CN104653391B - 一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置及实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置及实施方法，其特征在于：包括：设置于高桩码头桩基（1）上的波浪发电模块（2）和潮位发电模块（3）。本发明提供的一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置及实施方法，利用波浪发电模块和潮位发电模块进行交互式无间断自发电，依靠波浪变化及潮位变化来发电，无需外加电流，高效利用新能源，节能减排低碳，可靠性强，自动化程度高，人工维护简便，适用性广。

Description

一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置及实施方法

技术领域

本发明涉及一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置及实施方法，尤其涉及一种水位变化下自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置及实施方法，适用于港工建筑物中高桩钢筋的外加直流电源保护。

背景技术

港工建筑物中高桩码头是重要的固定式码头结构型式之一，在我国应用广泛。由于自身结构和海洋工作环境等因素的影响，高桩码头耐久性差，其中钢筋锈蚀是导致其可靠性降低，使用寿命短的主要原因。由于其桩基一直处在水位不断变化，干湿交替的环境中，高桩码头桩基内钢筋更是过早就发生腐蚀，钢筋腐蚀将直接导致桩基的承载力极具下降，极大的缩短了码头的使用寿命。

根据国内外的研究现状，外加直流电源保护技术已被证实是针对钢筋腐蚀较为有效的一种防护技术，而传统的钢筋保护系统是无法自己发电，需要施加外部电流进行保护，这就会产生大量的能源消耗，同时使用一段时间电能消耗完，需要定时更换能源设备，增加了后期维护费用，这将会带来更大的资金投入。

这就使得传统的钢筋保护系统自动化程度差，所以目前亟待一种无须外加电流，可自行发电，对桩基钢筋可进行保护的装置。因此发明自动化桩基钢筋保护装置，对于延长码头的使用寿命以及提高能源利用具有较大意义。本发明可以同时利用潮位变化和波浪变化来产生电流，将电流加到码头桩基内的钢筋上对钢筋进行外加直流电源保护，系统设备简单，自动程度化高，适用性较强。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用波浪发电模块和潮位发电模块进行交互式无间断自发电的保护高桩码头桩基内钢筋的装置及实施方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置，其特征在于：包括：设置于高桩码头桩基上的波浪发电模块和潮位发电模块；所述波浪发电模块包括固定包覆于所述高桩码头桩基上端的两个相对的半环形磁铁、设置于所述半环形磁铁与高桩码头桩基之间的空隙内且在所述空隙内上下向运动的两个相对的半环形铜杆，两个所述半环形铜杆的下端均通过阶梯状的连接杆与浮子相连，第一导线分别与两个所述半环形铜杆的两端相连接后再与整流器相连；所述整流器用第二导线连接至蓄电池；位于所述连接杆的阶梯内部的所述高桩码头桩基上固定有所述潮位发电模块，所述潮位发电模块包括固定于所述高桩码头桩基上的水箱，所述水箱的底端水平设置有出水管，所述出水管内固定设置有水轮叶片，所述出水管上还设置有阀门，所述阀门的正上方正对连杆的一端，所述连杆的另一端固定于所述连接杆上，所述水轮叶片与发电机相连，所述发电机通过第三导线与所述蓄电池电相连，所述蓄电池通过第四导线分别与钢筋与辅助阳极相连。

所述半环形磁铁、半环形铜杆、连接杆和浮子的个数均为2个且左右对称式设置。

所述半环形磁铁包括半环形强力磁铁S极与半环形强力磁铁N极。

所述连接杆包括刚性塑料杆。

所述浮子由内置铁芯的泡沫制成。

浮子的重量必须保证当潮位降低至浮子脱离水面时，浮子、连接杆和半环形铜杆的自重足以按压开阀门。

所述水箱为顶端敞口式。

所述阀门为按压式阀门。

所述半环形磁铁设置于最高潮位以上；水箱设置于最高潮位与最低潮位之间，水箱顶面低于最高潮位，底面高于最低潮位；浮子高于最低潮位的距离为最低潮位与最高潮位之间的长度的1/3，以保证水箱有足够的出水时间。

一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的实施方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将半环形强力磁铁S极与半环形强力磁铁N极固定在高桩码头桩基上，蓄电池和整流器均安装在码头横梁上；

