CN106223264B - 一种兼具波浪能发电功能的翘板浮式防波堤 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种兼具波浪能发电功能的翘板浮式防波堤，包括浮体以及与其转动连接的防波堤体，所述防波堤本体包括防波翘板以及设置在其上的发电装置，所述发电装置由一组波能转化单元构件组成。所述波能转化单元构件包括壳体以及固定设置在其内部空腔的导杆，所述导杆上配合设置有可相对其往复滑动的永磁体，所述壳体内部空腔中设有与永磁体相配合的发电线圈。所述导杆两端部设有与永磁体相配合的缓冲弹性体。所述防波翘板背面设有至少一个与浮体相配合的转动机构，使得防波堤本体在波浪的作用下相对浮体转动，从而实现波浪能向电能的转化。本发明海洋环境适应能力强、电能转化效率较高、结构简单。
Description
技术领域
本发明属于波浪发电和防波堤工程技术研究领域，尤其涉及一种兼具波浪能发电功能的翘板浮式防波堤。
背景技术
人类社会步入二十一世纪后资源消耗加速，作为世界主要能源来源的煤、石油、天然气等非可再生资源日渐枯竭，碳排放量过高所带来的温室效应以及生态环境破坏所产生的负面影响日渐严重。随着化石能源的日益紧张，陆地资源的日益紧缺，向广阔的海洋发展是人类必经之路。波浪能作为海洋能的一种，是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。它是海洋中蕴藏最为丰富的能源之一，波浪能蕴藏量巨大，可为人类源源不断地提供清洁能源。在一些特殊地区如偏远海岛，无居民海岛，波浪发电具有极高的应用价值。另外，世界人口的60%居住在距海岸100km的沿海地区，随着经济全球化的发展及人们生活水平的提高，对能源的需求量将越来越大，因此，在沿海地区进行波浪能的开发利用具有重要的现实意义。
浮式防波堤通常是由金属、钢筋混凝土和塑料等材料制造的浮式构件和锚泊系统组成的防浪设施。浮式防波堤与传统的坐底式防波堤相比，具有施工便捷、造价较低、拆装方便、对被掩护水域的水动力环境影响不大、受水深和地基等影响小等优点。近些年来，由于兴建小码头、发展深水养殖等工程实际需要，浮式防波堤的应用越来越广泛。例如在浮式防波堤可以用于掩护水产增养殖区域、人工海水浴场等水域，以取得节省投资和保持良好水质交换的双重效果。海上工程的临时性施工现场掩护也可以利用浮式防波堤，以创造良好作业环境，缩短工期提高经济效益。此外浮式防波堤还可以应用于军事上掩护海上机动码头，为舰船的补给与维修创造出相对平静的水域。
现有的防波堤一般为固定的竖直结构或者斜坡结构，一般对对地形的依赖性较大多。现有的可发电类防波堤一般利用浮子发电原理，发电装置与海水直接接触或者暴露于潮湿的海水蒸汽环境中，对装置的防腐要求极高。或者结构及其复杂，安装、维修不便，可移植性差。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种兼具波浪能发电功能的翘板浮式防波堤，其对海洋环境适应能力强、可移植性强、结构简单。
为解决上述技术问题，本发明包括浮体以及与浮体转动连接的防波堤本体，所述防波堤本体包括防波翘板以及设置在防波翘板上的发电装置，所述发电装置由一组波能转化单元构件组成。
进一步的，所述波能转化单元构件包括壳体以及固定设置在壳体内部空腔的导杆，所述导杆上配合设置有可相对导杆往复滑动的永磁体，所述壳体内部空腔中设有与永磁体相配合的发电线圈。
