一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统

1.本发明涉及浮式防波堤技术，具体涉及一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统。

背景技术：

2.随着社会和经济的不断发展，人类对可再生能源的需求不断增长。因此，对海洋的开发利用势在必行。在众多海洋装备中，防波堤作为一种能够防御波浪入侵，形成一个掩蔽水域的水工建筑物，被广为所用。防波堤又分坐底式防波堤和浮式防波堤，相比于传统的坐底式浮式防波堤，浮式防波堤具有更显著的优点。浮式防波堤施工、安装、拆卸方便，经济性较好，布置海域广，不受水深限制，适应性较强。因此，浮式防波堤已经成为近年来海洋开发装备中广为采用的设备。
3.目前，浮式防波堤可以较好地消除周期在5s内的波浪，但是，在海况更加严峻的远海，波浪周期分布在中长周期6-10s内，近岸尺度的浮式防波堤难以满足深海工程要求。为了加强浮式防波堤对中长周期波浪的消波性能，最常用的就是增加浮式防波堤的宽度。浮式防波堤的宽度越大，干扰其附近水体的区域越大，透射系数越小，消波性能越好。而现阶段已有的消中长周期波浪的浮式防波堤较少。此外，目前已有的可调节堤宽的浮式防波堤均采用手动调节，而能够自适应波浪的周期，实现堤宽自动调节的浮式防波堤没有。
4.浮式防波堤的布置要考虑最大主浪向，使堤线与最大主浪向垂直。而布置海域的主浪向需根据历年沿海波浪数据得出，深海海域最大浪向的波浪数据记录较少，难以确定。此外，海上波浪情况复杂多变，研究数据表明，在同一个海域不同季节的浪向、周期均不一样。例如，以文献资料记录观测点为例，海南岛浪向季节变化特征明显，冬季常向浪为东方向，而夏季中旬常向浪为偏南向。此外，冬季型浪的周期较大，平均周期为5.3s；夏季型的浪周期较小，平均周期为4.7s(不包含台风期间)。而现阶段的浮式防波堤往往采用单一的直线型设计，不能更好的适应最大主浪向和周期的改变。

技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的是提供一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，该系统能够通过识别波浪方向、周期，进行浮式防波堤堤宽以及布置方向的自动调节，便于对不同周期、不同方向的波浪进行防护，以达到实现全方位防浪减浪的目的。且运输方便、布置拆卸快捷，施工强度小，能够应对复杂多变的海况。
6.技术方案：本发明的一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，包括浮式防波堤、浮标、基座和系泊系统，其中，浮式防波堤包括垂直消浪板、第一浮体、可伸缩连接部、气体输送管道和气压调节装置，垂直消浪板有两个，每个垂直消浪板顶端均安装有第一浮体，两个垂直消浪板之间通过若干可伸缩连接部连接，且可伸缩连接部为一密闭空腔结构，其位于背浪侧垂直消浪板的一端设有气孔，气压调节装置设置在垂直消浪板上，其输气孔通过气体输送管道与若干可伸缩连接部的气孔连通，基座设置于水底，包括基座本体和设置
于基座本体内的基座旋转装置，浮式防波堤和浮标均通过系泊系统与基座旋转装置连接，基座旋转装置能够在基座本体内旋转，并能带动浮标和浮式防波堤旋转；浮标用于实时监测波浪数据，并发送波浪周期数据至气压调节装置，气压调节装置对波浪周期数据进行处理并调节自身内部气压，进而调节可伸缩连接部的伸缩，实现浮式防波堤宽度的调节，以适应不同周期的波浪；浮标发送波浪方向数据至基座旋转装置，基座旋转装置对波浪方向数据进行处理并实现自身的旋转，进而带动浮标和浮式防波堤旋转，以实时应对主浪方向的来浪。
7.优选的，垂直消浪板为弧形结构，且两个弧形的垂直消浪板同心设置，弧形结构圆心位于背浪侧；第一浮体为浮筒，其弧形弯曲度与相对应的垂直消浪板匹配。
8.优选的，可伸缩连接部为气囊，其两端设有吊环，并通过吊环与两个垂直消浪板连接。
9.优选的，气压调节装置安装在内侧垂直消浪板背浪侧，包括密闭设置的气箱，气箱内安装有气泵、气压传感器、第一单片机和第一蓄电池，气箱上设有进气孔洞、排气孔洞和输气孔，气压传感器实时监测气箱内部的气压，第一单片机接收来自浮标发送的波浪周期数据和气压传感器的气压信号，并对波浪周期数据和气压信号进行处理，然后控制气泵工作，并通过进气孔洞和排气孔洞调节气箱内的气压；第一蓄电池为气泵、气压传感器和第一单片机供电。
