一种兼波浪能发电功能的浮式防波堤及防波系统技术方案

本发明专利技术公开了一种浮式防波堤，特别是一种兼波浪能发电功能的浮式防波堤，其结构中第一箱体上的第一蓄水仓与第二箱体上的第二蓄水仓，用于实现浮式防波堤的前后平衡，并确保第一箱体的下腔内形成的直流道完全浸没于水中；第二箱体作为迎浪端，其正对着波浪；波浪通过浮体后从直流道上背离弧形流道的第一开口的开口进入直流道，后在弧形流道内形成周期性的波浪运动，驱使气流和/或水流流经透平发电系统，进而驱动透平发电机发电。另外，本发明专利技术中还提供了一种防波系统。其解决了“提升浮式防波堤的消波性能，同时实现其功能多样化”的技术问题，具备消波性能好，能量转换效率高等优点。

A kind of floating breakwater and breakwater system with wave power generation function

【技术实现步骤摘要】
一种兼波浪能发电功能的浮式防波堤及防波系统
本专利技术涉及一种浮式防波堤，特别是一种兼波浪能发电功能的浮式防波堤，以及一种防波系统。
技术介绍
浮式防波堤是根据波浪能量主要集中在水体表层的原理，建于浮在水面上的一类防浪结构物，它由浮体和锚泊系统组成。与传统的固定式防波堤相比，它具有工程造价低、取材容易、施工快捷、无须进行地基处理、拆装方便、保护环境等诸多优点，可广泛应用于深水港、海上围护、人工海水浴场、游艇码头、水产养殖基地、军港等，在国民经济、民生、国防安全领域具有广泛的应用前景和巨大的市场空间。它作为临时性防护物，可在许多实际工程中发挥作用，比如：保障海上工程施工作业安全；保护港口进出港船舶航行；作为在河口船舶之间转载货物时的防护性设施。作为军事上的临时防护设施和机动码头，能实现快装、快拆、保障军需武器物资的快速临时登陆和转移等。因此，人们试图设计建造出不同结构形式的浮式防波堤，其目的是防御外海波浪，将目标波高消减至期望值。但是，现有结构的浮式防波堤存在以下的实质缺陷：一、结构形式相对简单，所利用消浪原理较为单一。现有浮式防波堤一般采用方箱式或类方箱式，只利用了波浪反射的原理，即企图将波浪往其反方向反射回去。一般来说，该类浮式防波堤的浮体尺寸越大，波浪反射系数越大，透射系数越小，消浪效果越好，但对浮式防波堤的锚系拉力要求也呈指数级增加，大大提高防波堤的成本。二、结构形式相对简单，导致功能单一。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种兼波浪能发电功能的浮式防波堤。上述浮式防波堤采用能量转换消波，通过波浪能捕获、转换为主的方式消波。为了实现上述目的，本专利技术所设计的一种兼波浪能发电功能的浮式防波堤，包括浮体和锚泊系统；所述浮体包括：一个第一箱体，所述第一箱体包括一个前腔和一个后腔，两者在平行于海平面的方向上前后排布；所述前腔形成一个弧形流道；所述后腔包括一个上腔与一个下腔，两者在垂直于海平面的方向上上下排布，所述上腔形成一个第一蓄水仓；所述下腔形成一个直流道；所述弧形流道的第一开口的中心线与海平面平行，并与下腔的一侧开口对接，其第二开口在垂直于海平面的方向上高于第一开口，且中心线与海平面垂直；作为优选，上述弧形流道的口径从第一开口至第二开口线性减小；一个第二箱体，所述第二箱体形成一个第二蓄水仓，其安装至第一箱体上，并位于前腔的外侧；一个透平发电系统，包括：一个管状的阀体，所述阀体的第三开口与弧形流道的第二开口密封对接，其第四开口背离弧形流道的第二开口；在阀体的内壁上设有一个用于支撑第一阀芯，并构成密封副的第一阀座；一个第一阀芯，其位于阀体内，并沿着阀体的中心线方向往复的直线运动；所述第一阀芯的一侧形成一个用于配合第二阀芯，并构成密封副的第二阀座，其另一侧形成一个用于配合第三阀芯，并构成密封副的第三阀座；所述第一阀芯上设有一个第一导流孔、一个第二导流孔以及一个用于安装透平发电机的安装腔室，所述第二阀座、第三阀座、第一导流孔、第二导流孔以及安装腔室之间相贯通；一个第二阀芯，其通过从第三开口的内口沿向中心延伸的第一支架固定至阀体上；一个第三阀芯，其通过从第四开口的内口沿向中心延伸的第二支架固定至阀体上；以及，一个透平发电机，其安装至第一阀芯的安装腔室内；其中，当无外作用力