CN109750628B - 旋转扰流式防波堤及其防波浮体单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转扰流式防波堤及其防波浮体单元，该防波浮体单元包括内筒和外筒；所述内筒内部设置有封闭的助浮空腔，以提供合适的浮力；所述外筒套设在内筒外部，并可以内筒为轴进行旋转；所述外筒的外侧环绕设置有多个扰流板，所述内筒上设置有用于连接缆绳的系缆件。该旋转扰流式防波堤包括至少一个如前所述的防波浮体单元，各所述防波浮体单元可采用独立防波，或组合防波的方式进行布置。本发明通过扰流板受波浪作用带动外筒相对于内筒旋转，在旋转过程中消耗了波浪能，实现机械运动主动消波与扰流板结构被动消波的结合，大幅提高了消波效果。

Description

旋转扰流式防波堤及其防波浮体单元

技术领域

本发明涉及一种防波堤，特别是指一种旋转扰流式防波堤及其防波浮体单元。

背景技术

随着我国海洋工程的迅猛发展，沿海旅游业、海洋牧场等配套设施越来越多，但由于海上风浪环境较为复杂，为保障海边活动的人员安全，推进沿海相关产业的最大化发展，采用防波堤抵御海浪，降低沿海海况具有重要意义。

目前的深海浮式防波堤形式主要分为柔性囊体式浮式防波堤和刚性浮箱式防波堤两大类。柔性囊体式浮式防波堤建造成本低，但由于自身柔性较大，对长周期波消波效果不明显，且其材料的抗氧化性以及结构性强度不能满足全年适用的需求，因此主要用于海上施工作业的临时性海况保障装备，不适用于长久固定在某一海域布放。刚性浮箱式防波堤大多为钢筋混凝凝土浮箱或者钢板水密浮箱，刚性浮箱式防波堤结构较为简单，依靠自重消耗波浪力，消波效果还需进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消波效果优于传统防波堤的旋转扰流式防波堤及其防波浮体单元。

为实现上述目的，本发明所设计的防波浮体单元，包括内筒和外筒；所述内筒内部设置有封闭的助浮空腔，以提供合适的浮力；所述外筒套设在内筒外部，并可以内筒为轴进行旋转；所述外筒的外侧环绕设置有多个扰流板，所述内筒上设置有用于连接缆绳的系缆件。

优选地，所述内筒还设置有密度仓，其内充满密度不小于水的固体颗粒或液体。密度仓内注满水、沙子或者其他较大密度的物质，使得内筒重心下移，形成类似不倒翁的结构，保证防波堤主体不发生大角度翻转，同时提高了耗散波浪能的效率。

优选地，所述内筒内部设置有空腔分隔板；所述空腔分隔板平形于内筒轴向，并将内筒的内部腔体分隔为所述助浮空腔与所述密度仓两个部分。

优选地，所述扰流板为板状，其上均匀布置有多个通孔；多个所述扰流板环绕外筒以相等的角度间隔均匀布置，且各所述扰流板分别垂直于外筒的壁面。扰流板上的通孔可透过部分波能及水流，起到扰乱水质点运动，消耗波能的作用。

优选地，所述内筒与外筒之间均匀设置有多个阻尼耗能装置和多个轴承；所述阻尼耗能装置包括第一内圈、第一外圈，以及环绕设置在二者之间的环形空隙内的多组弹簧，每组弹簧包括沿内筒周向并排设置的至少一个弹簧；所述第一内圈的外侧设置有多个内阻隔板，所述第一外圈内侧设置有多个外阻隔板，每组所述弹簧均通过一个内阻隔板和一个外阻隔板分隔；所述轴承包括第二内圈、第二外圈，以及环绕设置在二者之间的环形空隙内的多个滚柱。阻尼耗能装置的作用是，当扰流板受波浪水流作用带动外筒转动时，内外筒的相对转动会转化为弹簧的弹性势能，当弹性势能大于波浪能时，扰流板会反向转动复原，如此往复会形成一种主动消波耗能的机械运动。轴承的作用是保证内筒、外筒之间旋转光顺，同时保证内外筒同轴，避免径向偏移导致压坏弹簧。