10.优选的，进气孔洞和排气孔洞分别安装进气门芯和排气门芯，进气门芯和排气门芯均为单向设置，进气门芯仅能向气箱内进气，排气门芯仅能向气箱外排气。
11.优选的，气压调节装置还包括安装板，安装板固定在内侧垂直消浪板背浪侧，气箱固定在安装板上。
12.优选的，浮标包括第二浮体和信号收发器，第二浮体内部设有波浪数据监测装置，用于实时监测波浪的周期和方向，并通过信号收发器将监测到的波浪周期数据和波浪方向数据分别发送至气压调节装置和基座旋转装置。
13.优选的，信号收发器为天线。
14.优选的，基座本体包括压载舱和电机舱，压载舱顶部设置滑槽，电机舱设有电机舱盖，基座旋转装置包括电机、第二单片机、第二蓄电池、联动轴、齿轮组和，电机、第二单片机和第二蓄电池均设置在电机舱内，电机通过联动轴与齿轮组连接，齿轮组与啮合，第二蓄电池为电机和第二单片机供电，安装在压载舱顶部滑槽内，第二单片机接收到浮标发送的波浪方向数据，并进行处理，然后控制电机旋转，电机的旋转驱动通过联动轴和齿轮组带动旋转，进而实现浮式防波堤和浮标的旋转。
15.优选的，齿轮组包括内齿轮和外齿轮，电机通过联动轴与外齿轮连接，外齿轮与内齿轮啮合，内齿轮与啮合。
16.有益效果：与现有技术相比，本发明的技术效果为：(1)本发明对于设计波况，通过整个浮式防波堤自身进行消波，节省能源，满足使用条件；对于随机大波和极端波况，通过前方的“波浪骑士”浮标进行波浪数据检测，识别波浪方向和周期后，自动开启气压调节装置和基座旋转装置，通过伸缩气囊，实现堤宽和最大主迎浪方向的自动调节，提高消波性能，满足安全作业要求；(2)本发明的浮式防波堤采用了圆弧型的布置方式，对长峰波和多向短峰波都具有良好的消波效果；同时，采用圆弧型的布置方式减少了防波堤的总长度，对
各种轮廓形状的岛屿都有着良好的适应性；(3)本发明的浮式防波堤采用双层消浪板的布置形式，使防波堤的消波效果进一步增强，在各种复杂海况条件下仍具有较高的可靠性；(4)本发明可以实现浮式防波堤的360
°
调节，当该浮式防波堤系统布置在岛屿之间时，可以通过浮式防波堤系统的自动调节，灵活变换防波堤的方向，为船舶提供进出通道；尤其是在紧急情况下，争取宝贵的时间；(5)本发明的浮式防波堤系统上部设置有浮筒，下部基座有压载舱，由此可根据需要来降低本发明防波堤系统的整体重心，提高稳定性；(6)本发明相比于现有浮式防波堤，更便于维护；由于本发明是由多个气囊等重复预制单体组装而成，可以仅拆除破损气囊单体，进行更换；尤其气囊与垂直消浪板通过吊环连接，在保证足够强度情况下，拆卸过程更加简单便捷；综上，本发明具有灵活变化，自动调节、消波性能好、应用水域广、布置与拆卸快捷、经济性强、可适用复杂海况的优点。
附图说明
17.图1是本发明的一种实施例的整体结构示意图；
18.图2是本发明的一种实施例中的浮式防波堤的结构示意图；
19.图3是本发明的一种实施例中的气箱结构示意图；
20.图4是本发明的一种实施例中的气囊结构示意图；
21.图5是本发明的一种实施例中的基座半剖示意图；
22.图6是本发明的一种实施例中的基座结构示意图；
23.其中，11垂直消浪板，12第一浮体，13可伸缩连接部，14安装板，15气箱，16气体输送管道，131气孔，132吊环，151气泵，152气压传感器，153第一单片机，154第一蓄电池，155电缆，156信号线，157进气孔洞，158排气孔洞，159输气孔，21第二浮体，22信号收发器，31压载舱，32电机舱，33电机舱盖，34联动轴，35内齿轮，36外齿轮，37，310滑槽，321电机，322第二单片机，323第二蓄电池，41系泊缆。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
