一种三维多向消波元件及其组件及其组件应用 【技术领域】
本发明属于海洋工程结构领域，涉及一种三维多向消波元件及其组件及其组件应用。
背景技术
为了防止港口、码头、航行船只、养殖区等结构受到较大波浪的影响，工程上会建造防波堤结构来使掩蔽水域有足够的水深和平稳的水面。浮式防波堤通常是由金属、钢筋混凝土和塑料等材料制造的浮式构件和锚泊系统组成的防浪设施。其具有施工快捷、易于搬移、不影响海水循环、建造费用随水深增大而增加较少等优点。
近几十年来，工程研究和设计人员对浮式防波堤进行了大量的研究和设计，也有部分结构形式被应用于实际工程中。浮体结构有排筏、气囊、空箱或其他特殊形体，常用铁锚系在沉块上。每道浮堤要有足够的宽度，有时需设数道浮堤才能有效地防浪，再加上其结构的活动性，常须考虑平面布置问题。但是，由于浮堤结构有较多的局限性，消波效果不理想，目前主要用于水深大而波浪小的水域或某些需临时防波设施之处。
【发明内容】
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种受波浪力较小且能达到较好消波效果的三维多向消波元件及其组件；另外，本发明还提供了该组件的应用。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种三维多向消波元件，其包括外圈面、位于外圈面中心轴位置的通孔、连接于通孔与外圈面之间的片状分隔结构及设于片状分隔结构表面上的鳍结构。
该片状分隔结构由多个中部预留通孔位置的片状分隔板拼接而成。
该片状分隔板的数量为四个，且其宽度尺寸均可不相同。
该片状分隔板为直板形结构，且鳍结构由通孔外壁位置延伸至外圈面内壁位置。
该片状分隔结构在外圈面轴向的通透率为10％～60％。
一种三维多向消波组件，该组件由多个三维多向消波元件沿其轴向串接而成，该三维多向消波元件包括外圈面、位于外圈面中心轴位置的通孔、连接于通孔与外圈面之间的片状分隔结构及设于片状分隔结构表面上的鳍结构。
该组件由多个大小相隔并呈周期性排布的三维多向消波元件组成。
该组件利用缆绳穿过其通孔将多个三维多向消波元件串接一起。
一种三维多向消波组件的应用，该组件通过串接相同数量的三维多向消波元件形成等长的链状结构，多条链状结构通过刚性或柔性纵向并接组成浮堤主体结构，并通过浮筒及锚泊系统固定在指定海域，使组件的轴线方向与波浪和水流的主要方向一致。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明可同时在轴向、径向和周向三个维度上产生消波及阻滞水流运动的效果。来流速度可以分解为轴向、径向和周向三个方向，消波组件顺着波浪和水流的方向是片状分隔结构，通过改变水流流动方向，影响水质点圆周运动，破坏波浪传播；周向通过鳍结构阻挡水流及波浪运动；径向通过大小相隔的外圈面改变水流及波浪运动。该消波组件构成防波堤可在整体上反射大尺度的波浪，同时通过消波组件消耗小尺度波浪能量，减小堤后波高，减缓水流速度。这种防波堤，结构简单，施工快速，消浪效果突出，易于搬移，建造费用随水深增大而增加较少，不影响海水循环，锚泊力小，是具有广泛应用前景的防波堤。
【附图说明】
图1为本发明三维多向消波元件的结构示意图；
图2为本发明三维多向消波组件的结构示意图；
图3a为本发明三维多向消波组件在网箱养殖领域中的应用的结构示意图；
图3b为图3a中链状结构的示意图。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1所示，一种三维多向消波元件，其包括外圈面3、位于外圈面3中心轴位置的通孔4、连接于通孔4与外圈面3之间的片状分隔结构1及设于片状分隔结构1表面上的鳍结构2。其中该外圈面3可为圆筒形结构，通孔4可用于轴向固定。
该片状分隔结构1由多个中部预留通孔位置的片状分隔板拼接而成。本实施例中，该片状分隔板的数量为四个，具体的，四个片状分隔板拼接后呈一“米”字结构，且四个片状分隔板的宽度尺寸均可不相同。
该片状分隔板为直板形结构，且鳍结构2由通孔4外壁位置延伸至外圈面3内壁位置。
每个片状分隔结构在轴向的通透率为10％～60％。
本发明还提供了一种三维多向消波组件，如图2所示，该组件由多个三维多向消波元件5沿其轴向串接而成，该三维多向消波元件5包括外圈面3、位于外圈面3中心轴位置的通孔4、连接于通孔4与外圈面3之间的片状分隔结构1及设于片状分隔结构1表面上的鳍结构2。该组件由大小相隔并呈周期性排布的三维多向消波元件组成。该组件利用缆绳穿过其通孔将多个三维多向消波元件串接一起。
该组件可同时在轴向、径向和周向三个维度上产生消波及阻滞水流运动的效果。来流速度可以分解为轴向、径向和周向三个方向，消波组件顺着波浪和水流的方向是片状分隔材料，通过改变水流流动方向，影响水质点圆周运动，破坏波浪传播；周向通过鳍阻挡水流及波浪运动；径向通过大小相隔的圆柱面改变水流及波浪运动。
本发明还提供了一种三维多向消波组件的应用，如图3a及3b所示，该组件通过串接相同数量的三维多向消波元件5形成等长的链状结构，多条链状结构通过刚性或柔性纵向并接组成浮堤主体结构6，链状结构之间可通过缆绳7按堤线顺序整齐排列，可拼装成任意纵向长度的浮堤主体结构6，并通过浮筒8及锚泊系统固定在指定海域，使组件的轴线方向与波浪和水流的主要方向一致。
根据实际应用的海域水深、地质与波浪和水流的方向、波高、波长等条件确定浮堤主体结构地长度、宽度、方位及其与海底连接的方式，进而确定三维多向消波组件的尺寸、透空率及质量。
该措施可以减小堤后波高，减缓水流速度，保护堤后的网箱养殖系统10。由于结构简单，施工快速，在实际应用中可根据需求任意增加主体结构或进行搬移。其建造费用与固定式防波堤相比，随水深增大而增加较少，且不影响海水循环，消波效果可达30～60％。
根据波高与水深成反比的原理，在水深变化显著的海面铺设这种浮堤，对消减波浪、阻挡水流能起显著的效果。因此，本发明还可推广到港湾围护、港池围护、海上护航等多种需要掩蔽水域，以获得风浪小、平稳水面的领域，是一种具有广泛应用前景的防波堤。