CN115538373B - 一种基于三扇叶形桨叶的仿生浮式防波堤 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于三扇叶形桨叶的仿生浮式防波堤，包括双浮箱组件，双浮箱组件用于安装其他组件以及装置，仿海滩林结构组件设置在双浮箱组件两侧的阶梯上，三扇叶形桨叶组件纵向地设置在双浮箱组件底部，当涌流带动三扇叶形桨叶转动，波浪的周期和桨叶转动周期满足倍数关系时，三扇叶形桨叶与波浪之间便产生耦合作用力可用于消浪减波，三扇叶形桨叶转动消浪的同时，可通过发电装置将部分波浪动能转化为电能；锚泊固定装置设置在双浮箱组件底部的四个角落方向上且与海底相连，用于固定整体装置。本发明仿生了海滩林强度高，消浪减波的结构特点，同时具备能量转化的功能，实现清洁能源利用，为海上水产养殖业提供安全保障和经济效益。

Description

一种基于三扇叶形桨叶的仿生浮式防波堤

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程装备设计制造技术领域，具体的说是涉及一种基于三扇叶形桨叶的仿生浮式防波堤。

背景技术

随着海洋养殖规模的累积扩大，促使海水养殖必须从重污染、地域小的近海养殖走向水质更加纯净，地域更广的深海养殖。深海养殖技术是我国海洋经济可持续发展的重要途经和贯彻未来的发展方向。

而深海养殖普遍存在以下问题：在波浪条件差的海域不利于网箱养殖鱼类的生长，并且会对网箱的结构造成破坏。如果建筑固定式防波堤，则会有建筑成本过高，破坏海洋生态环境，污染海洋水质等问题。与此同时，我国的沿海地区以及南海地区多为亚热带、热带季风气候，夏季高温多雨常伴有台风出现，海面风大浪急，给水产养殖业造成了巨大的损失。

浮式防波堤是现有比较常见的一种海岸工程，它与固定防波堤相比较，具有机动性强，可重复使用，不会被地质条件影响等优点，而且它自身重量低，结构简单，因此具有很好的发展前景。

基于深海养殖普遍存在以下问题，迫切需要提供一种消浪减波功能显著的浮式防波堤，能够为深海养殖抵御波浪，保护水产养殖网箱的安全，保证海域网箱养殖的顺利进行。

发明内容

针对上述现有的开放海域网箱养殖时面对波浪较大难以保证养殖鱼群的安全生长和网箱的安全问题，本发明旨在提供一种基于三扇叶形桨叶的仿生浮式防波堤，仿生了海滩林强度高，消浪减波的结构特点，同时具备能量转化的功能，实现清洁能源利用。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种基于三扇叶形桨叶的仿生浮式防波堤。包括双浮箱组件、仿海滩林结构组件、数个三扇叶形桨叶组件、锚泊固定装置以及发电装置。所述双浮箱组件作为浮体主体，用于安装其他组件以及装置；所述仿海滩林结构组件设置在双浮箱组件两侧的阶梯结构上，用于消减波浪保护堤内的养殖水产；所述三扇叶形桨叶组件纵向地设置在双浮箱组件底部，当涌流带动三扇叶形桨叶组件中的三扇叶形桨叶的转动，波浪的周期和三扇叶形桨叶转动周期满足倍数关系时，三扇叶形桨叶与波浪之间便产生耦合作用力可用于消浪减波，三扇叶形桨叶转动消浪的同时，可通过发电装置将部分波浪动能转化为电能；所述锚泊固定装置设置在双浮箱组件底部的四个角落方向上且与海底相连，用于固定整体装置；所述发电装置设置在双浮箱组件的侧面，用于能量转化，将波浪力转化为电能。本发明仿生了海滩林强度高，消浪减波的结构特点，同时具备能量转化的功能，实现清洁能源利用，为海上水产养殖业提供安全保障和经济效益。

