一种用于阻风阻流与消波的多功能装备

1.本发明涉及海洋工程技术，特别涉及一种用于阻风阻流与消波的多功能装备。


背景技术：

2.近年来，大量的海洋开发装备在海洋上建立，但是这些海洋开发平台具有体积大，建造周期长的特点，由于海上天气复杂多变，正在建造中的以及建造完成的海洋平台在复杂的风浪流的作用下，易发生破坏甚至倾覆的风险，这严重威胁了海洋平台的安全性以及海洋平台的建造进度。
3.其次，近海旅游业以及海上养殖业等也随之发展起来。但是由于海洋上风浪流环境复杂且不可控，对海洋养殖业来说，流速过大将导致养殖的鱼类发生死亡，风浪过大将导致养殖网箱发生破坏以及倾覆，造成养殖的鱼类逃跑，这给养殖户造成巨大的损失，不利于海洋养殖行业的发展；对近海旅游业来说，大的风浪流环境条件将会导致一些建造的游乐设施被破坏，对游客的人身安全造成潜在的威胁，不利于近海旅游业的发展。
4.因此，发明一种具有移动方便、安装简捷的阻风阻流与消波的多功能装备迫在眉睫。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的是提供一种用于阻风阻流与消波的多功能装备，实现以流阻流、以风阻风、以风阻流的目的，同时实现风能的二次利用。
6.技术方案：本发明的一种用于阻风阻流与消波的多功能装备，包括阻风舱、风机、浮体结构、阻流网管和锚链；
7.阻风舱包括至少两个独立的密封舱室、若干进风支管和若干进风总管，其中前端两个舱室成“v”字型排布，其余舱室分别设置在前端两个舱室后端部，各舱室前后壁上均设有若干风孔，进风支管的一端与舱室后壁上的风孔连通，另一端与竖直设置在舱室后方的进风总管侧壁连通，且每个进风总管与多个进风支管连通；
8.风机包括空心圆管支架、联动机构和叶片，叶片通过联动机构与空心圆管支架连接；
9.浮体结构内部设有空腔，浮体结构的迎浪面设置多个进水孔，下端面设置多个出水孔，进水孔和与其对应的出水孔之间通过管道在浮体结构内部形成半圆形回流孔道，出水孔出流方向与进水孔来流方向成设定角度；
10.阻流网管包括若干纵横交错设置的管道，且纵横交错的管道之间相互连通；
11.阻风舱固定设置在浮体结构上端面，且“v”字型结构底部设置在迎风端，进风总管下端与浮体结构内部空腔连通，上端封闭；风机设置在阻风舱“v”字型开口部，其空心圆管支架底部与浮体结构上端面固定，空心圆管支架内部空腔与浮体结构内部空腔连通；阻流网管上部固定在浮体结构下端面，下部伸入海水中，纵向管道的上端与浮体结构内部空腔连通，且浮体结构内部通向纵向管道的进气口高度高于浮体结构的吃水高度；浮体结构的
底部通过锚链实现系泊定位。
12.优选的，位于后端部的舱室与前端的舱室呈预设角度连接。
13.优选的，在进风支管与进风总管连通的一端部设有管道活塞，使得气体只能从进风支管向进风总管流通，而不会反向流通。
14.优选的，在进风总管与浮体结构内部空腔连通的一端部设有管道活塞，使得气体只能从进风总管向浮体结构内部空腔流通，而不会反向流通。
15.优选的，联动机构包括活塞、连杆、曲轴、风机支座和风机转子，活塞设置在空心圆管支架内，活塞上端与连杆底部连接，连杆上部与曲轴连接，风机支座罩设在空心圆管支架上端部，曲轴安装在风机支座上，且一端伸出风机支座与叶片转子连接，叶片均匀安装在叶片转子上，浮体结构内部空腔的高压气体带动活塞运动，活塞通过连杆带动曲轴做圆周运动，叶片转子随曲轴一起做圆周运动，进而带动叶片旋转产生反向气流。
16.优选的，在空心圆管支架上位于活塞向上运动最大位移的下方位置开有一排气孔。
17.优选的，在曲轴与风机支座连接处设置一棘轮，棘轮固定安装在曲轴上，棘轮与风机支座内表面的棘爪配合，使得叶片转子仅沿一个方向旋转运动。
18.优选的，浮体结构水上部分迎浪面为一斜波，水下部分沿纵向为阶梯状，由迎浪面向后方型深逐渐增大；进水孔为喇叭形，设置在斜坡迎浪面及阶梯状迎浪面上，出水孔设置在浮体结构各阶梯状下端面上，且出水孔孔径小于进水孔孔径。