2)将半环形铜杆置于所述高桩码头桩基与半环形强力磁铁S极和半环形强力磁铁N极之间的空隙内，保证所述半环形铜杆可以在所述空隙内上下振动；

3)连接杆的一端与所述半环形铜杆相连接，另一端与浮子相连接；

4)水箱安装在最高潮位与最低潮位之间，当在高潮位时，所述水箱蓄满水，所述浮子未脱离水面，所述浮子随着波浪的变化上下振动，从而在所述连接杆的作用下，带动所述半环形铜杆上下来回切割磁感线并产生电流，电流用第一导线连接至所述整流器，所述整流器用第二导线连接至所述蓄电池，所述蓄电池储存电能；

5)当潮位降低至所述浮子脱离水面时，所述半环形铜杆停止振动不产生电流，所述浮子依靠重力带动连杆按压开设置于所述水箱的出水管上的阀门，使水箱内的水流出；

6)水箱水流出时带动设置于所述出水管内的水轮叶片转动，使得与所述水轮叶片相连的发电机产生电流；

7)所述发电机通过第三导线与所述蓄电池电相连，所述蓄电池储存所述发电机产生的电能；

8)所述蓄电池通过第四导线分别与钢筋与辅助阳极相连，对钢筋进行外加直流电源保护。

本发明的装置安装于高桩码头桩基上，当潮位较高时，浮子随波浪上下振动带动刚性塑料杆，使得半环形铜杆上下振动，切割磁力线产生电流，传至整流器，整流器整流好的电流连接到蓄电池上。

浮子受到波浪影响上下振动，通过刚性塑料杆连接的半环形铜杆也产生上下运动，由于在桩基上设置了半环形强力磁铁S极与半环形强力磁铁N极，所以半环形铜杆在运动过程中会切割磁感线产生感应电动势，通过闭合回路就会产生感应电流；其利用的公式是：

E＝BLV

式中V为切割磁感线的速度，B为磁感应强度，L为有效的导线长度。

由于上下振动，所以产生的电流的方向也在不断变化，产生的是交流电，利用整流器可使交流电转换成直流电，然后将直流电储存到蓄电池上进行保存。

蓄电池可以贮存大量的电能，蓄电池引出正负极导线，将负极接到桩内的钢筋上，正极接到辅助阳极上，这样就起到保护高桩码头桩基内钢筋的作用。

同时，当潮位较高时，浮子和水面接触并浮起，连杆没有接触到按压式阀门，此时阀门是处于关闭状态。当潮位上升至最高水位时，水箱内灌满水，当潮位降低至浮子脱离水面时，在浮子和刚性塑料杆的重力下，连杆按压按压式阀门，阀门打开，水从水箱的管道里流出，带动水轮叶片转动，水轮叶片会牵动发电机运转发电，此时将产生的电能通过导线储存到蓄电池上。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明能将波浪上下振动能量转化成电能；

2、同时本发明也可利用潮位变化进行发电，高效地利用的能量；

3、本发明利用了水位变化的能量，实现了节能减排低碳的设计理念；

4、可靠性较强，安装之后无需人员前来维护和更换系统；

5、本发明适用于所有港工建筑物中高桩码头桩基钢筋保护，适用性广。

本发明提供的一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置及实施方法，利用波浪发电模块和潮位发电模块进行交互式无间断自发电，依靠波浪变化及潮位变化来发电，无需外加电流，高效利用新能源，节能减排低碳，可靠性强，自动化程度高，人工维护简便，适用性广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A部分的放大图；

图3为本发明中钢筋外加直流电源的电路图；

图4为本发明中半环形铜杆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1～4所示，1、一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置，其特征在于：包括：设置于高桩码头桩基1上的波浪发电模块2和潮位发电模块3；所述波浪发电模块2包括固定包覆于所述高桩码头桩基1上端的两个相对的半环形磁铁21、设置于所述半环形磁铁21与高桩码头桩基1之间的空隙内且在所述空隙内上下向运动的两个相对的半环形铜杆22，两个所述半环形铜杆22的下端均通过阶梯状的连接杆23与浮子24相连，第一导线25分别与两个所述半环形铜杆22的两端相连接后再与整流器26相连；所述整流器26用第二导线27连接至蓄电池28；位于所述连接杆23的阶梯内部的所述高桩码头桩基1上固定有所述潮位发电模块3，所述潮位发电模块3包括固定于所述高桩码头桩基1上的水箱31，所述水箱31的底端水平设置有出水管32，所述出水管32内固定设置有水轮叶片33，所述出水管32上还设置有阀门34，所述阀门34的正上方正对连杆35的一端，所述连杆35的另一端固定于所述连接杆23上，所述水轮叶片33与发电机36相连，所述发电机36通过第三导线37与所述蓄电池28电相连，所述蓄电池28通过第四导线38分别与钢筋4与辅助阳极5相连。