优选地，所述阻尼耗能装置以内筒作为其第一内圈、以外筒作为其第一外圈；所述轴承以内筒作为其第二内圈、以外筒作为其第二外圈。

优选地，多个所述阻尼耗能装置和多个所述轴承沿内筒轴向交替布置，可以是m个阻尼耗能装置和n个轴承交替，m、n分别为不小于1的自然数。

优选地，所述内筒与外筒之间均匀设置有多个弹簧轴承装置，所述弹簧轴承装置包括第三内圈、第三外圈，以及环绕设置在二者之间的环形空隙内的多组弹簧和多组滚柱；每组弹簧均包括沿内筒周向并排设置的至少一个弹簧，每组滚柱均包括沿内筒轴向并列设置的至少一个滚柱；所述第三内圈的外侧设置有多个内阻隔板，所述第三外圈的内侧设置有多个外阻隔板；多组弹簧和多组滚柱沿内筒周向交替布置(可以是m组弹簧和n组滚柱交替，m、n分别为不小于1的自然数)，且各组滚柱的两侧分别通过一个内阻隔板和一个外阻隔板分隔，各组弹簧的两端分别通过一个内阻隔板和一个外阻隔板分隔。弹簧轴承装置能够同时起到阻尼耗能装置和轴承的作用。

优选地，所述弹簧轴承装置以所述内筒作为其第三内圈、以所述外筒作为其第三外圈。

本发明同时提供了一种旋转扰流式防波堤，其包括至少一个如前所述的防波浮体单元；其中，部分或者全部所述防波浮体单元独立固定，通过连接在其两端的缆绳与锚相连。

本发明还提供了采用组合形式的旋转扰流式防波堤，其包括至少两个如前所述的防波浮体单元；所述防波浮体单元通过柔性或固定连接的方式进行组合后，通过连接在其中部分或者全部防波浮体单元上的缆绳与锚相连。实际应用中，旋转扰流式防波堤可以根据需要采用不同的组合形式，包括但不限于：1)包括至少三个所述防波浮体单元，其中部分或全部防波浮体单元首尾串联。2)包括至少四个所述防波浮体单元，分成至少两组，每组内的防波浮体单元首尾串联，不同组的防波浮体单元不相连。3)包括至少两个所述防波浮体单元，部分或全部所述防波浮体单元并联组合在一起(首-首、尾-尾)。4)该防波堤包括至少两个所述防波浮体单元，至少一个所述防波浮体单元与另一防波浮体单元串联或并联的一端同时通过缆绳与锚相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明将结构被动消波与机械运动主动消波相结合，一方面，外筒表面设置有多块扰流板，扰流板与波浪接触面积大，从结构上起到较好的消波作用；另一方面，外筒可绕内筒转动，由于波浪的传播实际是水质点的椭圆运动，当波浪作用在防波浮体单元上时，波峰波谷的交替作用会使扰流板带动外筒相对于内筒旋转，在旋转过程中消耗了波浪能，实现机械运动主动消波，大幅提高了消波效果。

2)防波浮体单元采用模块化设计，便于加工、运输和作业；在实际施工作业时，可将组成防波堤的防波浮体单元从码头拖带到指定海域，正面迎浪抛锚固定即可。防波浮体单元可以单独防波，或者由多个进行组合实现更好的防波效果，灵活性和扩展性强。

3)本发明符合现代工程防波需求，可为沿海旅游业、海洋牧场、港口码头的建设提供海况保障。

附图说明

图1为实施例1所设计的防波浮体单元的立体结构示意图。

图2为图1中防波浮体单元的主视结构示意图。

图3、图4为图1中防波浮体单元以垂直于其轴向(图2中A-A 向)的平面剖切的断面结构示意图，其中，图3中剖切平面位于阻尼耗能装置中间，图4中剖切平面位于轴承中间。

