CN106351172B - 一种柔性防浪堤系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔性防浪堤系统，包括至少一个防浪堤装置，所述防浪堤装置包括：发电平台，包括主浮体和均匀设置在所述主浮体四角的浮子，所述浮子随波浪绕主浮体转轴摆动，所述主浮体转轴的表面呈波浪状；第一液压装置，包括第一过滤器、设置在所述浮子内部的若干包含主单向阀和液压阻尼器及其相连接的管路的组合、第一单向阀；液压发电装置，包括辅单向阀、蓄能器、溢流阀、比例阀、第三单向阀、开关阀、液压马达以及与所述液压马达相连接的发电机。本发明提供的柔性防浪堤系统不仅具有很好的消浪效果，同时还兼具发电的功能。

Description

一种柔性防浪堤系统

技术领域

本发明涉及一种防浪堤，特别是一种兼具消浪和发电功能的柔性防浪堤系统。

背景技术

目前，浮式防波堤通常是由浮式构件和锚泊系统组成的防浪消浪设施，常用于港湾、海上施工现场和海水养殖等区域。尤其是在开放式海域，海水网箱养殖越来越多，而网箱经常因受到台风大浪的侵袭而造成损毁。为保证养殖网箱的安全和养殖鱼群的生长，通过浮式防波堤对养殖网箱进行的消浪减流显得非常有意义。

浮式防波堤构型主要可以分类为浮箱式、浮筒式和浮筏式三种。浮箱式浮式防波堤的消波机理是利用迎浪面反射入射波，从而消减透射波。其消波效果主要取决于浮箱的挡水面积以及B/L(堤宽与波长之比)。浮筒式浮式防波堤类似于浮箱式结构的浮式防波堤。但在消波性能上，其吸收波能的能力略强于箱式结构的浮式防波堤，常见的结构形式多为框架结构。浮筏式浮式防波堤主要是利用浮体部分与水体之间的摩擦作用，使得水面附近的波浪能量散失在这些平面结构上。

不同的浮式防浪堤的消波机理也不尽相同，但其设计主要是基于一种或几种消波机理，包括反射、摩擦耗能、破碎波、涡旋、共振等。反射消浪是利用浮式防波堤的迎浪断面，使波浪产生反射，产生与入射波相应的相位差。摩擦耗能主要是使入射波在浮式防波堤上沿路程破碎摩擦，消耗部分波能，使得透射波消减以达到减小堤后波高的效果。传统的浮式防浪堤还存在如下问题亟待解决：

1、防浪堤本身的安全性能亟待提高。防浪堤的浮体尺寸参数对波浪的透射系数影响较大。一般来说，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，但成本费用成倍增加，且对锚系拉力的要求也呈指数级增加。在台风大浪海况下，防浪堤极易受到摧毁，这大大降低了防浪堤自身的安全性(即抗浪性能)。

2、消浪机理较为传统。现有研究多数是通过传统的反射、摩擦耗能等传统方式消浪，效率相对不高，难以达到理想的消浪效果。

此外，我们海洋面积广阔，国家已将海洋资源开发利用列为重要战略目标，而我国海洋能开发利用技术在世界上还处于相对落后的状态。因此，大力开展海洋能发电的研发创造势在必行，这将对我国海洋经济发展起到一定的促进作用。

发明内容

根据现有技术中的浮式防波堤存在的种种不足，本发明提供了一种柔性防浪堤系统，通过波浪能转换和摩擦耗能方式相结合的方式来进行消浪，具有极佳的消浪效果，在消浪的同时，还可利用波浪和潮流进行发电。为了实现上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种柔性防浪堤系统，包括至少一个防浪堤装置，所述防浪堤装置包括：

发电平台，漂浮于水面，包括主浮体和均匀设置在所述主浮体四角的浮子，所述浮子随波浪绕主浮体转轴摆动，所述主浮体转轴的表面呈波浪状；

第一液压装置，包括第一过滤器、设置在所述浮子内部的若干包含主单向阀和液压阻尼器及其相连接的管路的组合、第一单向阀，所述第一过滤器、所述主单向阀、所述第一单向阀依次由管路连接；所述液压阻尼器包括压缩弹簧和柱塞杆，所述柱塞杆的一端连接所述压缩弹簧，另一端与所述主浮体转轴滑动连接；在所述浮子的摆动作用下，海水经所述第一过滤器、所述主单向阀输入所述液压阻尼器，然后海水由所述液压阻尼器从所述第一单向阀输出；