施加于第一阀芯，该第一阀芯降至低位时，所述第二阀芯与第二阀座之间的第一阀口打开；所述第三阀芯与第三阀座之间的第二阀口打开；所述第一阀口、第一导流孔均与阀体的第三开口贯通；所述第二阀口、第二导流孔均与阀体的第四开口贯通，且从第二阀口与第二导流孔进入的气流和/或水流单向驱动透平发电机工作；当外作用力施加于第一阀芯，驱使第一阀芯升至高位时，所述第二阀芯与第二阀座之间的第一阀口关闭；所述第三阀芯与第三阀座之间的第二阀口关闭；所述第一导流孔与阀体的第四开口贯通；所述第二导流孔与阀体的第三开口贯通，且从第二导流孔进入的气流和/或水流仍单向驱动透平发电机工作。上述兼波浪能发电功能的浮式防波堤，其工作原理如下：第一箱体上的第一蓄水仓与第二箱体上的第二蓄水仓，用于实现浮式防波堤的前后平衡，并确保第一箱体的下腔内形成的直流道完全浸没于水中。第二箱体作为迎浪端，其正对着波浪。波浪通过浮体后从直流道上背离弧形流道的第一开口的开口进入直流道，后在弧形流道内形成周期性的波浪运动，驱使气流和/或水流流经透平发电系统，进而驱动透平发电机发电。其中，具体气流和/或水流流经透平发电系统，驱动透平发电机发电的过程如下：当弧形流道中的气流和/或水流向上时，即波浪进入弧形流道，施加作用力于透平发电系统的第一阀芯，驱使第一阀芯升至高位，所述第二阀芯与第二阀座之间的第一阀口关闭；所述第三阀芯与第三阀座之间的第二阀口关闭；所述第一导流孔与阀体的第四开口贯通；所述第二导流孔与阀体的第三开口贯通，气流和/或水流从第二导流孔进入，再从第一导流孔排出，从而单向驱动透平发电机工作，进而发电。当弧形流道中的气流和/或水流向下时，即波浪退出弧形流道，此时施加于透平发电系统的第一阀芯上的作用力消失，该第一阀芯因自重降至低位，所述第二阀芯与第二阀座之间的第一阀口打开；所述第三阀芯与第三阀座之间的第二阀口打开；所述第一阀口、第一导流孔均与阀体的第三开口贯通；所述第二阀口、第二导流孔均与阀体的第四开口贯通，气流和/或水流从第二阀口与第二导流孔进入，再从第一阀口与第一导流孔排出，从而仍可单向驱动透平发电机工作。如此，通过第一阀芯的自适应运动，保证了透平发电系统在流体作用下的连续单向发电，发电效率高。由此可见，本专利技术所提供的一种浮式防波堤，其不仅能够消波，还能够通过波浪能捕获，实现波浪能-电能的能量转化，能量转换的效率高。另外，本专利技术采用能量转换消波，对浮式防波堤的锚系拉力要求相对较低。作为优选，上述第一箱体与第二箱体的具体安装结构为：所述第一箱体上设有一对向外延伸的第一连接座，所述第二箱体上设有一对向外延伸，并逐一配合第一连接座的第二连接座，每组第一连接座与第二连接座均通过一个柱销固定。上述优选技术方案中所述第一箱体与第二箱体采用可快速拆卸的方式固定，方便任意一部分单独进行更换，调整。作为再进一步的优选，上述第二箱体的水平截面形状可以为三角形、球艏型、半圆形、方形中的任意一种。上述再进一步的优选方案中将第二箱体的水平截面形状设计成不同形状，根据不同的海域、不同的海况（即不同浪高和潮流情况）可以选择不同形状的第二箱体与第一箱体相组合，从而达到优化发电消波和防护效果的目的。进一步的，上述兼波浪能发电功能的浮式防波堤，其结构中的浮体还包括一个海上漂浮物自动收集系统；所述海上漂浮物自动收集系统，包括：一个输送带组件，其位于下腔上背离第一开口的一侧开口外，并完全遮挡该侧的开口；所述输送带组件的输送带与海平面形成一个30-60°的夹角，且为网格结构；所述输送带组件的主动辊通过第一转轴铰接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼波浪能发电功能的浮式防波堤，包括浮体和锚泊系统，其特征在于：/n所述浮体，包括：/n一个第一箱体，所述第一箱体包括一个前腔和一个后腔，两者在平行于海平面的方向上前后排布；所述前腔形成一个弧形流道；所述后腔包括一个上腔与一个下腔，两者在垂直于海平面的方向上上下排布，所述上腔形成一个第一蓄水仓；所述下腔形成一个直流道；所述弧形流道的第一开口的中心线与海平面平行，并与下腔的一侧开口对接，其第二开口在垂直于海平面的方向上高于第一开口，且中心线与海平面垂直；/n一个第二箱体，所述第二箱体形成一个第二蓄水仓，其安装至第一箱体上，并位