一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，包括抛石基床、振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统；所述振荡水柱发电系统包括设置在抛石基床上的沉箱防波堤、设置在沉箱防波堤上的通气孔，所述沉箱防波堤设置有凹槽室，所述凹槽室的下部设置进水孔；所述振荡浮子发电系统包括设置在抛石基床上的混凝土桩墩、垂直设在混凝土桩墩上的导桩，设置在导桩上的浮子，设置在导桩顶部的动能转换装置，所述浮子和动能转换装置中间还连接有伸缩连杆，所述振荡浮子发电系统在振荡水柱发电系统的凹槽室内，本实用新型专利技术通过设置圆弧形收缩水道，提高沉箱凹槽内聚波效果；提高总体集成系统的波能转换效率；降低了波转化装置的维护费用。

A Breakwater System Integrating Oscillating Water Column and Float Generation

The utility model provides a breakwater system which integrates oscillating water column and float power generation, including riprap bed, oscillating water column power generation system and oscillating float power generation system; the oscillating water column power generation system comprises a caisson breakwater arranged on Riprap bed, an air vent arranged on the caisson breakwater, the caisson breakwater is provided with a groove chamber, and the lower part of the groove chamber is arranged. The oscillating float power generation system includes a concrete pile pier set on a rubble foundation bed, a guide pile set vertically on a concrete pile pier, a float set on the guide pile, and a kinetic energy conversion device set on the top of the guide pile. A telescopic connecting rod is also connected between the float and the kinetic energy conversion device. The oscillating float power generation system has a groove chamber in the oscillating water column power generation system. Internally, the utility model improves the cohesion effect of caisson groove by setting circular arc contraction channel, improves the wave energy conversion efficiency of the overall integrated system, and reduces the maintenance cost of the wave conversion device.