25.如图1至图6所示，本实施例的一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，包括浮式防波堤、“波浪骑士”浮标、沉入水底的基座和系泊系统。浮式防波堤包括两个垂直消浪板11，每块垂直消浪板顶端都安装有第一浮体12，两个垂直消浪板之间通过若干可伸缩连接部13连接，且可伸缩连接部为一密闭空腔结构，其中内侧的垂直消浪板11的背浪侧安装有气压调节装置，气压调节装置包括安装板14和气箱15，安装板上安装气箱15，气箱15密闭设置，并通过气体输送管道16与可伸缩连接部13连通。“波浪骑士”浮标的主体为球型结构的第二浮体21，内部设有波浪数据监测装置，用于实时监测波浪周期数据和波浪方向数据；“波浪骑士”浮标顶部安装信号收发器22，本实施例中信号收发器为可收发信号的天线。基座沉入水底，包括压载舱31、电机舱32、电机舱盖33和基座旋转装置，电机舱设置在压载舱内，基座旋转装置包括控制组件和驱动组件，控制组件及部分驱动组件设置在电机舱32内，电机舱32上设有电机舱盖33，部分驱动组件设置在压载舱内，并可在压载舱内旋转。系泊系统包括多根系泊缆41，浮式防波堤、“波浪骑士”浮标分别通过系泊缆41与基座上的基座旋转装置进行连接。
26.如图2、3和4所示，本实施例的浮式防波堤包括垂直消浪板11、第一浮体12、可伸缩连接部13、气体输送管道16和气压调节装置，其主体结构为两块垂直消浪板11，每块垂直消浪板11的顶端分别安装第一浮体12，该第一浮体12为浮筒，浮筒中空密闭设置，安装在垂直消浪板11的顶部，可以为浮式防波堤提供浮力；内外两块垂直消浪板11通过5个可伸缩连接部13连接，该可伸缩连接部13为气囊，气囊采用伸缩性较好的橡胶材料，其内部密封中空设置，其内壁采用加厚设置，以保障其强度和密闭性，气囊靠近内侧垂直消浪板11的一端顶部设有气孔131，并且两端安装吊环132，吊环132分别连接内外两侧的垂直消浪板11；内测垂直消浪板11的背浪侧安装有安装板14，该安装板14为水平板，水平板的上面安装气箱15；气箱15内安装有气泵151、气压传感器152、第一单片机153以及第一蓄电池154，第一蓄电池154通过电缆155为气泵151、气压传感器152、第一单片机153提供电力，第一单片机153与气泵151、气压传感器152通过信号线156连接，进行数据信号的交换；气箱15密闭设置，顶部两端分别设有进气孔洞157和排气孔洞158，进气孔洞157和排气孔洞158分别安装进气门芯和排气门芯，其中，进气门芯和排气门芯均为单向设置，进气门芯仅能向气箱内进气，排气门芯仅能气箱外排气；气箱15的前方中部设有输气孔159，气囊的气孔131与气箱15的输气孔159通过气体输送管道16连通，使得气囊内的气压与气箱15内的气压相同。
27.气囊与气箱15连通，其内部气压相同；气箱15内第一单片机153和气压传感器152配合，控制气泵151工作；通过气箱15顶部的进气孔洞157和排气孔洞158进行气囊与气箱15内的气压调节，从而带动气囊的伸缩，以达到调节浮式防波堤堤宽的目的。
[0028]“波浪骑士”浮标为球形结构，布置在浮式防波堤迎浪面的前面位置，浮于水面。浮标内部设置波浪测量仪器，用来记录波浪方向、周期等海况数据；浮标上部安装天线，用来将海况实时数据分别传送至系统气箱和基座内的单片机，从而实现浮式防波堤的自适应波浪调节。
[0029]“波浪骑士”浮标内的波浪数据监测装置检测到波浪周期数据，以信号形式通过天线传送给气箱15内的第一单片机153。第一单片机153设定相关程序，对接收到的波浪周期数据进行处理，并生成控制指令；气箱15内的气压传感器152实时监测气箱15内的气压，并通过信号线156传递给第一单片机153，第一单片机153接收来自气压传感器152的气压信号，并进行处理，然后通过控制指令控制气泵151进行开阀或关阀工作，通过进气孔洞157和排气孔洞158调节气箱15内的气压；因为气囊与气箱15连通，气囊采用伸展性强的塑性材料，其与气压伸缩比经过多次测验，形成气压信号，输入第一单片机153。气囊与气箱15内部气压相同，气压的改变，带动气囊的伸缩进而调节两个垂直消浪板11之间的间距；不同波浪周期的波高不同，具有最优消波效果的浮式防波堤宽度也不同。通过数值模拟和试验测量波浪周期数据与堤宽的关系，形成单片机的控制程序。从而实现通过浮式防波堤的宽度调节，以适应各周期的波浪。
[0030]