进一步的，所述壳体两端分别螺纹连接有重型底盖和轻质顶盖，重型底盖和轻质顶盖与导杆的两端螺纹固定连接，所述永磁体套接在导杆上，所述发电线圈黏粘固定于壳体内壁上。
进一步的，所述防波翘板两端部分别设置有顶盖板和底盖板，所述波能转化单元构件两端分别与顶盖板和底盖板螺纹固定连接。
进一步的，所述导杆两端部设有与永磁体相配合的一组缓冲弹性体。
进一步的，所述缓冲弹性体为缓冲弹簧或者缓冲橡胶块等，一组缓冲弹性体固定焊接在重型底盖和轻质顶盖上。
进一步的，所述防波翘板的一端连接设有重物块。
进一步的，所述浮体两侧端面上均设有锚接装置，所述锚接装置包括与锚链相连接的锚链扣，所述锚链扣固定设置在锚链固定座靠近防波翘板的侧面上。
进一步的，所述防波翘板背面设有至少一个与浮体相配合的转动机构，所述转动机构设置在靠近防波翘板底端的位置，所述转动机构包括固定设置在防波翘板上的支座以及与其固定连接的转动轴承，所述转动轴承与固定设置在浮体凹槽内的固定轴套接配合转动。
进一步的，所述防波翘板背面设有至少一个与浮体相配合的转动机构，所述转动机构设置在靠近防波翘板底端的位置，所述转动机构包括固定设置在防波翘板上的轴杆，所述轴杆与固定设置在浮体上的一对凸耳转动连接。
本发明的有益效果如下：
1. 本发明为一种兼具波浪能发电功能的采用翘板式防波堤，不但可以将波浪能转化为电能，同时还可以消减波浪的影响，为防波堤后面海域提供平稳的水域环境，且不影响防波堤前后水体的交换；
2.本发明所述防波堤本体与浮体转动连接，将波能直接转换为永磁体往复运动的动能发电，发电单元完全密封，不用与海水直接接触，也不用暴露在潮湿的海水蒸汽环境中，避免海水的腐蚀，提高了其在海洋环境中的适应能力。
3. 本发明所述波能转化单元构件的一端设有重型底盖，或者在所述防波翘板的一端连接设置有重物块，使得防波堤本体呈倾斜状，正向面对波浪，达到良好的消波效果，并可进行二次消波。
4. 本发明所述由一组波能转化单元构件组成的发电装置设置在防波翘板上，
5. 本发明可根据实际海况条件和用电需求，在平行于岸线的方向上布置多个结构单元，可以采用一个长浮力桶上布置多个翘板式发电装置，也可以采用多个浮力桶平行岸线布置。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明防波翘板与浮体第一种配合方式的结构示意图；
图3为本发明防波翘板与浮体第二种配合方式的结构示意图；
图4为本发明波能转化单元构件的结构示意图。
其中，1是防波翘板；2是波能转化单元构件；3是浮体；4是锚链扣；5是锚链固定座；6是锚链；7是重型底盖；8是支座；9是固定轴；10是转动轴承；11是轴杆；12是凸耳；13是壳体；14是导杆；15是发电线圈；16是永磁体；17是缓冲弹性体；18是轻质顶盖；19是顶盖板；20是底盖板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
如图1所示，本发明所提供的一种兼具波浪能发电功能的翘板浮式防波堤，包括浮体3以及与其转动连接的防波堤本体。浮体3可采用圆柱形浮力桶或者其他常用浮力构件，只要其结构可以满足防波堤本体绕其正常转动即可。防波堤本体包括防波翘板1以及设置在其上的发电装置，防波翘板1背面设置有一组与浮体3相配合的转动机构，其中转动机构相当于防波堤本体的支点，该转动机构设置在靠近防波翘板1底端的位置，转动机构设置点距离防波翘板1最底端的长度为防波翘板1总长的1/4~5/12。本发明所称防波翘板1底端指波能转化单元构件2中重型端盖7所在端。设置多个转动机构的原因是为了可根据实际情况调整支点的位置，以达到更好的消波效果。或者也可在防波翘板1背面设置与上述转动机构相配合的卡轨，该转动机构可沿卡轨移动，待移动至合适位置后可利用转动机构的锁定装置将其固定。本发明中优选如下两种防波翘板与浮体的配合方式:
图2所示为防波翘板1与浮体3的第一种配合方式: 首先，在浮体3上预设凹槽，将固定轴9固定设置在凹槽内，防波翘板1背面固定设置一组支座8，该支座8与转动轴承10固定连接，转动轴承10套接在固定轴9上，相对固定轴9转动。
图3所示为防波翘板1与浮体3第二种配合方式:在浮体3上焊接或者螺纹固定连接设置一对凸耳12，防波翘板1上背面固定设置一组支座，该支座与轴杆11固定连接，该轴杆11与凸耳12转动连接，为减少摩擦，可在二者连接处设置轴承。
防波翘板1为平板或者栅板结构，发电装置采用焊接、螺纹连接等方式固定在防波翘板1上，或者在防波翘板1端部设置顶盖板19和底盖板20，用以固定发电装置。其中顶盖板19和底盖板20与防波翘板1之间形成可放置波能转化单元构件2端部的空腔，在波能转化单元构件2两端部焊接有一组与顶盖板19和底盖板20上预留的连接孔相配合的螺钉。安装时，先在防波翘板1的一侧将波能转化单元构件2通过螺钉与顶盖板19和底盖板20螺纹固定连接，然后将一组未事先焊接螺钉的波能转化单元构件2放置于顶盖板19和底盖板20空腔中，最后再在防波翘板1的另一侧将另一事先焊接有螺钉的波能转化单元构件2通过螺钉与顶盖板19和底盖板20螺纹固定连接。为减少各波能转化单元构件2之间的碰撞，在波能转化单元构件2之间塞入泡沫、木料等轻质材料。可见，本发明不仅结构简单、安装方便，而且还便于检修。
如图4所示，发电装置由一组波能转化单元构件2组成，该波能转化单元构件2的壳体13为圆柱体、方体、或者其他形状结构。壳体13两端分别螺纹连接有重型底盖7和轻质顶盖18，重型底盖7和轻质顶盖18与导杆14的两端螺纹固定连接，所述永磁体16套接在导杆14上，永磁体16可相对导杆14往复运动。所述发电线圈15黏粘固定于壳体13内壁上，永磁体16沿导杆14往复运动时切割发电线圈15发电。在导杆14两端部设有与永磁体16相配合的缓冲弹性体17，该缓冲弹性体17为缓冲弹簧或者缓冲橡胶块等，缓冲弹性体17固定焊接在重型底盖7和轻质顶盖18上，主要是为了防止永磁体16在往复运动过程中与波能转化单元构件2内端面产生直接撞击，影响装置的使用寿命，从而利用缓冲弹性体17起到一定的缓冲作用。
波能转化单元构件2的一端设有重型底盖7，该重型底盖7的设置是为了使得波能转化单元构件2两端产生重量差异。将波能转化单元构件2设置有重型底盖7的一端均设置在防波翘板1的同一侧，使得整个防波翘板1呈倾斜状，通过调节其支点位置和重型底盖7的数量，使得防波翘板1大致倾斜正对波浪。当波浪较小时，防波堤本体可以对来浪进行第一次消减反射，绕过防波堤本体的波浪到达浮体3时被其进行第二次反射消减，从而达到良好的消波效果。当波浪较大产生越浪时，波浪在防波堤本体上进行爬坡运动，此时波浪的动能转化为重力势能，由于杠杆原理的作用，波能转化单元构件2随防波翘板1绕浮体3旋转，波能转化单元构件2内部的永磁铁往复运动发电。另外防波堤本体上水体下落与经浮体3消减的波浪撞击再次造成波浪运动的紊乱，进一步提高消波效果。此外，作为该法的替代方式，还可以在防波翘板1的一端连接设置重物块。
