CN108385608B - 一种弯管式防波堤系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弯管式防波堤系统，包括进水装置、悬浮装置、蓄能箱、透平发电装置和固定锚链；进水装置包括多根管体和至少两块连接板，多根管体的两端分别插接定位在连接板上，各竖列方向上每相邻两个管体之间设有连通孔，连通孔自下而上沿直线方向形成贯通通道，该通道的顶部与蓄能箱连通，各管体内位于连通孔处均设有带有通孔的滑块；悬浮装置设在进水装置的上方，包括多根填充有泡沫的柔性管体；透平发电装置，包括空气透平和发电机，空气透平位于蓄能箱的顶部，且与发电机相连接；固定锚链连接进水装置或悬浮装置上。本发明公开的一种弯管式防波堤系统，漂浮设置于海面，在防波消浪的同时，有效利用波浪能进行发电。

Description

一种弯管式防波堤系统

技术领域

本发明涉及海面防波消浪技术领域，具体的讲是一种弯管式防波堤系统。

背景技术

防波堤为阻断波浪的冲击力、围护港池、维持水面平稳以保护港口免受坏天气影响、以便船舶安全停泊和作业而修建的水中建筑物，传统防波堤的主要功能是防浪挡沙。防波堤的种类很多，按照结构类型可以分为直立堤、斜坡堤和特殊型防波堤；按照断面形状可分为斜坡式、直立式、混合式、透空式和浮式等。

在海岸、近海工程领域，防波堤作为一种挡浪消波的海岸建筑物得以广泛应用。在防波堤工作过程中，主要通过波浪与防波堤结构单元相互作用，从而削减波浪作用效果，降低波浪透射系数，掩护后方港池等特定水域。在目前的实际工程中，传统斜坡式防波堤和直立式防波堤由于自身的一些不足已越来越难以满足深水海域防波堤建设的需要，而与之相对的，新型的浮式防波堤不仅可以消减波浪作用效果，而且具有造价低、结构简单、不破坏水域生态环境、适宜软土海床水域、修建迅速、拆迁容易等特点，以上特点使得浮式防波堤在深海区域中得以广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种弯管式防波堤系统，漂浮设置于海平面，在防波消浪的同时，有效利用波浪能进行发电。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种弯管式防波堤系统，包括进水装置、悬浮装置、蓄能箱、透平发电装置和固定锚链；

所述的进水装置浸没在水中，包括多根两端连通的管体和至少两块连接板，多根所述的管体呈多层多列排布，且各管体的两端分别插接定位在相应的连接板上，各竖列方向上每相邻两个管体之间设有连通孔，各所述连通孔自下而上沿直线方向形成贯通通道，该通道的顶部与蓄能箱连通，所述的管体内位于连通孔处均设有滑块，所述滑块的左右滑动用于对管体内腔的两端进行单向封堵，且各所述的滑块上设有通孔；

所述的悬浮装置设在所述进水装置的上方且均匀分布在管体长度方向的两端，所述的悬浮装置包括多根与管体垂直方向设置的柔性管体，多根所述的柔性管体内填充有泡沫；

所述的透平发电装置，包括空气透平和发电机，所述的空气透平位于蓄能箱的顶部，且所述空气透平的输出轴与发电机的输入轴连接，所述的蓄能箱与多根所述管体的腔体相连通，当海面涌起波浪时，水浪经进水装置进入到蓄能箱的下方，推动蓄能箱内的气体往上运动，运动的气体通过空气透平驱动发电机运转发电；

所述的固定锚链连接在所述的进水装置或悬浮装置上。

采用以上结构后，本发明与现有技术相比，具有以下的优点：

本发明的一种弯管式防波堤系统，悬浮设置于海面，安装与回收都非常方便，进水装置浸没在水中，悬浮装置漂浮于海面，用于为整个系统提供浮力，防止其下沉，蓄能箱位于进水装置上侧且与之相连通，波浪不断进入进水装置后会推动蓄能箱中气体往上运动，进而驱动蓄能箱上方的透平发电装置运行，在消波的同时，有效的利用波浪能，将其转化为电能，并且在进水装置或者悬浮装置上设有固定锚链，用于定位整个防波堤系统，防止被风浪吹动后发生大幅度位移；