19.优选的，阻流网管的纵横交错的管道的相交点上设置有喷嘴，且在纵横交错的管道之间设置网衣，阻流网管最上端横向管道通过管夹连接在浮体结构的下端面。
20.本发明的一种用于阻风阻流与消波的多功能系统，该系统包括多个所述的装备，且每个装备的浮体结构纵向首尾拼接固定。
21.有益效果：与现有技术相比，本发明的技术效果为：(1)本发明的浮体结构开孔采用的孔道为回流孔道，进水孔为迎流方向，出水孔位于浮体结构下表面，与来流方向呈一定角度喷射出水。孔道的出水孔尺寸小于进水孔尺寸，由于流体的不可压缩性，会在出水孔产生喷嘴效应，加大了出水速度，对来流具有更好的阻挡效果，实现了以流阻流的目的；(2)本发明的阻风舱由双层阻风板组成，第一层阻风板表面开有风孔，对来风产生消减作用，第二层阻风板风孔后侧与进风支管和进风总管连通，通过进风支管和进风总管把高速流动的空气收集到浮体结构内部空腔中，实现了风能的二次利用；(3)本发明的风机通过浮体结构内部收集的高压空气推动活塞驱动，产生了反向气流，对上方风产生抵挡作用，实现了以风阻风的目的；(4)本发明的阻流网管内部空腔与浮体内部空腔相通，浮体结构内部高压气流通过阻流网管流动，沿着喷嘴向来流方向喷射，实现了以风阻流的目的；(5)本发明为浮式结构，相比于固定式结构，造价便宜、结构简单、移动方便快捷，可适应不同海域不同作业环境，环境适应能力强。(6)本发明装备可以作为单元模块拼装成系统使用，增大阻风阻流与消波的效果。
附图说明
22.图1是本发明的立体结构示意图；
23.图2是本发明的总体结构侧视图；
24.图3是阻风舱立体结构示意图；
25.图4是阻风舱结构局部细节图；
26.图5是管道活塞立体结构图；
27.图6是管道活塞剖面示意图；
28.图7是风机结构局部剖面图；
29.图8是风机结构局部细节图
30.图9是浮体结构立体示意图；
31.图10是浮体结构侧剖面图；
32.图11是阻流网管局部细节图；
33.图12是阻流网管安装细节图；
34.图中：1-阻风舱；2-风机；3-浮体结构；4-阻流网管；5-锚链；6-风孔；7-进风支管；8-进风总管；9-风机空心圆管支架；10-活塞；11-连杆；12-曲轴；13-风机支座；14-叶片转子；15-管道活塞；16-吊耳；17-进水孔；18-出水孔；19-管夹；20-阻流网管进气口；21-阻流网管道；22-喷嘴；23-网衣；24-排气孔；25-棘轮；棘爪-26；螺栓孔-27。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
36.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在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.如图1和图2所示，本发明的一种用于阻风阻流与消波的多功能装备，包括：阻风舱1、风机2、浮体结构3、阻流网管4和锚链5，阻风舱1设置于浮体结构3上端面，用于抵挡低空的风流；风机2设置在浮体结构3上端面，位于阻风舱1背风面的后方，用于抵挡高空风流；浮体结构3沿纵向为不对称形状，除了具有消波的功能，还具有阻流效果，同时为整个装备提供浮力；阻流网管4上端设置于浮体结构3下端面，下部伸入海水中，浮体结构3实现表面流的抵挡，深水流依靠阻流网管4阻挡；因此，阻风舱1和风机2组成整个装备的阻风系统，浮体结构3为整个装备的消波系统，浮体结构3及位于浮体结构3下方的阻流网管4组成整个装备的阻流系统，锚链5为整个装备的系泊系统。如图1所示，本实施例中风机2共设置三个，沿浮体结构3纵向呈三角形布置。