作为优选，所述双浮箱组件包括浮箱主体、阶梯结构、导轨、挡板和连接装置，所述阶梯结构呈阶梯型，设置在双浮箱组件两侧，用于安装仿海滩林结构组件，所述导轨设置在浮箱组件底部，其上设有若干安装孔，用于安装三扇叶形桨叶组件。所述挡板设置在双浮箱组件中间，用于增强整体强度和稳定性，所述连接装置设置在双浮箱组件首尾两个端面的顶部，用于连接相邻两个双浮箱组件。

作为优选，所述连接装置包括连接导揽孔和连接锚链，所述连接导揽孔用于安装固定连接锚链，所述连接锚链用于连接前后相邻两双浮箱组件。

作为优选，所述仿海滩林结构组件包括圆柱形钢件、细柱形钢件和仿海滩林结构安装板，所述圆柱形钢件仿海滩林的树干部分，底部设有仿海滩林结构安装板，头部设有细柱形钢件，所述细柱形钢件仿海滩林的树枝部分，用于阻挡消减波浪，所述仿海滩林结构安装板设置在所述双浮箱组件的阶梯上，用于固定安装仿海滩林结构组件。

作为优选，所述三扇叶形桨叶组件包括数个三扇叶形桨叶、空心杆、螺栓杆和轴套，相邻的两个所述三扇叶形桨叶轴向通过空心杆、两个螺栓杆、轴套相连，所述空心杆一端装配在螺栓杆的安装孔内，另一端装配在轴套内，所述螺栓杆顶端设有螺柱，另一端设有安装孔，所述轴套设置在三扇叶形桨叶的外滑轮中心处。

作为优选，所述三扇叶形桨叶包括桨叶、滑轮和连接杆，所述桨叶为槽型曲面，两两间隔120°，所述滑轮设置在桨叶前后两端，滑轮的轴心与三扇叶形桨叶的中心对齐，所述连接杆设置在内侧两滑轮之间，用于连接相邻两三扇叶形桨叶，实现同轴传动。

作为优选，所述螺栓杆包括螺柱和安装孔，所述螺柱设置在螺栓杆顶端，用于安装固定在双浮箱组件底部的导轨上，所述安装孔设置在螺栓杆的尾端，轴向方向与螺柱的轴向一致，用于与三扇叶桨叶组件的空心杆的连接安装。

作为优选，所述锚泊固定装置包括四个导揽孔和固定锚链，每个所述固定锚链的一端固定在导揽孔内，另一端固定在海底，将仿生浮式防波堤与海底相连固定。

作为优选，所述的发电装置包括滑轮装置、发电机和发电装置安装板，所述滑轮装置用于传递运动，为发电机提供能量，所述发电机设置在双浮箱组件端面的顶部，用于将滑轮装置输送的能量转化为电能，所述发电装置安装板设置在发电机底部，用于将发电机固定在双浮箱组件顶部。

作为优选，所述的滑轮装置包括下滑轮，上滑轮和传送带，所述下滑轮设置在三扇叶桨叶组件的空心杆上，所述上滑轮设置在发电机的轴上，所述传送带安装在下滑轮和上滑轮上，用于传递运动。