所述半环形磁铁21包括半环形强力磁铁S极211与半环形强力磁铁N极212，半环形磁铁21为强力磁铁。

所述连接杆23包括刚性塑料杆。

所述浮子24由内置铁芯的泡沫制成。浮子24的重量要求是，当潮位降低至所述浮子24脱离水面时，浮子24、连接杆35和半环形铜杆22的自重足以按压开阀门34。

所述水箱31为顶端敞口式。

所述阀门34为按压式阀门。

所述半环形磁铁21设置于最高潮位以上；水箱31设置于最高潮位与最低潮位之间，水箱31顶面低于最高潮位，底面高于最低潮位；浮子24高于最低潮位的距离为三分之一最低与最高潮位之间的长度，以保证水箱31有足够的出水时间。

一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的实施方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将半环形强力磁铁S极211与半环形强力磁铁N极212固定在高桩码头桩基1上，蓄电池28和整流器26均安装在码头横梁6上；

2)将半环形铜杆22置于所述高桩码头桩基1与半环形强力磁铁S极211和半环形强力磁铁N极212之间的空隙内，保证所述半环形铜杆22可以在所述空隙内上下振动；

3)连接杆23的一端与所述半环形铜杆22相连接，另一端与浮子24相连接；

4)水箱31安装在最高潮位与最低潮位之间，当在高潮位时，所述水箱31蓄满水，所述浮子24未脱离水面，所述浮子24随着波浪的变化上下振动，从而在所述连接杆23的作用下，带动所述半环形铜杆22上下来回切割磁感线并产生电流，电流用第一导线25连接至所述整流器26，所述整流器26用第二导线27连接至所述蓄电池28，所述蓄电池28储存电能；

5)当潮位降低至所述浮子24脱离水面时，所述半环形铜杆22停止振动不产生电流，所述浮子24依靠重力带动连杆35按压开设置于所述水箱31的出水管32上的阀门34，使水箱31内的水流出；

6)水箱31水流出时带动设置于所述出水管32内的水轮叶片33转动，使得与所述水轮叶片33相连的发电机36产生电流；

7)所述发电机36通过第三导线37与所述蓄电池28电相连，所述蓄电池28储存所述发电机36产生的电能；

8)所述蓄电池28通过第四导线38分别与钢筋4与辅助阳极5相连，对钢筋4进行外加直流电源保护。

本发明的装置安放在高桩码头桩基1的不同水位区域，具体位置是，半环形磁铁21安装在最高潮位以上，可以保证该部分不受水的影响；水箱31要在最高潮位与最低潮位之间；浮子24则安装的位置要适当，保证在最低潮位时，浮子24可以脱离水面，不受波浪振动影响，在重力的作用下，与浮子24连接的连杆35可以按压阀门34。

当水位高于最低潮位时，浮子24在水的作用下会上下运动，带动半环形铜杆22上下振动，切割磁力线产生电流，当潮位下降，浮子24脱离水面，此时浮子24不振动停止发电，转由下部水箱31继续产生电流。

半环形强力磁铁S极211与半环形强力磁铁N极212会产生大量的水平磁感线，半环形铜杆22在运动过程中会切割磁感线这样就会产生感应电动势，通过闭合回路产生感应电流，电流用整流器26整流成直流电，然后连接到蓄电池28。

潮位上升到最高时，水箱31会被灌满水，按压式阀门34此时是关闭的，当潮位降低至浮子24脱离水面时，此时按压式阀门34在连杆35的按压下打开，水流出带动水轮叶片33转动，牵引发电机36发电，发的电流连接到蓄电池28上。