液压发电装置，安装在所述发电平台上，且包括辅单向阀、蓄能器、溢流阀、比例阀、第三单向阀、开关阀、液压马达以及与所述液压马达相连接的发电机，所述蓄能器、所述溢流阀、所述比例阀、所述第三单向阀、所述开关阀和所述液压马达依次通过管路连接；所述辅单向阀经由所述溢流阀与所述蓄能器相连接，由所述第一液压装置输出的海水经由所述辅单向阀进入所述液压发电装置。

一优选的实施例中，所述防浪堤装置还包括若干第二液压装置，所述第二液压装置包括旋转装置、海水泵、第二单向阀，所述旋转装置通过柔性轴连接于所述海水泵，所述海水泵的进口连接所述第一过滤器，所述海水泵的出口连接所述第二单向阀，且所述海水泵固定连接于所述发电平台；在所述旋转装置的带动下，所述海水泵将海水经由所述第一过滤器、所述海水泵从所述第二单向阀输出，由所述第二液压装置输出的海水经由所述辅单向阀进入所述液压发电装置。

一优选的实施例中，所述柔性防浪堤系统还包括球形万向联轴器和若干第三液压装置，所述第三液压装置包括若干包含第二过滤器、第四单向阀、柱塞缸、第五单向阀及其相连接的管路的组合；所述球形万向联轴器的两端分别固定连接于相邻的两个所述防浪堤装置的主浮体，所述柱塞缸的两端分别铰接连接于相邻的两个所述防浪堤装置的主浮体；相邻的两个所述防浪堤装置随波浪发生相对转动时，海水经由所述第二过滤器、所述第四单向阀输入所述柱塞缸，然后海水经由所述柱塞缸、第五单向阀输出，由所述第三液压装置输出的海水经由所述第一单向阀、所述辅单向阀进入所述液压发电装置。

一优选的实施例中，所述浮子的剖面，一侧呈椭圆形，另一侧呈圆形；所述浮子呈圆形的一侧内设置有重物。

一优选的实施例中，若干所述包含主单向阀和液压阻尼器及其相连接的管路的组合沿轴向均匀设置在所述浮子内侧。

一优选的实施例中，所述旋转装置包括若干可串联连接的S型桨叶，所述浆叶包括叶片、桨叶转轴和柔性板，所述桨叶呈曲线状。

一优选的实施例中，所述第二液压装置还包括增速器，所述旋转装置通过柔性轴连接于增速器并进而连接于所述海水泵。

一优选的实施例中，所述防浪堤装置设有两个以上所述第二液压装置，相邻的两个所述旋转装置的所述浆叶之间通过刚性连接杆并联连接。

一优选的实施例中，所述旋转装置的下方悬挂有沉子。

一优选的实施例中，所述防浪堤装置通过绳索与锚桩相连。

本发明的优点在于：

1、曲面的浮子随波浪绕主浮体转轴摆动的过程中，不仅可实现消浪的功效，同时在浮子的摆动作用下，海水被吸入第一液压装置的液压阻尼器，并由液压阻尼器释放高压海水至蓄能器，当蓄能器内压力达到峰值自动释放高压海水进行发电；

2、伴随着海水的流动可以带动第二液压装置的旋转装置转动，利用旋转装置来实现消浪的效果；此外，藉由旋转装置带动海水泵进行运作，将海水吸入至海水泵内并释放高压海水至蓄能器内，当蓄能器内压力达到峰值自动释放高压海水进行发电；

3、防浪堤装置间通过第三液压装置的球形万向联轴器联接，两个装置只能发生相对转动以防止碰撞，可以实现消浪；此外，防浪堤装置间的柱塞缸在波浪作用下可往复伸缩，一方面由于本身的阻尼实现消浪，另一方面，可将吸入海水并释放高压海水至蓄能器内进行发电；

4、通过溢流阀可设定蓄能器的最大压力，当蓄能器的压力达到峰值时释放海水，同时将管路中输送来的高压海水直接排向大海，以对蓄能器进行保护；同时借助比例阀来调整蓄能器输出的高压海水的流量和压力，也即系统的发电效果可以通过比例阀开启压力进行调节，保证发电的稳定；

5、桨叶的转速和浮子的摆动幅度可调整，进一步提升了消浪效果和发电的稳定性；

6、柔性防浪堤系统整体结构类似柔性的海草，当台风大浪来临时，由于采用张力锚结构，在波浪作用下，整个装置由于沉于水面以下以减小防浪堤的冲击面积，最终减小防浪堤的冲击力，保护防浪堤系统的安全。