本发明的有益效果是：本发明的仿生浮式防波堤利用仿生结构和三扇叶形桨叶与波浪之间存在的耦合作用来进行消浪；

本发明同时还具备能量转化的功能，实现了消波发电一体化；

本发明能够在开放海域网箱养殖时抵御波浪，有利于渔民的养殖作业，保护网箱的安全，保证海域网箱养殖的顺利进行。

附图说明

图1为本发明所述装置结构示意图。

图2为本发明所述双浮箱组件结构示意图。

图3为本发明所述仿海滩林结构组件结构示意图。

图4为本发明所述三扇叶形桨叶组件结构示意图。

图5为本发明所述锚泊固定装置结构示意图。

图6为本发明所述发电装置结构示意图。

图7为本发明所述装置单元体对接示意图。

图8为本发明所述装置多单元体组合俯视图。

图9为本发明所述装置工作原理示意图。

图10为本发明所述装置联合工作原理示意图。

其中：1-双浮箱组件；2-仿海滩林结构组件；3-三扇叶形桨叶组件；4-锚泊固定装置；5-发电装置；11-浮箱主体；12-阶梯结构；13-导轨；14-挡板；15-连接装置；151-连接导揽孔；152-连接锚链；21-圆柱形钢件；22-细柱形钢件；23-仿海滩林结构安装板；31-三扇叶形桨叶；32-空心杆；33-螺栓杆；34-轴套；311-桨叶；312-滑轮；313-连接杆；331-螺柱；332-安装孔；41-导揽孔；42-固定锚链；51-滑轮装置；52-发电机；53-安装板；511-下滑轮；512-上滑轮；513-传送带。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

本发明是一种基于三扇叶形桨叶的仿生浮式防波堤，具有两个消浪结构，第一个是仿海滩林结构组件2。目前的沿海植物中，海滩林是低纬度海岸工程中比较常见的植物，它能够抵御海啸等自然灾害。所以本发明根据海滩林的结构设计了防海滩林的结构用来消浪。

第二个是三扇叶形桨叶组件3。遇到波浪，三扇叶形桨叶31转动时，当波浪的周期和桨叶转动周期满足倍数关系，本发明利用三扇叶形桨叶31与波浪之间存在的耦合作用来进行消浪。

三扇叶形桨叶31主要是利用海浪在水平运动时所产生的动能，当海水流过叶片时会对叶片的自身产生压力作用，叶片两侧产生的压力差来提供自身的转动的动能，将水流的动能经过三扇叶形桨叶的旋转转化为发电机转子的机械能，发电机将转子的机械能转化为电能。当水流流过三扇叶形桨叶时，在叶片表面各个位置的速度分布不同，引起叶片表面各处的压力不同，从而在叶片的表面形成一个合力，由与来流方向平行的阻力和一个与来流方向垂直的驱动力组成。当驱动力大于阻力时，二者差值为桨叶转动提供驱动力矩，三扇叶形桨叶因此开始围绕轴旋转。

本发明基于三扇叶形桨叶的仿生浮式防波堤的结构如图1所示，仿生浮式防波堤包括双浮箱组件1、仿海滩林结构组件2、三扇叶形桨叶组件3、锚泊固定装置4以及发电装置5。

所述双浮箱组件1作为浮体主体，用于安装其他组件以及装置；所述仿海滩林结构组件2设置在双浮箱组件1两侧的阶梯上，用于消减波浪保护堤内的养殖水产；所述三扇叶形桨叶组件3纵向地设置在双浮箱组件1底部，当涌流带动三扇叶形桨叶转动，波浪的周期和桨叶转动周期满足倍数关系时，三扇叶形桨叶与波浪之间便产生耦合作用力可用于消浪减波，三扇叶形桨叶转动消浪的同时，可通过发电装置将部分波浪动能转化为电能；所述锚泊固定装置4设置在双浮箱组件1底部的四个角落方向上且与海底相连，用于固定整体装置；所述发电装置5设置在双浮箱组件1的侧面，用于能量转化，将波浪力转化为电能。本发明仿生了海滩林强度高，消浪减波的结构特点，同时具备能量转化的功能，实现清洁能源利用，为海上水产养殖业提供安全保障和经济效益。

如图2所示的是双浮箱组件1的结构，包括浮箱主体11、阶梯结构12、导轨13、挡板14和连接装置15，所述阶梯结构12呈阶梯型，设置在双浮箱组件1两侧，用于安装仿海滩林结构组件2，所述导轨13设置在双浮箱组件1底部，其上设有若干安装孔，用于安装三扇叶形桨叶组件3。所述挡板14设置在双浮箱组件1中间，用于增强整体强度和稳定性，所述连接装置15设置在双浮箱组件1首尾两个端面的顶部，用于连接相邻两个双浮箱组件1。

