專利名稱:波濤衰減裝置的制作方法
眾所周知，在海洋工業(yè)上的眾多流動(dòng)部門，如果具有一種浪濤衰減裝置，它造價(jià)相當(dāng)便宜，很少需要維修，能抵抗惡劣的氣候條件，不妨礙低噸位航運(yùn)設(shè)備的航行，并且不影響現(xiàn)場(chǎng)的美觀效果，則將能獲得極大的效益。
在所有可能的此類裝置的申請(qǐng)中，可能會(huì)大致提到以下的例子-減少對(duì)港口和天然掩體的濺射-保護(hù)具有疲勞跡象的堤防-保護(hù)近海設(shè)備(各類海上鉆井平臺(tái)浸沒的貯存箱，等)-改善海上操作的安全性(拖運(yùn)設(shè)備，裝配預(yù)制件，回收油膜等)及盡其所能，-從波浪中回收能量。
目前提出大量的能產(chǎn)生此類效應(yīng)的系統(tǒng)。有關(guān)這一主題的詳盡統(tǒng)計(jì)，可見1971年5月出版的美國(guó)海軍部的報(bào)告R727。
然而，迄今為止所提出的各種裝置，所采用的部件一般都包含有衰減作用原自粘性的部件。但由于浪濤是一種周期性的波動(dòng)現(xiàn)象，我們將能看到，若采用根據(jù)對(duì)這些波動(dòng)現(xiàn)象的傳統(tǒng)的數(shù)字計(jì)算而得到的裝置，以產(chǎn)生衰減作用，將更有希望。而現(xiàn)在并不是這種情況，本發(fā)明的目的，正是要設(shè)計(jì)一種全新的系統(tǒng)，它基于所發(fā)現(xiàn)的定名為“水的波動(dòng)墻”現(xiàn)象，又通過(guò)對(duì)這一波動(dòng)現(xiàn)象的理論計(jì)算，使用該設(shè)施，達(dá)到實(shí)際所需要的結(jié)果，而該設(shè)施，小巧，便宜，緊湊。
為了幫助理解本發(fā)明，首先來(lái)解釋本發(fā)明依據(jù)的理論基礎(chǔ)。
水的波動(dòng)墻現(xiàn)象的描述根據(jù)設(shè)備所處位置水的深度，將考慮二種情況第一種情況水的深度與入射浪濤的波長(zhǎng)相比較淺對(duì)這種情況，我們假定，一平行六面體箱體，其長(zhǎng)度L，高度h，放在海底，恰好與入射的浪濤φI垂直;間隔的波的系列包括入射浪濤φI，反射波φR及被所說(shuō)的箱體折射的波φD。這可由附圖中的圖1說(shuō)明。
現(xiàn)在我們假定，任意的機(jī)械裝置，例如一個(gè)液壓作動(dòng)器(1)牽引所說(shuō)的箱體，使其呈往復(fù)水平移動(dòng)，對(duì)上述的波系列，符合方程X(t)＝Aeiwt，然后二個(gè)輻射波φr和φr′系列，將產(chǎn)生疊加，波及到箱體的各個(gè)側(cè)面。這可由附圖中的圖2說(shuō)明。
現(xiàn)在非常清楚，如果正確調(diào)節(jié)作動(dòng)器(1)的移動(dòng)波輻A，便總是有可能使φR具有與φD相同的波輻，調(diào)節(jié)作動(dòng)器往復(fù)移動(dòng)的相位，又總是有可能使φr的相位與φD相反，在φr和φD兩波相互抵消之際，便得到了一種理想的浪濤衰減器。
如果我們從數(shù)學(xué)角度寫起，固體在慣性力，水壓力和聯(lián)合效應(yīng)作用下的運(yùn)動(dòng)，符合牛頓方程?？梢钥吹?，當(dāng)作動(dòng)器(1)用一簡(jiǎn)易彈簧(剛度K)代替時(shí)，總是會(huì)出現(xiàn)至少一個(gè)波動(dòng)周期，在該周期內(nèi)，裝置保持理想的衰減特性。在這種情況下，就能在tK之前看到一純粹的濺射現(xiàn)象。這可由圖3說(shuō)明。
此外，我們還可找出一個(gè)箱體的質(zhì)量M值，使K系數(shù)變?yōu)榱?。這時(shí)，即能通過(guò)箱體得到一個(gè)理想的浪濤衰減器，而并不需要以任何方式驅(qū)動(dòng)這一箱體。
