一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元及消波墙组的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元及消波墙组，所述消波墙单元包括消波装置以及底部固定在海床上的锚泊系统，消波装置与锚泊系统连接。所述消波墙组由若干消波墙单元通过系泊链串联或并联构成。本发明消波墙单元设置在水体表层，能最大程度的消减波能，通过开孔消波面板、消波球鼻、防浪沉子链组等结构设置，进一步起到碎波、扰乱流场的作用，有效降低波浪的动能和势能。本发明消波墙单元强度高、结构稳固、消波效果好，设置在海上浮体的周侧，大幅降低波浪对海上浮体的影响。
【专利说明】一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元及消波墙组
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种浮式消波技术，特别涉及一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元及消波墙组。
【背景技术】
[0002]21世纪是人类全面进军海洋的时代，海洋资源开发的利用及其保护设施研究将面临一个突飞猛进、空前繁荣的时期。为了应对海上能源开发需求，近些年来对“超大型海上浮体”的研究热潮席卷了国内外。超大型海上浮体可以充分利用海洋的浮力，模块相对简单，且对水深没有太多要求，具有优良的经济性和安全性。超大型海上浮体主要应用于以下几个方面:海上飞机场、海上发电、废物处理和海上活动军事基地等。世界各国从上世纪八十年代后期开始基于各国海洋环境特点、经济发展水平及需求开始展开对超大型海上浮体的研究。
[0003]超大型海上浮体构造简单、维护方便，但其易受风流和波浪等各种扰动而产生稳性的影响，因此需要修建适用于海上浮体的消波装置。浮式消波装置是一种可移动的、适应一定波浪和水深范围的消波结构。根据波浪理论的研究和试验表明，波浪的能量集中在水体表层，水面以下三倍波高的水深范围内集中了全部波能的98%。传统型浮式消波装置用浮箱入水部分有限面积的迎波面来阻挡波的冲击，达到衰减水体表层波能的效果。但对衰减诸如潜水波这类折射波的波能，只能通过增加入水浮箱的面积才能起到衰减深水波能的效果，而这样会加重浮箱的重量，也增加了锚泊系统的固定风险，同时，也会使整个工程造价剧增。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中存在的问题和不足，本发明设计了一种消波效果好、修复安装方便且工程造价低的适用于海上浮体的浮式消波墙单元及消波墙组。
[0005]为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为:
一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元，包括消波装置以及底部固定在海床上的锚泊系统，消波装置与锚泊系统连接，其特征在于，所述消波装置包括水面消波结构和深水消波结构:
所述水面消波结构包括水上部分和水下部分:
所述水上部分设有多级开孔消波构件，所述多级开孔消波构件呈凸起的坡形，坡形的内部设有支撑框架结构，坡形前侧的上坡面为多级开孔消波构件的迎波面，坡形后侧为下坡面，坡形的左右两侧由一块或若干块竖向的板体围挡在坡面的下方构成，上坡面与下坡面分别由一块以上直形倾斜的消波面板构成，坡形的顶面，即上坡面与下坡面的连接处采用一块弧形的消波面板过渡衔接，所述消波面板沿浪向依次排列，所述消波面板上均设有贯通板体上下表面的通孔，所述水面消波结构设有与所述通孔连通的向外部排水的排水Π ； 所述水下部分整体或局部位于水面以下，所述水下部分的前侧设有消波球鼻部位；所述深水消波结构包括设置在水面消波结构水下部分底面的倒拱形结构部位和垂坠在倒拱形结构部位下方的防浪沉子链组。
[0006]上述的消波球鼻部位，即设置在水下部分迎波面的凸起部位，其形状与功能与船舶首部的球鼻结构等同，可有效分散入射波。消波球鼻优选采用内部中空的结构；多级开孔消波构件上通孔的设置，可起到碎波、扰乱流场的作用，从而减小波浪的冲击力，有效降低波浪的动能；深水消波结构的倒拱形结构部位能够有效降低水下波浪的动能；防浪沉子链组在波浪下运动，达到碎波、扰乱流场、吸收和降低波能的效果，优选的，防浪沉子可采用倒锥形，材质采用石块、陶瓷或废旧重物等材料中的任一种，连接链的材质可采用高分子聚乙烯(迪尼麻)绳索等；所述支撑框架结构可由横向刚性板与纵向刚性板组合构成，刚性板的数量，可根据海况具体设置。
[0007]对上述技术方案进一步的改进包括:
所述多级开孔消波构件的任意两消波面板之间设有一竖向的过渡面板，所述过渡面板的顶端设为圆弧形，顶端向上凸出两消波面板的上表面。过渡面板的设置进一步降低了波浪冲击消波面板的动能和势能。
[0008]所述消波面板的上表面设有表面凸起，优选采用不规则的凸起形状，以增加海水与消波面板的摩擦力，起到消波的作用。
[0009]优选的，上述消波面板均采用双层板，所述双层板的上下板体之间的空腔中设有与板体垂直的加固平板，所述加固平板由相互垂直的横向加强板与纵向加强板构成，消波面板上的通孔贯穿双层板的上下板体。
[0010]所述水面消波结构的水上部分还包括一设置在多级开孔消波构件下方的座体，所述排水口设置在座体的侧面，所述座体的上表面设有与消波面板上通孔一一对应的排水通孔，所述排水通孔通过管道与座体的排水口连接。
[0011]海浪拍打在水面消波结构上，部分从多级开孔消波构件通孔注入的流体通过内部的管道排向两侧排水口，起到碎波并进一步减小波浪动能和冲击力的作用。一般情况下，排水口应设置在水面以上，使多级开孔消波构件因排水而注满水时，仍留有浮力。
[0012]进一步的，所述水面消波结构水上部分的两侧还设有消波通道，所述消波通道呈管状，顺着浪向设置，起到第二层消波的作用。所述消波通道优选设置为顺着浪向的方向以一定角度倾斜。
[0013]进一步的，所述水面消波结构的水下部分包括一矩形基座，所述消波球鼻部位设置在所述基座的前侧，所述深水消波结构的倒拱形结构部位由一向下凸出的弧形板构成，所述基座的周侧和上底面设有挡板，所述弧形板围挡在基座的下方，构成基座的下底面，基座与弧形板合围成的空腔内部设有支撑框架。
[0014]优选的，所述锚泊系统为采用交叉型布链方式的多点散射系泊系统，每根系泊链底部通过两根支链分别与两个固定在海床上的配重块连接，系泊链的中部配置有块重物。交叉型布链方式对于首摇运动有较好的控制作用。
[0015]所述消波装置的两侧设有浮箱，有效增加消波墙的宽度，提高本发明消波墙的消波性能和稳定性。浮箱优选采用浮力较大的固体浮力材料，浮箱与浮箱之间可根据海况，自由拼接组成浮力单元与消波墙相接。
[0016]一种适用于海上浮体的浮式消波墙组，其特征在于，由若干如上所述的浮式消波墙通过系泊链串联或并联构成。具体设置时，可视港口情况进一步调整消波墙组的数量、消波墙单元的浮力大小以及防浪沉子链组密集度等，以达到最优目标。
[0017]有益效果:
本发明是一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元及消波墙组，与现有技术相比，具有结构强度高、稳定性好、修复安装方便、工程造价低的优点，且便于根据海域、海况调整设备参数，对环境的适应能力强。本发明通过水面消波结构和深水消波结构能够发挥良好的碎波、扰乱流场和减小波浪动能的作用，且本发明消波墙主体设置在水体表层，能最大程度地消减波能。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明浮式消波墙单元的结构图；
图2是本发明的消波面板的结构示意图；
图3是双层消波面板的结构示意图；
图4是矩形基座与倒拱形结构部位组合后的结构示意图；
图5是多级开孔消波构件的内部结构示意图；
图6是图5的管路结构意图；
图7是设置了浮箱的消波墙单元的俯视图；
图8是消波墙组锚泊系统连接结构的示意图；
图9是消波球鼻部位的立体结构示意图；
图10是防浪沉子链组的结构示意图；
图11是基座顶部开孔平面板的不意图；
图12是消波墙组一实施例的结构示意图；
上图中，1、消波球鼻，2、消波通道，3、沉子，4、消波面板，5、消波面板，6、过渡面板，7、面板圆孔，8、纵向刚性板，9、横向刚性板，10、不规则的表面凸起结构，11、纵向加强板，12、横向加强板，13、双层面板，14、横向刚性板，15、纵向刚性板，16、消波管道，17、系泊链，18、块重物，19、配重块，20、浮箱，21、倒拱形结构部位，22、浮箱锚链，23、连接锚链，24、开孔平面板，25、超大型海上浮体，26、浮式消波墙单元，27、连接锚链。
【具体实施方式】
[0019]为了阐明本发明的设计方案及技术效果，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
[0020]一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元，如图1所示，包括消波装置、锚泊系统与浮力单元。
[0021]所述消波装置包括水面消波结构和深水消波结构，所述水面消波结构又进一步分为水上部分和水下部分。
[0022]所述水上部分由上至下包括以下几个组成部分:
O多级开孔消波构件；