图5为实施例2所设计的防波浮体单元以垂直于其轴向的平面(图2中A-A向)剖切的断面结构示意图，其中剖切平面位于弹簧轴承装置中间。

图6为图1中防波浮体单元以通过其轴向的平面剖切的断面结构示意图，图中折流板未画出，且弹簧数量并非实际数量。

图7为实施例3所设计的旋转扰流式防波堤的应用示意图。

图8为实施例4所设计的旋转扰流式防波堤的组合示意图。

图9为实施例5所设计的旋转扰流式防波堤的组合示意图。

图10为实施例6所设计的旋转扰流式防波堤的组合结构，图中三个防波浮体单元1实际在一条直线上，因图纸空间限制进行了调整

其中：防波浮体单元1、内筒2、助浮空腔2.1、系缆件2.2、密度仓2.3、空腔分隔板2.4、端盖2.5、外筒3、扰流板4、通孔4.1、阻尼耗能装置5、第一内圈5.1、第一外圈5.2、轴承6、第二内圈6.1、第二外圈6.2、弹簧轴承装置7、第三内圈7.1、第三外圈7.2、弹簧 8、内阻隔板9、外阻隔板10、滚柱11、缆绳12、锚13

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1～4、图6所示，本实施例所设计的防波浮体单元1，包括内筒2和外筒3。其中：

内筒2采用水密钢制圆筒，其内部设置有空腔分隔板2.4。空腔分隔板2.4平行 于内筒2轴向，将内筒2的内部腔体分隔为助浮空腔 2.1与密度仓2.3两个相互独立且各自密闭的部分。助浮空腔2.1的作用是为防波堤主体提供浮力，保证防波堤结构稳定在规定吃水线处，密度仓2.3的作用是降低防波堤重心，密度仓2.3内完全充满水，不存在自由液面的晃动问题，这种设计方式类似不倒翁原理，防止防波堤在波浪力的作用下发生大角度的翻转。

外筒3套设在内筒2外部，并可以内筒2为轴进行旋转。外筒3 的外侧环绕设置有四个扰流板4，内筒2上的两端设置有端盖2.5，端盖2.5上设置有用于连接缆绳12的系缆件2.2。扰流板4为板状，其上均匀布置有多个条状通孔4.1。四个扰流板4环绕外筒3以等角度90°间隔均匀布置，且分别垂直于外筒3的壁面。

内筒2与外筒3之间均匀设置有多个阻尼耗能装置5和多个轴承6，二者沿内筒2轴向(即长度方向)交替布置，可以是m个阻尼耗能装置5和n个轴承6交替，m、n分别为不小于1的自然数，当m＝n＝1时相当于一个阻尼耗能装置5一个轴承6的布置形式，如图6所示。

如图3、图6所示，阻尼耗能装置5包括第一内圈5.1、第一外圈5.2，以及环绕设置在二者之间的环形空隙内的多组弹簧8。阻尼耗能装置5以内筒2作为其第一内圈5.1、以外筒3作为其第一外圈 5.2。每组弹簧8包括绕内筒2周向、且垂直于内筒2轴向并排设置的至少一个弹簧8。第一内圈5.1的外侧等角度间隔设置有两个内阻隔板9，第一外圈5.2内侧等角度间隔设置有两个外阻隔板10，每组弹簧8均通过一个内阻隔板9和一个外阻隔板10分隔。阻尼耗能装置5的作用是，当扰流板4受波浪水流作用带动外筒3转动时，内外筒3的相对转动会转化为弹簧8的弹性势能，当弹性势能大于波浪能时，扰流板4会反向转动复原，如此往复会形成一种主动消波耗能的机械运动。

如图4、图6所示，轴承6包括第二内圈6.1、第二外圈6.2，以及环绕设置在二者之间的环形空隙内的多个滚柱11。轴承6以内筒 2作为其第二内圈6.1、以外筒3作为其第二外圈6.2，形成滚柱轴承结构，滚柱11的表面直接与外筒3、内筒2形成线接触，保证接触润滑。轴承6的作用是保证内筒2、外筒3之间旋转光顺，同时保证内外筒3同轴，避免径向偏移导致压坏弹簧8。

