本发明专利技术公开了一种兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置，包括：上、下空气室、下浮体、涡轮机、植物模型、真空泵、过滤管及单向进、排气阀。海水经过装置时,植物模型分别在流向和垂向上通过紊动耗散消减波能，起到消浪护岸作用。植物模型的根茎叶结构不仅可产生内冠层流促进水体营养物的扩散，还可增强近岸水体的交换，保证近海岸生态系统的稳定性。同时，该装置充分利用丰富的海洋波浪资源，当波浪传播至装置时,利用波面浮动使装置内气压变化,以波能代替电能为真空泵提供动力,从而达到海水淡化目的。本发明专利技术将生态护岸工程和海水淡化技术相结合，在解决淡水资源缺乏问题同时兼顾近岸生态系统的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置
本专利技术涉及海岸工程领域，尤其涉及一种兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置。
技术介绍
随着全球人口的迅速增加和水资源环境的日趋恶化，全球将面临淡水资源紧缺的局面。据报道，全球淡水需求量持续增长，到2050年将增长两倍，淡水供应问题迫在眉睫。目前，世界各国通过修建大型水库和跨流域调水等工程，虽初步缓解了淡水资源紧缺的现状，但这些措施并未增加淡水资源的总量，无法从根本上解决淡水资源供应问题。相比匮乏的淡水资源，全球海水储量巨大。在我国，海岸线狭长，海水资源十分丰富，若能将海水转化为可供人类使用的淡水，可显著缓解淡水资源紧张形势。通常，将海水转化为淡水可由海水淡化技术实现，而反渗透海水淡化法是目前应用广泛且高效的一种海水淡化途径。其工作原理是，在水压力作用下，通过半透膜的选择透过特性将海水中的其他成分(如NaCl)与水分子进行分离，从而实现海水淡化。但传统的反渗透海水淡化装置需依靠电力驱动高压泵工作，其运行成本较高，尤其是在离岸海岛，操作难度更大，装置实用性差。若能采取一定措施降低反渗透海水淡化法对电能的依赖，则可以有效提升海水淡化装置的经济价值和推广性。海洋波浪冲刷所造成的岸线侵蚀是海岸工程领域待解决的问题。传统消浪装置仅关注对波浪的消减，并未有效利用波能。中国专利授权公开号：CN206204870U于2016年10月26日公开了一种半潜式消浪装置，这种消包括若干个相互连接的模型单元，所述模型单元包括空心管，在空心管的上下两端填有圆柱形泡沫柱，空心管均潜至水面以下。此专利提及的半潜式消浪装置不足之处是，半潜式的消浪结构并不能消减静水面以上波能，其消浪单元沿水深方向密集分布，影响上层水体交换。大量研究表明，近岸植物可有效消减波能。相比传统消浪结构，类似于红树林类的水生植物的根、茎、叶所形成的消浪结构，其不仅在流向上产生波能耗散，垂向上同样形成波能耗散，消浪效果显著增强。更为重要的是，这种消浪结构在茎分布区域的生物量较少，有利于水体交换。同时，其在根茎和茎叶的分界层处所产生的内冠层流将产生强烈的紊动耗散效应，形成紊动掺混，可极大增强近岸水体营养物的扩散，促进底栖生物和鱼类的生长。因此，如何设计出一种消浪护岸结构，充分利用近岸植物独特的消浪结构，在减少波浪冲刷造成的岸线侵蚀时，确保近岸生态系统的稳定性。同时考虑转变消浪浪模式，充分利用我国沿海丰富的波浪资源，借助波能为海水淡化提供能源，从而实现护岸工程和海水淡化业融合互补，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
针对以上问题，提出一种兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置，借助植物消浪结构，将波能进行转换，一方面可实现消浪护岸，另一方面可为海水淡化提供能源，保证近海岸生态系统的稳定性，具有多目标开发、一功多用的工程实用价值。本专利技术的技术方案为：一种兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置，包括有上、下空气室、下浮体、涡轮机、曲柄连杆、出气圆管、植物模型、锚链、真空泵、过滤管、过滤箱、出水孔、单向排、进气阀。其特征在于，植物模型安装在轻质浮体上，圆管内水体随管外波面的变化而上下浮动，使管内压强不断发生变化。当波浪在波峰或波谷之间转换时，圆管内压强发生增大或减小的交替变化，促使下空气室的气体通过单向进气阀进入管内，气体再通过管内单向排气阀排向上空气室，使上、下空气室之间形成压强差，正负交替变化的压强差促使气体形成循环运动，从而带动涡轮机转动，驱动真空泵运作，为海水淡化提供动力。在真空泵的作用下，过滤管内外形成压强差，使海水滤出变为淡水。植物模型由根、茎、叶三部分组成，材料均为空心PVC圆管。植物消浪通过根、茎、叶三部分共同作用完成。其在流向和垂向均对波浪产生紊动耗散，消减波能。所述的兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置，其特征在于，涡轮机通过曲柄连杆连接真空泵，上下空气室内的空气流动带动涡轮机运转，涡轮机带动真空泵工作，真空泵抽取过滤箱内的空气，使过滤箱内变为负压。