如图5和图6所示，本实施例基座本体包括压载舱31和电机舱32，压载舱31内部设有电机舱32，电机舱32上面安装电机舱盖33，电机舱32内部安装有电机321、第二单片机322以及第二蓄电池323，第二蓄电池323通过电缆155为电机321和第二单片机322提供电力，以保障其正常工作；第二单片机322根据接收到的波浪方向信号生成控制指令，并通过信号线156控制电机321的运转。基座底部为压载舱31，为整个浮式防波堤系统提供重力，使浮式防波堤能浮于设计水线；压载舱31顶部设置滑槽310，用来安装37；第二单片机322和第二
蓄电池323组成控制组件，驱动组件包括电机321、联动轴34、齿轮组和37，齿轮组包括内齿轮35和外齿轮36，电机舱32内的电机321通过联动轴34与外齿轮36连接，同时，内齿轮35与37连接，内齿轮35和外齿轮36啮合，从而实现电机321的旋转驱动带动37旋转的目的。
[0031]
本实施例中的系泊系统包括5根系泊缆41，其中4根系泊缆41连接浮式防波堤和基座的37，另外1根连接“波浪骑士”浮标与基座的37，以约束自适应波浪的可调节浮式防波堤系统在水面上的方位；基座沉入海底，固定不动，而可以通过基座内部安装的电机驱动，实现浮式防波堤和“波浪骑士”浮标的360
°
旋转；系泊缆41采用聚酯缆制成，并采用悬链线式布置。
[0032]“波浪骑士”浮标内的波浪数据监测装置检测到波浪方向数据，以信号形式通过天线传送给电机舱32内的第二单片机322，第二单片机322对接收到的波浪方向数据进行处理，并生成控制指令，然后将控制指令通过信号线156传递给电机321，并驱动控制电机321旋转，电机321旋转通过联动轴34、内齿轮35和外齿轮36带动滑槽310内嵌的37旋转；第二单片机322通过控制命令控制电机321开关，当“波浪骑士”浮标检测到波浪方向数据后，控制命令控制电机321开关打开，开始转动。当浮式防波堤旋转到主迎浪方向位置后，控制命令控制电机321开关关闭，浮式防波堤停止旋转，并固定于最后迎浪位置。实施例中的浮式防波堤和“波浪骑士”浮标通过系泊系统与37连接，进而浮式防波堤和“波浪骑士”浮标通过37的旋转可以实现自身360
°
旋转；因此，单片机322接收波浪方向数据信号，通过驱动电机321进而带动浮式防波堤旋转一定角度，以实时应对主浪向的来浪。
[0033]
以上所述的仅是本发明所公开的一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。

技术特征：

1.一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，其特征在于，包括浮式防波堤、浮标、基座和系泊系统，其中，浮式防波堤包括垂直消浪板(11)、第一浮体(12)、可伸缩连接部(13)、气体输送管道(16)和气压调节装置，垂直消浪板(11)有两个，每个垂直消浪板(11)顶端均安装有第一浮体(12)，两个垂直消浪板(11)之间通过若干可伸缩连接部(13)连接，且可伸缩连接部(13)为一密闭空腔结构，其位于背浪侧垂直消浪板(11)的一端设有气孔(131)，气压调节装置设置在垂直消浪板(11)上，其输气孔(159)通过气体输送管道(16)与若干可伸缩连接部(13)的气孔(131)连通，基座设置于水底，包括基座本体和设置于基座本体内的基座旋转装置，浮式防波堤和浮标均通过系泊系统与基座旋转装置连接，基座旋转装置能够在基座本体内旋转，并能带动浮标和浮式防波堤旋转；浮标用于实时监测波浪数据，并发送波浪周期数据至气压调节装置，气压调节装置对波浪周期数据进行处理并调节自身内部气压，进而调节可伸缩连接部(13)的伸缩，实现浮式防波堤宽度的调节，以适应不同周期的波浪；浮标发送波浪方向数据至基座旋转装置，基座旋转装置对波浪方向数据进行处理并实现自身的旋转，进而带动浮标和浮式防波堤旋转，以实时应对主浪方向的来浪。2.根据权利要求1所述的一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，其特征在于，垂直消浪板(11)为弧形结构，且两个弧形的垂直消浪板(11)同心设置，弧形结构圆心位于背浪侧；第一浮体(12)为浮筒，其弧形弯曲度与相对应的垂直消浪板(11)匹配。3.根据权利要求1所述的一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，其特征在于，可伸缩连接部(13)为气囊，其两端设有吊环(132)，并通过吊环(132)与两个垂直消浪板(11)连接。