一种可调节坡高的消波系统及使用方法

摘要

本发明公开了一种可调节坡高的消波系统及使用方法，包括消波装置，所述消波装置包括底座框架，所述底座框架两侧均连接可伸缩弧形边框，可伸缩弧形边框之间连接有抛物面倾斜滤网，所述弧形边框一端与底座框架转动连接，弧形边框另一端与升降装置配合；所述滤网下部设置蓄水装置，蓄水装置与回水管连接。消波装置的弧形设置和坡度可调性以及高密度钢筋滤网针对不同波浪的调换，都能够增加消波距离，扩大对波浪大小和能量的适用性，提高消波效率，符合经济性原理。高密度钢筋滤网能够保证波浪完全冲上消波装置后而全部落到蓄水区且不产生回水，防止回水对原波浪造成影响，导致实验数据出现问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可调节坡高的消波系统及使用方法，主要用于模型试验中消除试验装置对波浪的阻挡而引起的反射波。

背景技术

模型试验是在实验室中再现复杂工程问题的一种合理有效的技术。海洋、河流等储水地质形态由于面积较大，其底部边坡的破坏过程不易观察，然而工程中有时需要了解其底部边坡在水力作用下的破坏机理。因此，为了再现这种破坏形式，可以在实验室中设置合理的边界条件，采用简化的模型模拟其发生破坏的过程。海洋等储水地质形态相对于单个波浪面积广大，可以水域简化为半平面无限体，波浪在表面自由运动，然而在实验室中，波浪的运动必然会受到实验装置边界的影响，为了降低实验装置对波浪运动造成的尺寸效应，必须对其采取合理的措施，降低波浪等非实验因素造成的影响。

按照流体力学中的观点，随着波形向前传播，水做为质点在波浪的作用下围绕平衡后的位置做圆周运动，波浪在水平面上产生的最大幅度即是其半径，但其运动半径产生的影响随深度增加而逐渐减小，直到把影响消除。实验装置的边界对波浪产生反射作用，反射波浪会在实验装置做反运动，扰动原波浪的形态及波幅，造成复杂的乱波，导致实验达不到预期的设想。上述乱波在现实中极少存在，其影响可以忽略不计，但在尺寸限制的模型实验装置中，其影响不能忽略，因此必须在实验装置中安装消波装置，减小甚至消除乱波的影响，提高实验精度。

根据调查研究，市面上应用普遍的消波装置可分为以下三类，第一类：简单的设置成斜坡状，形成类似于沙滩、河滩等重力式的简易消波装置，其优点是兼具功能性和经济性，缺点是采用重力消波，若坡度设置过高易导致其回水速度过大，造成对有效波浪的影响，过低造成消波装置延伸较长，对模型试验尺寸造成浪费；第二类：在第一类斜坡上铺设尼龙等粗糙制品做为阻流装置，其优点是消波作用进一步加强，缺点是铺设粗糙的材料难度较大，对材料阻水、渗水性要求较高；第三类在坡面以矩阵方式排布方孔，其消波作用在实际海岸线及河岸线比较实用，在有尺寸限制的模型试验中，其消波作用有待进一步提高。上述材料共同的缺点是只对某些范围或者特定的波段具有消除作用，而对于不同的波段其消波能力明显不足。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种可调节坡高的消波系统及使用方法，针对波浪的大小和能量可以改变消波装置的坡度，提高消波效率，扩大适用范围。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种可调节坡高的消波系统，包括消波装置，所述消波装置包括底座框架，所述底座框架两侧均连接可伸缩弧形边框，可伸缩弧形边框之间连接有抛物面倾斜滤网，所述弧形边框一端与底座框架转动连接，弧形边框另一端与升降装置配合，由升降装置带动弧形边框伸缩调整消波装置的坡度；所述滤网下部设置蓄水装置，蓄水装置与回水管连接。将滤网设置在可伸缩弧形边框上，滤网呈抛物面倾斜状，且可伸缩弧形边框可与升降装置配合调整消波装置的坡度，增加消波距离，扩大对波浪大小和能量的适用性，提高消波效率。

所述底座框架为L型结构，L型结构底边端部与联动杆转动连接，所述联动杆两端均与弧形边框一端连接；将底座框架设置成L型结构，在底座框架两端与弧形边框连接时，可保证弧形边框及滤网呈一定弧度，更好的保证消波效果。