实施例2

如图5所示，本实施例所设计的旋转扰流式防波堤，其基本结构与实施例1相同，不同之处在于：内筒2与外筒3之间采用弹簧轴承装置7来代替阻尼耗能装置5和轴承6。

弹簧轴承装置7包括第三内圈7.1、第三外圈7.2，以及环绕设置在二者之间的环形空隙内的四组弹簧8和四组滚柱11。作为一种简化结构，弹簧轴承装置7以内筒2作为其第三内圈7.1、以外筒3 作为其第三外圈7.2。每组弹簧8包括沿内筒2周向、且垂直于内筒 2轴向并排设置的多个弹簧8，每组滚柱11包括沿内筒2轴向并列设置多个滚柱11。第三内圈7.1的外侧等角度间隔设置有四个内阻隔板9，第三外圈7.2的内侧等角度间隔设置有四个外阻隔板10。多组弹簧8和多组滚柱11沿内筒2周向交替布置，可以是m组弹簧8 和n组滚柱11交替，m、n分别为不小于1的自然数，当m＝n＝1时，相当于一组弹簧8、一组滚柱11的布置形式。各组滚柱11的两侧均通过内阻隔板9和外阻隔板10分隔，各组弹簧8均通过一个内阻隔板9和一个外阻隔板10分隔。

实施例3

如图7所示，本实施例所设计的旋转扰流式防波堤，包括多个防波浮体单元1(图7中以两个为例，实际可采用更多)，各防波浮体单元1采用实施例1或2中的防波浮体单元1。在实际施工作业时，将组成防波堤的各防波浮体单元1从码头拖带到指定海域，各防波浮体单元1相互独立，连接上缆绳12和锚13，正面迎浪抛锚13固定即可。

实施例4

如图8所示，本实施例所设计的旋转扰流式防波堤，包括多个防波浮体单元1(图8中以两个为例，实际可采用更多)，各防波浮体单元1采用实施例1或2中的防波浮体单元1。在实际施工作业时，将组成防波堤的各防波浮体单元1从码头拖带到指定海域，各防波浮体单元1首尾串联固定后，通过连接在最外侧的两个防波浮体单元1的缆绳12与锚13相连，正面迎浪抛锚13固定即可。

实施例5

如图9所示，本实施例所设计的旋转扰流式防波堤，包括至少四个防波浮体单元1(图9中以四个为例，实际可采用更多)，各防波浮体单元1采用实施例1或2中的防波浮体单元1。在实际施工作业时，将组成防波堤的各防波浮体单元1从码头拖带到指定海域，将防波浮体单元1分为两组，每组首尾串联固定后，通过连接在该组最外侧的两个防波浮体单元1的缆绳12与锚13相连，正面迎浪抛锚13固定即可。

实施例6

如图10所示，本实施例所设计的旋转扰流式防波堤，包括至少两个防波浮体单元1(图10中以三个为例，实际可采用更多)，各防波浮体单元1采用实施例1或2中的防波浮体单元1。在实际施工作业时，将组成防波堤的各防波浮体单元1从码头拖带到指定海域，将防波浮体单元1首尾串联固定后，通过连接在该组最外侧的两个防波浮体单元1的缆绳12与锚13相连，同时将部分防波浮体单元1 的两端也通过缆绳12与锚13相连，正面迎浪抛锚13固定即可。该方案用于对中部区域的防波浮体单元1，或者区域受波浪冲击较大的防波浮体单元1进行加强，使防波堤整体更为稳定。

Claims (8)

1.一种防波浮体单元，其特征在于：包括内筒(2)和外筒(3)；所述外筒(3)套设在内筒(2)外部，并可以内筒(2)为轴进行旋转；所述外筒(3)的外侧环绕设置有多个扰流板(4)，所述内筒(2)上设置有用于连接缆绳(12)的系缆件(2.2)；

所述内筒(2)内部设置有空腔分隔板(2.4)；所述空腔分隔板(2.4)平行 于内筒(2)轴向，并将内筒(2)的内部腔体分隔为助浮空腔(2.1)与密度仓(2.3)两个部分；所述助浮空腔(2.1)用于提供合适的浮力，所述密度仓(2.3)内充满密度不小于水的固体颗粒或液体；

