CN109267538B - 一种抗台风的浮式防波堤系统及其控制方法 - Google Patents

一种抗台风的浮式防波堤系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种抗台风的浮式防波堤系统及其控制方法，水面消波结构包括设备舱以及垂直安装于设备舱下方的气囊舱；设备舱中太阳能电池组件及蓄能装置安装于设备舱上表面，信号收发装置安装于太阳能电池组件及蓄能装置顶部，中央配气装置安装于设备舱内部，中央配气装置的两端分别通过通气管路与空气压缩机和储气罐，中央控制器设置于中央配气装置并对中央配气装置和空气压缩机发出控制指令；气囊舱包括若干气囊单元，每个气囊单元均配有若干相互独立的气室，每个独立气室上均设有对应的气囊接口，通过气囊接口与通气管路连通，进而与储气罐连接。本发明通过对气囊单元的充气和放气来改变水面消波结构单元的上浮和下潜，有效提高浮式防波堤在超极限工况下的安全问题。

Description

一种抗台风的浮式防波堤系统及其控制方法
技术领域
本发明属于防波提技术，具体涉及一种抗台风的浮式防波堤系统及其控制方法。
背景技术
防波堤作为保护港口等近岸结构物安全的一种水工结构物，其经历了从固定式式防波堤到浮式防波堤的发展过程。相比于固定式式防波堤，浮式防波堤有以下优势：(1)浮式防波堤受水深及地形影响较小，适用范围较大；(2)浮式防波堤的工程造价相比之下较低(3)浮式防波堤由于不会阻碍海水的流动，其海水交换能力较强，不影响海洋环境。
但是，浮式防波堤也有如下劣势：浮式防波堤对系泊系统的设计要求较高，尤其是在恶劣海况中，浮式防波堤极有可能在超极限海况下产生系泊系统失效，水面消波单元相互碰撞损坏等问题，最终会导致浮式防波堤发生破损或下沉，削弱或失去其作业效能。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种抗台风的浮式防波堤系统及其控制方法。
技术方案：本发明的一种抗台风的浮式防波堤系统，包括水面消波结构和对应的气囊单元，水面消波结构包括设备舱以及垂直安装于设备舱下方的气囊舱；所述设备舱包括信号收发装置、太阳能电池组件及蓄能装置、中央控制器、中央配气装置、空气压缩机和若干储气罐，太阳能电池组件及蓄能装置安装于设备舱上表面，信号收发装置安装于太阳能电池组件及蓄能装置顶部，中央配气装置安装于设备舱内部，中央配气装置的两端分别通过通气管路与空气压缩机和储气罐，中央控制器设置于中央配气装置并对中央配气装置和空气压缩机发出控制指令；所述气囊舱包括若干气囊单元，每个气囊单元均配有若干相互独立的气室，每个独立气室上均设有对应的气囊接口，通过气囊接口与通气管路连通，进而与储气罐连接。
即是通过对气囊单元的充气和放气来改变水面消波结构单元的上浮和下潜，从而保证在超极限工况下浮式防波堤的安全问题。
进一步的，所述中央控制器根据信号收发装置的数据信息控制空气压缩机和中央配气装置的运作，进而控制各个气囊的充气和放气，达到气囊舱的上浮和下潜。
进一步的，所述水面消波结构的主体结构由钢制成，所述太阳能电池组件和蓄能装置一体化设计。其中，不同构型的钢结构反映对应的水面消波单元的消波特性，可为典型的浮式防波堤构型(如单方箱型)，也可为非典型的浮式防波堤构型(如双方箱型、网箱型和圆筒形等)，具体构型以实际工程应用为依据。例如，本发明采用典型的方形浮式防波堤构型。
进一步的，所述气囊舱共设有若干气囊单元，所有气囊单元分为上下两层均匀排列，每个气囊单元均包括八个独立气室，各个独立气室两两排列共两层；每个独立气室包括上下两层，依次为上部气室和下部气室，上部气室和下部气室的顶部分别设有上气囊接口和下气囊接口，各个上气囊接口和下气囊接口分别通气管路相连，通气管路的连接处设有气阀总成，所述气阀总成包括出气电磁气阀和进气电磁气阀。
