CN1008639B - 波涛衰减装置 - Google Patents

Abstract

能衰减浪涛的影响以便保护海岸或近海设备或装置，其特征在于，在入射浪涛到来时，产生一种波动现象，也即出现一种“水的波动墙”以发出一系列辐射波，包括折射波的辐射波成分从所说的“水的波动墙”形成向下液流，从而得到零或低波辐的合力。

Description

本发明涉及一种波涛衰减装置。

众所周知，波涛衰减装置有很多用途，它可以应用于以下诸方面：减少对港口和天然掩体的溅射;保护堤防;保护近海设备，例如海上钻井平台和浸没的贮存箱等;改善各种海上作业的安全性，例如拖运设备、装配预制件、回收油膜等;从波浪中回收能量等。因此地，一种造价便宜、无须经常维修、能抵抗恶劣气候条件、不妨碍低吨位航运设备航行并且不影响现场美观的浪涛衰减装置，将会给海洋工业各部门带来极大效益。

目前，关于波涛衰减装置在上就可完成方面应用的详尽统计可参见1971年5月出版的美国海军部的报告R727。

但是，迄今为止的各种波涛衰减装置，其所用部件通常具有原滞粘阻尼作用。而浪涛是一种周期性的振动撞击现象，更有希望使用一种根据对这些波动现象的传统数学计算而得到的装置来产生衰减作用，但现在并不是这种情况。本发明的目的是提供一种新颖的波涛衰减装置，它利用一种所谓“水的波动墙”现象，并且在这种波动现象的理论计算基础上，使该装置结构简单、价格便宜。

为实现上述目的，本发明装置的主要结构特征是至少包括一块浸入海面之下并位于离海面预定距离的板，该板的厚度与其它方向尺寸相比较薄，它通过固定于海底的绷紧的缆索固定在水中。

本发明装置的优点是结构简单，价格便宜，衰减效率高。

图1～图4是说明“水的波动墙”原理的图;

图5是当水深较浅时本发明实施例之一的衰减效率图;

图6是当水深较深时，产生“水墙”现象的模拟箱体图;

图7是当水深较深时本发明实施例之二的衰减效率图;

图8是本发明实施例之三的结构图;

图9是本发明实施例之四结构图;

图10是本发明实施例之五的结构图;

图11表示需要保护的堤防在其5、10、20、35和40米处的等深线，浪涛的主方向为H;

图12是保护图11中的堤防的本发明装置;

图13表示图12所示装置的衰减效率。

以下结合附图说明本发明的原理及实施例，首先解释一下什么是“水的波动墙”现象。根据装置所处位置的水深，分两种情形说明。

第一种情形。水深与入射波涛的波长相比较浅。

如图所示，一个平行六面体箱体，长度为L，高度为h，放在海底，恰好与入射的波涛φ_I垂直，间隔的波系列包括入射浪涛φ_I，反射波φ_R和被箱体折射的波φ_P。

如图2所示，设任意一个机械装置，例如一个液压作动器（1）牵引所述箱体，使其作水平往复移动，该移动相对于上述波系列，符合波动方程X（t）＝Ae^iwt，则入射波φ_r和φ_r，两个波系列将叠加，波及到所说箱体的各个侧面。

显然，如果正确调节作动器（1）的移动幅度，便总有可能使φ_R具有与φ_D同样的波幅，调节作动器的往复移动相位，又总有可能使φ_r的相位与φ_D相反，在φ_r和φ_D两波相互抵消之际，便得 到了一种理想的浪涛衰减器。

固体在惯性力、流体压力和联合效应作用下的运动符合牛顿方程。如图3所示，当用一个刚度为K的简易弹簧代替作动器（1）时，可以看到，至少总有一个波动周期，在该周期装置保持理想的衰减特性。在这种情况下，在箱体的前面，可看到一个完全的溅射现象。

可以给箱体质量一个M值，使K系数变为零，这时，就能通过箱体得到一个理想的浪涛衰减器，而不必以任何方式移动该箱体。

若箱体的高度h固定，则有一长度L，使上述的箱体质量M等于被它排开同体积的水的质量。这时，箱体只是相当于一个充满水的壳体，它只受到垂直的力。在这种情况下，去掉箱体侧壁是无碍的，这样，如图4所示便可用一块薄的水平板e代替箱体而得到一理想的浪涛衰减器。该水平板具有浮力，用绷紧的绳索2、2′固定。

换言之，在理论上有可能设想一种“理想的”浪涛衰减器，它仅仅通过一定尺寸的单块板，浸没在合适的深度，使得该板下在面的水层按所需波幅和相位水平波动，即可完全消除入射浪涛，得到理想的衰减。这就是所说的“水的波动墙”现象。

事实上，人们可以通过实际包含的参数的数目和大小，只寻求最大的衰减效率，即最佳效率。在给定条件下，这一效率可由以下公式得出：

R＝1- (输送的能量)/(入射的能量)

例如有一块长度L为12米，厚度e为0.24米的板，浸没在 11米深的水中，板离水面1.5米，从附图5可看到其百分效率R随浪涛周期变化的情况。该图表面，在这第一种情形，该效率在很宽的频率范围内都是很高的。