浮体3两侧端面上均设有锚接装置，该锚接装置包括固定设置在锚链固定座5靠近防波翘板1的侧面上，即处于迎浪面一侧上的锚链扣4，锚链6的一端与锚链扣4相连，另一端与事先设置在海底的锚链固定桩相连。锚链扣4设置在迎浪面一侧有利于越浪条件下防波堤本体绕浮体3旋转后复位。
利用本发明发出来的电量可存入相应的储电装置或直接通过导线传递到相应的储电处或经过变电后直接输送到沿岸居民家中等，使岸边受到相应的保护的同时，对清洁能源的利用和缓解国家电力压力都有积极作用。
Claims (7)
1.一种兼具波浪能发电功能的翘板浮式防波堤，其特征在于包括浮体（3）以及与浮体（3）转动连接的防波堤本体，所述防波堤本体包括防波翘板（1）以及设置在防波翘板（1）上的发电装置，所述的防波翘板（1）背面设置有一组与浮体（3）相配合的转动机构，该转动机构设置在靠近防波翘板（1）底端的位置，转动机构设置点距离防波翘板（1）最底端的长度为防波翘板（1）总长的1/4~5/12，所述发电装置由一组波能转化单元构件（2）组成，所述波能转化单元构件（2）包括壳体（13）以及固定设置在壳体（13）内部空腔的导杆（14），所述导杆（14）上配合设置有可相对导杆（14）往复滑动的永磁体（16），所述壳体（13）内部空腔中设有与永磁体（16）相配合的发电线圈（15），所述壳体（13）两端分别螺纹连接有重型底盖（7）和轻质顶盖（18），重型底盖（7）和轻质顶盖（18）与导杆（14）的两端螺纹固定连接，所述永磁体（16）套接在导杆（14）上，所述发电线圈（15）黏粘固定于壳体（13）内壁上，所述波能转化单元构件（2）设置有重型底盖（7）的一端均设置在防波翘板（1）的同一侧。
2.根据权利要求1所述的一种兼具波浪能发电功能的翘板浮式防波堤，其特征在于防波翘板（1）两端部分别设置有顶盖板（19）和底盖板（20），所述波能转化单元构件（2）两端分别与顶盖板和底盖板螺纹固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种兼具波浪能发电功能的翘板浮式防波堤，其特征在于所述导杆（14）两端部均设有与永磁体（16）相配合的一组缓冲弹性体（17）。
4.根据权利要求3所述的一种兼具波浪能发电功能的翘板浮式防波堤，其特征在于所述缓冲弹性体（17）为缓冲弹簧或者缓冲橡胶块，一组缓冲弹性体（17）分别固定焊接在重型底盖（7）和轻质顶盖（18）上。
5.根据权利要求1所述的一种兼具波浪能发电功能的翘板浮式防波堤，其特征在于所述浮体（3）两侧端面上均设有锚接装置，所述锚接装置包括与锚链（6）相连接的锚链扣（4），所述锚链扣（4）固定设置在锚链固定座（5）靠近防波翘板（1）的侧面上。
6.根据权利要求1所述的一种兼具波浪能发电功能的翘板浮式防波堤，其特征在于所述防波翘板（1）背面设有至少一个与浮体（3）相配合的转动机构，所述转动机构设置在靠近防波翘板（1）底端的位置，所述转动机构包括固定设置在防波翘板（1）上的支座（8）以及与其固定连接的转动轴承（10），所述转动轴承（10）与固定设置在浮体（3）凹槽内的固定轴（9）套接配合转动。
7.根据权利要求1所述的一种兼具波浪能发电功能的翘板浮式防波堤，其特征在于所述防波翘板（1）背面设有至少一个与浮体（3）相配合的转动机构，所述转动机构设置在靠近防波翘板（1）底端的位置，所述转动机构包括固定设置在防波翘板（1）上的轴杆（11），所述轴杆（11）与固定设置在浮体（3）上的一对凸耳（12）转动连接。
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