39.如图3和图4所示，阻风舱1包括至少两个独立的密封舱室、若干进风支管7和若干进风总管8，本实施例中阻风舱1包括四个独立的密封舱室，独立舱室之间相互隔断不贯通，保证相对阻风舱1斜向来风时，空气从独立舱室中直接进入浮体结构3内部空腔而不会从相邻舱室进风孔流走；位于前端的第一舱室和第二舱室呈“v”字型排布，后端的第三舱室和第四舱室分别设置在第一舱室和第二舱室后端，且与第一舱室和第二舱室呈一定角度连接，相较于整个舱室呈“v”型排布，可以增加阻风舱1的受风面积，以及增大阻风舱1背风区域底部的面积(由于浮体结构3上端面面积固定，当整个舱室呈“v”型排布时，为了增加舱室数
量，前端两个舱室夹角较小；当后端舱室与前端舱室呈一定角度时，前端两个舱室夹角可以增大，后端两个舱室往内收，这样就保证了整个阻风舱的受风面积及背风区域底部面积增大)，方便风机2的安装以及进风支管7和进风总管8的装配作业；各舱室均由前后两层阻风板、左右两层侧板以及上下两层底板组成一个密闭的空间，前后两层阻风板上均开有若干风孔6；进风支管7一端与舱室的第二层阻风板连接，并与第二层阻风板上的风孔6连通，另一端与进风总管8的侧壁连接，并与进风总管8内部空腔连通；进风总管8下端与浮体结构3上端面连接，且进风总管8内部空腔与浮体结构3的内部空腔相通，进风总管8上端封闭，与外界大气隔绝；装备迎风面来风，一部分来风从舱室的第一层阻风板上的风孔6透过去，一部分来风顺着第一层阻风板外缘流通从而改变来风的方向；由第一层阻风板上的风孔6通过的来风经第二层阻风板上的风孔6进入进风支管7内部，然后再经进风总管8进入浮体结构3内部空腔，进而风孔6、进风支管7和进风总管8将透过的空气流集中收集到浮体结构3内部空腔，在浮体结构3内部空腔形成高压气流。
40.如图5和图6所示，为了保证浮体结构3内部空腔内的高压气体不会从其他进风支管7溢出，在进风支管7与进风总管8连接的管道末端设置管道活塞15，当外部气压高于浮体结构3内部空腔的内部压力时，气体推动管道活塞15向前(由风孔6向进风总管8方向)移动到设定位置，气体从管道活塞15表面开孔进入进风总管8内部空腔，然后进入浮体结构3内部空腔；当浮体结构3内部空腔压力高于进气压力时，内部气体推动管道活塞15反向(由进风总管8向风孔6方向)运动到设定位置，将进风支管7封死，保证进风支管7气体只进不出(即气体只能从进风支管7向进风总管8流通，而不会反向流通)，进而保证浮体结构3空腔内部压力。
41.同理，在进风总管8与浮体结构3内部空腔连接的管道末端也可以设置管道活塞15，以保证进风总管8气体只进不出(即气体只能从进风总管8向浮体结构3内部空腔流通，而不会反向流通)，进而保证浮体结构3空腔内部压力。
42.如图7所示，风机2包括空心圆管支架9、活塞10、连杆11、曲轴12、风机支座13、叶片转子14和叶片，空心圆管支架9分成两部分，下半部分呈圆台型，底部与浮体结构3上端面连接，空心圆管支架9内部与浮体结构3内部空腔相通，空心圆管支架9上半部分为圆柱型，与空心圆管支架9下半部分连接且内部空腔相通，整个空心圆管支架9呈底部大，上端管径逐渐减小直到均匀的形状，底部大可以增加与浮体结构3上端面的接触面积，保证整个风机2强度，同时空心圆管支架9上端管径小于底部，可以增加上端空气压力，进而有效的推动上端活塞10运动；活塞10设置在空心圆管支架9上半部分圆柱型空心圆管内部，可以沿着圆管内表面做上下运动，活塞10上端与连杆11底部通过铰接方式连接，连杆11与活塞10之间可以发生相对转动；连杆11上端与曲轴12铰接，当连杆11旋转时，可以与曲轴12之间发生相对转动；曲轴12安装在风机支座13上，与风机支座13上开孔同心配合，且一端伸出风机支座13表面与叶片转子14连接；叶片连接在叶片转子14上。当浮体结构3内部空腔内的高压气体进入空心圆管支架9中，高压气体带动活塞10沿着空心圆管支架9内部空腔管壁上下运动，活塞10通过连杆11带动曲轴12做圆周运动，曲轴12带动叶片转子14与其一起做圆周运动，进而带动叶片通过旋转产生反向气流，从而达到阻风的效果。
43.如图7所示，进一步的，风机2的空心圆管支架9上半部分上开有一排气孔24，位于活塞10向上运动最大位移的下方位置，当活塞10位于最大位移位置时，空心圆管支架9内部
