CN113322889A - 一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤及其安装方法，防波堤包括抛物线形浮箱式防波堤单元、连接块、铰链、锚泊系统，两个所述抛物线形浮箱式防波堤单元的一端分别与连接块连接，两个所述连接块之间转动安装有铰链；所述锚泊系统包括锚链、锚块和吊环；多个所述吊环分别安装于两个抛物线形浮箱式防波堤单元底部；所述锚链的一端与吊环相连接，另一端与锚块相连接，锚块置于海底。本发明的防波堤在保护区域面积较大时仍有较小的宽度和长度，同时兼具良好的消波和聚波效果。本发明涉及防波堤装置领域。
Description
技术领域
本发明涉及防波堤装置领域，尤其涉及一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤及其安装方法。
背景技术
当今时代，人们对能源的需求不断增长，然而目前能源获取的主要方式来自于不可再生的化石燃料，因此导致了严重的环境污染问题。而随着化石燃料储量的减少，能源危机也随之而来。可再生能源的开发利用成为了近年来的研究热点，而储量大、可预测性强、能流密度高的波浪能是优质的可再生能源，近年来引起了广泛的关注。
近年来，多种波能装置和与其它海洋工程装备结合的集成系统相继被提出，其中波能发电装置和浮箱式防波堤组成的多功能系统被多次研究。浮式防波堤作为波能装置和能量传输系统的安装基础，降低了波能装置的安装成本。同时，防波堤能起到消波功能，对防堤后遮蔽区起到一定的保护作用；同时能够在迎浪面起到汇聚波浪的作用，使波浪能装置可以收集到更多的波浪能，提升发电效率。研究表明，与传统直式防波堤相比，抛物线形防波堤消波效果更好，并且能将波浪聚集在迎浪面一侧的特定位置处，提高该处的波浪能密度，可作为波浪能装置布置的参考位置。
但是，由于抛物线形防波堤存在一定的弧度，抛物线宽度与弦长的平方成正比。因此，当保护区面积较大时，需要布置弦长较长防波堤，此时防波堤的宽度和总长度非常大,导致防波堤建造成本大幅增加，施工与安装难度大增。而且现有的直形浮式防波堤在抵挡长周期波时，波浪透射系数较高，消波效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤。本发明的防波堤在保护区域面积较大时仍有较小的宽度和长度，同时兼具良好的消波和聚波效果。
本发明的另一个目的在于提供了一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤的安装方法。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤，包括抛物线形浮箱式防波堤单元、连接块、铰链、锚泊系统，两个所述抛物线形浮箱式防波堤单元的一端分别与连接块连接，两个所述连接块之间转动安装有铰链；所述锚泊系统包括锚链、锚块和吊环；多个所述吊环分别安装于两个抛物线形浮箱式防波堤单元底部；所述锚链的一端与吊环相连接，另一端与锚块相连接，锚块置于海底。
进一步的，所述连接块通过高强螺栓以及弹性垫片与两个所述抛物线形浮箱式防波堤单元固定连接。
进一步的，所述抛物线形浮箱式防波堤单元内部竖直设置有多根肋板。
进一步的，在所述抛物线形浮箱式防波堤单元内，肋板之间分别横向设置有隔板。
进一步的，所述隔板与抛物线形浮箱式防波堤单元的底部形成多个压载水舱。
进一步的，两个所述抛物线形浮箱式防波堤单元的形状是焦距为10m的抛物线形。
本发明的另一个目的可以通过如下技术方案实现：一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤的安装方法，包括如下步骤：
两个抛物线形浮箱式防波堤单元之间通过连接块连接，并排串联设置；
将串联的两个抛物线形浮箱式防波堤单元的内侧面正对波浪方向竖直置于海面上；
锚链一端连接抛物线形浮箱式防波堤单元底部，另一端连接锚块，锚块置于海底。
进一步的，在高频率波浪下，减小两个抛物线形浮箱式防波堤单元之间的距离。
进一步的，将水上重要设施布置在两个抛物线形浮箱式防波堤单元正后方。
进一步的，将波浪能装置布置在两个抛物线形浮箱式防波堤单元迎波面前。。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明将两个抛物线形浮箱式防波堤串联连接，可以减少抛物线形防波堤的宽度和总长度，避免了抛物线形防波堤在保护区域面积较大时防波堤装置总长度过大的问题，节省材料，同时与直形防波堤相比，波浪透射系数更低，兼具聚波和消波效果。
(2)两抛物线形浮箱式防波堤单元之间采用螺栓连接的方式，便于制造、运输、安装。
(3)抛物线形防波堤可以将波浪能聚集在迎浪面侧的特定位置，提高该位置的波浪能量密度，可与波浪能发电装置结合使用，提高发电装置的发电量，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤的示意图；
图2为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤的主视图；
图3为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤的俯视图；
