[0001] 本发明属于海水防波技术领域，具体涉及一种适用于海草床生态养护的浮式透水防波堤。

[0002] 海草床在海洋生态系统中具有非常重要的作用，通常分布在近浅海区域，近年来，围填海、破坏性挖捕、水产养殖和生活排污等活动，以及互花米草的入侵导致了海草床严重退化，因此，在近浅海域进行海草床的生态修复和养护工作已经可不容缓。其中，海草床生态修复和养护涉及到对退化的海草进行补种或补苗工作，由于海草播种和植苗初期很容易受到海水波涌的作用而流失，因此海草床修复工程中需要采取防波手段。具体防波手段是构建固定式防波堤或浮式防波堤。由于固定式防波堤施工难度大、成本高，且无法转移位置，因此目前针对海草床修复和养护工程多采用浮式防波堤。

[0003] 目前常见的浮式防波堤由于完全依赖漂浮的浮子对海面波浪进行削弱，而位于海面之下的暗涌则无法消除，因此对于种植在海底的海草无法提供预期的防护效果，需要进一步改进。此外，如何在合理防波的同时实现对海水波动能量的合理利用，从而提高海草床生态养护工程的绿色能源效应，也是当前重点研发的方向。

[0018] 为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0019] 需要说明的是，当元件被称为“设置于”、“连接于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在另一个元件上。需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者若干个该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0020] 请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的适用于海草床生态养护的浮式透水防波堤进行说明。所述适用于海草床生态养护的浮式透水防波堤，包括底座10、防波浮子20、横梁30、水平转子40，以及发电机60；底座10用于水平锚固在海底地面，底座10的两端分别设有立柱11，每个立柱11上均套设有弹性元件12；防波浮子20用于漂浮于海面，且两端分别上下滑动连接于两个立柱11；横梁30位于防波浮子20下方，且两端分别上下滑动连接于两个立柱11，横梁30用于向下抵压弹性元件12；水平转子40的两端分别转动连接于两个立柱11的底端，水平转子40沿其轴向间隔分布有多条防波带50，防波带50卷绕于水平转子40且一端向上延伸并连接于横梁30，另一端向上延伸并连接于防波浮子20；发电机60设于底座10上，且与水平转子40连接；其中，防波浮子20基于海面的波动而上下浮动，并通过各条防波带50带动水平转子40单向旋转。

[0021] 需要说明的是，本实施例中弹性元件12具体可以是弹簧，考虑到发电机60需要单向旋转驱动，因此可以将水平转子40上对应各条防波带50而设置棘轮棘爪机构或者单向轴承42，以棘轮棘爪机构为例，将防波带50卷绕于棘轮上，当海面上升带动防波浮子20升高时，防波浮子20向上牵引各条防波带50，同时各条防波带50的另一端向下牵引横梁30而使弹性元件12压缩蓄能，同时由于防波带50卷绕在水平转子40（棘轮）上，因此水平转子40在防波带50的带动下旋转，当海面下降带动防波浮子20降落时，此时防波浮子20对各条防波带50的牵引力下降，弹性元件12释放弹性势能而向上顶推横梁30，从而使横梁30向上牵引各条防波带50，此时防波带50并不向水平转子40输出反转动力（只带动棘轮反转）。由此，利用防波浮子20的上下浮动而通过防波带50牵引水平转子40形成单向旋转，从而驱动发电机60工作。

[0022] 应当解释的是，相对于常规浮式防波堤的锚链牵引方式，其在浮子浮动过程中不断由紧变松、由松变紧，不仅不利于浮子的稳定性，而且锚链容易损坏；本实施例中基于弹性元件12的蓄能和释能而使防波带50始终保持紧绷状态，由此能够避免防波带50的张力激变，因此能够提高防波浮子20的浮动平稳性，以及各条防波带50的使用寿命，同时也能够利用间隔分布的各条防波带50形成格栅型透水结构，从而对海面之下的暗涌能量进行分隔削弱。

[0023] 应当说明，本实施例中底座10上设有密闭的防水箱，发电机60设于防水箱内，水平转子40的一端密封穿入防水箱内部并与发电机60进行连接，由此而避免发电机60触水影响寿命，同时避免出现漏电问题。