所述L型结构竖边端部与连接杆滑动连接，所述连接杆两端均与弧形边框另一端连接；在需要调整弧形边框的高度时，由连接杆在底座框架上滑动，带动弧形边框移动调整。

所述连接杆下部与升降装置连接，升降装置设置于底座框架上；将升降装置设置在连接杆下部，再由连接杆与底座边框滑动连接，可由升降装置带动连接杆滑动进而带动弧形边框调整高度。

所述弧形边框包括第一管状结构和套接于第一管状结构内部的第二管状结构，第二管状结构可沿第一管状结构内壁滑动；所述第一管状结构和第二管状结构侧壁上均留有与滤网固定配合的通缝；设置相套接的两个管状结构，内部的管状结构可沿外部的管状结构滑动，进而与升降装置配合后即可调整消波装置的坡度，结构简单，调整方便；设置通缝，使滤网与弧形边框的连接更为简单可靠，且在更换滤网时也更容易。

优选的，所述第二管状结构的外径和第一管状结构的内径相同；使第一管状结构和第二管状结构之间不会有更多的间隙，使两者之间的配合更可靠，且可以避免波浪冲上消波装置时由两者之间的缝隙进入内部，造成清理的困难。

所述蓄水装置为由多个倾斜侧面组成的倒金字塔形结构，倒金字塔形结构底部回水管连接；在模型试验尺寸限制的情况下将蓄水装置设置成倒金字塔形结构效率最高，同时在蓄水装置底部连接回水管，回水管底部与试验装置的深水区连接，把水及时回流到试验装置内，使水量保持一定。

所述升降装置与控制器连接；升降装置由控制器控制，即消波装置的坡度调节由控制器控制，可以防止人为因素在实验中造成的影响，提高结果的准确性。

所述回水管内部设置多个减速网；防止水流回实验装置底部时速度过大，对底部水的流态产生影响。

优选的，相邻减速网的网格方向呈30～60°交叉设置；可最大程度保证减速网的减速效果，降低水在重力作用下产生的动能。

一种可调节坡高的消波系统的使用方法，包括以下步骤：

根据试验要求的波浪大小和能量，选择合适密度的滤网；

组装消波系统，并根据波浪大小利用升降装置调整消波装置的坡度；

进行试验，波浪冲上消波装置时，经由滤网进入蓄水装置，由回水管进行回水。

本发明的工作原理为：

在底座框架上设置可伸缩弧形边框，弧形边框之间设置滤网，可伸缩边框一端可绕与底座框架的连接处转动，另一端与升降装置配合可实现根据波浪情况调整消波装置的坡度，增加消波距离，提高消波效率；且滤网的设置可以在波浪冲上消波装置时流入蓄水装置，不会产生回水，避免了回水对原波浪的影响，保证了试验的准确度。

本发明的有益效果为：

(1)消波装置的弧形设置和坡度可调性以及高密度钢筋滤网针对不同波浪的调换，都能够增加消波距离，扩大对波浪大小和能量的适用性，提高消波效率，符合经济性原理。

(2)各类型的装置可组装拆卸性，如：消波装置、回水装置、升降装置等，可以提高实验装置的使用年限。

(3)高密度钢筋滤网能够保证波浪完全冲上消波装置后而全部落到蓄水区且不产生回水，防止回水对原波浪造成影响，导致实验数据出现问题。

(4)消波装置高度的调节由计算机控制，可以建立波浪与消波装置高度的正相关关系，尤其对于大型复杂的波浪模拟实验可以防止人为因素在实验中造成的影响，提高结果的准确性。

(5)回水装置的设置能够最大程度的保证模型试验装置中水量的恒定，避免水量的变化给实验结果带来得影响；并且在回水管内设置交叉多级减速网，能够降低高速回水对深部水流流态的影响，避免非实验变量对实验的干扰。

附图说明

图1本发明消波系统整体示意图；

图2本发明可伸缩弧形边框示意图；

图3本发明回水管内多个减速网示意图；

图中，1底座框架，2滤网，3可伸缩弧形边框，4蓄水装置，5轴承，6联动杆，7升降装置，8控制器，9回水管，10减速网，11连接线，12对接焊缝，13通缝，14连接杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，可调节坡高的消波系统主要是由消波装置、回水装置、升降装置组成。