最关键的是，该系统中的进水装置采用多根管体排列成若干层若干列结构，有效增加的与波浪的接触面积，波浪从管体的任何一端都能进入装置，并且进水装置中，且进水装置中，沿竖直方向每层管体之间相连通形成一通道，该通道通向蓄能箱，在该通道中，位于每一层管体内连通孔位置处设置滑块，滑块上设有通孔，即位于下方的管体内水波均可以通过通孔往上方流动；

具体的，当进水装置的左侧管体入口水流较大时，水流从左侧进入后即有沿着通道往上动运动，又有继续往右运动，水流不能完全的往上运动，在每根管体内位于连通孔处均设有滑块，滑块的左右滑动用于对管体内腔的两端进行单向封堵，且各滑块上设有通孔，设置该滑块后，当进水装置左侧入口的水流较大时，会推动滑块向右移动，从而堵住连通孔右侧端口，确保水流只能往蓄能箱方向流动，下方的管体中水流可以沿着滑块的通孔往上运动与上方的各管体中水流汇合一起往蓄能箱位置运动，推动气体向上流动，进入到蓄能箱，进而推动空气透平发电装置，同样的，当右侧入口的水流较大时，会推动滑块向左移动，从而堵住连通孔左侧端口，确保水流只能往蓄能箱方向流动，推动气体向上流动，最大程度的促使波浪往一个方向运动，推动蓄能箱中气体运动，提高能量利用率。

作为改进，所述的蓄能箱与进水装置通过连接管固定连接，所述连接管的上部设有往上方向导通的第一单向阀。因为本发明中蓄能箱的空间主要用于流动气体的活动，而进水装置则以悬浮装置为界浸没在海平面以下，海面起波浪时，水波由进水装置进入往蓄能箱方向运动，推动蓄能箱中气体运动，所以在蓄能箱与进水装置之间通过连接管固定，一般情况下水波进入进水装置后相涌入连接管过渡，不会直接进入到蓄能箱，当遇到台风天等环境时，由于波浪巨大，才有可能部分水波进入到蓄能箱中；如果没有该连接管，正常情况下水波将直接进入到蓄能箱，推动气体运动的效果小，导致波浪能不能最大化的利用。此结构中还设置了第一单向阀，只能实现连接管往蓄能箱的方向运动，保证气体向上运动流入时不会向下反流，造成能量流失。

进一步的，所述的蓄能箱包括外壳和两块内侧板，所述外壳的上方设有与空气透平相连通的上部开口，下方设有与进水装置相连通的下部开口；两块所述内侧板沿左右方向可滑动且密封的配装在外壳内，两块所述内侧板与外壳左右侧壁之间沿竖直方向均设有多根第一弹簧。该结构的蓄能箱中，两块内侧板与外壳侧壁之间合围的腔室体积可以变化，当海面波浪大而频繁时，蓄能箱内流动气压增大，进入蓄能箱的气流较大且多时，两块内侧板将会向两侧移动，起到蓄能的作用，当气压减小时，内侧板又会向中间移动，释放能量，保证气流相对稳定。

作为改进，所述外壳的左右侧壁上分别设有调节螺栓，所述的调节螺栓对应的与相近的多根所述的第一弹簧中任意一根连接。该调节螺栓用于调整两块内侧板之间的预设容积，根据实际需求对其进行调整设定，非常方便。

再改进，两块所述内侧板的上半部均朝内倾斜，两块所述的内侧板与外壳侧壁之间形成上部开口小于下部开口的容置腔。此上下口径不等的容置腔使得流经的气体往上运动的过程中具有汇流的效果，当气流较小时也不会过于分散，影响与空气透平的驱动。