最后，對(duì)于箱體，若其高度h固定，則有一長(zhǎng)度L，使箱體的質(zhì)量M等于被它排開同體積水的質(zhì)量。這時(shí)，箱體只是相當(dāng)于一個(gè)充滿水的殼體，它只受到垂直作用的力。在這種情況下，不存在去掉箱體側(cè)壁的缺點(diǎn)，這樣，我們便用一薄薄的水平板θ代替箱體，得到了一理想的浪濤衰減器。水平板具有微小的上浮力，用繃緊的纜索2，2′固定。
換句話說(shuō)，在理論上，有可能設(shè)想一種“理想的”浪濤衰減器，它僅僅通過(guò)一定尺寸的單塊板，浸沒在合適的深度，限制在該板下面的水層，按所需的波輻和相位水平波動(dòng)，即可完全消除入射浪濤，得到理想的衰減。這就是所說(shuō)的水的波動(dòng)墻現(xiàn)象?？捎蓤D4說(shuō)明。
事實(shí)上，顯然是由于實(shí)際過(guò)程中所包括的參數(shù)的數(shù)目和大小，人們只能尋求得到最大的衰減效率，即最佳效率。在特定的條件下，這一效率可根據(jù)公式R＝1- (輸送的能量)/(入射的能量) 得到。
這樣，如對(duì)一塊長(zhǎng)度L＝12米，厚度e＝0.24米，浸沒在11米深的水中的離水面1.5米處的板，我們便能從附圖5看到其百分效率R，隨入射浪濤的周期而變化的情況。該圖表明，在這第一種情況下，效率在極寬的頻率范圍內(nèi)都非常高。
第二種情況水的深度與入射浪濤的波長(zhǎng)相比較深為了得到一實(shí)際的工藝形狀，在這種情況下，“水墻”現(xiàn)象將用一模擬的箱體產(chǎn)生。箱體在上頂板P1和下底板P3之間的距離為高度h。由圖6說(shuō)明。
與第一種情況相同的方法，可以測(cè)定入射浪濤的周期相應(yīng)的效率。采用的裝置為，二塊重疊的長(zhǎng)12米，厚0.24米的板，浸沒在20米深的水中，一塊離海底14米，另一塊離海底18米，即相互分開的距離為高度4米。
我們得到圖7的結(jié)果，它也表明在合理的頻率范圍內(nèi)有非常滿意的效率。
自然，可以且需要把二種類型的裝置結(jié)合起來(lái)使用，可串接，即在浪濤的路線上一種接著另一種，或平行聯(lián)用，即一種重疊在另一種上。這分別在圖8和圖9中說(shuō)明。
在圖8中，長(zhǎng)的浪濤衰減器放在前面，它由二塊板3，3′構(gòu)成。短的浪濤衰減器，放在后面比前面的二塊板較淺處，它由二塊板4，4′構(gòu)成。
與之相對(duì)，在圖9中，只用三塊重疊的板，即3，3′，4′，它們平行操作。
現(xiàn)在如果我們要考慮具體來(lái)實(shí)現(xiàn)此方案，則將根據(jù)以下條件作許多的變化-水的深度-潮汐的規(guī)模-土壤條件-入射浪濤的特性-浪濤衰減器的操作情況為了能在特定的地點(diǎn)，使衰減器處于最好的狀態(tài)，需要加以考慮的參數(shù)數(shù)目很多。但由于本發(fā)明指出了極易通過(guò)計(jì)算掌握的波動(dòng)特性中的水的波動(dòng)墻現(xiàn)象，因此無(wú)論所采用的裝置如何復(fù)雜，與現(xiàn)有的采用起衰減作用原自粘性影響的浪濤衰減器相比，本發(fā)明仍具有極大的優(yōu)越性。從業(yè)已存在的數(shù)學(xué)模型(流體動(dòng)力學(xué)控制，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳送到錨上的力等的最優(yōu)化)即可構(gòu)思整套的初步設(shè)計(jì)，而在具體生產(chǎn)之前，只需依據(jù)對(duì)小模型的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果來(lái)證實(shí)一下理論預(yù)計(jì)的準(zhǔn)確性即可。
舉一個(gè)實(shí)例，圖10提出了一種在不利的情況下可能的結(jié)構(gòu)，其中-潮汐較大-水很深-海洋條件非常惡劣-由于土壤條件限制，不能承受較大的錨力。
這種情況，可與圖8相比，二個(gè)成功的衰減裝置由下列四塊板構(gòu)成
如果考慮到海洋條件的演變總是非常緩慢這一因素，則纜索卷筒5和5′使板P2和雙層板(P3，P4)處于最佳浸沒高度，只需發(fā)出很低的功率就行。
