CN107338774A - 一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统，属于防波堤领域。包括振荡水柱式发电装置，机房和直立式沉箱结构。振荡水柱式发电装置，包括直立式上挡浪板，斜坡式下挡浪板，多弧段过渡面和捕能气室。机房包括空气透平装置和发电机组。与现有技术相比，本发明将振荡水柱式发电装置与直立式沉箱结构融合设计，能够有效阻止波浪对岸基的破坏，同时实现波浪能利用，发电效率较高。本发明整体结构稳定性好、工程造价低、施工方便、适合于大水深，系统生存能力较强，为解决海岛供电问题开辟新途径。

Description

一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统
技术领域
本发明属于防波堤领域，尤其涉及一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统。
背景技术
随着沉箱防波堤与岸式波浪能发电装置的发展，国内外学者对此进行了深入的研究。 Giovanni Malara等提出一种新型U-OWC沉箱防波堤结构形式，并结合物模试验与数值模拟，验证结构形式的可靠性；Paolo Boccotti开展了新型U-OWC沉箱防波堤的波能转化系数研究，并利用物模试验证明该结构形式的稳定性。秦辉等设计了一种带收缩水道的沉箱防波堤和OWC 气室相结合的复合结构形式，采用水工物理模型试验研究，以气室内外波幅放大系数(相对波幅)、气室顶部空气点压力以及结构物前的波浪反射率作为考察参量，探讨了水道形式、入射波要素和气室的形状参数等对该复合结构工作性能的影响；史宏达等设计了基于岸基式振荡水柱波力发电装置的沉箱式防波堤，通过物理模型试验与理论计算相结合的方式对模型的稳定性进行了研究，并对装置结构进行优化改进，完成兼作岸式振荡水柱波力发电装置沉箱式防波堤结构形式的设计及沉箱式防波堤兼作岸式振荡水柱波力发电装置捕能气室的可行性验证。
直立式沉箱防波堤是一种常规防波堤结构型式，随着港工技术发展，沉箱防波堤断面结构形式在海洋波浪能开发领域已日趋成熟，且易于开发成各种功能的新型防波堤型式。振荡水柱式发电装置具有结构简单，波浪能转换性能及防腐性能良好，但振荡水柱式发电装置捕能效率较低，同时建造成本较高，因此，很大程度上限制了振荡水柱式发电装置的推广使用。
专利号为CN201610236931的一种可消浪发电的沉箱防波堤，其包括沉箱、蓄水仓、集水仓、遮拦板和发电机，所述沉箱迎浪侧设置蓄水仓和集水仓，所述发电机安装于蓄水仓的下方，发电机的下方设置集水仓，集水仓迎浪侧开设有迎浪口，水流在波峰时经遮拦板导流从迎浪口流入集水仓并被压缩，高速水流冲击发电机而产生电能之后进入蓄水仓中，在波谷时，蓄水仓的水在自重作用下向下流动亦冲击发电机而产生电能。另外在波浪越浪情况下，越浪波浪通过遮挡板疏导流入蓄水仓中，亦可从蓄水仓中向下冲击发电机的涡轮使之运转发电。但结构设计复杂稳定性不好，且发电效率较低。
专利号为CN201220721490的一种装在沉箱直立式防波堤的发电装置，该装置利用第一挡水板的旋转来收集波浪能，此方法对发电部件的损耗较大，且对波浪要求较高，发电效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供消波防浪效果好，发电效率高的一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统。
一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统，包括振荡水柱式发电装置1，机房 10和直立式沉箱结构8。机房10位于直立式沉箱结构8上方，振荡水柱式发电装置1固定在直立式沉箱结构8的迎浪侧。
振荡水柱式发电装置1，包括直立式上挡浪板2，斜坡式下挡浪板3，多弧段过渡面4和捕能气室5。斜坡式下挡浪板3，多弧段过渡面4和捕能气室5的后壁依次连接成一个柱状凹槽，直立式上挡浪板2悬于凹槽内，平行于捕能气室5的后壁。进一步地，捕能气室5的前壁是直立式上挡浪板2。捕能气室5的后壁上方有开口，为机房10中空气透平装置7的双侧收缩式气流通道6的一侧。
机房10，包括空气透平装置7和发电机组。空气透平装置7，包括双侧收缩式气流通道 6和双向冲击式涡轮机。双侧收缩式气流通道6，为两端都与大气相通的通孔，孔径由两端到中央逐渐收缩。双向冲击式涡轮机置于双侧收缩式气流通道6中央。发电机组直接连接空气透平装置7中的双向冲击式涡轮机，并固定于机房内。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明将振荡水柱式发电装置与直立式沉箱结构融合设计，能够有效阻止波浪对岸基的破坏，同时实现了波浪能的利用，并且发电效率较高。整体结构稳定性好、工程造价低、施工方便、适合于大水深，系统生存能力较强，为解决海岛供电问题开辟新途径。
附图说明
图1是一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统的三维图；
图2是一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统的前视图；
图3是一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统的后视图；
图4是直立式沉箱的隔舱俯视图；
图5是一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统的剖视图；
图6是振荡水柱式发电装置结构图；
图7是空气透平装置细节图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1，图2和图3，一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统，包括振荡水柱式发电装置1，机房10和直立式沉箱结构8。机房10位于直立式沉箱结构8上方，振荡水柱式发电装置1固定在直立式沉箱结构8的迎浪侧。
如图6，振荡水柱式发电装置1，包括直立式上挡浪板2，斜坡式下挡浪板3，多弧段过渡面4和捕能气室5。斜坡式下挡浪板3，多弧段过渡面4和捕能气室5的后壁依次连接成一个柱状凹槽，直立式上挡浪板2悬于凹槽内，平行于捕能气室5的后壁。进一步地，捕能气室5的前壁是直立式上挡浪板2。捕能气室5的后壁上方有开口，为机房10中空气透平装置 7的双侧收缩式气流通道6的一侧。
机房10，包括空气透平装置7和发电机组。如图7，空气透平装置7，包括双侧收缩式气流通道6和双向冲击式涡轮机。双侧收缩式气流通道6，为两端都与大气相通的通孔，孔径由两端到中央逐渐收缩。双向冲击式涡轮机置于双侧收缩式气流通道6中央。发电机组直接连接空气透平装置7中的双向冲击式涡轮机，并固定于机房内。
实施例1：
直立式沉箱结构8作为主体结构，通过明基床固定在海底，如图4和图5，在港侧布置3 排仓格，每排分别布置4个隔舱9。在迎浪侧布置两排仓格用于安置振荡水柱式发电装置1。直立式上挡浪板2可阻断波浪传播；斜坡式下挡浪板3具有集聚波浪的效用；捕能气室5底部设计的多弧段过渡面4，能够减少波浪反射，降低波能损失，提高捕能效率，同时减小波浪对捕能气室5水体进出口底面的冲刷和载荷。空气透平装置7的双向冲击式涡轮机，位于捕能气室5后壁上方双侧收缩式气流通道6内，并直接连接发电机组安置于机房内。双侧收缩式气流通道6能够分别聚集两侧气流，增大驱动双向冲击式涡轮机工作时的气流速度。
当波浪推进至本系统时，振荡水柱式发电装置1上的直立式上挡浪板2阻断波浪传播，直立式沉箱结构8御浪消能；当波浪波峰到达振荡水柱式发电装置1时，直立式上挡浪板2 前水体开始向下运动，并向捕能气室5内流动，水体经斜坡式下挡浪板3处自上而下逐渐变小的进水口截面后被集聚，水体流速变大，通过多弧段过渡面4，减小水体进出口底面对进入气室水体的反射作用，降低波能损耗，而后进入捕能气室5，引起气室内波面上升，气室内波面振幅提升，压缩了室内气体，增加了室内气压，室内气压大于室外气压时，空气经收缩式气流通道6，提高气流流速，驱动双向冲击式涡轮机运动，继而带动发电机组工作，实现波浪能和电能的能量转换；当波浪波谷到达振荡水柱式发电装置1时，直立式上挡浪板2 前水体开始向上运动，捕能气室5内水体被吸出，水体经斜坡式下挡浪板3处自下而上逐渐变大的出水口截面后，捕能气室5水体进出口处的水体流速变大，水体经多弧段过渡面4，减小水体进出口底面对被吸出气室水体的反射作用，增加被吸出水体体积，增大气室内波面下降幅度，增加室内负压，室内气压小于室外气压时，空气经收缩式气流通道6，提高气流流速，驱动双向冲击式涡轮机运动，继而带动发电机组工作，实现波浪能向电能的转化；
本发明通过将波浪波峰、波谷交替转换为捕能气室5内波面的振荡，由此带动空气往复运动，驱动发电机组工作，实现对波浪能的利用。
本发明基于结构组成部分及布置形式的综合考虑，在直立式沉箱结构8原有御浪消波功能的基础上，结合振荡水柱式发电装置，利用波浪能、空气动能和电能三者之间多重转化的消能机理，降低波浪反射率，减小直立式沉箱结构所受波浪力，提高防波堤稳定性，增加结构整体可靠性。
需要特别指出的是，本实施例只供参考，并不对本发明起到限制作用。同时，本发明中未作描述的部分均为本领域技术人员所公知，根据有关文献就能查阅到，因此未作进一步描述。