第二种情形，水深与入射浪涛波长相比较深。

为了得到实际的工艺形状，在这种情形下，用一模拟的箱体产生“水墙”现象。如图6所示，该箱体的上顶板P₁和下底板P₂之间的距离为高度h。

用与第一种情形同样的方法，可以测定与入射浪涛周期相应的效率。采用的装置由二块叠置的板构成，板长12米，厚0.24米，浸没在20米深的水中，下面一块板离海底14米，上面一块板离海底18米，亦即二板间距为4米。

图7表明上述装置在合理的周期范围内有非常满意的效率。

两对板可以串接，即沿着浪涛的路线设置;或者平行联用，即一对重叠在另一对之上。分别如图8和图9所示。当然，可以而且最好把上述二种型式的装置结合起来使用。

如图8所示，长浪涛衰减器放在前面，它由二块板3、3′组成，短浪涛衰减器放在后面，比前面的二块板较浅，由板4、4′构成。

图9显示了用三块重叠设置的板构成的装置，三块板平行操作。

具体的装置则应根据水的深度、潮汐规模、土壤条件、入射浪涛的特性、浪涛衰减器的操作情况而作出许多不同的型式。

因此，为了使浪涛衰减器最适合于给定地点，需考虑的参数很多。与采用原滞粘阻尼作用的现存衰减器相反，本发明给出了通过计算很容易掌握的波动特性中的水的波动墙现象，因此，从业已存在的 数字模型（流体动力学控制的优化、结构设计、传递到锚上的力等）即可构思整套的初步设计，而在具体实现该方案之前，仅需在小规模模型上做实验试测以证实一下理论预计的准确性即可。

图10表示一种结构的实施例，它处于潮汐大、水很深、海洋条件恶劣、封不能承受较大锚固力的不利自然条件下。两个成功的衰减装置由4块板P₁、P₂、P₃、P₄组成。P₁是主板，用于减少传送到锚上的动力;P₂用于衰减长波故态复萌，其浸没深度可变;P₁和P₂由卷筒5支撑着。P₃和P₄是用于衰减短波涛的双层板，其浸没深度可变，由卷筒5′支撑着。由于海洋条件的演变是非常缓慢的，所以缆索卷筒5和5′使板P₂和双层板P₃、P₄处于最佳浸没高度只需很低的功率。

这些卷筒的控制程度的高低取决于是否是所需的最佳状态，最佳状态是随潮汐大小或同时还随着海洋条件而变的。在上述第一种情形，该控制仅简单地由压力传感器致动，在上述第二种情况，该控制必须由微信息处理机进行。

此外，这些卷筒的控制也可以实时随动，以便利用板P₂或双层板P₃、P₄的撞击和颠簸运动来吸收入射波的全部或部分能量，以便回收这些能量或者作为卷筒操作的能源。

上述实施例因仅为了说明本发明，自然较简单，远不够详尽，本发明包括所有与利用“水的波动墙”原理来削减浪涛有关的内容，请注意本发明并不局限于本说明书开始时所列举的内容。

图11至图13说明本发明装置用于恶劣条件下保护堤防的实际情形。

图11表示要保护的堤防D在5、10、20、35和40米处的等深线，浪涛的主方向为H。

如图12所示，根据本发明，堤防通过一块板P保护，板的宽度为12米，厚1.2米，并与H方向垂直，放在35米深的水中，浸没在3米深处，该板用刚性轻质材料制成，涂有10毫米厚的表层，具有较大的上浮力。它通过系在离板端各一米的缆索C固连，缆索C的另一端系在相对于板纵轴线方向离每侧8米处的海底锚块上。这些索的刚度为每米10000吨，这些缆索在平行于波涛板方向上间隔10米。

图13表示图11所示装置的效率，可以看到其效率是非常令人满意的。当浪涛周期在4.5～7秒时，效率在80～100%之间。

可以认为，堤防D通过本发明装置的保护，在大多数情况下可以有效地防止浪涛的影响。而该装置的简单可行是显而易见的。

Claims (6)

1、一种安装在需要保护的场所的浪涛衰减装置，至少包括一块浸入海面之下的水平板，上述板的厚度与其它尺寸相比较薄，其特征在于：所述板凭借上浮力用一固定于海底的绷紧的缆索锚置于离海面预定距离的水中。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于：该装置包括两块浸没在不同深度的重叠的固定板，上述两板通过绷紧的缆索锚置在水中。

3、根据权利要求1或2的装置，其特征在于：它还包括一个控制装置用来改变至少上述板之一的深度。

4、根据权利要求3的装置，其特征在于：所述控制装置包括压力传感器和微处理机。

5、根据权利要求1的装置，其特征在于：所述装置包括两对水平相间的重叠板，其中一对板包括一块锚置在水中的主板和一块设置在主板上方、浸没高度可变以减弱长波涛的板，另一对板是减弱短波涛的双层板，其上有一改变双层板浸没高度的装置，该装置包括一卷筒以及根据潮汐大小和海洋条件控制卷筒以改变上述双层板浸没高度的装置。

6、根据权利要求5的装置，其特征在于：所述控制上述卷筒的装置由压力传感器和微处理机组成。

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