阅读说明：本技术 阵列截断圆锥壳气泡幕水下打桩降噪装置 (Conical Shells With air curtain underwater pile driving denoising device is truncated in array ) 是由 王献忠 姜权洲 吴卫国 于 2019-08-21 设计创作，主要内容包括：本发明属于海洋工程振动与噪声领域,提供一种阵列截断圆锥壳气泡幕水下打桩降噪装置,包括截断圆锥壳,含气孔的内、外环管,内、外竖管,外部空气压缩机,所述截断圆锥壳与内、外环管通过弯钩挂靠,所述内、外环管与内、外竖管间通过带螺纹的四通管进行固定连接,所述外部空气压缩机位于整体结构的顶部,通过软管与内、外竖管的最上端连接。本发明装置在低频段内通过圆锥壳斜向引导声波传播,有效对波长较长的声波进行定向辐射,利用海面波浪的不规则性,并增加声波传播路径,向远海海面传递和消耗声能量；在中高频段内通过圆锥壳内外沿环管气孔产生的双层气泡幕,进行共振吸收和漫散射,有效减少噪声污染。(The invention belongs to ocean engineering vibration and noise fields, a kind of array truncation Conical Shells With air curtain underwater pile driving denoising device is provided, including Conical Shells With is truncated, inside and outside endless tube containing stomata, inside and outside vertical tube, outside air compressor, the truncation Conical Shells With is affiliated to inside and outside endless tube by crotch, it is fixedly connected between the inside and outside endless tube and inside and outside vertical tube by threaded four-way pipe, the outside air compressor is located at integrally-built top, is connect by hose with the top of inside and outside vertical tube.Apparatus of the present invention are propagated in low-frequency range by the oblique direct sound waves of Conical Shells With, are effectively oriented radiation to longer wavelengths of sound wave, using the scrambling of wave of the sea, and are increased acoustic wave propagation path, the transmitting of the sea Xiang Yuanhai and sound energy consumption amount；The double-deck air curtain generated in medium-high frequency section by outer endless tube stomata in Conical Shells With carries out RESONANCE ABSORPTION and diffusing scattering, effectively reduces noise pollution.)

阵列截断圆锥壳气泡幕水下打桩降噪装置

技术领域

本发明属于海洋工程振动与噪声领域，涉及水下打桩全频段噪声控制，具体涉及一种阵列截断圆锥壳气泡幕水下打桩降噪装置。

背景技术

随着对海洋能源的开发和利用，以水下打桩为代表的海洋工程在带来巨大经济利益的同时，也造成了环境问题。水下打桩会辐射出瞬态的高强度的宽频带的脉冲信号，其主要辐射途径为声波从桩体产生并通过水介质传输到声接收点。水下打桩噪声会掩蔽施工附近甚至远海的海洋哺乳动物、鱼类等生物的声学信号，造成其听觉损伤（TTS或PTS），影响其社交、繁殖等行为，破坏环境生态平衡。为了减少环境声污染，保护海洋生物，尤其是濒危动物，急需解决水下打桩降噪问题。

以往水下打桩降噪技术方案，一类是以钢质圆筒围堰等为基体的重型结构，在钢壁内侧附着消声尖劈等装置，采用常规消声方法，属于噪声被动控制，具有一定的降噪效果，但结构重量大，加工较难，成本较高；另一类是以网状排列的中空弹性球体为基体的轻型结构，利用阵列的中空球体隔离辐射噪声，但结构刚度小，整体的定位会受海洋中流的影响，难以精确控制，特别是多层布放的情况，而且需要特殊加工大量的中空球体，装置不易进行整体的布放、回收和再利用，耐用性也有待验证。

因此，迫切需要一种形式简单耐用、整体重量刚度适中、降噪物理概念清晰、总体成本低廉的水下打桩降噪装置。

发明内容

本发明针对水下打桩过程中噪声问题及现有技术，提出了一种阵列截断圆锥壳气泡幕水下打桩降噪装置，在低频段内通过圆锥壳斜向引导声波传播，有效对波长较长的声波进行定向辐射，利用海面波浪的不规则性，并增加声波传播路径，向远海海面传递和消耗声能量；在中高频段内通过圆锥壳内外沿环管气孔产生的双层气泡幕，进行共振吸收和漫散射，有效减少噪声污染。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：阵列截断圆锥壳气泡幕水下打桩降噪装置，包括截断圆锥壳，含气孔的内、外环管，内、外竖管，外部空气压缩机，所述截断圆锥壳与内、外环管通过弯钩挂靠，所述内、外环管与内、外竖管间通过带螺纹的四通管进行固定连接，所述外部空气压缩机位于整体结构的顶部，通过软管与内、外竖管的最上端连接。