图4为本发明实施例中一个抛物线形浮箱防波堤单元的剖视图；
图5为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤的参数示意图；
图6为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤的侧视图；
图7为本发明实施例中聚波区与保护区的示意图；
图8为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤在wgap＝2m，4m，6m，8m时保护区内的平均波面高度ηa的曲线图；
图9为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤在wgap＝2m时保护区内的波面高度η的分布图；
图10为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤在wgap＝4m时保护区内的波面高度η的分布图；
图11为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤在wgap＝6m时保护区内的波面高度η的分布图；
图12为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤在wgap＝8m时保护区内的波面高度η的分布图；
图13为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤在wgap＝2m时聚波区内的波面高度η的分布图；
图14为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤在wgap＝4m时聚波区内的波面高度η的分布图；
图15为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤在wgap＝6m时聚波区内的波面高度η的分布图；
图16为本发明实施例中双体串联式抛物线形浮箱式防波堤在wgap＝8m时聚波区内的波面高度η的分布图。
其中：1：抛物线形浮箱式防波堤单元、2：连接块、3：铰链、4：高强螺栓、5：肋板、6：隔板、7：压载水舱、8：吊环、9：锚链、10：锚块。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤，包括抛物线形浮箱式防波堤单元1、连接块2、铰链3、锚泊系统，两个抛物线形浮箱式防波堤单元1形状是焦距为10m的抛物线形，两个抛物线形浮箱式防波堤单元1的一端通过高强螺栓4与连接块2连接，两个连接块2之间由铰链3转动连接，从而使得两个抛物线形浮箱式防波堤单元1并排串联连接，可通过铰链3调整两个抛物线形浮箱式防波堤单元1之间的夹角。两个抛物线形浮箱式防波堤单元1串联连接可以减少抛物线形防波堤的宽度和总长度，避免了抛物线形防波堤在弦长较长时防波堤装置总长度过大的问题，提高消波效果的同时还可以节省材料。两个防波堤单元形成的类似V型的结构可以在一定程度上提升防波堤的消波性能。抛物线形状的设计可以创造更大的背浪面遮蔽面积，也可以降低波浪透射系数，提高消波效果。
如图2所示，锚泊系统包括锚链9、锚块10和吊环8。两个吊环8分别安装于两个抛物线形浮箱式防波堤单元1底部，锚链9的一端与防波堤单元1底部的吊环8相连接，另一端与锚块10相连接，锚块10放置于海底。锚泊系统可以限制防波堤的多自由度运动，安装拆卸简单，同时在面对极端海况时，转移装置比较方便。
如图3-4所示，两个抛物线形浮箱式防波堤单元1内部分别竖直设置有数根肋板5，以增强结构刚度。在抛物线形浮箱式防波堤单元1内部，肋板5之间各横向设置有一个隔板6，隔板6到抛物线形浮箱式防波堤单元1底部之间的空间为压载水舱。长周期波的波长较长，水质点在水深较大的位置仍具有较大的速度，通过压载水舱来增加防波堤吃水深度，可以使防波堤拦截更深区域的水质点，减小波浪透射系数，能够提升防波堤在长周期波下的消波效果。改变防波堤的吃水深度还可以将防波堤的固有频率调节到与海域的实际波浪频率相似，可以大幅降低波浪透射系数，提高消波效果。
本发明的工作原理为：安装使用时，抛物线形浮箱式防波堤单元的弧线内侧为迎浪面，外侧为背浪面，锚块放置于海底，通过锚链与抛物线形浮箱式防波堤单元底部的吊环连接。两个抛物线形浮箱式防波堤单元串联连接的方式可以减少防波堤的宽度和总长度，避免了抛物线形防波堤在弦长较长时防波堤总长度过大的问题，提高消波效果的同时还可以节省材料。抛物线形状的设计可以创造更大的背浪面遮蔽面积，也可以降低波浪透射系数，提高消波效果。通过压载水舱来控制装置的吃水深度，使装置拦截更深区域的水质点，减小波浪透射系数，能够提升装置在长周期波下的消波效果。同时压载水舱还可以调节防波堤的固有频率，将防波堤的固有频率调节到与海域的实际波浪频率相似时可以大幅降低波浪透射系数，提高消波效果。
如图5-6所示，两防波堤单元之间的距离为wgap，分别对防波堤单元无约束、两防波堤单元刚性两种连接方式进行研究。每个防波堤单元的几何参数如下：焦距f＝10m，弦长l＝20m，宽度w＝1m，高度H＝4m，吃水d＝3m，选取的水深为h＝15m。波浪沿x轴正方向入射，波幅A＝1m，波浪的角频率为ω，w0为抛物线形浮箱式防波堤单元的最大宽度。