[0024] 本实施例提供的适用于海草床生态养护的浮式透水防波堤，与现有技术相比，将底座10锚固在海底地面并利用底座10上的立柱11连接随海水波动而上下浮动的防波浮子20，从而弱化海面波浪，同时利用连接于防波浮子20和水平转子40之间的多条防波带50能够分隔削弱海面之下的暗涌，从而提高海水防波效果，能够对种植在海底的海草提供有效防护；利用弹性元件12对横梁30形成弹性顶推作用，当防波浮子20随海面下落时，弹性元件
12向上顶推横梁30而牵引防波带50的一端，当防波浮子20随海面上升时，防波浮子20向上牵引各条防波带50的另一端而使横梁30向下压缩弹性元件12，由此一方面能够保持各条防波带50的紧绷状态，从而提高海水防波效果，另一方面能够利用各条防波带50共同带动水平转子40进行旋转，进而向发电机60提供转矩输出，使海水波动的能量转化为电能，从而提高海草床生态养护工程的绿色能源效应。

[0025] 在一些实施例中，参见图1和图2，水平转子40包括第一转轴41、多个单向轴承42和多个绕带轮43；第一转轴41的两端分别穿设于两个立柱11的底端并与立柱11转动配合；各个单向轴承42沿第一转轴41的轴向依次间隔套设于第一转轴41；各个绕带轮43分别对应套装于各个单向轴承42，且每个绕带轮43上分别对应卷绕有其中一条防波带50；其中，在防波浮子20上浮以使绕带轮43在防波带50的牵引下正转时，单向轴承42带动第一转轴41同步正转，在防波浮子20下沉以使绕带轮43在防波带50的牵引下反转时，单向轴承42相对于第一转轴41单独反转。

[0026] 单向轴承42又叫超越离合器，是在一个方向上可以自由转动，而在另一个方向上锁死的一种轴承。在此利用单向轴承42在第一转轴41上安装绕带轮43，能够将防波带50对绕带轮43的正向驱动能量传递至第一转轴41，并避免防波带50对绕带轮43的反向驱动能量向第一转轴41传递，从而将防波带50对绕带轮43的正反双向旋转运动转换为第一转轴41的连续单向旋转运动，从而使第一转轴41带动发电机60稳定工作。

[0027] 本实施例中绕带轮43上设有螺旋槽，防波带50在螺旋槽内缠绕三至五圈，正常情况下防波带50由于处于紧绷状态，利用防波带50与螺旋槽的槽壁摩擦力即可确保绕带轮43能够在防波带50的带动下稳定旋转，在此考虑到水下环境潮湿可能造成防波带50与绕带轮43出现打滑现象，故将防波带50在螺旋槽上卷绕的中点位置进行固定，由此既不影响防波带50在绕带轮43上进卷或散卷，又能够避免防波带50打滑现象。

[0028] 需要说明的是，如图2所示，上述第一转轴41的至少一端套装有惯量飞轮44。由于防波浮子20的升降起伏能量是通过防波带50配合单向轴承42向第一转轴41进行间歇性传递，因此第一转轴41的驱动力无法连续，由此会出现转速不稳的问题，故将第一转轴41上设置惯量飞轮44，当防波浮子20升高带动第一转轴41正转时，惯量飞轮44旋转储能，当防波浮子20降落时，惯量飞轮44释放能量而保证第一转轴41能够持续稳定旋转，由此而提高第一转轴41的旋转稳定性，进而保证发电机60工作稳定。

[0029] 在此应当理解，由于第一转轴41的转速较低，因此惯量飞轮44的旋转对海水的扰动影响很小，而且惯量飞轮44为光滑周壁，不仅受海水阻力小，而且能够进一步减小海水扰动；当然，在此也可以在底座10上设置密封罩，将惯量飞轮44设置与密封罩内部，由此而避免惯量飞轮44与海水接触，从而降低惯量飞轮44的旋转阻力，进而提高能量利用率。

[0030] 作为上述防波浮子20的一种具体实施方式，请参阅图1至图5，防波浮子20包括浮架21和多个浮筒22；其中，浮架21的两端分别设有向下延伸的伸缩杆211，两个伸缩杆211分别滑动穿设于两个立柱11，浮架21具有与水平转子40传动连接的第二转轴212，各条防波带50分别连接于浮架21；各个浮筒22沿第二转轴212的轴向依次相邻套装于第二转轴212，各个浮筒22均用于在海水浮动下自转并带动第二转轴212单向旋转。

[0031] 立柱11可沿其轴向设置滑孔，伸缩杆211滑动穿设于滑孔内，连接稳定可靠；由于海水不仅存在起伏波动，而且波浪还具有沿水平方向冲击力，因此利用波浪对浮筒22的冲击而驱动浮筒22带动第二转轴212旋转，进而通过第二转轴212向第一转轴41上传递转矩，不仅能够提高第一转轴41对发电机60的驱动力，而且能够提高第一转轴41的动力连续性，从而提高对于海水波动能量的转化利用率，提升防波工程的绿色能源效应。