高压空气从排气孔24排出一部分风，释放空腔内部压力，当活塞10返程时，空腔内部压力小于活塞向上运动时浮体结构3的内部空腔压力值活塞10可正常运动。
44.如图8所示，进一步的，为保证叶片转子14绕一个方向旋转，在曲轴12与风机支座13连接处设置一棘轮25，棘轮25固定连接在曲轴12上，两者之间不可发生转动，且棘轮25侧面与风机座13内表面重合，棘爪26设置在风机座13内表面上，与棘轮25配合，当棘轮25顺时针旋转时，棘爪26在棘轮25齿背上滑过，逆时针运动时，棘爪26插入棘轮25齿槽里，阻止棘轮25运动，保证叶片转子14仅可沿一方向运动。
45.如图9和图10所示，浮体结构3为一空心结构，浮体结构3水上部分迎浪面为一定角度的斜坡，浮体结构3水下部分沿纵向为阶梯状，由迎浪面向后方浮体结构3型深逐渐增大，对波浪产生削减作用，进而达到消波效果；浮体结构3斜坡迎浪面及阶梯状迎浪面上均设有多个喇叭形进水孔17，且沿着浮体结构3横向均匀分布，浮体结构各阶梯状下端面上设置有与喇叭形进水孔17相对应的出水孔18，各喇叭形进水孔17和与其对应的出水孔18通过管道直接连通形成多个水流通道，水流通道在浮体结构3内部形成半圆形回流孔道，水流通道与浮体内部3空腔隔绝，与外界相通，且出水孔18出流方向与进水孔17来流方向呈小于90度的夹角。出水孔18孔径于进水孔17孔径，当一定流速的流体进入水流通道时，出水孔会产生喷嘴效应，加大流速，从而对来流产生一个反向作用力，起到阻流效果。同时，浮体结构3水上部分迎浪面设置的斜坡，在波浪爬坡时会消耗波浪的能量，其次一部分波浪在爬坡时进入斜坡上的喇叭形进水口17中，对波浪起到紊乱的作用，进而达到消波的效果。
46.如图11和图12所示，阻流网管4主要由横向以及纵向交错的橡胶管道21、喷嘴22以及网衣23组成。管道21沿着纵向以及横向交错均匀分布，形成网管的主体结构，纵向管道上端与浮体结构3内部空腔连通，且纵向管道在浮体结构3空腔内向上继续延伸(可以将纵向管道加长或者在纵向管道上连接一个管道)，直到纵向管道最上端高于浮体结构3吃水位置，保证浮体结构3内部通向阻流网管4的进气口20高度高于浮体结构3吃水高度，纵向管道和横向管道21之间相互连通，喷嘴22布置在纵横向管道相交点上，喷嘴22侧面及前端开有若干孔，并与纵横向管道内部相通，浮体结构内部高压气流通过阻流网管流动，沿着喷嘴22开孔方向喷射，产生阻流效果，实现了以风阻流的目的；网衣23布置在纵横向管道21之间，用以减小纵横向管道之间的空隙，具有一定的阻流作用。管夹19为阻流网管4与浮体结构3之间的连接结构，管夹19上半部分与浮体结构3下端面固定连接在一起，阻流网管4最上端横向管道通过管夹19下半部分与浮体结构3下端面的管夹19上半部分连接，管夹19上下部分两侧预留螺栓孔27，管夹19上下部分采用螺栓连接；进而将阻流网管4上端固定在浮体结构3下端面上。
47.如图9和图10所示，浮体结构3下端面上设置有吊耳16，锚链5上端与吊耳16连接，下端与位于海底的锚块连接，从而实现整个装备的系泊定位。
48.在使用时，根据具体海况可以将上述多个装备拼接使用，即将装备的浮体结构3纵向首尾拼接固定，形成一个阻风阻流与消波的多功能系统。
49.本发明的一种用于阻风阻流与消波的多功能装备，包括阻风系统、阻流系统、消波及系泊系统。阻风系统主要由阻风舱及风机两个主要部分组成，阻风舱1与风机2及浮体结构3空腔之间通过若干管道连接且相通。阻流系统依靠浮体结构3以及阻流网管4实现，阻流网管4与浮体结构3内部空腔连接相通。当海上来风时，阻风舱1将高速流动的空气收集到浮
体结构3内部空腔中，收集的高压空气将驱动上侧风机2旋转产生反向风流，达到以风阻风的目的；高压气体也将从下侧网管喷嘴22喷射空气，达到以风阻流的目的。中间浮体结构3通过回流孔道，将来流方向改变，达到以流阻流的效果。系泊系统为整个装备提供系泊定位的功能。