消波装置是由底座框架1、滤网2、可伸缩弧形边框3组成，底座框架1采用整块钢板冲切而成，在一定程度上可提高抗压及抗弯刚度，在底座框架1上设置足够螺栓孔，用于安装可伸缩弧形边框3、升降装置及回水装置，底座框架1前部两侧螺栓固定轴承5，带有榫接凹孔的联动杆6穿过轴承5，可随轴承5转动，二者组成转动装置；滤网2通过内边框固定在可伸缩弧形边框3的通缝13中，可伸缩弧形边框3前端能够与联动杆6上的榫接凹孔连接在一起，与转动装置、升降装置协调运动。

底座框架1为L型结构，L型结构底边端部通过轴承5与联动杆6转动连接，联动杆6两端均与可伸缩弧形边框3一端连接，L型结构竖边端部与连接杆14滑动连接，连接杆14两端均与可伸缩弧形边框3另一端连接；将底座框架1设置成L型结构，在底座框架1两端与弧形边框3连接时，可保证弧形边框3及滤网2呈一定弧度，更好的保证消波效果。在需要调整弧形边框3的高度时，由连接杆14在底座框架1上滑动，带动弧形边框3移动调整。连接杆14下部与升降装置7连接，升降装置7设置于底座框架1上；将升降装置设置在连接杆14下部，再由连接杆14与底座框架1滑动连接，可由升降装置7带动连接杆沿底座框架1滑动调整高度，进而带动弧形边框3伸缩，调整坡度。

回水装置由安装在滤网2下方具有倾角的蓄水装置4及深长回水管9组成，蓄水装置4呈倒金字塔形状，蓄水装置4底部与深长回水管9连接，回水管9底部与模型试验架深水位处连接，把水及时回流到实验装置内，使水量保持一定，及时把减速后的水流回到实验系统内，防止水量变化对实验数据造成的影响。

倒金字塔形的蓄水装置4是由四块成45°倾角的钢板通过对接焊缝12焊接而成，在模型试验尺寸限制的情况下效率最高。

回水管9内端部间隔布置多级减速网10，相邻减速网10网格呈45°交叉放置(如图3所示)，可最大程度降低水在重力作用下产生的动能，防止水流回实验装置底部时速度过大，对底部水的流态产生影响。

升降装置是由控制器8和升降装置7组成，控制器8和升降装置7通过连接线11连接，升降装置7在控制器8的控制下带动可伸缩弧形边框3升高或降低，引起消波装置的升降和坡高的改变。

控制器8根据真实波浪大小按照实验比例调试好的程序，对不同波浪的大小和能量，随时调节升降装置7的升降，以此带动可伸缩弧形边框3伸缩，引起消波装置的升降和坡高的改变，保障消波效率达到最高。本发明方案中升降装置7采用液压器，也可以采用其他如气缸、电缸、升降机等升降装置。

本发明方案中滤网2采用高密度钢筋滤网，为不锈钢编制组成，针对波浪的大小和能量，选用不同密度的钢筋滤网；可伸缩弧形钢管边框是由弧度相同、直径不同且内侧管壁开有通缝的钢管组成。

如图2所示，可伸缩弧形边框3是由两根弧度相同、内外孔径不同并在管壁开有通缝13的钢管组成，本发明方案中滤网2针对不同的水流大小和能量采用不同密度的不锈钢滤网，与可伸缩弧形边框3在通缝13处连接，轴承5及联动杆6与可伸缩弧形边框3通过凹孔榫接在一起并通过螺栓固定在底座框架1上，随升降装置调节消波装置的坡度。

可伸缩弧形边框3内钢管外径与外钢管内径相等，二者在保持通缝13一条线的情况下连接在一起，起到伸缩作用，可与升降装置协同工作。

可调节坡高的消波系统的使用方法，包括以下步骤：

根据试验要求的波浪大小和能量，选择合适密度的滤网2；

组装消波系统，并根据波浪大小利用升降装置调整消波装置的坡度；

进行试验，波浪冲上消波装置时，经由滤网2进入蓄水装置4，由回水管9进行回水。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。