[0032] 一些可能的实现方式中，请参阅图4和图5，上述浮筒22内设有多个活动阀板221，各个活动阀板221将浮筒22的内腔分隔为环向相邻排布的多个扇腔222；浮筒22的周壁间隔分布有多个透水口223，各个透水口223分别与各个扇腔222对应连通，且透水口223和活动阀板221分别位于扇腔222的环向两端；其中，在浮筒22随海面上浮且活动阀板221位于透水口223之下淹没于海水时，活动阀板221在海水推动下朝向扇腔222内部开启。

[0033] 由于海水波动过程中在水平方向对浮筒22的冲击力为往复冲击，因此单纯依赖于冲击力驱动浮筒22旋转难以满足单向旋转动力需求，故将浮动内部设置活动阀板221，在此以其中一个扇腔222进行说明。

[0034] 如图4所示，当该扇腔222处于其透水口223高于活动阀板221的角度时，海面涌起波浪而带动浮筒22上浮升高的过程中，利用海水的上涌动力而使海水由该扇腔222的活动阀板221下侧的透水口223向上顶推该活动阀板221，从而使活动阀板221打开而使该扇腔222内进入海水；当海面波浪回落而致使浮筒22下降时，活动阀板221伴随着浮筒22的下沉过程而下压海水，由此而使海水对活动阀板221产生反推作用力而再次使活动阀板221开启，伴随着波浪连续起伏而使该扇腔222不断充水而形成其内部水面高于海面的蓄水状态；
当该扇腔222处于其透水口223低于活动阀板221的角度时，此时扇腔222内的海水由透水口
223排出，因此扇腔222内部的水面只能低于海面或与海面平齐。

[0035] 如图5所示，当海水对活动阀板221的推力低于活动阀板221的关闭动力（弹片225的弹性力）时，通常是浮筒22随海水波动至波峰或波谷时，此时活动阀板221关闭。

[0036] 综合各个扇腔222均具有上述相同的进排水过程，因此浮筒22内部基于各个扇腔222内海水的不同而在两侧产生重力差，由此而带动第二转轴212单向旋转，尤其是对于浅海区海水的小幅高频波动特性，利用活动阀板221在浮筒22上下浮动过程中的随波启闭动作，从而保证海水波动能量对浮筒22旋转驱动的连续性和稳定性，不仅能够提高海水波动能量的转化利用率，而且能够对第一转轴41进行旋转驱动辅助，从而提高第一转轴41的旋转稳定性和连续性，进而提高发电机60的工作稳定性。

[0037] 需要解释的是，第二转轴212与第一转轴41进行传动连接具有稳定第一转轴41转速的原理在于，当第一转轴41的转速下降时，第二转轴212基于各个浮筒22的旋转驱动而向第一转轴41补充转矩，从而使第一转轴41保持当前转速，当第一转轴41的转速升高时，第二转轴212则对第一转轴41的转矩形成反向制约，具体为利用浮筒22旋转过程中海水经各个透水口223进入扇腔222（转速越快则海水进入扇腔222的速度和频率越快）而对浮筒22产生旋转阻力，从而使第一转轴41保持当前转速，在此基础上，可配合惯量飞轮44，以此在最大程度上保证第一转轴41的旋转稳定性，进而提高发电机60的工作稳定性。

[0038] 具体的，参见图2，上述浮筒22的内周壁于各个透水口223的边缘分别设置有限位筋224，活动阀板221的一端与浮筒22的内壁铰接；活动阀板221与扇腔222的腔壁之间设有弹片225，弹片225用于驱使活动阀板221的另一端搭接于限位筋224形成关闭状态；活动阀板221背离扇腔222的一侧设有浮泡226。

[0039] 在此采用弧形或V型弹片225对活动阀板221施加弹性顶推力，使活动阀板221保持与限位筋224抵接的关闭状态，当海水对活动阀板221的推力超过弹片225的弹性力时即可推开活动阀板221而向扇腔222内进水（如图4所示），伴随着海水对活动阀板221的推力逐渐减小，弹片225反推活动阀板221恢复如图5所示的关闭状态，由此而完成一次进水过程；对于透水口223低于活动阀板221的扇腔222而言，由于限位筋224的抵接限位作用，因此海水起伏作用在活动阀板221上的推力都无法将活动阀板221打开，由此而保证了浮筒22位于第二转轴212两侧的扇腔222内的水位差，从而保证浮筒22在其两侧重力差作用下带动第二转轴212进行连续且稳定的旋转。

[0040] 为了保证海水对活动阀板221的开启推动力度充足，尤其是针对海面比较平静的情况，通过在活动阀板221上设置浮泡226，由此能够利用海水对浮泡226的浮力而辅助活动阀板221开启，从而避免海水起伏对活动阀板221产生的推力不足而导致活动阀板221无法开启、进而导致浮筒22旋转停摆的问题。