所述开孔消波结构整体呈凸起的坡形，其上坡面和下坡面由多块直形倾斜的消波面板4沿浪向方向依次排列构成，坡形的顶部为一半圆形的消波面板5，所述消波面板4和消波面板5上均设有上下贯通面板板体的面板圆孔7。
[0023]消波面板4和消波面板5在面板圆孔7范围之外的板面上设有不规则的表面凸起结构10，增大了摩擦阻力消耗波浪的动能，如图2所示。
[0024]直形的消波面板4之间或消波面板4与半圆形的消波面板5之间设有一过渡面板6，以减缓消波面板4和消波面板5受到波浪的冲击力。所述过渡面板6竖向设置，过渡面板6的顶端可设置为半圆等圆弧形，顶端向上冒出消波面板4和消波面板5的上表面，且与两消波面板的上表面平滑过渡衔接。
[0025]坡形的侧面设有一块或若干块竖向的板体围挡在坡面之下。
[0026]作为优选，上述的消波面板(包括消波面板4、消波面板5)和过渡面板6均可采用双层板，如3所示的双层面板13，其上下两板面之间设有与板面垂直的加固平板，所述加固平板由纵向加强板11与横向加强板12交叉连接构成，如图3所述，且上述的面板均优选使用能抵抗波浪冲击的钢筋混凝土、聚甲醛等材料的刚性板。
[0027]如图5所示，所述多级开孔消波构件的内部设有支撑框架结构，所述支撑框架结构有横向刚性板14与横向刚性板14两两垂直布置的纵向刚性板15连接构成。且整个多级开孔消波构件中所述横向刚性板14至少设有两块，纵向刚性板15至少3块。所述支撑框架结构的板材优选采用钢筋混凝土材质。
[0028]2)座体；
所述多级开孔消波构件设置在所述座体之上，座体前端的迎波面设为圆弧形。座体上表面为一开孔平面板24,设有与消波面板上面板圆孔7 对应的排水通孔，如图11所不，所述排水通孔与座体内部消波管道16连通，消波管道16的出口即为排水口，设置在座体的两侧。
[0029]如图1所示，波浪经面板圆孔7通过横向刚性板14和纵向刚性板15构成的空间后，经消波管道16流向海里。作为优选，消波管道16的排水口优选设置在海平面以上，当水面消波结构内部充满海水时，浮力仍符合要求。
[0030]3)消波通道；
所述消波通道2呈管状，设置在所述座体的左右两侧，消波管道16的下方。更进一步的，消波通道2还应顺着浪向的方向倾斜一定角度，使得消波效果更好。
[0031]所述水下部分包括一矩形基座和设置在矩形基座前部的消波球鼻I (座体前部的凸起结构部位)。所述消波球鼻I呈弧形凸起，当受到波浪冲击时，消波球鼻I在波浪下分散入射波，降低波浪的动能，并能将波浪分为上和下两部分，达到分段消波的目的。作为优选，所述消波球鼻I向前伸出一定长度，且有一部分在水面以上，以更好地分流波浪。优选的消波球鼻I采用内部中空的结构设计，使其本身具有一定浮力。
[0032]所述深水消波结构包括一倒拱形结构部位21和防浪沉子链组:
所述拱形结构部位21由一向下凸起的弧形板构成，能够有效降低水下波浪的动能。上述矩形基座的周侧和上底面均设有平面的挡板，所述弧形板围挡在基座的下方，构成矩形基座的下底面。基座与弧形板合围成的空腔内部还设有由纵向刚性板8和横向刚性板9构成的支撑框架结构，如图4所示。
[0033]如图1、图10所示，所述防浪沉子链组由连接锚链23和沉子3组合构成，多组沉子3通过连接锚链23垂坠在所述拱形结构部位21的下方，且每个沉子3都至少与两条链接锚链连接，使其结构更加稳固。沉子3可采用石块、陶瓷或废旧重物中的任一种制成，连接锚链23可采用高分子聚乙烯绳索。
[0034]所述浮力单元由浮箱锚链22和浮箱20构成，如图7、图8所示，浮箱20优选采用浮力较大的浮力材质，如固体浮力材料。且浮力单元应留有预留浮力，使消波装置水面以上的部分即使全部进水，消波装置也不至于下沉。多组浮箱20对称的分布在消波装置的左右两侧，且浮箱的顶部位于消波通道2的下方。
[0035]所述锚泊系统由系泊链17、块重物18和配重块19组成，对称分布在消波装置的下方。作为优选，本实施例中采用交叉锚定型的多点散射系泊系统，如图8所示，所述的系泊链17如图交叉，系泊链17的底部通过两段支链分别固定在两块配重块19上。所述系泊链17的材质优选采用聚酯绳索或钢丝绳中的一种，所述块重物18为石块或者金属材料的一种，形状为长方体或者圆柱体。
[0036]所述块重物18配重在系泊链17的中部，并视实际情况合理增减块重物的数量和质量，利用块重物18和系泊链17本身的重力，使系泊链17底部的一段铺放在海床上，为系泊链17提供恢复力。作为优选，本发明所述的锚泊系统，还可采用锚链和钢丝绳组合的锚泊系统，锚链在接近海底的一端布置一段，上端用钢丝绳布置，这样既可以节省成本又可以满足锚泊要求。
[0037]—种适用于海上浮体的浮式消波墙组，由多个浮式消波墙单元通过系泊链串联或并联构成。
[0038]以图12为例，多个各消波墙单元26通过系泊链27串联成一排，多排消波墙组围绕在超大型海上浮体25的四周，布置在距离海上浮体几百米处。各消波墙单元26水平面以上的高度设为百年一遇的最大波高，长度约为20米，宽度约为8米，总吃水约为7米左右。
