CN109878648A - 一种用于海上建筑物的浮式消波结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海上建筑物的浮式消波结构及方法，其包括一本体（16）和设置于本体底部的锚固装置（15），所述本体前端从上至下顺序设有面向波浪的表孔通道（5）、中孔通道（3）、底孔通道（2），中部设有与所述表孔通道（5）、中孔通道（3）、底孔通道（2）连通的消能室（13），后端设有与所述消能室连通的透水板（12）；所述中孔通道（3）为多个，且成对设置为能使流经中孔通道的水流实现水平对冲的中间聚集体型，所述底孔通道在出口处设置使水流挑出的挑坎装置（7），使从表孔通道的水流与底孔通道的水流实现垂向对冲。本发明可使水流趋于平稳，保护建筑物免受波浪冲击破坏，且造价低、耗材少、安装简单、可移动拆卸、循环利用。

Description

一种用于海上建筑物的浮式消波结构及方法

技术领域

本发明涉及海上建筑物，具体涉及一种用于海上建筑物的浮式消波结构及方法。

背景技术

海洋中蕴含着非常丰富的能源，例如风能，可燃冰，油气能源以及其他各种能源。随着人类科技的发展，人类已经开始着手开发各种海洋能源，海上已经成为人类发展的第二空间，大量的先进的开采海洋能源的设备处于研发阶段，我国要解决好人口问题和能源问题，走向海洋是一条非常重要的出路。

现如今我国已经开始从近海开采走向了到远海开采的道路，远海能源储备巨大，但深水开敞海域环境恶劣，在一定年限内海上建筑物都难免会遭到海上波浪的破坏。波浪作为海洋、湖泊、水库等开阔水面最为常见的水体运动，在水上建设工程时必须考虑波浪带来的危害。由于海上气候的多变，海上风浪经常可以破坏海上结构物的稳定性和安全性。

应用海上浮式建筑物进行海洋资源开发并利用海上空间具有对环境影响小、经济性好、可移动等优点。但波浪对海洋平台上部结构和海上漂浮建筑物的冲击是最为常见的，严重的波浪产生的冲击可以造成局部结构物的破坏和整体的失稳。

如何在远海及近海消除波浪的影响已经成为新的研究难题。

发明内容

针对现有技术存在的问题与不足，本发明提供一种用于海上浮式建筑物的消波结构及方法，以使通过消波结构后的水流趋于平稳，保护建筑物免受波浪冲击破坏，并相比于传统重力结构具有造价低、耗材少、安装简单、可移动拆卸、循环利用的优势。

为达成上述目的，本发明提供了一种用于海上建筑物的浮式消波结构，其包括一本体和设置于本体底部的锚固装置，其中：

所述本体前端从上至下顺序设有面向波浪的表孔通道、中孔通道、底孔通道，中部设有与所述表孔通道、中孔通道、底孔通道连通的消能室，后端设有与所述消能室连通的透水板；所述中孔通道为多个，且成对设置为能使流经中孔通道的水流实现水平对冲的中间聚集体型，所述底孔通道在出口处设置使水流挑出的挑坎装置，以改变水流出射方向，使从表孔通道的水流与底孔通道的水流实现垂向对冲。

这样，遇流区的波浪水流通过表孔通道、中孔通道、底孔通道后，水流被导入消能室内，通过布置的表孔通道、底孔通道在消能室使水流实现垂向对冲，中孔通道的水流在消能室实现水平方向对冲，消除多余动能，使通过的水流趋于平稳，充分消除波浪对海上浮式建筑物的影响，使保护区处于一个静水平面，增加建筑物的使用寿命，不致被极端天气的波浪冲撞，破坏。另外，本发明这种浮式消波结构相比于传统重力结构具有造价低、耗材少、安装简单、可移动拆卸、循环利用的优势。

进一步的，所述本体的顶部设有辅助波浪爬坡装置，且所述辅助波浪爬坡装置的中部设有与所述消能室相通的漏水口，这样，当恶劣天气出现，波浪爬高较大时，未过流的波浪通过辅助波浪爬坡装置向上爬坡，到达漏水口时波浪下泄，与在遇流区经表孔通道、中孔通道、底孔通道进入的水流对冲，以在消能室内形成一个紊流区，使破浪水流在消波室内扩散、对冲、漩滚、摩擦，损耗动能。

进一步的，所述漏水口的上方交叉布置用于使波浪破碎的立柱。所述立柱为梯形立柱。当极端天气，波浪经漏水口后部分水流继续爬坡，碰到交叉布置的梯形立柱，梯形立柱可使波浪破碎，进而回流，通过漏水口下泄，与其他水流碰撞。

进一步的，所述透水板上分布透水孔，且下部透水孔的孔径大于上部透水孔的孔径，上部透水孔比下部透水孔分布更为密实，以使下部过流量较大，因为大透水孔过流能力强，可减小锚固装置拉力，上部过流量相对较小，波浪起伏较大，密实的孔可以充分消除波浪影响。

进一步的，为减小消能室内荷载强度，所述消能室底部设有略有透水的水垫板结构，以缓冲内部水流，并渗漏部分水流。水垫板结构还要具有一定的耐磨性和防冲性，使消能室内的水流不至于破坏其结构。

进一步的，所述表孔通道、中孔通道、底孔通道的进口设置为喇叭式进水口，以扩大进流流量，稳定流态。

进一步的，所述中孔通道水平布置两个，使所述本体上面向波浪形成四孔过水通道。水平布置的两个中孔通道设置为能使水流射出后在水平方向对冲的中间聚集体型。

进一步的，为扩大表孔通道泄流量，所述表孔通道的前端设置为与喇叭式进口连接的WES堰式结构，后端设置为泄水结构。

为达成上述目的，本发明还提供了一种利用上述浮式消波结构的消波方法，其包括：

利用浮式消波结构让迎面而来的波浪从位于上部的表孔通道、位于中部的两个中孔通道、位于底部的底孔通道及位于顶部的辅助波浪爬坡装置进入消能室中，且表孔通道水流以下泄方式进入消能室，两个中孔通道水流以中间聚集方式进入消能室，底孔通道水流以上挑方式进入消能室，辅助波浪爬坡装置上的水流以下泄方式进入消能室，使四股或五股水流在消能室内对冲、扩散、漩滚、摩擦，损耗动能后再流出。

附图说明

图1是本发明的整体内部结构透视示意图。

图2是本发明的内部结构俯视图。

图3是本发明的整体结构正视图。

图4是本发明适用于不同深度海域的结合示意图。

图中：1-喇叭式进水口，2-底孔通道，3-中孔通道，4-WES堰式结构，5-表孔通道，6-辅助波浪爬坡装置，7-挑坎装置，8-表孔通道上壁，9-漏水口，10、11-立柱，12-透水板，13-消能室，14-水垫板结构，15-锚固装置，121-透水孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

如图1-图3所示，本发明用于海上建筑物的浮式消波结构包括一本体16和设置于本体16底部用于将本发明浮式消波结构固定在海上的锚固装置15。本体16的前端从上至下顺序设有面向波浪的表孔通道5、中孔通道3、底孔通道2，中部设有与表孔通道5、中孔通道3、底孔通道2连通的消能室13，后端设有与消能室13连通的透水板12。消能室13的底部设有略有透水的水垫板结构14。透水板12上分布透水孔121，且下部透水孔的孔径大于上部透水孔的孔径，上部透水孔比下部透水孔布置更为密实。

表孔通道5、中孔通道3、底孔通道2的进口处分别设置为喇叭式进水口1，以加大进入水流的流量，并在遇流位置修为稍有圆弧的形状，这样可以稳定进口流态。

为扩大表孔通道5的过流泄流能力，表孔通道5的前端为与喇叭式进口连接的WES堰式结构4，后端为陡坡状的泄水结构，以加速输送水流，泄流量也相应增加。

中孔通道3水平布置两个，且两个中孔通道3设置为中间聚集体型，以使流经两个中孔通道3的水流实现水平对冲。

底孔通道2在出口处设置挑坎装置7，以使从底孔通道2流出的水流上挑，方便与其他水流碰撞，特别是使从表孔通道5流出的水流与从底孔通道2流出的水流实现垂向对冲。

本体16的顶部设有辅助波浪爬坡装置6，且辅助波浪爬坡装置6的中部设有与消能室13相通的漏水口9。漏水口9优选设置为矩形。漏水口9的上方交叉布置用于使波浪破碎的立柱10、11。立柱10、11优选为梯形立柱。

本发明使用时，使用固定于海底的锚固装置15将本发明消波结构固定于海上，使消波结构整体处于漂浮状态，重力与浮力处于一个平衡状态，中孔通道可通过正常高程的水流。迎面而来的波浪进入表孔通道5、两个中孔通道3及底孔通道2，且表孔通道水流以下泄方式进入消能室13，两个中孔通道水流以中间聚集方式进入消能室13，底孔通道水流以上挑方式进入消能室13，使四股水流在消能室13内对冲、扩散、漩滚、摩擦，损耗动能。在此过程中，水垫结构14透过部分经消能后的水流。其他部分水流会从透水板12的透水孔121流出。消能室13内下部流量大，上部流量小水面起伏大，透水板12可充分适应这一流态变化，下部为粗大透水孔，增加过流能力，上部为密实透水孔，进一步消减波浪湍动情况。