附图说明

图1为本发明在一实施例中柔性防浪堤系统的示意图；

图2为本发明在一实施例中液压发电装置的示意图；

图3本发明在一实施例中浮子与主浮体转轴的配合示意图；

图4本发明在一实施例中柔性防浪堤系统的示意图；

图5本发明在一实施例中柔性防浪堤系统的局部侧视图；

图6为本发明在一实施例中S型浆叶的俯视图。

附图标记说明：

1-浮子；2-蓄能器；3-溢流阀；4-比例阀；5-第三单向阀；6-开关阀；7a-液压马达；7b-发电机；8-浮子挡板；9-铰链；10-第五单向阀；11-柱塞缸；12-管路；13-主单向阀；14-压缩弹簧；15-辅单向阀；16-第二单向阀；17-海水泵；18-增速器；19-柔性轴；20-浮子轴向减摩片；21-主浮体；21a-主浮体转轴；22-高密度压底材料；23-第一过滤器；24-刚性连接杆；25-柔性板；26-叶片；27-沉子；28-锚桩；29-第二过滤器；30-第四单向阀；31-球形万向联轴器；32-活塞杆；33-铆钉；34-桨叶转轴；35-第一单向阀；36-槽口；37-绳索。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参照图1至图3所示，本发明公开了一种柔性防浪堤系统，包括至少一个防浪堤装置，任意一防浪堤装置主要包括发电平台、第一液压装置和液压发电装置。

柔性防浪堤系统的发电平台漂浮于水面上，包括主浮体21和均匀设置在主浮体21四角的浮子1，即主浮体21前后两端和左右两侧均设置有浮子1。浮子1可随波浪绕主浮体转轴21a摆动，主浮体转轴21a的表面呈波浪状。

第一液压装置包括第一过滤器23、设置在浮子内部的若干包含主单向阀13和液压阻尼器及其相连接的管路12的组合、第一单向阀35。第一过滤器23、主单向阀13、第一单向阀35依次由管路12连接，其中，第一过滤器23的入水口设于水平面以下，第一过滤器23的出水口连接主单向阀13的进水口，主单向阀13的进水口连接第一单向阀35的进水口。液压阻尼器包括压缩弹簧14和柱塞杆32，柱塞杆32的一端连接压缩弹簧14，另一端与主浮体转轴滑动连接。在浮子1的摆动作用下，第一过滤器23吸入的低压海水经主单向阀13输入液压阻尼器；与此同时，藉由浮子1的摆动以及压缩弹簧14的作用下，使得柱塞杆32往复运动进而将低压海水转化为高压海水，之后高压海水由液压阻尼器从第一单向阀35输出。

液压发电装置安装在发电平台上，具体包括有：辅单向阀15、蓄能器2、溢流阀3、比例阀4、第三单向阀5、开关阀6、液压马达7a以及与液压马达相连接的发电机7b。蓄能器2、溢流阀3、比例阀4、第三单向阀5、开关阀6和液压马达7a依次通过管路连接，蓄能器2的入水口连接辅单向阀15的出水口，蓄能器2的出水口连接溢流阀3的入水口，溢流阀3的其中一出水口连接海水，另一出水口连接比例阀4的入水口，第三单向阀5的入水口连接比例阀4的出水口，开关阀6的入水口连接第三单向阀5的出水口，液压马达的入水口连接开关阀的出水口。辅单向阀15经由溢流阀3与蓄能器2相连接，第一液压装置输出的高压海水经由辅单向阀15进入液压发电装置的蓄能器2。

具体的，上述的蓄能器2为液压蓄能器2；溢流阀3可设定蓄能器2的最大压力，当蓄能器2内的压力达到峰值时，即可自动释放蓄能器2内的高压海水进行发电，同时将管路中输送来的高压海水直接排向大海，以对蓄能器进行保护；油路中的比例阀4可以设定出水口大小的比例(0～100％)，主要用于调整输出高压海水的流量和压力，也即系统的消浪效果可以通过比例阀开启压力进行调节，保证发电的稳定；当高压海水驱动液压马达7a带动发电机7b进行发电之后，会再次回到大海。

实施例二

继续参照图1并结合图4所示，本实施例在具备上述实施例一所述结构的基础上，防浪堤装置还包括若干第二液压装置，第二液压装置包括旋转装置、海水泵17、第二单向阀16，旋转装置通过柔性轴19连接于海水泵17，海水泵17的进口连接第一过滤器23，海水泵17的出口连接第二单向阀16，且海水泵17固定连接于发电平台；在旋转装置的带动下，海水泵17将海水经由第一过滤器23吸入，并经由海水泵17从第二单向阀16输出高压海水，由第二液压装置输出的高压海水经由辅单向阀15进入液压发电装置。