再改进，所述外壳的上方设有安装座，所述的空气透平和发电机固定在所述的安装座内，所述的安装座内且位于上部开口处处设有锥形进气嘴，所述的锥形进气嘴由多片竖向设置的橡胶片沿圆周方向合围而成，且每一片橡胶片与安装座侧壁之间通过第二弹簧连接。此结构中，当随着波浪不断涌入管体中，气流会通过连接管进入蓄能箱，然后继续向上流动，经过锥形进气嘴，由于每一片橡胶片与安装座侧壁之间通过第二弹簧连接，当气流稍大时，叶片受挤压向外围扩张，气体流通直径变大，当气流减小时，由于橡胶叶片本身的弹性，向中间聚拢，气体流动直径变小，保证气体相对集中的向空气透平的中心流动，从而保证空气透平的桨叶转速的稳定。

进一步的，该防波堤系统还包括水箱，所述的水箱位于进水装置的下方，所述的水箱与蓄能箱之间设有连通水管，所述的水箱内设有往外方向导通的第二单向阀，所述水箱的底部设有用于平衡重量的重力球。当台风天气时，海面上风浪会比平时大得多，水浪冲击力大，所以这时候进水装置中会有部分水进入到蓄能箱中，由于蓄能箱与水箱之间设有连通水管，那么当蓄能箱中水位达到一定高度后就会沿着连通水管进入到水箱中，随着水箱中水不断增多，重量增加，整个防波堤系统会出现一定高度的下沉，起到了保护防波堤系统的作用；当台风过后，海面波浪趋于平缓，此时由于动力减弱，进水装置中的水位不能进入到蓄能箱中，只起到推动连接管中空气上升的作用，随着波浪不断进入到进水装置致使空气不断的往上推动，蓄能箱中的气体部分会从连通水管进入到水箱，使得水箱内部压力大于外部压力，所以在水箱内外压力差作用下逐渐将水箱中海水从第二单向阀挤出，重量逐渐减轻，此过程中整个防波堤系统又缓缓的上升到正常高度，其中，此结构中的重力球设置主要用于平衡整个系统的重量，使之趋于一个平稳的状态。

作为改进，所述的蓄能箱内位于连通水管的上部接口处设有往下方向导通的第三单向阀。此单向阀设置控制蓄能箱中的水只能往水箱中走，而随着整个系统的上下晃动过程，水箱中的水始终不会进入到蓄能箱中。

再改进，所述的水箱与进水装置之间设有缓冲弹簧。在防波堤系统的下沉和上升过程中，缓冲弹簧17会起到缓冲的作用，保证系统工作的稳定可靠性。

再改进，所述悬浮装置的上表面设有平板。该平板设置用于供施工人员在上面走动，方便维修检查。

附图说明

图1是本发明一种弯管式防波堤系统的主视结构示意图。

图2是本发明中的连接板的主视图。

图3是图1中X处放大结构示意图。

图4是本发明一种弯管式防波堤系统的局部结构示意图。(主要显示蓄能箱、空气透平发电装置)

图5是图中去除蓄能箱、连接管后的结构示意图。

图6是本发明中锥形进气嘴的俯视图。

图7是本法明的一种弯管式防波堤系统的使用状态图。(多个防波堤系统串联使用)

其中，1-进水装置，1.1-管体，1.2-连接板，1.3-连通孔，2-悬浮装置，3-蓄能箱，3.1-外壳，3.2-内侧板，3.3-上部开口，3.4-下部开口，4-固定锚链，5-滑块，5.1-通孔，6-空气透平，7-发电机，8-连接管，9-第一弹簧，10-调节螺栓，11-安装座，12-锥形进气嘴，12.1-橡胶片，13-第二弹簧，14-水箱，15-连通水管，16-重力球，17-缓冲弹簧，18-平板，19-增速器；101-第一单向阀，102-第二单向阀，103-第三单向阀

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。

根据图1～7所示结构，本发明的一种弯管式防波堤系统，包括进水装置1、悬浮装置2、蓄能箱3、透平发电装置和固定锚链4；进水装置1部分浸没在水中，悬浮装置2部分漂浮于海面，用于为整个系统提供浮力，防止其下沉，蓄能箱3位于进水装置1上侧且与之相连通，波浪不断进入进水装置1后会推动蓄能箱3中气体往上运动，进而驱动蓄能箱3上方的透平发电装置运行发电，在消波的同时，有效的利用波浪能，将其转化为电能；固定锚链4可以固定在进水装置1上，也可以固定在悬浮装置2上，用于定位整个防波堤系统，防止被风浪吹动后发生大幅度位移。