并且，为防止各个独立气室在放气状态下脱落，在其室下方设有横撑。
进一步的，所述中央配气装置上也设有出气电磁气阀。
本发明还公开了一种抗台风的浮式防波堤系统的控制方法，所述太阳能电池组件实时将太阳能转化为电能，蓄能装置及时存储转化后的电能，太阳能电池组件及蓄能装置为整个系统供电；信号收发装置周期性收发关于工况的信息，中央控制装置根据信号收发装置的数据信号判断是否发生超极限工况的情况：如果发生超极限工况，则控制紧急放气装置开始工作，各个独立气室开始放气，整个气囊舱浮力减少，防波堤系统逐渐下沉，当防波堤系统沉至预定水深即躲避超极限工况；若检测到超极限工况结束，中央控制装置则控制空气压缩机及储气罐开始工作，为对应独立气室充气，防波堤系统产生浮力并开始上浮，直至上升至海平面。
进一步的，所述中央控制器通过各个压力传感器的实时检测数据判断对应储气罐内的压力水平，若当前储气罐的压力过小(即当某一个储气罐中空气不足时)，则中央控制器控制空气压缩机为该储气罐充气；当储气罐中空气不足时，空气压缩机为对应储气罐充气；所述压力传感器分别安装于对应的气囊接口内。
上述太阳能电池组件的产电量应满足整个系统的工作能耗要求。具体能耗依实际工程应用为准。蓄能装置能够避免因天气等原因所导致的系统运转困难，满足抗风浪系统的正常运转的能耗，包括在紧急状态下水面消波单元由标准吃水下潜至预定深度及水面消波单元由水下上浮至标准吃水所需要的能耗要求。
有益效果：本发明通过对气囊单元的充气和放气来改变水面消波结构单元的上浮和下潜，从而保证在超极限工况下浮式防波堤的安全问题，能有效提高浮式防波堤在超极限工况下的安全问题，防止防波堤在超极限工况下发生破损后撞击被掩护结构。
附图说明
图1为本发明控制逻辑图。
图2为本发明系统结构示意图
图3为本发明水面消波单元下潜示意图。
图4为本发明水面消波单元上浮示意图。
图5为本发明中设备舱和气囊舱功能分区图。
图6本发明浮式防波堤的气囊舱示意图。
图7本发明中央控制器及中央配气装置结构示意图。
图8为本发明中央控制器及中央配气装置俯视图。
图9为本发明中央控制器及中央配气装置仰视图。
图10为本发明气阀总成与备用压缩气罐管路连接示意图。
图11为本发明气阀总成示意图。
图12为本发明局部细节图；
其中，图1(a)为本发明的整体控制原理图；图1(b)为气囊舱的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，本发明的一种抗台风的浮式防波堤系统，包括水面消波结构和对应的气囊单元，水面消波结构包括设备舱1以及垂直安装于设备舱1下方的气囊舱2；所述设备舱1包括信号收发装置1-3、太阳能电池组件及蓄能装置1-2、中央控制器1-1、中央配气装置1-7、空气压缩机1-4和储气罐1-5，太阳能电池组件及蓄能装置1-2安装于设备舱1上表面，信号收发装置1-3安装于太阳能电池组件及蓄能装置1-2顶部，中央配气装置1-7安装于设备舱1内部，中央配气装置1-7的两端分别通过通气管路1-9与空气压缩机1-4和储气罐1-5，中央控制器1-1设置于中央配气装置1-7并对中央配气装置1-7和空气压缩机1-4发出控制指令；所述气囊舱2包括若干气囊单元2-1，每个气囊单元2-1均配有若干相互独立气室2-2，每个独立气室2-2上均设有对应的气囊接口2-3，通过气囊接口2-3与通气管路1-9连通，进而与储气罐1-5连接。