实施例三

参照图3所示，本实施例在兼具上述实施例一和实施例二所述结构的基础上，柔性防浪堤系统还包括球形万向联轴器31和若干第三液压装置，第三液压装置包括若干包含第二过滤器29、第四单向阀30、柱塞缸11、第五单向阀10及其相连接的管路的组合，第二过滤器29的入水口设置在海平面以下，第二过滤器29的出水口连接第四单向阀30的入水口，第四单向阀30的出水口连接柱塞缸11的入水口，第五单向阀10的入水口连接柱塞缸11的出水口。球形万向联轴器31的两端分别固定连接于相邻的两个防浪堤装置的主浮体21，由于两个防浪堤装置间通过球形万向联轴器31联接，使得两防浪堤装置只能发生相对转动，提高了防浪堤系统的稳定性；柱塞缸11的两端分别通过柱塞缸铰链9以铰接方式连接于相邻的两个防浪堤装置的主浮体21。在波浪作用下，柱塞缸11的活塞可往复伸缩，海水依次经由第二过滤器29、第四单向阀30输入柱塞缸11，并藉由柱塞缸11的活塞运动将其内的低压海水转换为高压海水，之后将高压海水由柱塞缸11、第五单向阀10输出，由第三液压装置输出的高压海水经由第一单向阀35、辅单向阀15进入液压发电装置的蓄能器2。

在本实施例中，通过三方面的波浪能捕获和转换，将低压海水转换为高压海水并蓄积到蓄能器2中，蓄能器2在压力达到一定值时，会自动开启比例阀4和手动阀，驱动液压马达高速转动，进而驱动发电机发电。

在本发明一可选的实施例中，浮子1的剖面，一侧呈椭圆形，另一侧呈圆形，通过该种设计，能够提高浮子的浮力。进一步优选的，浮子可主要由轻质浮性材料组成，浮子呈圆形的一侧内设置有高密度压底材料22，例如在浮子下部布置高密度如铁、铅等重物，以保证椭圆状部分在迎浪部分，同时有利于提高浮子的稳定性，同时提高消浪效果。

在本发明一可选的实施例中，若干包含主单向阀13和液压阻尼器及其相连接的管路的组合沿轴向均匀设置在浮子1的内侧。

在本发明一可选的实施例中，旋转装置包括若干可串联连接的S型桨叶。S型桨叶在海浪或潮流的作用下单向转动，再带动海水泵17转动，将过滤后的海水泵17入蓄能器2。具体的，桨叶包括叶片26、桨叶转轴34和柔性板25，桨叶呈曲线状，如图5所示。桨叶转轴34通过柔性轴19与海水泵17相连，在各桨叶转轴34上固定有若干片由呈曲线状的叶片26，且各叶片26均开有槽口36，柔性板通过固定铆钉33固定在叶片26的槽口36旁，当水流冲击叶片26时，凹面处的柔性板25挡住槽口36，凸面处的柔性板25打开，使得桨叶始终单向转动，达到一边阻流一边发电的效果。可选的，叶片26由金属等刚性材质构成，柔性板25由橡胶等软性材料构成。此外，桨叶的转速和浮子1的摆动幅度可白行设定和调整，进一步提升了消浪效果和发电的稳定性。

在本发明一可选的实施例中，第二液压装置还包括增速器18，旋转装置通过柔性轴19连接于增速器18并进而连接于海水泵17。海水在带动旋转装置进行旋转时，桨叶转轴会带动柔性轴上的增速器18一起转动，增速器18会提高转速并带动海水泵17运作，将海水从第一过滤器23吸入至海水泵17，海水泵17将低压海水转化为高压海水之后，通过第二单向阀16、辅单向阀15、溢流阀3进入蓄能器2。

在本发明一可选的实施例中，防浪堤装置设有两个以上第二液压装置，例如在主浮体21的两端分别设置有一第二液压装置，相邻的两个旋转装置的浆叶之间通过刚性连接杆24并联连接，桨叶间通过刚性连接杆24保证桨叶间具有足够的间隙且不至相撞，通过柔性轴19保证桨叶在波浪冲击时轴向可弯曲，但仍然能转动。在本发明一可选的实施例中，旋转装置的下方悬挂有沉子27，以保证桨叶转轴34在波浪作用下尽可能少变形。