将这两个部分产生的电能，通过蓄电池28储存，从蓄电池28引出正负极导线，负极的导线连接到桩基的钢筋4内，正极导线与辅助阳极5相连，起到外加直流电源阴极保护。

本发明是在潮位变化下和波浪变化下，装置可以自行发电，无需外部电流，对钢筋4进行外加直流电源保护。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置，其特征在于：包括：设置于高桩码头桩基（1）上的波浪发电模块（2）和潮位发电模块（3）；所述波浪发电模块（2）包括固定包覆于所述高桩码头桩基（1）上端的两个相对的半环形磁铁（21）、设置于所述半环形磁铁（21）与高桩码头桩基（1）之间的空隙内且在所述空隙内上下向运动的两个相对的半环形铜杆（22），两个所述半环形铜杆（22）的下端均通过阶梯状的连接杆（23）与浮子（24）相连，第一导线（25）分别与两个所述半环形铜杆（22）的两端相连接后再与整流器（26）相连；所述整流器（26）用第二导线（27）连接至蓄电池（28）；位于所述连接杆（23）的阶梯内部的所述高桩码头桩基（1）上固定有所述潮位发电模块（3），所述潮位发电模块（3）包括固定于所述高桩码头桩基（1）上的水箱（31），所述水箱（31）的底端水平设置有出水管（32），所述出水管（32）内固定设置有水轮叶片（33），所述出水管（32）上还设置有阀门（34），所述阀门（34）的正上方正对连杆（35）的一端，所述连杆（35）的另一端固定于所述连接杆（23）上，所述水轮叶片（33）与发电机（36）相连，所述发电机（36）通过第三导线（37）与所述蓄电池（28）相连，所述蓄电池（28）通过第四导线（38）分别与钢筋（4）与辅助阳极（5）相连。

2.根据权利要求1所述的一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置，其特征在于：所述半环形磁铁（21）包括半环形强力磁铁S极（211）与半环形强力磁铁N极（212）。

3.根据权利要求1所述的一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置，其特征在于：所述连接杆（23）包括刚性塑料杆。

4.根据权利要求1所述的一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置，其特征在于：所述浮子（24）由内置铁芯的泡沫制成。

5.根据权利要求1所述的一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置，其特征在于：所述水箱（31）为顶端敞口式。

6.根据权利要求1所述的一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置，其特征在于：所述阀门（34）为按压式阀门。

7.根据权利要求1所述的一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的装置，其特征在于：所述半环形磁铁（21）设置于最高潮位以上；水箱（31）设置于最高潮位与最低潮位之间；浮子（24）高于最低潮位的距离为最低潮位与最高潮位之间的长度的1/3，以保证水箱（31）有足够的出水时间。

8.一种自发电保护高桩码头桩基内钢筋的实施方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将半环形强力磁铁S极（211）与半环形强力磁铁N极（212）固定在高桩码头桩基（1）上，蓄电池（28）和整流器（26）均安装在码头横梁（6）上；

2）将半环形铜杆（22）置于所述高桩码头桩基（1）与半环形强力磁铁S极（211）和半环形强力磁铁N极（212）之间的空隙内，保证所述半环形铜杆（22）可以在所述空隙内上下振动；

3）连接杆（23）的一端与所述半环形铜杆（22）相连接，另一端与浮子（24）相连接；

4）水箱（31）安装在最高潮位与最低潮位之间，当在高潮位时，所述水箱（31）蓄满水，所述浮子（24）未脱离水面，所述浮子（24）随着波浪的变化上下振动，从而在所述连接杆（23）的作用下，带动所述半环形铜杆（22）上下来回切割磁感线并产生电流，电流用第一导线（25）连接至所述整流器（26），所述整流器（26）用第二导线（27）连接至所述蓄电池（28），所述蓄电池（28）储存电能；

5）当潮位降低至所述浮子（24）脱离水面时，所述半环形铜杆（22）停止振动不产生电流，所述浮子（24）依靠重力带动连杆（35）按压开设置于所述水箱（31）的出水管（32）上的阀门（34），使水箱（31）内的水流出；

6）水箱（31）水流出时带动设置于所述出水管（32）内的水轮叶片（33）转动，使得与所述水轮叶片（33）相连的发电机（36）产生电流；

7）所述发电机（36）通过第三导线（37）与所述蓄电池（28）相连，所述蓄电池（28）储存所述发电机（36）产生的电能；

8）所述蓄电池（28）通过第四导线（38）分别与钢筋（4）与辅助阳极（5）相连，对钢筋（4）进行外加直流电源保护。