Claims (6)

1.一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统，包括振荡水柱式发电装置(1)，机房(10)和直立式沉箱结构(8)；其特征在于：机房(10)位于直立式沉箱结构(8)上方，振荡水柱式发电装置(1)固定在直立式沉箱结构(8)的迎浪侧。
2.如权利要求1所述的一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统，其特征在于：所述的振荡水柱式发电装置(1)，包括直立式上挡浪板(2)，斜坡式下挡浪板(3)，多弧段过渡面(4)和捕能气室(5)；斜坡式下挡浪板(3)，多弧段过渡面(4)和捕能气室(5)的后壁依次连接成一个柱状凹槽，直立式上挡浪板(2)悬于凹槽内，平行于捕能气室(5)的后壁。
3.如权利要求2所述的一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统，其特征在于：所述的捕能气室(5)，捕能气室(5)的前壁是直立式上挡浪板(2)；捕能气室(5)的后壁上方有开口，为机房(10)中空气透平装置(7)的双侧收缩式气流通道(6)的一侧；捕能气室(5)的上方用平板密封。
4.如权利要求1所述的一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统，其特征在于：所述的机房(10)，包括空气透平装置(7)和发电机组。
5.如权利要求4所述的一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统，其特征在于：所述空气透平装置(7)，包括双侧收缩式气流通道(6)和双向冲击式涡轮机；双侧收缩式气流通道(6)，为两端都与大气相通的通孔，孔径由两端到中央逐渐收缩；双向冲击式涡轮机置于双侧收缩式气流通道(6)中央。
6.如权利要求4所述的一种具有波浪能发电功能的直立式沉箱防波堤系统，其特征在于：所述发电机组，直接连接空气透平装置7中的双向冲击式涡轮机，并固定于机房内。
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