CN113605305B - 可调节浮式防波堤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种浮式防波堤，特别是一种可调节浮式防波堤，包括浮体支架，其分为在空间的竖直方向上互为对称的两个部分，且均包括一个第一杆、四个第二杆和两个第三杆，其中第一杆与第三杆相平行，四个第二杆均分为在空间水平方向上互为对称的两组，每组中的两个第二杆相互平行，其一侧端部均铰接至第一杆上，另一侧端部则均铰接至其对应的第三杆上，构成一个平行四边形机构；均匀分布至浮体支架的两个部分之间的叶轮；丝杠螺母机构以及锚系；每个叶轮的桨叶始终在迎流方向上；所述丝杠螺母机构的左旋螺母与右旋螺母分别固定至在空间的水平方向上互为对称的两组平行四边形机构上。其解决“浮式防波堤自适应波浪”的技术问题，具备不易走锚的特点。

Description

可调节浮式防波堤
技术领域
本发明涉及一种浮式防波堤，特别是一种可调节浮式防波堤。
背景技术
防波堤是一种常见的港口、海岸工程结构，用来防御海浪对港域的侵袭，维持港内水域的平稳，以保证船舶在港内安全停靠、系泊。
浮式防波堤由漂浮物体和锚系组成，利用漂浮物体来降低波浪强度，从而达到防波效果，部分还能够进行波浪能量捕获。相对于重力式防波堤，浮式防波堤的修建受地基和水深的影响较小，修建迅速，拆迁容易，造价受水深影响也较小。
不过，现有浮式防波堤因结构设计的不足，仍存在一个较大缺陷，即在恶劣海况中因波浪冲击作用下出现锚绳断裂，防波堤结构损毁等现象，即防波堤自身的抗浪能力有极限。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种能够自适应波浪强度的可调节浮式防波堤。
为了实现上述目的，本发明所设计的一种可调节浮式防波堤，其包括：
一个浮体支架，其分为在空间的竖直方向上互为对称的两个部分，且均包括一个第一杆、四个第二杆和两个第三杆，其中第一杆与第三杆相平行，四个第二杆均分为在空间水平方向上互为对称的两组，且与两个第三杆逐一对应，每组中的两个第二杆相互平行，其一侧端部均铰接至第一杆上，另一侧端部则均铰接至其对应的第三杆上，构成一个平行四边形机构；至少两个的叶轮，其均匀分布至浮体支架的两个部分之间；一个丝杠螺母机构，其包括一个双旋向丝杆、一个左旋螺母、一个右旋螺母和一个驱动电机，其中驱动电机与双旋向丝杆相联动，左旋螺母旋至双旋向丝杆的左旋螺纹段上，右旋螺母则旋至双旋向丝杆的右螺旋段上；以及，一个锚系，所述锚系的锚杆连接至浮体支架的第一杆上；
其中，每个叶轮均通过铰接轴铰接至一个矩形支架上，且所述矩形支架在空间竖直方向上的一对对边的两端均向外延伸，直至铰接至其对应平行四边形机构的第二杆上，每个叶轮的桨叶始终在迎流方向上；所述丝杠螺母机构的驱动电机安装至浮体支架的第一杆上，其左旋螺母与右旋螺母分别固定至在空间的水平方向上互为对称的两组平行四边形机构上。
本发明所提供的一种可调节浮式防波堤，其自适应波浪强度的方式如下：
在正常海况下，此时在丝杠螺母机构的驱动电机作用下，一对左旋螺母与右旋螺母在双旋向丝杆上相背离运动，同步的四组在空间水平方向上两两互为对称的平行四边形机构之间的夹角变大，进而增大装置的迎浪面，最大程度上实现消波的目的；
在台风大浪等恶劣海况环境下，此时同样的在丝杠螺母机构的驱动电机作用下，一对左旋螺母与右旋螺母在双旋向丝杆上相向运动，同步的四组在空间水平方向上两两互为对称的平行四边形机构之间的夹角变小，进而减小装置的迎浪面，即降低波浪对装置的冲击影响，最大程度上避免出现因波浪冲击而走锚或防波堤结构损毁等情况。