其中，进水装置1包括多根两端连通的管体1.1和至少两块连接板1.2，多根管体1.1呈多层多列排布，本实施例中优选的，多根管体1.1排列成四层五列结构，相应的两块连接板1.2上分别设有多个插接孔1.2.1，各管体1.1的两端分别插接定位在对应的连接板1.2上的插接孔1.2.1内，此结构中连接块1.2不仅限于两块，也可以是多块，且分别套接在管体1.1外，将多根管体1.1串接成一个整体机结构。

本实例中，在每个竖列方向上的管体1.1中，各相邻的两个管体1.1之间设有连通孔1.3，具体的是，除了最底部一层管体1.1的只开设上部通孔，其余各层管体1.1上均开设完全贯通孔，即沿着管体1.1径向方向贯通，并且各连通孔1.3自下而上沿直线方向形成贯通通道，该通道的顶部与蓄能箱3连通，形成通道后，下方的管体1.1中的海水均可以沿着通道往上运动，与上方的管体1.1的海水汇流。

由于管体1.1的两端连通的，两端的海水都会进入到管体1.1，两边的海水相互撞击，动力削弱，往上运动动力不足，具体来说，当进水装置1的左侧管体1.1入口水流较大时，水流从左侧进入后即有沿着通道往上动运动，又有继续往右运动，水流不能完全的往上运动，如图3所示，本实施例中，在每根管体1.1内位于连通孔1.3处均设有滑块5，滑块5的左右滑动用于对管体1.1内腔的两端进行单向封堵，且各滑块5上设有通孔5.1。具体来说，设置该滑块5后，当进水装置1左侧a口的水流较大时，会推动滑块5向右移动，从而堵住连通孔1.3右侧端口，确保水流只能向c口流动，下方的管体1.1中水流可以沿着滑块5的通孔5.1往上运动与上方的各管体1.1中水流汇合一起往蓄能箱3位置运动，推动气体向上流动，进入到蓄能箱3，进而推动空气透平发电装置，该滑块5设置后a口水流不会出现既向c口，又向b口流动，造成能量分流浪费的情况，可以使管内气体流动最大程度的汇集；同样的，当b口的水流较大时，会推动滑块5向左移动，从而堵住连通孔1.3左侧端口，确保水流只能向c口流动，推动气体向上流动，效果相同。

悬浮装置2设在进水装置1的上方且均匀分布在管体1.1长度方向的两端，对称的设在两端使得整个系统趋于平衡状态。

悬浮装置2包括多根与管体1.1垂直方向设置的柔性管体，多根柔性管体内填充有泡沫，本实施例中，悬浮装置2包括四根柔性管体，每根柔性管体中都填充满泡沫，并且四根柔性管体分为两组，每两根为一组，分别设在进水装置1上表面位于蓄能箱3的两侧；本实施例中，在每组柔性管体的上表面设有平板18，该平板18设置用于供施工人员在上面走动，方便维修检查。

透平发电装置，包括空气透平6和发电机7，空气透平6位于蓄能箱3的顶部，且空气透平6的输出轴与发电机7的输入轴连接，蓄能箱3与多根所述管体1.1的腔体相连通，当海面涌起波浪时，水浪经进水装置1进入到蓄能箱3的下方，推动蓄能箱3内的气体往上运动，运动的气体通过空气透平6驱动发电机7运转，空气透平6的下方设有进气孔，与蓄能箱3上方连通，为了更好的利用风能，提高空气透平桨叶转速，在桨叶转轴与发电机转轴之间设有增速器19，提高能量的转换效率，本发明结构中，还设置有LED指示灯，夜间时可以用于照明警示作用。