当极端天气出现时，波浪较大，部分波浪进入表孔通道5、中孔通道3及底孔通道2，而部分波浪会继续沿辅助波浪爬坡装置6上升，经过漏水口9后，会有部分水体下泄进入消能室13中，此时风浪较大，表孔通道5、中孔通道3及底孔通道2已经完全过流，而通过漏水口9后的下泄水流会与其他水流在消能室13内进一步冲撞，消除大部分动能后，相对平稳的水流会通过水垫结构14和透水板12流出。水流经过漏水口9后有部分水流会继续爬升，这样会撞到梯形立柱10、11，梯形立柱10、11会破坏波浪的动能，经破碎的风浪回流进入漏水口9中，进而完全消除能量，大部分水流成缓流从透水板12流出。

如图4所示，当有不同高度的波浪消波要求时，本发明可叠加布置。

本发明使用时，可在近海并排放置，以在保护区内营造静水环境，防止波浪冲击海上建筑物；也可在深海处的海上建筑物外围布置，以在所围范围内提供无波浪的静水环境，对海上建筑物进行保护。

本发明可用于保护各类海上浮式建筑物，如海上风电平台，海上钻井平台，海上开采可燃冰平台等。

Claims (11)

1.一种用于海上建筑物的浮式消波结构，包括一本体（16）和设置于本体底部的锚固装置（15），其特征在于：

所述本体前端从上至下顺序设有面向波浪的表孔通道（5）、中孔通道（3）、底孔通道（2），中部设有与所述表孔通道（5）、中孔通道（3）、底孔通道（2）连通的消能室（13），后端设有与所述消能室连通的透水板（12）；所述中孔通道（3）为多个，且成对设置为能使流经中孔通道的水流实现水平对冲的中间聚集体型，所述底孔通道在出口处设置使水流挑出的挑坎装置（7），使从表孔通道的水流与底孔通道的水流实现垂向对冲。

2.根据权利要求1所述的一种用于海上建筑物的浮式消波结构，其特征在于：所述本体的顶部设有辅助波浪爬坡装置（6），且所述辅助波浪爬坡装置的中部设有与所述消能室相通的漏水口（9）。

3.根据权利要求2所述的一种用于海上建筑物的浮式消波结构，其特征在于：所述漏水口（9）的上方交叉布置用于使波浪破碎的立柱（10、11）。

4.根据权利要求3所述的一种用于海上建筑物的浮式消波结构，其特征在于：所述立柱（10、11）为梯形立柱。

5.根据权利要求1所述的一种用于海上建筑物的浮式消波结构，其特征在于：所述透水板（12）上分布透水孔（121），且下部透水孔的孔径大于上部透水孔的孔径，。

6.根据权利要求1所述的一种用于海上建筑物的浮式消波结构，其特征在于：所述消能室底部设有略有透水的水垫板结构。

7.根据权利要求1所述的一种用于海上建筑物的浮式消波结构，其特征在于：所述表孔通道（5）、中孔通道（3）、底孔通道（2）的进口设置为喇叭式进水口（1）。

8.根据权利要求1所述的一种用于海上建筑物的浮式消波结构，其特征在于：所述中孔通道（3）水平布置两个，使所述本体上面向波浪形成四孔过水通道。

9.根据权利要求8所述的一种用于海上建筑物的浮式消波结构，其特征在于：水平布置的两个中孔通道（3）设置为能使水流射出后在水平方向对冲的中间聚集体型。

10.根据权利要求1所述的一种用于海上建筑物的浮式消波结构，其特征在于：所述表孔通道（5）的前端为与喇叭式进口连接的WES堰式结构（4），后端为泄水结构。

11.一种权利要求1-10中任一项所述浮式消波结构的消波方法，其特征在于包括：

利用浮式消波结构让迎面而来的波浪从位于上部的表孔通道、位于中部的两个中孔通道、位于底部的底孔通道及位于顶部的辅助波浪爬坡装置进入消能室中，且表孔通道水流以下泄方式进入消能室，两个中孔通道水流以中间聚集方式进入消能室，底孔通道水流以上挑方式进入消能室，辅助波浪爬坡装置上的水流以下泄方式进入消能室，使四股或五股水流在消能室内对冲、扩散、漩滚、摩擦，损耗动能后再流出。