即是通过对气囊单元2-1的充气和放气来改变水面消波结构单元的上浮和下潜，从而保证在超极限工况下浮式防波堤的安全问题。
中央控制器1-1根据信号收发装置1-3的数据信息控制空气压缩机1-4和中央配气装置1-7的运作，进而控制各个气囊的充气和放气，达到气囊舱2的上浮和下潜。其中，信号收发装置1-3定期接受数据中心上传的环境气象信息及人为控制等指令，同时信号收发装置1-3还可以定期发送抗风浪系统的整体工作状态给数据中心。通过信号收发装置1-3数据中心可实时掌握水面消波结构单元的工作状态等信息。同时，数据中心还可依据气象信息对水面消波结构单元发出下潜避险的操作。
本实施例的水面消波结构的主结构由钢制成，所述太阳能电池组件和蓄能装置1-2一体化设计。其中，不同构型的钢结构反映对应的水面消波单元的消波特性，可为典型的浮式防波堤构型(如单方箱型)，也可为非典型的浮式防波堤构型(如双方箱型、网箱型和圆筒形等)，具体构型以实际工程应用为依据。例如，本发明采用典型的方形浮式防波堤构型。
本实施例中的气囊舱2共设有若干气囊单元2-1，所有气囊单元2-1分为上下两层均匀排列，每个气囊单元2-1均包括八个独立气室2-2，各个独立气室2-2两两排列共两层；每个独立气室2-2包括上下两层，依次为上部气室2-2-1和下部气室2-2-2，上部气室2-2-1和下部气室2-2-的顶部分别设有上气囊接口2-3-1和下气囊接口2-3-2，各个上气囊接口2-3-1和下气囊接口2-3-2分别通气管路1-9相连，通气管路1-9的连接处设有气阀总成1-6，所述气阀总成1-6包括出气电磁气阀1-6-1和进气电磁气阀1-6-2。所述中央配气装置1-7上也设有出气电磁气阀。
并且，为防止各个独立气室2-2在放气状态下脱落，在其室下方设有横撑1-8。
上述抗台风的浮式防波堤系统的控制方法，所述太阳能电池组件实时将太阳能转化为电能，蓄能装置1-2及时存储转化后的电能，太阳能电池组件及蓄能装置1-2为整个系统供电；信号收发装置1-3周期性收发关于工况的信息，中央控制装置根据信号收发装置1-3的数据信号判断是否发生超极限工况的情况：如果发生超极限工况，则控制紧急放气装置开始工作，各个独立气室2-2开始放气，整个气囊舱2浮力减少，防波堤系统逐渐下沉，当防波堤系统沉至预定水深即躲避超极限工况；若检测到超极限工况结束，中央控制装置则控制空气压缩机1-4及储气罐1-5开始工作，为对应独立气室2-2充气，防波堤系统产生浮力并开始上浮，直至上升至海平面。
上述过程，气阀总成1-6完成以下工作：(1)在超极限工况下打开出气电磁气阀1-6-1对各个气囊单元2-1进行紧急放气，从而水面消波结构单元完成下潜操作，气体通过通气管路1-9进行排出；(2)在储气罐1-5需要补气时，打开出气电磁气阀1-6-2通过与中央配气装置1-7的配合完成补气操作，补气通过通气管路1-9进行充气。(3)在水面消波单元上浮时打开进气电磁气阀对相应的独立气室2-2进行充气操作，同样的，补气通过通气管路1-9进行充气。
本实施例中的中央控制器1-1通过各个压力传感器的实时检测数据判断对应储气罐1-5内的压力水平；当储气罐1-5中空气不足时，空气压缩机1-4为对应储气罐1-5充气。并且中央配气装置1-7能够对各个独立气室2-2实现单独控制配气控制，而各个储气罐1-5也可满足单个独立气室2-2对空气容量的要求，储气罐1-5的数量由具体工况决定和分配。
整个系统所有的信息流均通过线路传输至中央控制器1-1中进行系统的逻辑研判和比对；与此同时中央控制器1-1还可通过线路对整个抗风浪系统发出各项控制等指令。通过预设的系统程序，中央控制器1-1可以完成整个抗风浪系统的自动化运转，减少人为控制成本的支出；同时为保证系统的安全冗余，中央控制器1-1也可以接受人为操控指令