本实施例中，蓄能箱3与进水装置1通过连接管8固定连接，并且连接管8的上部设有往上方向导通的第一单向阀101。

其中，蓄能箱3包括外壳3.1和两块内侧板3.2，外壳3.1的上方设有与空气透平6相连通的上部开口3.3，下方设有与进水装置1相连通的下部开口3.4；两块所述内侧板3.2沿左右方向可滑动且密封的配装在外壳3.1内，内侧板3.2与外壳3.1侧壁贴合配装的面均设有密封环，并且两块内侧板3.2与外壳3.1左右侧壁之间沿竖直方向均设有多根第一弹簧9，该第一弹簧9设置后，两块内侧板3.2与外壳3.1之间合围的腔室体积可以变化，当海面波浪大而频繁时，蓄能箱32内流动气压增大，进入蓄能箱3的气流较大且多时，两块内侧板3.2将会向两侧移动，起到蓄能的作用，当气压减小时，内侧板3.2又会向中间移动，释放能量，保证气流相对稳定。

本实施例中，在外壳3.1的左右侧壁上分别设有调节螺栓10，调节螺栓10对应的与相近的多根所述的第一弹簧9中任意一根连接，该调节螺栓10用于调整两块内侧板3.2之间的预设距离，即蓄能箱3中的存储气体腔室的预设体积可以调整，具体调整距离根据实际需求对其进行设定，非常方便。

本实施例中，两块内侧板3.2的上半部均朝内倾斜，两块内侧板3.2与外壳3.1侧壁之间形成上部开口小于下部开口的容置腔，此上下口径不等的容置腔使得流经的气体往上运动的过程中具有汇流的效果，当气流较小时也不会过于分散，影响与空气透平的驱动。

外壳3.1的上方设有安装座11，空气透平6和发电机7固定在所述的安装座11内，安装座11内且位于上部开口处3.3处设有锥形进气嘴12，锥形进气嘴12由多片竖向设置的橡胶片12.1沿圆周方向合围而成，且每一片橡胶片12.1与安装座11侧壁之间通过第二弹簧13连接。当随着波浪不断涌入管体1.1中，气流会通过连接管8进入蓄能箱3，然后继续向上流动，经过锥形进气嘴12吹向空气透平6的桨叶，由于每一片橡胶片12.1与安装座11侧壁之间通过第二弹簧连接13，当气流稍大时，橡胶片12.1受挤压向外围扩张，气体流通直径变大，当气流减小时，由于橡胶片12.1本身的弹性，向中间聚拢，气体流动直径变小，保证气体相对集中的向空气透平6的桨叶中心流动，从而保证空气透平6的桨叶转速的稳定。

本发明的防波堤系统还包括水箱14，水箱14位于进水装置1的下方，水箱14与蓄能箱3之间设有连通水管15，水箱14内设有往外方向导通的第二单向阀102，水箱14的底部设有用于平衡重量的重力球16。

蓄能箱3内位于连通水管15的上部接口处设有往下方向导通的第三单向阀103。此第三单向阀103设置控制蓄能箱3中的水只能往水箱14中走，而随着整个系统的上下晃动过程，水箱14中的水始终不会进入到蓄能箱3中，本实施例中，在水箱14与进水装置1之间设有缓冲弹簧17，在防波堤系统的下沉和上升过程中，缓冲弹簧17会起到缓冲的作用，保证系统工作的稳定可靠性。

另外需要注意的是本发明的弯管式防波堤中，弯管式可以理解为多根进水的管体与多根用于填充泡沫的柔性管体相互垂直叠加连接的结构。

以上所述，仅是本发明较佳可行的实施示例，不能因此即局限本发明的权利范围，对熟悉本领域的技术人员来说，凡运用本发明的技术方案和技术构思做出的其他各种相应的改变都应属于在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种弯管式防波堤系统，其特征在于：包括进水装置(1)、悬浮装置(2)、蓄能箱(3)、透平发电装置和固定锚链(4)；