于前腔的外侧；/n一个透平发电系统，包括：/n一个管状的阀体，所述阀体的第三开口与弧形流道的第二开口密封对接，其第四开口背离弧形流道的第二开口；在阀体的内壁上设有一个用于支撑第一阀芯，并构成密封副的第一阀座；/n一个第一阀芯，其位于阀体内，并沿着阀体的中心线方向往复的直线运动；所述第一阀芯的一侧形成一个用于配合第二阀芯，并构成密封副的第二阀座，其另一侧形成一个用于配合第三阀芯，并构成密封副的第三阀座；所述第一阀芯上设有一个第一导流孔、一个第二导流孔以及一个用于安装透平发电机的安装腔室，所述第二阀座、第三阀座、第一导流孔、第二导流孔以及安装腔室之间相贯通；/n一个第二阀芯，其通过从第三开口的内口沿向中心延伸的第一支架固定至阀体上；/n一个第三阀芯，其通过从第四开口的内口沿向中心延伸的第二支架固定至阀体上；/n以及，一个透平发电机，其安装至第一阀芯的安装腔室内；/n其中，当无外作用力施加于第一阀芯，该第一阀芯降至低位时，所述第二阀芯与第二阀座之间的第一阀口打开；所述第三阀芯与第三阀座之间的第二阀口打开；所述第一阀口、第一导流孔均与阀体的第三开口贯通；所述第二阀口、第二导流孔均与阀体的第四开口贯通，且从第二阀口与第二导流孔进入的气流和/或水流单向驱动透平发电机工作；/n当外作用力施加于第一阀芯，驱使第一阀芯升至高位时，所述第二阀芯与第二阀座之间的第一阀口关闭；所述第三阀芯与第三阀座之间的第二阀口关闭；所述第一导流孔与阀体的第四开口贯通；所述第二导流孔与阀体的第三开口贯通，且从第二导流孔进入的气流和/或水流仍单向驱动透平发电机工作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种兼波浪能发电功能的浮式防波堤，包括浮体和锚泊系统，其特征在于：
所述浮体，包括：
一个第一箱体，所述第一箱体包括一个前腔和一个后腔，两者在平行于海平面的方向上前后排布；所述前腔形成一个弧形流道；所述后腔包括一个上腔与一个下腔，两者在垂直于海平面的方向上上下排布，所述上腔形成一个第一蓄水仓；所述下腔形成一个直流道；所述弧形流道的第一开口的中心线与海平面平行，并与下腔的一侧开口对接，其第二开口在垂直于海平面的方向上高于第一开口，且中心线与海平面垂直；
一个第二箱体，所述第二箱体形成一个第二蓄水仓，其安装至第一箱体上，并位于前腔的外侧；
一个透平发电系统，包括：
一个管状的阀体，所述阀体的第三开口与弧形流道的第二开口密封对接，其第四开口背离弧形流道的第二开口；在阀体的内壁上设有一个用于支撑第一阀芯，并构成密封副的第一阀座；
一个第一阀芯，其位于阀体内，并沿着阀体的中心线方向往复的直线运动；所述第一阀芯的一侧形成一个用于配合第二阀芯，并构成密封副的第二阀座，其另一侧形成一个用于配合第三阀芯，并构成密封副的第三阀座；所述第一阀芯上设有一个第一导流孔、一个第二导流孔以及一个用于安装透平发电机的安装腔室，所述第二阀座、第三阀座、第一导流孔、第二导流孔以及安装腔室之间相贯通；
一个第二阀芯，其通过从第三开口的内口沿向中心延伸的第一支架固定至阀体上；
一个第三阀芯，其通过从第四开口的内口沿向中心延伸的第二支架固定至阀体上；
以及，一个透平发电机，其安装至第一阀芯的安装腔室内；
其中，当无外作用力施加于第一阀芯，该第一阀芯降至低位时，所述第二阀芯与第二阀座之间的第一阀口打开；所述第三阀芯与第三阀座之间的第二阀口打开；所述第一阀口、第一导流孔均与阀体的第三开口贯通；所述第二阀口、第二导流孔均与阀体的第四开口贯通，且从第二阀口与第二导流孔进入的气流和/或水流单向驱动透平发电机工作；
当外作用力施加于第一阀芯，驱使第一阀芯升至高位时，所述第二阀芯与第二阀座之间的第一阀口关闭；所述第三阀芯与第三阀座之间的第二阀口关闭；所述第一导流孔与阀体的第四开口贯通；所述第二导流孔与阀体的第三开口贯通，且从第二导流孔进入的气流和/或水流仍单向驱动透平发电机工作。


2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋瑞银，马肖，任聪杰，金恒，林躜，詹建明，
申请(专利权)人：浙江大学宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33