上述太阳能电池组件的产电量应满足整个系统的工作能耗要求。具体能耗依实际工程应用为准。蓄能装置1-2能够避免因天气等原因所导致的系统运转困难，满足抗风浪系统的正常运转的能耗，包括在紧急状态下水面消波单元由标准吃水下潜至预定深度及水面消波单元由水下上浮至标准吃水所需要的能耗要求。
综上，本发明可通过人为控制或程序自动控制的方式对浮式防波堤进行整体下潜和上浮的操作，可避免在超极限工况下浮式防波堤发生破损或受损下沉甚至发生与被保护结构物发生碰撞等安全问题。

Claims (7)

1.一种抗台风的浮式防波堤系统，其特征在于：包括水面消波结构和对应的气囊单元，水面消波结构包括设备舱以及垂直安装于设备舱下方的气囊舱；
所述设备舱包括信号收发装置、太阳能电池组件及蓄能装置、中央控制器、中央配气装置、空气压缩机和若干储气罐，太阳能电池组件及蓄能装置安装于设备舱上表面，信号收发装置安装于太阳能电池组件及蓄能装置顶部，中央配气装置安装于设备舱内部，中央配气装置的两端通过通气管路分别与空气压缩机和储气罐连通，中央控制器设置于中央配气装置并对中央配气装置和空气压缩机发出控制指令；
所述气囊舱包括若干气囊单元，每个气囊单元均配有若干相互独立的气室，每个独立气室上均设有对应的气囊接口，通过气囊接口与通气管路连通，进而与储气罐连接。
2.根据权利要求1所述的抗台风的浮式防波堤系统，其特征在于：所述中央控制器根据信号收发装置的数据信息控制空气压缩机和中央配气装置的运作，进而控制各个气囊的充气和放气，达到气囊舱的上浮和下潜。
3.根据权利要求1所述的抗台风的浮式防波堤系统，其特征在于：所述水面消波结构的主体结构由钢制成，所述太阳能电池组件和蓄能装置一体化设计。
4.根据权利要求1所述的抗台风的浮式防波堤系统，其特征在于：所述气囊舱共设有若干气囊单元，所有气囊单元分为上下两层均匀排列，每个气囊单元均包括八个独立气室，各个独立气室两两排列共两层；每个独立气室包括上下两层，依次为上部气室和下部气室，上部气室和下部气室的顶部分别设有上气囊接口和下气囊接口，各个上气囊接口和对应的下气囊接口分别通过通气管路相连，通气管路的连接处设有气阀总成，所述气阀总成包括出气电磁气阀和进气电磁气阀。
5.根据权利要求1所述的抗台风的浮式防波堤系统，其特征在于：所述中央配气装置上也设有出气电磁气阀。
6.一种根据权利要求1至5任意一项所述的抗台风的浮式防波堤系统的控制方法，其特征在于：所述太阳能电池组件实时将太阳能转化为电能，蓄能装置及时存储转化后的电能，太阳能电池组件及蓄能装置为整个系统供电；信号收发装置周期性收发关于工况的信息，中央控制装置根据信号收发装置的数据信号判断是否发生超极限工况的情况：如果发生超极限工况，则控制紧急放气装置开始工作，各个独立气室开始放气，整个气囊舱浮力减少，防波堤系统逐渐下沉，当防波堤系统沉至预定水深即躲避超极限工况；若检测到超极限工况结束，中央控制装置则控制空气压缩机及储气罐开始工作，为对应独立气室充气，防波堤系统产生浮力并开始上浮，直至上升至海平面。
7.根据权利要求6所述的抗台风的浮式防波堤系统的控制方法，其特征在于：所述中央控制器通过各个压力传感器的实时检测数据判断对应储气罐内的压力水平，若当前储气罐的压力过小，则中央控制器控制空气压缩机为该储气罐充气；当储气罐中空气不足时，空气压缩机为对应储气罐充气；所述压力传感器分别安装于对应的气囊接口内。
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