在上述技术方案中，所述截断圆锥壳由四个1/4圆的钢板轧制拼接制成，锥顶角为45°，底半径为桩基半径1.2-1.5倍，高度为0.5m。

在上述技术方案中，所述截断圆锥壳上切割出用于安装四通的缺口，并在上、下沿分别焊接用于挂靠内、外环管的弯钩。

在上述技术方案中，所述内、外环管直径均为40mm，气孔沿内、外环管周向均匀分布，单孔直径为2.5mm。

在上述技术方案中，可根据打桩噪声频率设计壳间距离、气泡大小及产生速度等参数,壳间垂向距离增大时，能较好地保持更低频声波的波形斜向上传导；气泡大小由环管上孔的大小确定，当打桩产生噪声频率较高时，可在制造阶段适当地增大孔径，产生较大气泡，进行有效散射和阻隔；气泡产生速度由外部空气压缩机输入的速率控制，输入速率越大，形成的气泡幕越致密。

本发明物理概念明晰，同时利用波导定向传播、气泡隔声等方法；结构简易耐用，采用工程常用的易加工的管、板等构件；可灵活组装拆卸，通过挂靠、旋拧等方式连接，避免了焊接成整体后不易施工、回收的缺点；可由桩基大小及海洋环境进行圆锥壳截断设计，并根据打桩噪声频率改变壳间距离、气泡大小及产生速度等参数，在已有打桩噪声监测数据基础上，能充分发挥可变参数的降噪作用。由于阵列形式可较好地保持沿桩基轴向方向产生并向径向传播的波形的传导，而内外环向气孔产生了两层致密的均匀的气幕声屏，在噪声辐射低、中、高频段，具有良好的全频段声导、声散射和声吸收效果，降低了噪声强度，保护海洋生态环境。

附图说明

图1为本发明中竖管与环管连接示意图。

图2为本发明中截断圆锥壳结构示意图。

图3为本发明整体结构示意图（除空气压缩机）。

图4为不同噪声频率成分的主要降噪结构示意图。

其中：1.竖管，2.环管，3.四通管，4.气孔，5.圆锥壳，6.预制缺口，7.弯钩，8. 桩基。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同吋存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/ 或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明实施例以带气孔的环管2和竖管1为整体结构的支撑主体，通过四通管3连接固定，并传输气体。

如图2所示，截断圆锥壳可由平板经切割、辊弯等工艺制成1/4截断锥壳，切割出用于安装四通的预制缺口6，并在上下沿分别焊接两个用于挂靠环管的弯钩7，进而拼接形成一个完整的截断圆锥壳单元。

如图3所示，本发明实施例将截断圆锥壳内外沿的弯钩7与内、外环管2挂靠，在每个截断圆锥壳在四个方向预制缺口处安装四通管，并通过螺纹将环管和竖管拧紧固定，在竖管顶部连接外部空气压缩机的软管，完成结构的总体安装。

本发明阵列截断圆锥壳气泡幕水下打桩降噪装置，由截断圆锥壳和环管2挂靠成阵列的基本单元结构，沿锥壳轴向通过四方位的八个竖管1，经螺纹四通管3连接，完成总体安装，安装可提前完成后运送到施工现场，亦可在施工现场进行拼接。当空气压缩机开始工作后，结构整体通过海工平台或起重船的悬臂吊机起吊，使其下潜至竖管底部到达海床内的预定位置。打桩工程进行前，空气压缩机工作已输送气体，通过四根竖管下送至每个环管，并在每个环管的气孔4中产生气泡，形成内、外两层气泡幕。打桩工程开始后，打桩产生的噪声中的低频辐射噪声成分经历内环管产生的气泡幕，但由于波长较长，仍保持较完整的波形沿圆锥壳斜向上传导，经过外环管产生的气幕，最后达到海面，利用不规则的波浪进行散射，并以较长的路径形成介于海面和海底之间多次的折射、散射，消耗声能量。而打桩噪声中的中高频噪声成分，在两层气泡幕中产生共振、声阻抗失配反射等过程，最后以较少能量的残余的噪声向外传播。综上所述，本发明在水下打桩过程中能大幅降低全频段噪声向远场传播的能量，保护海洋生物与环境。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

本发明的上述实例仅仅为清楚说明本发明所作的举例，而非本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。