在本发明一可选的实施例中，防浪堤装置通过绳索37与锚桩28相连。锚系结构采用张力锚的形式，系统整体结构类似柔性的海草。当台风大浪来临时，由于采用张力锚结构，在波浪作用下，整个装置由于将沉于水面以下以减小防浪堤的冲击面积，最终减小防浪堤的冲击力，保护防浪堤的安全。

在本发明一可选的实施例中，浮子外侧设置有浮子挡板8，作用为约束浮子的轴向移动，且在浮子挡板8和浮子之1间还设有浮子轴向减摩片20，以减少浮子挡板8和浮子1间沿圆周方向的转动摩擦。

应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims (5)

1.一种柔性防浪堤系统，其特征在于，包括至少一个防浪堤装置，所述防浪堤装置包括：

发电平台，漂浮于水面，包括主浮体和均匀设置在所述主浮体四角的浮子，所述浮子随波浪绕主浮体转轴摆动，所述主浮体转轴的表面呈波浪状；所述浮子的剖面，一侧呈椭圆形，另一侧呈圆形；所述浮子呈圆形的一侧内设置有重物；

第一液压装置，包括第一过滤器、设置在所述浮子内部的若干包含主单向阀和液压阻尼器及其相连接的管路的组合、第一单向阀，所述第一过滤器、所述主单向阀、所述第一单向阀依次由管路连接；所述液压阻尼器包括压缩弹簧和柱塞杆，所述柱塞杆的一端连接所述压缩弹簧，另一端与所述主浮体转轴滑动连接；在所述浮子的摆动作用下，海水经所述第一过滤器、所述主单向阀输入所述液压阻尼器，然后海水由所述液压阻尼器从所述第一单向阀输出；

液压发电装置，安装在所述发电平台上，且包括辅单向阀、蓄能器、溢流阀、比例阀、第三单向阀、开关阀、液压马达以及与所述液压马达相连接的发电机，所述蓄能器、所述溢流阀、所述比例阀、所述第三单向阀、所述开关阀和所述液压马达依次通过管路连接；所述辅单向阀经由所述溢流阀与所述蓄能器相连接，由所述第一液压装置输出的海水经由所述辅单向阀进入所述液压发电装置；

所述防浪堤装置还包括若干第二液压装置，所述第二液压装置包括旋转装置、海水泵、第二单向阀，所述旋转装置通过柔性轴连接于所述海水泵，所述海水泵的进口连接所述第一过滤器，所述海水泵的出口连接所述第二单向阀，且所述海水泵固定连接于所述发电平台；在所述旋转装置的带动下，所述海水泵将海水经由所述第一过滤器、所述海水泵从所述第二单向阀输出，由所述第二液压装置输出的海水经由所述辅单向阀进入所述液压发电装置；

所述柔性防浪堤系统还包括球形万向联轴器和若干第三液压装置，所述第三液压装置包括若干包含第二过滤器、第四单向阀、柱塞缸、第五单向阀及其相连接的管路的组合；所述球形万向联轴器的两端分别固定连接于相邻的两个所述防浪堤装置的主浮体，所述柱塞缸的两端分别铰接连接于相邻的两个所述防浪堤装置的主浮体；相邻的两个所述防浪堤装置随波浪发生相对转动时，海水经由所述第二过滤器、所述第四单向阀输入所述柱塞缸，然后海水经由所述柱塞缸、第五单向阀输出，由所述第三液压装置输出的海水经由所述第一单向阀、所述辅单向阀进入所述液压发电装置；

以及，所述旋转装置包括若干可串联连接的S型桨叶，所述浆叶包括叶片、桨叶转轴和柔性板，所述桨叶呈曲线状；所述防浪堤装置设有两个以上所述第二液压装置，相邻的两个所述旋转装置的所述浆叶之间通过刚性连接杆并联连接。

2.如权利要求1所述的柔性防浪堤系统，其特征在于，若干所述包含主单向阀和液压阻尼器及其相连接的管路的组合沿轴向均匀设置在所述浮子内侧。

3.如权利要求1所述的柔性防浪堤系统，其特征在于，所述第二液压装置还包括增速器，所述旋转装置通过柔性轴连接于增速器并进而连接于所述海水泵。

4.如权利要求1所述的柔性防浪堤系统，其特征在于，所述旋转装置的下方悬挂有沉子。

5.如权利要求1所述的柔性防浪堤系统，其特征在于，所述防浪堤装置通过绳索与锚桩相连。