另外，本发明技术方案的浮体支架是基于平行四边形机构进行组合、设计，以保证四组在空间水平方向上两两互为对称的平行四边形机构之间的夹角变化过程中叶轮的方向不变。
进一步的，上述一种可调节浮式防波堤，其结构中还包括：至少一个的能量转化机构以及逐一对应能量转化机构的传动机构，一个或多个叶轮通过传动机构与能量转化机构的输入端相联动，能量转化机构固定在浮体支架上。
上述进一步的优选技术方案中因增加了能量转化机构和传动机构，叶轮在消波减浪过程中收集的波浪能可转化为电能。
再进一步的，上述一种可调节浮式防波堤，其结构中还包括：一个实时监测锚系中锚杆受力值的力传感器；以及，一个控制系统，其通过接收力传感器的信号反馈进而控制丝杆螺母机构的驱动电机；其中，力传感器固定至锚系的锚杆上，控制系统与力传感器以及驱动电机均独立电连接。
上述再进一步的优选技术方案中因增加了力传感器与控制系统，四组在空间水平方向上两两互为对称的平行四边形机构之间的夹角可根据力传感器的反馈信号，即在波浪冲击作用下，装置整体施加于锚系中锚杆上的作用力大小进行自动调节，提升本发明所提供可调节浮式防波堤的智能化程度。
本发明所提供一种可调节浮式防波堤，其结构中所述叶轮优先选择一种S型叶轮。S型叶轮是一种阻力型叶轮，一方面可以消波，另一方面可以适应多种波浪和海流的作用并保持流速的相对稳定，并连接发电机实现发电供能。所发电能一方面可用做警示灯等各种海洋装备所需发电，另一方面为传感器和防波堤上的丝杆电机提供电能，保证机构能实现张合，避免极端的台风大浪对防波堤的损坏。
与现有技术相比较，本发明得到的一种可调节浮式防波堤，其具备以下的技术优点：
1）本发明所提供可调节浮式防波堤，其具备自适应波浪强度的功能，在非恶劣海况环境中能够通过增大装置的迎浪面，进而最大程度上实现消波减浪以及高效捕获波浪能的目的，而在恶劣海况环境中则能够通过减小装置的迎浪面，即降低波浪对装置的冲击影响，最大程度上避免出现因波浪冲击而走锚的情况。
2）本发明所提供可调节浮式防波堤，其浮体支架是基于平行四边形机构进行设计，以保证在空间水平方向上两两互为对称的平行四边形机构之间的夹角变化过程中叶轮的方向不变。
3）本发明所提供可调节浮式防波堤，采用转化波浪能为电能的方式消波，降低了锚系力，提高了锚系结构的安全性。
4）本发明所提供可调节浮式防波堤，在浪和流作用下，可以单向自适应对准波浪和潮流，实现消波发电的效果最大化。同时，可采用多个模块组合构成发电消波系统阵列。
5）本发明所提供可调节浮式防波堤，其四组在空间水平方向上两两互为对称的平行四边形机构之间的夹角变化通过丝杠螺母机构驱动，方便四组平行四边形机构之间的夹角改变和自锁，同时夹角改变过程中变化速率相对较高。
附图说明
图1是一种可调节浮式防波堤的结构示意图；
图2是一种浮体支架的结构示意图；
图3是一种S型叶轮的结构示意图；
图4是图1中A处的局部放大图；
图5是另一种可调节浮式防波堤的结构示意图；
图6是图5中B处的局部放大图。
图中：浮体支架1、第一杆1-1、第二杆1-2、第三杆1-3、S型叶轮2、S型桨叶2-1、丝杠螺母机构3、双旋向丝杆3-1、左旋螺母3-2、右旋螺母3-3、驱动电机3-4、锚杆4、铰接轴5、矩形支架6、电机安装座7、发电机8、传动机构9、主动伞型齿轮9-1、从动伞型齿轮9-2、传动带9-3。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应该属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，作为本发明的一种实施方式，本实施例中所提供的一种可调节浮式防波堤，其包括：