[0039]若海上浮体的一侧设有若干排消波墙组时，前后排消波墙组上的消波墙单元错开布置，如图12所示，当受到波浪作用时，可以分段消波，降低波浪对超大型海上浮体的影响。
[0040]本发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状态下的描述，本领域技术人员可理解，各部件与水面之间的相对位置在实际实践中是会发生变化的。
[0041]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元，包括消波装置以及底部固定在海床上的锚泊系统，消波装置与锚泊系统连接，其特征在于，所述消波装置设有水面消波结构和深水消波结构: 所述水面消波结构包括水上部分和水下部分: 所述水上部分设有多级开孔消波构件，所述多级开孔消波构件呈凸起的坡形，坡形的内部设有支撑框架结构，坡形前侧的上坡面为多级开孔消波构件的迎波面，坡形后侧为下坡面，坡形的左右两侧由一块或若干块竖向的板体围挡在坡面的下方构成，所述上坡面、下坡面分别由一块以上直形倾斜的消波面板构成，坡形的顶面，即上坡面与下坡面的连接处采用一块弧形的消波面板过渡衔接，所述消波面板沿浪向依次排列，所述消波面板上均设有贯通板体上下表面的通孔，所述水面消波结构设有与所述通孔连通的向外部排水的排水Π ； 所述水下部分整体或局部位于水面以下，所述水下部分的前侧设有消波球鼻部位；所述深水消波结构包括设置在水面消波结构水下部分底面的倒拱形结构部位和垂坠在倒拱形结构部位下方的防浪沉子链组。
2.根据权利要求1所述的一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元，其特征在于: 所述多级开孔消波构件的任意两消波面板之间均设有一竖向的过渡面板，所述过渡面板的顶端设为圆弧形，顶端向上凸出两消波面板的上表面。
3.根据权利要求1所述的一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元，其特征在于: 所述消波面板的上表面设有增加海水与面板摩擦力的表面凸起。
4.根据权利要求1-3中任一权项所述的一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元，其特征在于: 上述消波面板均为双层板，所述双层板上下板体之间的空腔设有与板体垂直的加固平板，所述加固平板由相互垂直的横向加强板与纵向加强板构成，消波面板上的通孔贯穿双层板的上下板体。
5.根据权利要求1所述的一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元，其特征在于: 所述水面消波结构的水上部分还包括一设置在多级开孔消波构件下方的座体，所述排水口设置在座体的侧面，所述座体的上表面设有与消波面板上通孔一一对应的排水通孔，所述排水通孔通过管道与座体的排水口连接。
6.根据权利要求1所述的一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元，其特征在于: 所述水面消波结构水上部分的两侧还设有消波通道，所述消波通道呈管状，顺着浪向设置。
7.根据权利要求1所述的一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元，其特征在于: 所述水面消波结构的水下部分包括一矩形基座，所述消波球鼻部位设置在所述基座的前侧，所述深水消波结构的倒拱形结构部位由一向下凸出的弧形板构成，所述基座的周侧和上底面设有挡板，所述弧形板围挡在基座的下方，构成基座的下底面，基座与弧形板合围成的空腔内部设有支撑框架。
8.根据权利要求1所述的一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元，其特征在于: 所述锚泊系统为采用交叉型布链方式的多点散射系泊系统，每根系泊链底部通过两根支链分别与两个固定在海床上的配重块连接，系泊链中部配置有块重物。
9.根据权利要求1所述的一种适用于海上浮体的浮式消波墙单元，其特征在于: 所述消波装置的两侧设有浮箱。
10.一种适用于海上浮体的浮式消波墙组，其特征在于，由若干如权利要求1-3、5-9中任一权项所述的浮式消波墙单元通过系泊链串联或并联构成。
【文档编号】E02B3/26GK104358233SQ201410578234
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】沈中祥, 潘亦鹏, 张溯伟, 霍发力, 刘聪, 马海潇 申请人:江苏海事职业技术学院