根據(jù)是否是最理想化情況只需伴隨潮汐大小的同時(shí)還需伴隨海洋條件，這些卷筒控制的完善程度有高有低。在第一種情況，所需的控制只要用壓力傳感器帶動(dòng)即可，而在第二種情況，其控制則必須通過(guò)微信息處理機(jī)來(lái)帶動(dòng)。
此外，這些卷筒的控制，也可在實(shí)際時(shí)間內(nèi)隨動(dòng)，以利用板P2或雙層板P3，P4的連續(xù)撞擊和傾斜移動(dòng)，吸收入射波的全部或部分能量，以便回收這些能量，或僅僅把它作為卷筒操作時(shí)所需的能量來(lái)源。
上述實(shí)施例，因僅作為說(shuō)明，自然較簡(jiǎn)單，遠(yuǎn)不夠詳盡，但本發(fā)明包括的是所有與采用“水的波動(dòng)墻”原理以減弱重大的浪濤現(xiàn)象有關(guān)的內(nèi)容。可格外注意在本申請(qǐng)開始時(shí)列舉的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容并不全受其限制。
圖11到13說(shuō)明了本發(fā)明用于惡劣條件下保護(hù)堤防的實(shí)際情形。
圖11表示的是要保護(hù)的堤防(參考標(biāo)注D)，在5，10，20，35和40米處的等深線，浪濤的主方向H。
根據(jù)本發(fā)明，堤防通過(guò)一塊板P保護(hù)，如圖12所示。板的寬度12米，厚1.2米，并與H方向垂直，在35米深的水中，浸沒在3米處。該板具有較大的上浮力，用剛性輕質(zhì)材料制成，涂有10毫米厚的表層。它通過(guò)纜索C固定在離板每端1米處，由位于沿板的水平軸方向離每側(cè)面8米處的擋塊系在海底。這些纜索其剛度為每米10000噸，還有10米纜索位于與浪濤面平行的方向。
該系統(tǒng)所取得的效率見圖13，可以認(rèn)為是非常滿意的。即當(dāng)浪濤周期在4.5到7秒時(shí)，效率在80到100%之間。
可以認(rèn)為，堤防D通過(guò)本發(fā)明的裝置，大多數(shù)情況下可以有效地防止浪濤的影響。該裝置的簡(jiǎn)單可行是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.能衰減浪濤的影響以便保護(hù)海岸或近海地基結(jié)構(gòu)或裝置的方法，其特征在于，在入射浪濤到來(lái)時(shí)，產(chǎn)生一種波動(dòng)現(xiàn)象，也即出現(xiàn)一種“水的波動(dòng)墻”現(xiàn)象，以發(fā)生一系列輻射波，包括折射波的輻射波成分從所說(shuō)的“水的波動(dòng)墻”原理而形成向下液流，從而得到零或低波輻的合力。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于，所說(shuō)的波動(dòng)現(xiàn)象通過(guò)一平行六面體箱體產(chǎn)生，箱體放在一定的深度，與入射浪濤垂直，其質(zhì)量的大小能達(dá)到它所產(chǎn)生的波動(dòng)使其波輻和相位能抵消或極大地減弱從上述的地基結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生向下流的折射波，并能適應(yīng)大范圍的入射浪濤的周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1和2的方法，其特征在于，所說(shuō)的箱體由充滿海水的殼體構(gòu)成，箱體的尺寸，為其質(zhì)量等于它所排開體積水的質(zhì)量，所說(shuō)的殼體，只受到垂直方向的力。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1到3的方法，其特征在于所說(shuō)的波動(dòng)從總體上說(shuō)是包含在所述的殼體內(nèi)水的整體波動(dòng)，殼體沒有側(cè)壁，因此所說(shuō)的波動(dòng)現(xiàn)象即為“水的波動(dòng)墻”。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1到4的方法，其特征在于，所說(shuō)的“水的波動(dòng)墻”通過(guò)浸沒水中至少一塊板來(lái)產(chǎn)生，板與其它尺寸相比相當(dāng)薄，它離開海底的距離為位于能使上述板和海底之間的水的質(zhì)量，等于箱體的質(zhì)量，上述板只受到垂直力。