所述的进水装置(1)浸没在水中，包括多根两端连通的管体(1.1)和至少两块连接板(1.2)，多根所述的管体(1.1)呈多层多列排布，且各管体(1.1)的两端分别插接定位在相应的连接板(1.2)上，各竖列方向上每相邻两个管体(1.1)之间设有连通孔(1.3)，各所述连通孔(1.3)自下而上沿直线方向形成贯通通道，该通道的顶部与蓄能箱(3)连通，所述的管体(1.1)内位于连通孔(1.3)处均设有滑块(5)，所述滑块(5)的左右滑动用于对管体(1.1)内腔的两端进行单向封堵，且各所述的滑块(5)上设有通孔(5.1)；

所述的悬浮装置(2)设在所述进水装置(1)的上方且均匀分布在管体(1.1)长度方向的两端，所述的悬浮装置(2)包括多根与管体(1.1)垂直方向设置的柔性管体，多根所述的柔性管体内填充有泡沫；

所述的透平发电装置，包括空气透平(6)和发电机(7)，所述的空气透平(6)位于蓄能箱(3)的顶部，且所述空气透平(6)的输出轴与发电机(7)的输入轴连接，所述的蓄能箱(3)与多根所述管体(1.1)的腔体相连通，当海面涌起波浪时，水浪经进水装置(1)进入到蓄能箱(3)的下方，推动蓄能箱(3)内的气体往上运动，运动的气体通过空气透平(6)驱动发电机(7)运转发电；

所述的固定锚链(4)连接在所述的进水装置(1)或悬浮装置(2)上。

2.根据权利要求1所述的一种弯管式防波堤系统，其特征在于：所述的蓄能箱(3)与进水装置(1)通过连接管(8)固定连接，所述连接管(8)的上部设有往上方向导通的第一单向阀(101)。

3.根据权利要求1或2所述的一种弯管式防波堤系统，其特征在于：所述的蓄能箱(3)包括外壳(3.1)和两块内侧板(3.2)，所述外壳(3.1)的上方设有与空气透平(6)相连通的上部开口(3.3)，下方设有与进水装置(1)相连通的下部开口(3.4)；两块所述内侧板(3.2)沿左右方向可滑动且密封的配装在外壳(3.1)内，两块所述内侧板(3.2)与外壳(3.1)左右侧壁之间沿竖直方向均设有多根第一弹簧(9)。

4.根据权利要求3所述的一种弯管式防波堤系统，其特征在于：所述外壳(3.1)的左右侧壁上分别设有调节螺栓(10)，所述的调节螺栓(10)对应的与相近的多根所述的第一弹簧(9)中任意一根连接。

5.根据权利要求3所述的一种弯管式防波堤系统，其特征在于：两块所述内侧板(3.2)的上半部均朝内倾斜，两块所述的内侧板(3.2)与外壳(3.1)侧壁之间形成上部开口小于下部开口的容置腔。

6.根据权利要求3所述的一种弯管式防波堤系统，其特征在于：所述外壳(3.1)的上方设有安装座(11)，所述的空气透平(6)和发电机(7)固定在所述的安装座(11)内，所述的安装座(11)内且位于上部开口(3.3)处设有锥形进气嘴(12)，所述的锥形进气嘴(12)由多片竖向设置的橡胶片(12.1)沿圆周方向合围而成，且每一片橡胶片(12.1)与安装座(11)侧壁之间通过第二弹簧(13)连接。

7.根据权利要求1所述的一种弯管式防波堤系统，其特征在于：还包括水箱(14)，所述的水箱(14)位于进水装置(1)的下方，所述的水箱(14)与蓄能箱(3)之间设有连通水管(15)，所述的水箱(14)内设有往外方向导通的第二单向阀(102)，所述水箱(14)的底部设有用于平衡重量的重力球(16)。

8.根据权利要求7所述的一种弯管式防波堤系统，其特征在于：所述的蓄能箱(3)内位于连通水管(15)的上部接口处设有往下方向导通的第三单向阀(103)。

9.根据权利要求7或8所述的一种弯管式防波堤系统，其特征在于：所述的水箱(14)与进水装置(1)之间设有缓冲弹簧(17)。

10.根据权利要求1所述的一种弯管式防波堤系统，其特征在于：所述悬浮装置(2)的上表面设有平板(18)。

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