所述内筒(2)与外筒(3)之间均匀设置有多个阻尼耗能装置(5)和多个轴承(6)；所述阻尼耗能装置(5)包括第一内圈(5.1)、第一外圈(5.2)，以及环绕设置在二者之间的环形空隙内的多组弹簧(8)，每组弹簧(8)包括沿内筒(2)周向并排设置的至少一个弹簧(8)；所述第一内圈(5.1)的外侧设置有多个内阻隔板(9)，所述第一外圈(5.2)的内侧设置有多个外阻隔板(10)，每组所述弹簧(8)均通过一个内阻隔板(9)和一个外阻隔板(10)分隔；所述轴承(6)包括第二内圈(6.1)、第二外圈(6.2)，以及环绕设置在二者之间的环形空隙内的多个滚柱(11)。

2.根据权利要求1所述的防波浮体单元，其特征在于：所述扰流板(4)为板状，其上均匀布置有多个通孔(4.1)；多个所述扰流板(4)环绕外筒(3)以相等的角度间隔均匀布置，且各所述扰流板(4)分别垂直于外筒(3)的壁面。

3.根据权利要求1所述的防波浮体单元，其特征在于：所述阻尼耗能装置(5)以内筒(2)作为其第一内圈(5.1)、以外筒(3)作为其第一外圈(5.2)；所述轴承(6)以内筒(2)作为其第二内圈(6.1)、以外筒(3)作为其第二外圈(6.2)。

4.一种防波浮体单元，其特征在于：包括内筒(2)和外筒(3)；所述外筒(3)套设在内筒(2)外部，并可以内筒(2)为轴进行旋转；所述外筒(3)的外侧环绕设置有多个扰流板(4)，所述内筒(2)上设置有用于连接缆绳(12)的系缆件(2.2)；

所述内筒(2)内部设置有空腔分隔板(2.4)；所述空腔分隔板(2.4)平行 于内筒(2)轴向，并将内筒(2)的内部腔体分隔为助浮空腔(2.1)与密度仓(2.3)两个部分；所述助浮空腔(2.1)用于提供合适的浮力，所述密度仓(2.3)内充满密度不小于水的固体颗粒或液体；

所述内筒(2)与外筒(3)之间均匀设置有多个弹簧轴承装置(7)，所述弹簧轴承装置(7)包括第三内圈(7.1)、第三外圈(7.2)，以及环绕设置在二者之间的环形空隙内的多组弹簧(8)和多组滚柱(11)；每组弹簧(8)均包括沿内筒(2)周向并排设置的至少一个弹簧(8)，每组滚柱(11)均包括沿内筒(2)轴向并列设置的至少一个滚柱(11)；所述第三内圈(7.1)的外侧设置有多个内阻隔板(9)，所述第三外圈(7.2)的内侧设置有多个外阻隔板(10)；多组弹簧(8)和多组滚柱(11)沿内筒(2)周向交替布置，且各组滚柱(11)的两侧分别通过一个内阻隔板(9)和一个外阻隔板(10)分隔，各组弹簧(8)的两端分别通过一个内阻隔板(9)和一个外阻隔板(10)分隔。

5.根据权利要求4所述的防波浮体单元，其特征在于：所述扰流板(4)为板状，其上均匀布置有多个通孔(4.1)；多个所述扰流板(4)环绕外筒(3)以相等的角度间隔均匀布置，且各所述扰流板(4)分别垂直于外筒(3)的壁面。

6.根据权利要求4所述的防波浮体单元，其特征在于：所述弹簧轴承装置(7)以所述内筒(2)作为其第三内圈(7.1)、以所述外筒(3)作为其第三外圈(7.2)。

7.一种旋转扰流式防波堤，其特征在于：包括至少一个如权利要求1～6中任一项所述的防波浮体单元(1)；其中，部分或者全部所述防波浮体单元(1)独立固定，通过连接在其两端的缆绳(12)与锚(13)相连。

8.一种旋转扰流式防波堤，其特征在于：包括至少两个如权利要求1～6中任一项所述的防波浮体单元(1)；所述防波浮体单元(1)通过柔性或固定连接的方式进行组合后，通过连接在其中部分或全部防波浮体单元(1)上的缆绳(12)与锚(13)相连。

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