如图3所示的是仿海滩林结构组件2的结构，仿海滩林结构组件2包括圆柱形钢件21、细柱形钢件22和仿海滩林结构安装板23，所述圆柱形钢件21仿海滩林的树干部分，底部设有仿海滩林结构安装板23，头部设有细柱形钢件22，所述细柱形钢件22仿海滩林的树枝部分，用于阻挡消减波浪，所述仿海滩林结构安装板23设置在所述双浮箱组件1的阶梯上，用于固定安装仿海滩林结构组件2。

如图4所示的是三扇叶形桨叶组件3的结构，三扇叶形桨叶组件3包括三扇叶形桨叶31、空心杆32、螺栓杆33和轴套34，所述三扇叶形桨叶31轴向通过空心杆32、两个螺栓杆33、轴套34相连，所述空心杆32一端装配在螺栓杆33的安装孔内，另一端装配在轴套34内，所述螺栓杆33顶端设有螺柱，另一端设有安装孔，所述轴套34设置在三扇叶形桨叶31的外滑轮中心处。遇到波浪，三扇叶形桨叶31转动时，当波浪的周期和桨叶转动周期满足一定的倍数关系，我们利用三扇叶形桨叶31与波浪之间存在的耦合作用来进行消浪。

如图5所示是锚泊固定装置4的结构。锚泊固定装置4包括四个导揽孔41和固定锚链42，每个所述固定锚链42的一端固定在导揽孔41内，另一端固定在海底，将装置与海底相连固定。

如图6所示的是发电装置5的结构，发电装置5包括滑轮装置51、发电机52和发电装置安装板53，所述滑轮装置51用于传递运动，为发电机52提供能量，所述发电机52设置在双浮箱组件1端面的顶部，用于将滑轮装置51输送的能量转化为电能，所述发电装置安装板53设置在发电机52底部，用于将发电机52固定在双浮箱组件1顶部。

如图7和图8所示，该装置可以根据实际海况条件和用电需求，通过连接装置15将多个防波堤自由连接成一个整体结构来扩大装置的消浪范围。

如图9和图10所示，该装置可通过锚泊固定装置4与海底相连，灵活的调节防波堤的运动幅度和工作范围，可以使其适应不同深度的水域，其受海底地形和地质条件的约束较小，应用范围更为广泛。

根据上述实施例，本发明所提供的防波堤利用了桨叶和波浪之间存在的耦合作用和仿生海滩林的结构来进行消浪，有效解决了开放海域网箱养殖时面对的海域波浪较大的问题。同时具备能量转化的功能，实现清洁能源利用，为海上水产养殖业提供安全保障和经济效益。

以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种基于三扇叶形桨叶的仿生浮式防波堤，包括双浮箱组件（1），其特征在于：所述仿生浮式防波堤还包括仿海滩林结构组件（2）和数个三扇叶形桨叶组件（3），所述仿海滩林结构组件（2）设置在所述双浮箱组件（1）两侧的阶梯结构（12）上，用于消减波浪，所述三扇叶形桨叶组件（3）纵向地设置在双浮箱组件（1）底部，当涌流带动所述三扇叶形桨叶组件（3）中的三扇叶形桨叶（31）转动，波浪的周期和三扇叶形桨叶（31）转动周期满足倍数关系时，三扇叶形桨叶（31）与波浪之间便产生耦合作用力用于消浪减波，其中：所述三扇叶形桨叶组件（3）包括数个三扇叶形桨叶（31）、空心杆（32）、螺栓杆（33）和轴套（34），所述螺栓杆（33）顶端设有螺柱，另一端设有安装孔，所述空心杆（32）一端装配在螺栓杆（33）的安装孔内，所述空心杆（32）的另一端装配在轴套（34）内，所述轴套（34）设置在所述三扇叶形桨叶（31）的外滑轮中心处，相邻的两个所述三扇叶形桨叶（31）轴向通过空心杆（32）、两个螺栓杆（33）、轴套（34）相连，所述三扇叶形桨叶（31）包括桨叶（311）、滑轮（312）和连接杆（313），所述桨叶（311）为槽型曲面，两两间隔120°，所述滑轮（312）设置在桨叶（311）前后两端，所述滑轮（312）的轴心与三扇叶形桨叶（31）的中心对齐，所述连接杆（313）设置在内侧两滑轮（312）之间，用于连接相邻的两个所述三扇叶形桨叶（31），实现同轴传动，所述螺栓杆（33）包括螺柱（331）和安装孔（332），所述螺柱（331）设置在螺栓杆（33）顶端，用于安装固定在双浮箱组件（1）底部的导轨上，所述安装孔（332）设置在螺栓杆（33）的尾端，轴向方向与螺柱（331）的轴向一致，用于与三扇叶形桨叶组件（3）的空心杆（32）的连接安装，