4.根据权利要求1所述的一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，其特征在于，气压调节装置安装在内侧垂直消浪板(11)背浪侧，包括密闭设置的气箱(15)，气箱(15)内安装有气泵(151)、气压传感器(152)、第一单片机(153)和第一蓄电池(154)，气箱(15)上设有进气孔洞(157)、排气孔洞(158)和输气孔(159)，气压传感器(152)实时监测气箱(15)内部的气压，第一单片机(153)接收来自浮标发送的波浪周期数据和气压传感器(152)的气压信号，并对波浪周期数据和气压信号进行处理，然后控制气泵(151)工作，并通过进气孔洞(157)和排气孔洞(158)调节气箱(15)内的气压；第一蓄电池(154)为气泵(151)、气压传感器(152)和第一单片机(153)供电。5.根据权利要求4所述的一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，其特征在于，进气孔洞(157)和排气孔洞(158)分别安装进气门芯和排气门芯，进气门芯和排气门芯均为单向设置，进气门芯仅能向气箱(15)内进气，排气门芯仅能向气箱(15)外排气。6.根据权利要求4所述的一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，其特征在于，气压调节装置还包括安装板(14)，安装板(14)固定在内侧垂直消浪板(11)背浪侧，气箱(15)固定在安装板(14)上。7.根据权利要求1所述的一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，其特征在于，浮标包括第二浮体(21)和信号收发器(22)，第二浮体(21)内部设有波浪数据监测装置，用于实时监测波浪的周期和方向，并通过信号收发器(22)将监测到的波浪周期数据和波浪方向数据分别发送至气压调节装置和基座旋转装置。8.根据权利要求7所述的一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，其特征在于，信号收发器(22)为天线。
9.根据权利要求1所述的一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，其特征在于，基座本体包括压载舱(31)和电机舱(32)，压载舱顶部设置滑槽(310)，电机舱设有电机舱盖(33)，基座旋转装置包括电机(321)、第二单片机(322)、第二蓄电池(323)、联动轴(34)、齿轮组和(37)，电机(321)、第二单片机(322)和第二蓄电池(323)均设置在电机舱(32)内，电机(321)通过联动轴(34)与齿轮组连接，齿轮组与(37)啮合，第二蓄电池(323)为电机(321)和第二单片机(322)供电，(37)安装在压载舱(31)顶部滑槽(310)内，第二单片机(322)接收到浮标发送的波浪方向数据，并进行处理，然后控制电机(321)旋转，电机(321)的旋转驱动通过联动轴(34)和齿轮组带动(37)旋转，进而实现浮式防波堤和浮标的旋转。10.根据权利要求9所述的一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，其特征在于，齿轮组包括内齿轮(35)和外齿轮(36)，电机(321)通过联动轴(34)与外齿轮(36)连接，外齿轮(36)与内齿轮(35)啮合，内齿轮(35)与(37)啮合。

技术总结

本发明公开了一种自适应波浪的可调节型浮式防波堤系统，包括浮式防波堤、浮标、基座和系泊系统，浮式防波堤包括两个垂直消浪板，垂直消浪板上设第一浮体，两个垂直消浪板之间通过可伸缩连接部连接，内侧垂直消浪板上设气压调节装置，气压调节装置通过气体输送管道与可伸缩连接部连通，浮标用于监测和发送波浪数据，基座包括基座本体和设置于基座本体内的基座旋转装置，浮式防波堤和浮标通过系泊系统与基座旋转装置连接；浮标将波浪数据发送至气压调节装置和基座旋转装置，气压调节装置对数据处理后，调节可伸缩连接部的伸缩，进而调节浮式防波堤宽度；基座旋转装置对数据处理后，通过自身旋转带动浮标和浮式防波堤旋转，以应对主浪方向的来浪。主浪方向的来浪。主浪方向的来浪。