[0041] 需要说明的是，请参见图1至图5，本实施例中上述各个浮筒22的透水口223沿浮筒22周向依次错位分布。由于单个浮筒22的扇腔222数量有限，因此将各个浮筒22在第二转轴
212上的周向连接角度相互交错，由此而使各个浮筒22内部的扇腔222依次错开，当然各个浮筒22的透水口223依次相应的错开，具体的，在各个浮筒22在轴向上重合时，所有的透水口223完全占据浮筒22的周壁，由此而确保各个浮筒22组合为一体后能够得到连续的海水波动驱动，从而提高第二转轴212的旋转动力连续性和稳定性。

[0042] 需要理解的是，请参见图1至图3，上述适用于海草床生态养护的浮式透水防波堤还包括传动组件70，传动组件70包括第一传动轮71、第二传动轮72和张紧件74；其中，第一传动轮71套装于第二转轴212；第二传动轮72套装于水平转子40，并与第一传动轮71通过传动链73连接；张紧件74设于立柱11并与传动链73连接，张紧件74用于在防波浮子20起伏时使传动链73保持张紧状态。

[0043] 考虑到传动稳定性和防滑性，在此采用链传动的方式，即第一传动轮71和第二传动轮72均为链轮，传动链73为链条；当然，也可采用带传动的方式，第一传动轮71和第二传动轮72均为带轮，传动链73为防滑链带；第一传动轮71通过传动链73将转矩传递至第二传动轮72，从而实现第二转轴212对水平转子40的动力补偿或制约，同时利用张紧件74在防波浮子20跟随海水波动而升降过程中对传动链73进行适应性的张紧，避免传动链73脱落，提高传动稳定性。

[0044] 举例说明，如图3所示，上述张紧件74包括连接座741、张紧架742，以及连杆744；其中，连接座741套装于立柱11且位于横梁30上方，连接座741沿第二转轴212的轴向设置有连接轴；张紧架742的中部转动连接于连接轴，两端分别转动连接有张紧轮743，张紧轮743与传动链73啮合连接；连杆744的一端与张紧架742铰接，另一端与伸缩杆211铰接，连杆744用于在伸缩杆211升降时带动张紧架742摆动。

[0045] 当防波浮子20随海面波动升高而与水平转子40拉大间距时，伸缩杆211通过连杆744向上牵引张紧架742的一端而使张紧架742摆动，从而使两个张紧轮743的水平间距减小，由此而使传动链73满足第一传动轮71和第二传动轮72的间距增大需求，当防波浮子20随海面波动降低而使第一传动轮71和第二传动轮72的间距减小时，此时伸缩杆211下降而通过连杆744向下顶推张紧架742的一端而使张紧架742反向摆动，从而使两个张紧轮743的水平间距增大，由此而保证两个张紧轮743对传动链73的张紧效果，利用防波浮子20随海水波动过程中伸缩杆211的上下运动而带动张紧架742摆动以保证传动链73的张紧力，结构简单可靠，能够提高防波浮子20和水平转子40之间的转矩传递稳定性。

[0046] 一些可能的实现方式中，请参见图1，防波带50位于水平转子40和防波浮子20之间的部位上设有防波块51。各条防波带50位于水平转子40和防波浮子20之间的部位共同形成格栅型透水结构对海面之下的暗涌进行分隔削弱，从而提高海水防波效果，而考虑到相邻防波带50之间的间隙较宽，或者说防波带50的排布密度较低，因此为了提升防波效果，将防波带50上设置防波块51，在此应当注意的是，防波带50上设置的防波块51应当以不干涉防波带50自身在水平转子40上的卷绕为宜，利用防波块51一方面能够补偿防波带50的带间隙，避免水波直接穿过相邻防波带50之间的空隙而无法得到能量削减，另一方面利用防波块51能够使各条防波带50形成串珠式结构，由此相较于等截面结构能够提高防波效果。

[0047] 需要说明的是，本实施例提供的适用于海草床生态养护的浮式透水防波堤可与海草床生态修复的视觉监控系统结合运用，利用防波浮子20和水平转子40在海水波动能量的驱动下产生旋转驱动力带动发电机60工作，发电机60工作产生的电能向视觉监控系统供电，多余的电能则通过海底线缆输送至陆地或海上电站，从而解决海上供电难题。由于海水全天部分昼夜均处于波动状态，因此能够保证供电的连续性，从而使视觉监控系统能够通过摄像头二十四小时实时监控海草床的成长变化状态，并将监控信号通过海底光纤以视频传输的方式传递至陆地监控室，由此而实现在地面远程实时观测海草床的发展变化情况。

[0048] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。