一个浮体支架1，如图2所示，其分为在空间的竖直方向上互为对称的两个部分，且均包括一个第一杆1-1、四个第二杆1-2和两个第三杆1-3，其中第一杆1-1与第三杆1-3相平行，四个第二杆1-2均分为在空间水平方向上互为对称的两组，且与两个第三杆1-3逐一对应，每组中的两个第二杆1-2相互平行，其一侧端部均铰接至第一杆1-1上，另一侧端部则均铰接至其对应的第三杆1-3上，构成一个平行四边形机构；六个S型叶轮2，其均匀分布至浮体支架1的两个部分之间；一个丝杠螺母机构3，其包括一个双旋向丝杆3-1、一个左旋螺母3-2、一个右旋螺母3-3和一个驱动电机3-4，其中驱动电机3-4与双旋向丝杆3-1相联动，左旋螺母3-2旋至双旋向丝杆3-1的左旋螺纹段上，右旋螺母3-3则旋至双旋向丝杆3-1的右螺旋段上；以及，一个锚系，所述锚系的锚杆4连接至浮体支架1的第一杆1-1上；
其中，每个S型叶轮2均通过铰接轴5铰接至一个矩形支架6上，且所述矩形支架6在空间竖直方向上的一对对边的两端均向外延伸，直至铰接至其对应平行四边形机构的第二杆1-2上，如图4所示，每个S型叶轮2的S型桨叶2-1始终确保在迎流方向上。
其中，所述丝杠螺母机构3的驱动电机3-4通过电机安装座7安装至浮体支架1的第一杆1-1上，其左旋螺母3-2与右旋螺母3-3分别固定至在空间的水平方向上互为对称的两组平行四边形机构上。
上述一种可调节浮式防波堤在实际海域中使用时，装置通过锚系进行锚固，确保浮体支架1的第一杆1-1与S型叶轮2的S型桨叶2-1朝向迎流面，自此装置在实际海域中完成施工。接下来，当上述海域处于非恶劣海况环境下，此时在丝杠螺母机构3的驱动电机3-4作用下，一对左旋螺母3-2与右旋螺母3-3在双旋向丝杆3-1上相背离运动，同步的四组在空间水平方向上两两互为对称的平行四边形机构之间的夹角变大，进而增大装置的迎浪面，最大程度上实现消波减浪的目的；反之，当上述海域处于恶劣海况环境下，此时同样的在丝杠螺母机构3的驱动电机3-4作用下，一对左旋螺母3-2与右旋螺母3-3在双旋向丝杆3-1上则相向运动，同步的四组在空间水平方向上两两互为对称的平行四边形机构之间的夹角变小，进而减小装置的迎浪面，即降低波浪对装置的冲击影响，最大程度上避免出现因波浪冲击而走锚的情况。另外，考虑到本装置中浮体支架1是基于平行四边形机构进行组合、设计，以保证四组在空间水平方向上两两互为对称的平行四边形机构之间的夹角变化过程中叶轮的方向得以始终保持不变。
作为另一种实施方式，如图5和图6所示，本实施例中提供一种可调节浮式防波堤，其结构中还包括两个发电机8和两个传动机构9；如图6所示，每个传动机构9包括位于S型叶轮2的铰接轴5上，且进行自转的主动伞型齿轮9-1，位于矩形支架6的一边上，且进行自转的从动伞型齿轮9-2，从动伞型齿轮9-2均与其对应S型叶轮2的铰接轴5上的主动伞型齿轮9-1相啮合，以及实现从动伞型齿轮9-2之间以及从动伞型齿轮9-2与发电机8的输入轴之间进行同步传动的传动带9-3；发电机8固定在浮体支架1上。
上述技术方案中因增加了发电机8（能量转化机构）和传动机构9，S型叶轮2在消波减浪过程中收集的波浪能可转化为电能，后加以利用（供电照明等）。