所述的兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置，其特征在于，过滤箱内过滤管沿波浪传播方向放置，过滤管管壁由反渗透膜制成，可对海水进行脱盐处理。由于真空泵的工作使过滤管管壁内外产生显著的压强差，当海水进入过滤管后，管内海水中的水分子透过过滤管管壁向管外运动，而海水中的盐等则留在管内随波浪向前传播从装置排出，从而达到海水淡化的目的。淡化后的海水暂存于过滤箱。所述的兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置，其特征在于，过滤箱有一个外接出水孔，所收集到的淡水通过外接管道运送到岸上。所述的兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置，其特征在于，装置底部有轻质环保材料制成的浮体，浮体的四个角通过锚链与海底相连。单元体之间通过铰接构件连接固定成一个整体；该装置配有锚固系统，锚固系统的锚链与浮体连接的一端套一弹簧，弹簧与锚链一起固定在浮体上，处于弹簧内部的锚链的长度小于弹簧能达到的极限弹性形变，使装置能在风浪较大的情况下，仍然能够保持相对的稳定。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术所采用的兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置，在进行消浪护岸的同时利用波浪能，为海水淡化系统提供动能，从而实现护岸工程和海水淡化业的结合，实现社会、经济和环境效益的共赢；(2)装置中根茎和茎叶的分界层处所产生的内冠层流将产生强烈的紊动掺混，可显著增强近岸水体营养物的扩散，促进底栖生物和鱼类的生长，保证近岸生态系统稳定性；(3)植物模型茎分布的区域，茎结构的水体占比较少，为近岸水体的交换提供通道，相比传统消波护岸装置，极大促进了近岸水体的交换；(4)本专利技术由多个浮体单元通过铰接构件组合在一起，单元体之间连接方式简单，可快速拆卸，能适应各种不同类型的开敞水域，装置推广性强。附图说明图1为本专利技术所述的兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置正视图。图2为本专利技术所述的兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置叶顶部放大示意图。图3为本专利技术所述的兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置侧视图。图4为本专利技术所述的兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置俯视图。图5为本专利技术所述的兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置平面布置图。图中，本专利技术的各组成部分为：1-上空气室；2-下空气室；3-下浮体；4-涡轮机；5-曲柄连杆；6-出气圆管；7-根；8-茎；9-叶；10-锚链；11-真空泵；12-过滤管；13-过滤箱；14-单向排气阀；15-单向进气阀；16-出水孔。具体实施方式如图1所示，兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置由上空气室1和下空气室2与叶9固定在装置上部构成送气装置，用于驱动涡轮机4叶轮的转动，植物模型安装在轻质浮体上。当海水进入到装置，由于波浪的上下起伏，海水进入植物模型叶9底部的导流圆管内，随波面的上下浮动，使管内压强不断发生变化。单个波周期内，随着波面形态变化，圆管内压强将呈增大和减小的交替变化规律，促使下空气室2的气体通过单向进气阀15进入管内，气体再通过管内单向排气阀14排向上空气室1，使上、下空气室之间形成压强差。此过程所形成的气体循环将带动涡轮机5转动，驱动真空泵11运作，使过滤箱13箱内处于负压状态，使得进入到过滤管12内的海水中的水分子向管外运动，而海水中的盐等则留在管内随波浪向前传播从装置排出,从而达到对海水进行脱本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置，包括有上空气室、下空气室、下浮体、涡轮机、曲柄连杆、排气圆管、植物模型、锚链、真空泵、过滤管、过滤箱、单向排气阀、单向进气阀、出水孔，其特征在于：植物模型安装在轻质浮体上，涡轮机与真空泵安装于浮体两侧，空气室嵌入在叶部上方，两侧的排气口与涡轮机的叶轮对齐。
【技术特征摘要】
1.一种兼具消浪和海水淡化功能的水上防护装置，包括有上空气室、下空气室、下浮体、涡轮机、曲柄连杆、排气圆管、植物模型、锚链、真空泵、过滤管、过滤箱、单向排气阀、单向进气阀、出水孔，其特征在于：植物模型安装在轻质浮体上，涡轮机与真空泵安装于浮体两侧，空气...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰，陈克伦，何飞，曾思益，龚尚鹏，彭浩，蒋昌波，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。