如图7所示，为了研究双体串联防波堤装置的防波与聚波性能，利用HAMS程序在防波堤前后各选取50m×(2l+wgap)的区域，定义为聚波区与保护区，测量区域内波面高度的分布情况。
wgap分别取2m,4m,6m,8m，入射波频率取ω＝0.1～3.5rad/s。如图8所示，防波堤单元在不同间距wgap，保护区内的平均波面高度(Average surface elevation)ηa的曲线图。在高频率波浪下防波堤有更好的消波效果，且双体间距越小，平均波面高度ηa越低。
存在一个特定频率，平均波高ηa骤降，出现谷点。将此频率命名为临界频率(Frequency)ωc。在临界频率处防波效果有一定提升。防波堤单元间距不会改变防波堤装置的临界频率ωc，ωc始终等于1.7rad/s。随着防波堤单元间距增加，临界波高ηc有一定增加。wgap＝2m时，ηc有最小值0.74m；wgap＝8m时，ηc有最小值0.77m，临界波高ηc仅相差4.05％。
如图9-12所示，在保护区内，大部分的区域的浪高在0.8m以下，具备一定的防波效果。在两防波堤单元正后方，会出现两个类似椭圆形的浪高小于0.6m的区域；在两防波堤间隙位置波面高度较高，在实际工程中将水上重要设施布置在两防波堤单元正后方，可有效保护设施。
如图13-16所示，在两防波堤单元的迎波面均会出现椭圆形的聚波区域，波面高度η大于1.75m的区域认为是有效聚波区域。此区域内最高波面高度可达到2.0m，具备良好的聚波效果。随着防波堤单元间距的增加，椭圆形聚波区域始终保持在两防波堤单元的迎波面前方，聚波区域的面积与最大波面高度没有明显变化。
综上，防波堤单元间距的改变对双体串联式抛物线形防波堤的聚波性能没有明显影响。间距改变时，椭圆形聚波区域的面积与最大波高始终保持不变，两个椭圆形聚波区域始终出现在抛物线型防波堤单元的迎波面前，且关于x＝0对称。由于间距对防波堤聚波性能影响不大，在工程中可以根据实际海域情况，调整双体防波堤的间距，并在相应聚波区域布置波浪能装置。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤，其特征在于，包括抛物线形浮箱式防波堤单元(1)、连接块(2)、铰链(3)、锚泊系统，两个所述抛物线形浮箱式防波堤单元(1)的一端分别与连接块(2)连接，两个所述连接块(2)之间转动安装有铰链(3)；所述锚泊系统包括锚链(9)、锚块(10)和吊环(8)；多个所述吊环(8)分别安装于两个抛物线形浮箱式防波堤单元(1)底部；所述锚链(9)的一端与吊环(8)相连接，另一端与锚块(10)相连接，锚块(10)放置于海底。
2.根据权利要求1所述的一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤，其特征在于，所述连接块(2)通过高强螺栓(4)以及弹性垫片与两个所述抛物线形浮箱式防波堤单元(1)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤，其特征在于，所述抛物线形浮箱式防波堤单元(1)内部竖直设置有多根肋板(5)。
4.根据权利要求3所述的一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤，其特征在于，在所述抛物线形浮箱式防波堤单元(1)内，两个肋板(5)之间分别横向设置有隔板(6)。
5.根据权利要求4所述的一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤，其特征在于，所述隔板(6)与抛物线形浮箱式防波堤单元(1)的底部形成多个压载水舱(7)。
6.根据权利要求1所述的一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤，其特征在于，两个所述抛物线形浮箱式防波堤单元(1)的形状是焦距为10m的抛物线形。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：
两个抛物线形浮箱式防波堤单元(1)之间通过连接块(2)连接，并排串联设置；
将串联的两个抛物线形浮箱式防波堤单元(1)的内侧面正对波浪方向竖直置于海面上；
锚链(9)一端连接抛物线形浮箱式防波堤单元(1)底部，另一端连接锚块(10)，锚块(10)置于海底。
8.根据权利要求7所述的一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤的安装方法，其特征在于，在高频率波浪下，减小两个抛物线形浮箱式防波堤单元之间的距离。
9.根据权利要求7所述的一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤的安装方法，其特征在于，将水上重要设施布置在两个抛物线形浮箱式防波堤单元正后方。
10.根据权利要求7所述的一种双体串联式抛物线形浮箱式防波堤的安装方法，其特征在于，将波浪能装置布置在两个抛物线形浮箱式防波堤单元迎波面前。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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