作为本发明的第三种实施方式，说明书附图中未对本实施方式进行图示，本实施例提供一种可调节浮式防波堤，其结构中还包括：一个实时监测锚系中锚杆4受力值的力传感器；以及，一个控制系统，其通过接收力传感器的信号反馈进而控制丝杆螺母机构的驱动电机3-4，此方案中所述驱动电机3-4优选伺服电机；其中，力传感器固定至锚系的锚杆4上，控制系统与力传感器以及驱动电机3-4均独立电连接。
上述中实时监测锚系中锚杆4受力值的力传感器在锚杆4上的安装方式，以及控制系统接收力传感器的信号反馈进而控制驱动电机3-4的过程均为本领域及相关领域技术人员的惯用技术手段。本发明人出于在说明书对技术方案已进行清楚表达的前提下，最大程度上缩短说明书篇幅的目的，因此在本实施例中本发明人不再对此内容作详细说明。
上述技术方案中因增加了力传感器与控制系统，四组在空间水平方向上两两互为对称的平行四边形机构之间的夹角可根据力传感器的反馈信号，即在波浪冲击作用下，装置整体施加于锚系中锚杆4上的作用力大小进行自动调节，提升本发明所提供可调节浮式防波堤的智能化程度。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均应该落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可调节浮式防波堤，其特征是包括：
一个浮体支架，其分为在空间的竖直方向上互为对称的两个部分，且均包括一个第一杆、四个第二杆和两个第三杆，其中第一杆与第三杆相平行，四个第二杆均分为在空间水平方向上互为对称的两组，且与两个第三杆逐一对应，每组中的两个第二杆相互平行，其一侧端部均铰接至第一杆上，另一侧端部则均铰接至其对应的第三杆上，构成一个平行四边形机构；
至少两个的叶轮，其均匀分布至浮体支架的两个部分之间；
一个丝杠螺母机构，其包括一个双旋向丝杆、一个左旋螺母、一个右旋螺母和一个驱动电机，其中驱动电机与双旋向丝杆相联动，左旋螺母旋至双旋向丝杆的左旋螺纹段上，右旋螺母则旋至双旋向丝杆的右螺旋段上；
以及，一个锚系，所述锚系的锚杆连接至浮体支架的第一杆上；
其中，每个叶轮均通过铰接轴铰接至一个矩形支架上，且所述矩形支架在空间竖直方向上的一对对边的两端均向外延伸，直至铰接至其对应平行四边形机构的第二杆上，每个叶轮的桨叶始终在迎流方向上；所述丝杠螺母机构的驱动电机安装至浮体支架的第一杆上，其左旋螺母与右旋螺母分别固定至在空间的水平方向上互为对称的两组平行四边形机构上。
2.根据权利要求1所述的一种可调节浮式防波堤，其特征是还包括：至少一个的发电机以及逐一对应发电机的传动机构，一个或多个叶轮通过传动机构与发电机的输入端相联动，发电机固定在浮体支架上。
3.根据权利要求1或2所述的一种可调节浮式防波堤，其特征是还包括：
一个实时监测锚系中锚杆受力值的力传感器；
以及，一个控制系统，其通过接收力传感器的信号反馈进而控制丝杠螺母机构的驱动电机；
其中，力传感器固定至锚系的锚杆上，控制系统与力传感器以及驱动电机均独立电连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种可调节浮式防波堤，其特征是所述叶轮为S型叶轮。
5.根据权利要求3所述的一种可调节浮式防波堤，其特征是所述叶轮为S型叶轮。
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