6.應(yīng)用權(quán)利要求
1到5所說(shuō)的方法來(lái)保護(hù)特定的場(chǎng)合的浪濤衰減裝置，其特征在于水的深度與入射浪濤的波長(zhǎng)相比較淺，裝置由一塊薄的水平板構(gòu)成，它浸沒在一定的深度，所說(shuō)的板系在剛性支持物上或它具有較小的上浮力，通過(guò)繃緊的纜索系住，因而所說(shuō)的“水的波動(dòng)墻”由所說(shuō)的板和海底之間的一整體水所形成。
7.應(yīng)用權(quán)利要求
1到5所說(shuō)的方法來(lái)保護(hù)特定場(chǎng)合的浪濤衰減裝置，其特征在于水的深度與入射浪濤的波長(zhǎng)相比較深，所說(shuō)的“水的波動(dòng)墻”在二塊重疊板之間產(chǎn)生，板浸沒在不同的深度，并保持在所說(shuō)的的深度。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6和7之一的裝置，其特征在于，為了擴(kuò)大該方法有效的頻率范圍，若干個(gè)這樣的“水的波動(dòng)墻”串接或平行聯(lián)用。
9.根據(jù)權(quán)利要求
6到8之一的裝置，其特征在于它由二塊或若干塊浸沒水中的在位于垂直距離內(nèi)相互重疊的板構(gòu)成，它們之間的水的波動(dòng)依照“水的波動(dòng)墻”現(xiàn)象進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求
6到8之一的裝置，其特征在于它由二塊或若干塊板構(gòu)成，板位于水平相間的位置，浸沒在一定的深度，板和海底之間的水的波動(dòng)依照“水的波動(dòng)墻”現(xiàn)象進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求
6到8的裝置，其特征在于，它由二種或若干種浸沒板的排列構(gòu)成，位于有一定水平間隔的位置，所說(shuō)的排列每種由二塊或若干塊重疊的垂直相間的板構(gòu)成，位于它們之間的水的波動(dòng)依照“水的波動(dòng)墻”現(xiàn)象進(jìn)行。
12.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求
1到5的方法的裝置，特征在于，它由至少一塊與其其它尺寸相比較薄的板構(gòu)成，浸沒在離開海底的可調(diào)的高度上。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12的方法，其特征在于至少設(shè)置一塊浸沒在水中的板，最理想情況是伴隨現(xiàn)場(chǎng)的特性(深度，潮汐大小)和入射浪濤的特性(周期和波輻)分別用壓力傳感器或微信息處理機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)浪濤的衰減。
專利摘要
能衰減浪濤的影響以便保護(hù)海岸或近海設(shè)備或裝置的方法，其特征在于，在入射浪濤到來(lái)時(shí)，產(chǎn)生一種波動(dòng)現(xiàn)象，也即出現(xiàn)一種“水的波動(dòng)墻”，以發(fā)出一系列輻射波，包括折射波的輻射波成分從所說(shuō)的“水的波動(dòng)墻”形成向下液流，從而得到零或低波輻的合力。
文檔編號(hào)E02B3/06GK86100335SQ86100335
公開日1986年8月6日 申請(qǐng)日期1986年1月21日
發(fā)明者里尼·伯奇特, 簡(jiǎn)·邁克爾·曼佐尼, 埃里克·蘭戴爾, 彼里·古維爾 申請(qǐng)人:研究開發(fā)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan