形結構部位，22、浮箱錨鏈，23、連接錨鏈，24、開孔平面板，25、超大型海上浮體，26、浮式消波墻單元，27、連接錨鏈。
【具體實施方式】
[0038]為了闡明本發明的設計方案及技術效果，下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步的介紹。
[0039]一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元，如圖1所示，包括消波裝置、錨泊系統與浮力單元。
[0040]所述消波裝置包括水面消波結構和深水消波結構，所述水面消波結構又進一步分為水上部分和水下部分。
[0041]所述水上部分由上至下包括以下幾個組成部分:
[0042]I)多級開孔消波構件；
[0043]所述開孔消波結構整體呈凸起的坡形，其上坡面和下坡面由多塊直形傾斜的消波面板4沿浪向方向依次排列構成，坡形的頂部為一半圓形的消波面板5，所述消波面板4和消波面板5上均設有上下貫通面板板體的面板圓孔7。
[0044]消波面板4和消波面板5在面板圓孔7范圍之外的板面上設有不規則的表面凸起結構10，增大了摩擦阻力消耗波浪的動能，如圖2所示。
[0045]直形的消波面板4之間或消波面板4與半圓形的消波面板5之間設有一過渡面板6，以減緩消波面板4和消波面板5受到波浪的沖擊力。所述過渡面板6豎向設置，過渡面板6的頂端可設置為半圓等圓弧形，頂端向上冒出消波面板4和消波面板5的上表面，且與兩消波面板的上表面平滑過渡銜接。
[0046]坡形的側面設有一塊或若干塊豎向的板體圍擋在坡面之下。
[0047]作為優選，上述的消波面板(包括消波面板4、消波面板5)和過渡面板6均可采用雙層板，如3所示的雙層面板13，其上下兩板面之間設有與板面垂直的加固平板，所述加固平板由縱向加強板11與橫向加強板12交叉連接構成，如圖3所述，且上述的面板均優選使用能抵抗波浪沖擊的鋼筋混凝土、聚甲醛等材料的剛性板。
[0048]如圖5所示，所述多級開孔消波構件的內部設有支撐框架結構，所述支撐框架結構有橫向剛性板14與橫向剛性板14兩兩垂直布置的縱向剛性板15連接構成。且整個多級開孔消波構件中所述橫向剛性板14至少設有兩塊，縱向剛性板15至少3塊。所述支撐框架結構的板材優選采用鋼筋混凝土材質。
[0049]2)座體；
[0050]所述多級開孔消波構件設置在所述座體之上，座體前端的迎波面設為圓弧形。座體上表面為一開孔平面板24，設有與消波面板上面板圓孔7 —一對應的排水通孔，如圖11所示，所述排水通孔與座體內部消波管道16連通，消波管道16的出口即為排水口，設置在座體的兩側。
[0051]如圖1所示，波浪經面板圓孔7通過橫向剛性板14和縱向剛性板15構成的空間后，經消波管道16流向海里。作為優選，消波管道16的排水口優選設置在海平面以上，當水面消波結構內部充滿海水時，浮力仍符合要求。
[0052]3)消波通道；
[0053]所述消波通道2呈管狀，設置在所述座體的左右兩側，消波管道16的下方。更進一步的，消波通道2還應順著浪向的方向傾斜一定角度，使得消波效果更好。
[0054]所述水下部分包括一矩形基座和設置在矩形基座前部的消波球鼻I (座體前部的凸起結構部位)。所述消波球鼻I呈弧形凸起，當受到波浪沖擊時，消波球鼻I在波浪下分散入射波，降低波浪的動能，并能將波浪分為上和下兩部分，達到分段消波的目的。作為優選，所述消波球鼻I向前伸出一定長度，且有一部分在水面以上，以更好地分流波浪。優選的消波球鼻I采用內部中空的結構設計，使其本身具有一定浮力。
[0055]所述深水消波結構包括一倒拱形結構部位21和防浪沉子鏈組:
[0056]所述拱形結構部位21由一向下凸起的弧形板構成，能夠有效降低水下波浪的動能。上述矩形基座的周側和上底面均設有平面的擋板，所述弧形板圍擋在基座的下方，構成矩形基座的下底面。基座與弧形板合圍成的空腔內部還設有由縱向剛性板8和橫向剛性板9構成的支撐框架結構，如圖4所示。
[0057]如圖1、圖10所示，所述防浪沉子鏈組由連接錨鏈23和沉子3組合構成，多組沉子3通過連接錨鏈23垂墜在所述拱形結構部位21的下方，且每個沉子3都至少與兩條鏈接錨鏈連接，使其結構更加穩固。沉子3可采用石塊、陶瓷或廢舊重物中的任一種制成，連接錨鏈23可采用高分子聚乙烯繩索。
[0058]所述浮力單元由浮箱錨鏈22和浮箱20構成，如圖7、圖8所示，浮箱20優選采用浮力較大的浮力材質，如固體浮力材料。且浮力單元應留有預留浮力，使消波裝置水面以上的部分即使全部進水，消波裝置也不至于下沉。多組浮箱20對稱的分布在消波裝置的左右兩側，且浮箱的頂部位于消波通道2的下方。
[0059]所述錨泊系統由系泊鏈17、塊重物18和配重塊19組成，對稱分布在消波裝置的下方。作為優選，本實施例中采用交叉錨定型的多點散射系泊系統，如圖8所示，所述的系泊鏈17如圖交叉，系泊鏈17的底部通過兩段支鏈分別固定在兩塊配重塊19上。所述系泊鏈17的材質優選采用聚酯繩索或鋼絲繩中的一種，所述塊重物18為石塊或者金屬材料的一種，形狀為長方體或者圓柱體。
[0060]所述塊重物18配重在系泊鏈17的中部，并視實際情況合理增減塊重物的數量和質量，利用塊重物18和系泊鏈17本身的重力，使系泊鏈17底部的一段鋪放在海床上，為系泊鏈17提供恢復力。作為優選，本發明所述的錨泊系統，還可采用錨鏈和鋼絲繩組合的錨泊系統，錨鏈在接近海底的一端布置一段，上端用鋼絲繩布置，這樣既可以節省成本又可以滿足錨泊要求。
[0061]一種適用于海上浮體的浮式消波墻組，由多個浮式消波墻單元通過系泊鏈串聯或并聯構成。
[0062]以圖12為例，多個各消波墻單元26通過系泊鏈27串聯成一排，多排消波墻組圍繞在超大型海上浮體25的四周，布置在距離海上浮體幾百米處。各消波墻單元26水平面以上的高度設為百年一遇的最大波高，長度約為20米，寬度約為8米，總吃水約為7米左右。
[0063]若海上浮體的一側設有若干排消波墻組時，前后排消波墻組上的消波墻單元錯開布置，如圖12所示，當受到波浪作用時，可以分段消波，降低波浪對超大型海上浮體的影響。
[0064]本發明中描述的各部件位置在“水面之上”、“水面之下”，是水流保持在某一恒定狀態下的描述，本領域技術人員可理解，各部件與水面之間的相對位置在實際實踐中是會發生變化的。
[0065]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書、說明書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元，包括消波裝置以及底部固定在海床上的錨泊系統，消波裝置與錨泊系統連接，其特征在于，所述消波裝置設有水面消波結構和深水消波結構: 所述水面消波結構包括水上部分和水下部分: 所述水上部分設有多級開孔消波構件，所述多級開孔消波構件呈凸起的坡形，坡形的內部設有支撐框架結構，坡形前側的上坡面為多級開孔消波構件的迎波面，坡形后側為下坡面，坡形的左右兩側由一塊或若干塊豎向的板體圍擋在坡面的下方構成，所述上坡面、下坡面分別由一塊以上直形傾斜的消波面板構成，坡形的頂面，即上坡面與下坡面的連接處采用一塊弧形的消波面板過渡銜接，所述消波面板沿浪向依次排列，所述消波面板上均設有貫通板體上下表面的通孔，所述水面消波結構設有與所述通孔連通的向外部排水的排水 所述水下部分整體或局部位于水面以下，所述水下部分的前側設有消波球鼻部位；所述深水消波結構包括設置在水面消波結構水下部分底面的倒拱形結構部位和垂墜在倒拱形結構部位下方的防浪沉子鏈組。
2.根據權利要求1所述的一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元，其特征在于: 所述多級開孔消波構件的任意兩消波面板之間均設有一豎向的過渡面板，所述過渡面板的頂端設為圓弧形，頂端向上凸出兩消波面板的上表面。
3.根據權利要求1所述的一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元，其特征在于: 所述消波面板的上表面設有增加海水與面板摩擦力的表面凸起。
4.根據權利要求1-3中任一權項所述的一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元，其特征在于: 上述消波面板均為雙層板，所述雙層板上下板體之間的空腔設有與板體垂直的加固平板，所述加固平板由相互垂直的橫向加強板與縱向加強板構成，消波面板上的通孔貫穿雙層板的上下板體。
5.根據權利要求1所述的一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元，其特征在于: 所述水面消波結構的水上部分還包括一設置在多級開孔消波構件下方的座體，所述排水口設置在座體的側面，所述座體的上表面設有與消波面板上通孔一一對應的排水通孔，所述排水通孔通過管道與座體的排水口連接。
6.根據權利要求1所述的一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元，其特征在于: 所述水面消波結構水上部分的兩側還設有消波通道，所述消波通道呈管狀，順著浪向設置。
7.根據權利要求1所述的一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元，其特征在于: 所述水面消波結構的水下部分包括一矩形基座，所述消波球鼻部位設置在所述基座的前側，所述深水消波結構的倒拱形結構部位由一向下凸出的弧形板構成，所述基座的周側和上底面設有擋板，所述弧形板圍擋在基座的下方，構成基座的下底面，基座與弧形板合圍成的空腔內部設有支撐框架。
8.根據權利要求1所述的一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元，其特征在于: 所述錨泊系統為采用交叉型布鏈方式的多點散射系泊系統，每根系泊鏈底部通過兩根支鏈分別與兩個固定在海床上的配重塊連接，系泊鏈中部配置有塊重物。
9.根據權利要求1所述的一種適用于海上浮體的浮式消波墻單元，其特征在于: 所述消波裝置的兩側設有浮箱。
10.一種適用于海上浮體的浮式消波墻組，其特征在于，由若干如權利要求1-3、5-9中任一權項所述的浮式消波墻單元通過系泊鏈串聯或并聯構成。
【文檔編號】E02B3/26GK204151746SQ201420622514
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月27日 優先權日:2014年10月27日
【發明者】沈中祥, 潘亦鵬, 張溯偉, 霍發力, 劉聰, 馬海瀟 申請人:江蘇海事職業技術學院