所述双浮箱组件（1）包括浮箱主体（11）、阶梯结构（12）、导轨（13）、挡板（14）和连接装置（15），所述阶梯结构（12）呈阶梯型且设置在浮箱主体（11）两侧，用于安装仿海滩林结构组件（2），在浮箱主体（11）底部设置导轨（13），在所述导轨（13）上设有数个用于安装三扇叶形桨叶组件（3）的安装孔，在浮箱主体（11）中间设置有用于增强整体强度和稳定性的挡板（14），所述连接装置（15）设置在浮箱主体（11）首尾两个端面的顶部，用于连接相邻两个浮箱主体（11）；

所述仿海滩林结构组件（2）包括圆柱形钢件（21）、细柱形钢件（22）和仿海滩林结构安装板（23），所述圆柱形钢件（21）仿海滩林的树干部分，所述圆柱形钢件（21）的底部设有仿海滩林结构安装板（23），所述圆柱形钢件（21）的头部设有细柱形钢件（22），所述细柱形钢件（22）仿海滩林的树枝部分，用于阻挡消减波浪，所述仿海滩林结构安装板（23）设置在所述双浮箱组件（1）的阶梯结构上，用于固定安装仿海滩林结构组件（2）；

所述仿生浮式防波堤还包括发电装置（5），所述发电装置（5）设置在双浮箱组件（1）的侧面，用于能量转化，将波浪力转化为电能，所述发电装置（5）包括滑轮装置（51）、发电机（52）和发电装置安装板（53），所述滑轮装置（51）用于传递运动，为发电机（52）提供能量，所述发电机（52）设置在双浮箱组件（1）端面的顶部，用于将滑轮装置（51）输送的能量转化为电能，所述发电装置安装板（53）设置在发电机（52）底部，用于将发电机（52）固定在双浮箱组件（1）顶部；

所述的滑轮装置（51）包括下滑轮（511）、上滑轮（512）和传送带（513），所述下滑轮（511）设置在三扇叶形桨叶组件（3）的空心杆（32）上，所述上滑轮（512）设置在发电机（52）的轴上，所述传送带（513）安装在下滑轮（511）和上滑轮（512）上，用于传递运动。

2.根据权利要求1所述的一种基于三扇叶形桨叶的仿生浮式防波堤，其特征在于：所述连接装置（15）包括连接导揽孔（151）和连接锚链（152），所述连接导揽孔（151）用于安装固定连接锚链（152），所述连接锚链（152）用于连接相邻两双浮箱组件（1）。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于三扇叶形桨叶的仿生浮式防波堤，其特征在于：所述仿生浮式防波堤还包括锚泊固定装置（4），所述锚泊固定装置（4）设置在双浮箱组件（1）底部的四个角落方向上且与海底相连，用于固定整体装置，所述锚泊固定装置（4）包括四个导揽孔（41）和固定锚链（42），每个所述固定锚链（42）的一端固定在所述导揽孔（41）内，另一端固定在海底，将仿生浮式防波堤与海底相连固定。