【技术实现步骤摘要】
一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统
本技术涉及一种防波堤系统，尤其涉及一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统。
技术介绍
波浪能是一种具有广阔前景的可再生能源，其转化技术分为：振荡水柱式、振荡浮子式、越浪式等。振荡水柱式波力发电装置运动构件较少，结构简单，降低了波浪能的损失；且发电构件与海水不进行直接接触，尽可能地避免受到海水的腐蚀；同时装置的适应性强、性能可靠，维护简单，但是总转换效率较低。离岸式的振荡浮子发电装置虽然转化效率偏高，但是考虑到波浪的不稳定及恶劣的服役环境，使其结构的稳定性面临着重大挑战，加大了波力发电和锚固设备的运行成本。因此较高的建设成本、较低的波能转化效率阻碍了波浪能装置的推广与应用。防波堤是为了阻断波浪的冲击力、维护港池水面平稳、保证船舶安全停泊和作业而修建的水工建筑物。秦辉等在硕士论文《带收缩水道的沉箱防波堤兼OWC装置结构形式的研究》中提出了收缩水道形式的沉箱防波堤，该结构形成聚波效果，并将沉箱仓格作为捕能气室，虽然在一定程度上提高了波能转换效率，但是效率相对于振荡浮子还是偏低，也降低了结构稳定性与耐久性；宁德志等在《一种局部带有透空结构的垂直导桩式浮防波堤》(专利号：2016207143674)提出一种垂直导桩式振荡浮子式波能转换装置，减小了付式防波堤的波浪力，提高了浮式防波堤的稳定性，但是在离岸海域中，服役环境变化复杂，给波能转换装置带来的挑战，海底地形特殊、泥沙冲刷严重，给波能转换装置的锚固设施增加了难度。提高波能利用率、降低波波能发电成本成为了波能利技术的关键问题。融合防波堤与波浪能转换装置的结构型式符合海岸工程建筑物多目标开发的趋势。
技术实现思路
本技术的目的是为了提高波能转换效率而提供一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统。本技术的目的是这样实现的：一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，包括抛石基床、振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统；所述振荡水柱发电系统包括设置在抛石基床上的沉箱防波堤、设置在沉箱防波堤上的通气孔，所述沉箱防波堤设置有凹槽室，所述凹槽室的下部设置进水孔；所述振荡浮子发电系统包括设置在抛石基床上的混凝土桩墩、垂直设在桩墩上的导桩，设置在导桩上的浮子，设置在导桩顶部的动能转换装置，所述浮子和动能转换装置中间还连接有伸缩连杆，所述振荡浮子发电系统在振荡水柱发电系统的凹槽室内。本技术还包括这样一些特征：1.所述沉箱防波堤采用圆弧形收缩水道；2.所述凹槽室对称分布；3.所述导桩的高度与沉箱防波堤的高度相等；4.所述伸缩连杆有四根。一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，改变沉箱结构型式，提高聚波效果，间接提升波能转换效率，同时融合多种波能转换装置与防波堤共性，一方面提升防波堤功效，另一方面降低波能转换装置成本，实现防波堤与波能转换装置两者功能的相互补充、相互利用、协同工作，为波能利用开发的实用化发展开辟了新途径，也为我国南中国海岸基式能源岛建设关键技术提供支持。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，通过设置圆弧形收缩水道，提高沉箱凹槽内聚波效果；一方面利用振荡水柱波能转换装置实现波能转化为气流动能，另一方面利用振荡浮子波能转换装置充分利用聚波效果，提高了波能的俘获宽度比与吸收率，提高总体集成系统的波能转换效率；由于较大程度上的吸收波浪能，降低波浪对海工建筑物上的波浪荷载，提高集成系统结构整体稳定性，为波浪能转化装置提供掩护效果，降低了波转化装置的维护费用，可以节省其锚固设备建造成本。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术的结构俯视图；图3是本技术的结构立面图；图4是本技术的结构剖面图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本技术作进一步详细描述。本技术一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，该集成系统包括收缩水道式沉箱防波堤、振荡水柱发电系统、振荡浮子发电系统。沉箱防波堤1放置于抛石基床2上，收缩水道式沉箱防波堤是利用圆弧形收缩水道9替换原有沉箱仓格结构，并在凹槽室内采取对称分布，提高聚波效果；振荡水柱发电系统将沉箱收缩水道式凹槽室的迎浪侧中间沉箱作为捕能气室，下方设置进水孔3，上方设置通气孔4，外连涡轮机发电；振荡浮子发电系统在凹槽室采用垂直导桩振荡浮子结构，通过浮子8的固定垂直运动，利用伸缩连杆6带动动力转换装置5进行工作，将动能转换为电能。本技术收缩水道式沉箱防波堤结构1，该结构以3×2个沉箱为集成系统一个单元，通过将中间沉箱仓格替代为圆弧形收缩水道9，形成沉箱内凹槽，一方面通过改变入射波与反射波之间相位差，降低堤前总体波浪水平力，减少沉箱自重应力，减低造价，另一方面可以起到聚波、聚能的效果，提高凹槽内波高振幅，从而有望提升波能装置获能效率的上升空间。本技术振荡水柱发电系统，其特征在于通过将沉箱仓格作为捕能气室，基于凹槽内提高后的波高振幅，利用下方进水口3进行水体交换，提高振荡水柱发电系统的转换效率，同时反作用于沉箱结构，降低堤前水平波浪力，根据振荡水柱发电系统波能俘获效率与波况参数确定下方进水口3的参数。本技术振荡浮子发电系统，其特征在于利用凹槽内聚波、聚能效果，设置垂直导桩式振荡浮子结构，在沉箱抛石基床2上建立桩墩10，将桩墩10与导桩7连接在一起，将振荡浮子8固定在导桩7上，保证其浮子上下运动，并在导桩顶部设置动力转换装置5，导桩顶部7的高程设置为沉箱防波堤1的堤顶高程。通过凹槽内波浪上下运动，带动振荡浮子8上下运动，在动力转换装置5与振荡浮子8之间均匀连接四根伸缩连杆6，实现动力转换装置5将动能转化为电能，根据具体波况参数，确定振荡浮子8大小和动力转换装置5的最佳发电阻尼。本技术集成系统其特征在于一方面利用振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统充分获取堤前波浪能量，提高了波能转换效率，另一方面，降低堤前水平波浪力，提高了沉箱防波堤结构稳定性，也为振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统提供防护，提高了波能转换装置的稳定性。按照本技术的技术方案，同时采用振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统获取收缩水道式沉箱防波堤凹槽室内的波浪能，沉箱防波堤既可以作为振荡水柱发电系统获取波浪能的载体，又可以作为振荡浮子发电系统的掩护体，实现防波堤功能多元化和成本共享。振荡浮子发电系统通过导桩与混凝土桩墩，固定在收缩水道凹槽室内，防止日常工况下振荡浮子与沉箱外壁碰撞，同时可节省锚固设备的建设成本，振荡浮子运动提高了集成系统的消浪特性，进而又能减小集成系统上的波浪荷载，因此有利于提高结构本身的稳定性。本技术一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统包括收缩水道式沉箱防波堤、振荡水柱发电系统、振荡浮子发电系统。沉箱防波堤1放置于抛石基床2上，收缩水道式沉箱防波堤是利用圆弧形收缩水道9替换原有沉箱仓格结构，并在凹槽室采取对称分布，提高聚波、聚能效果；振荡水柱发电系统将沉箱收缩水道式凹槽室的迎浪侧中间沉箱作为捕能气室，下方设置进水孔3，上方设置通气孔4，外连涡轮机发电；振荡浮子发电系统安置在凹槽室内，采用垂直导桩振荡浮子结构，通过振荡浮子8的固定垂直运动，利用伸缩连杆6连接动力转换装置5。当波浪到达集成系统前侧，首先通过圆弧形收缩水道，将波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，其特征是，包括抛石基床、振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统；所述振荡水柱发电系统包括设置在抛石基床上的沉箱防波堤、设置在沉箱防波堤上的通气孔，所述沉箱防波堤设置有凹槽室，所述凹槽室的下部设置进水孔；所述振荡浮子发电系统包括设置在抛石基床上的混凝土桩墩、垂直设在混凝土桩墩上的导桩，设置在导桩上的浮子，设置在导桩顶部的动能转换装置，所述浮子和动能转换装置中间还连接有伸缩连杆，所述振荡浮子发电系统在振荡水柱发电系统的凹槽室内。

【技术特征摘要】
1.一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，其特征是，包括抛石基床、振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统；所述振荡水柱发电系统包括设置在抛石基床上的沉箱防波堤、设置在沉箱防波堤上的通气孔，所述沉箱防波堤设置有凹槽室，所述凹槽室的下部设置进水孔；所述振荡浮子发电系统包括设置在抛石基床上的混凝土桩墩、垂直设在混凝土桩墩上的导桩，设置在导桩上的浮子，设置在导桩顶部的动能转换装置，所述浮子和动能转换装置中间还连接有伸缩连杆，所述振荡浮子发电系统在振荡水柱发电系统的凹槽室内。2.根据权利要求1所述的集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，其特征是，所述沉箱防波堤采用圆弧形收缩水道。3.根据权利要求1或2所述的集成振荡水柱与浮子发电的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洋，耿敬，李明伟，耿贺松，赵玄烈，张立东，陈博文，薛蓉，张国文，周加春，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23