CN110409367A - 可利用波浪能的浮式梳状防波堤装置及应用 - Google Patents
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Abstract
一种可利用波浪能的浮式梳状防波堤装置及应用，该浮式梳状防波堤装置包括浮体单元，其为浮式梳状防波堤装置提供浮力和起挡浪的作用；L型板式结构，其设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用；以及点吸式波能获取单元，其设置在L型板式结构上，用于吸收波浪能发电。本发明兼顾波浪防御和波浪能获取的双重功能；点吸式波能获取装置有利于浮式系统整体稳定性；本发明还充分利用反射波浪能并进行平台平面形状优化提高波浪获取效率。
Description
技术领域
本发明涉及海岸工程和海洋能利用技术领域，具体涉及一种可利用波浪能的浮式梳状防波堤装置及应用。
背景技术
浮式防波堤是一种适用于外海深水区域的防波堤型式，其上部利用浮体单元提供浮力悬浮于海表面，进行消浪和挡浪；下部采用锚链单元与海床中的基础保持相对固定。由于浮式防波堤工作的深水区域通常波浪能量的密度相对较高，如果在浮式防波堤身上结合建造波浪能获取装置，则具有较高的经济性；同时二者共用一套锚泊系统固定于海床之上，也节约了建设成本。此外，由于海洋空间使用属于国家审批范围，目前管控十分严格。因此，将波浪能装置集成于浮式防波堤上，有利于海洋空间的充分利用，减少行政审批环节。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种可利用波浪能的浮式梳状防波堤装置及应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种可利用波浪能的浮式梳状防波堤装置，包括：
浮体单元，其为浮式梳状防波堤装置提供浮力和起挡浪的作用；
L型板式结构，其设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用；以及
点吸式波能获取单元，其设置在L型板式结构上，用于吸收波浪能发电。
作为本发明的另一个方面，还提供了一种如上所述的浮式梳状防波堤装置在海岸工程和海洋能利用技术领域的应用。
基于上述技术方案可知，本发明的可利用波浪能的浮式梳状防波堤装置及应用相对于现有技术至少具有以下优势之一：
(1)兼顾波浪防御和波浪能获取的双重功能
浮式防波堤的主要功能为抵御外海的波浪，降低波浪灾害；而波能获取装置(即点吸式波能获取单元)则要利用入射波浪能将其转化为可利用的能源。本发明将二者功能集成起来，在防御波浪的同时对波浪能进行获取，可以实现双重功能。同时，由于点吸式波能获取装置还会吸收一部分波浪能，对于浮式防波堤的消浪性能也具有一定的提高作用；同时浮式防波堤工作海域的波浪能密度通常较大，在此设置波浪能装置，也将具有较高的经济性。
(2)二者共用锚泊系统且充分利用海域空间
已往的浮式防波堤和点吸式波能获取装置都需要各自独立的一套锚泊系统固定于海床之上。本发明将点吸式波能获取装置安放于浮式梳状防波堤的L型结构的水平底板上，共用一套锚泊系统，尤其对于深水区域，在建造和施工成本上有较大的节省。此外，对于在海上安装结构物需要经过用海审批，将二者集成一起之后，可有效利用海域空间，减少用海审批环节。
(3)点吸式波能获取装置和附加底板协同提升浮式系统整体稳定性
该发明中的浮式防波堤利用L型板式结构替代部分浮式箱体，由于L型结构的重心偏后，会对下部锚泊系统的承载力分配产生重要影响。而当在L型板式结构的水平底板前部安放点吸式波能获取装置之后，并联合设置附加底板，可以有效调节整个防波堤的质量分布，起到平衡重心位置的作用，有利于防波堤整体系统的稳定性。此外，在附加底板的边缘处产生的漩涡泄放加强了波浪能的耗散，有利于提升消浪性能。
(4)充分利用反射波浪能并进行平台平面形状优化提高波浪获取效率
浮式防波堤中相邻的浮式箱体和中间的L型板式结构共同组成了一个半封闭的平台空间，点吸式波能获取装置位于平台空间内部，受到左右和后方三个方向壁面的影响。波浪在传播到平台空间内部时会发生波浪的反射和聚焦等效应，本发明可通过合理设计点吸式波能装置的前后位置以及两侧浮式箱体的形状，使其环绕形成的平台空间更利于波浪能的汇集，点吸式波能获取装置还可以二次吸收从L型板式结构的竖直背板反射回来的波浪，进一步提高波浪能装置的获取效率。
附图说明
图1为本发明实施例中浮式梳状防波堤装置的三维结构示意图；
图2a为本发明实施例中工作平台空间投影形状为矩形时浮式梳状防波堤装置的俯视方向结构示意图；
图2b为本发明实施例中工作平台空间投影形状为削角矩形时浮式梳状防波堤装置的俯视方向结构示意图；
图2c为本发明实施例中工作平台空间投影形状为圆弧形时浮式梳状防波堤装置的俯视方向结构示意图；
图2d为本发明实施例中工作平台空间投影形状为近似的圆弧形状时浮式梳状防波堤装置的俯视方向结构示意图；
图3为本发明实施例中附加底板与L型板式结构水平连接的截面结构示意图；
图4为本发明实施例中附加底板与L型板式结构垂直连接的截面结构示意图。
附图标记说明：
1-浮式箱体；2-L型板式结构；3-点吸式波能获取单元；4-附加底板；5-锚链单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明在传统的浮式方箱防波堤基础上对其结构进行改进设计，将部分方箱利用L型板式结构替代，形成一个工作平台，可以在其上布置波能获取装置。改进后的浮式防波堤为浮式箱体-L型板式结构依次交替排列的水平连续结构，在投影平面上呈梳齿状，为浮式梳状防波堤。而在各种型式的波浪能获取装置中，点吸式装置以其结构设计简单，波能获取效率较高且施工较为方便等优点，可以很好地与浮式防波堤进行结合。
本发明公开了一种浮式梳状防波堤装置，包括：
浮体单元，其为浮式梳状防波堤装置提供浮力和起挡浪的作用；
L型板式结构，其设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用；以及
点吸式波能获取单元，其设置在L型板式结构上，用于吸收波浪能发电。
其中，所述浮体单元为空心结构；
其中，所述浮体单元的形状包括但不仅限于箱体、棱柱体或圆柱体；
其中，所述浮体单元采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板；
其中，所述L型板式结构包括水平底板和竖直挡板；
其中，所述水平底板和竖直挡板固定连接；
其中，所述L型板式结构采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。
其中，所述浮体单元与所述L型板式结构之间铰接。
其中，所述点吸式波能获取单元包括运动浮子、发电系统和固定底座，所述点吸式波能获取单元通过固定底座与所述L型板式结构的水平底板连接。
其中，所述浮式梳状防波堤装置还包括用于平衡浮式梳状防波堤装置重心和增加消浪性能的附加底板，附加底板连接于浮式梳状防波堤装置的底部；
其中，所述附加底板的个数大于或等于1；
其中，所述附加底板采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。
其中，所述附加底板与堤身底板之间的夹角为0-90度；
其中，所述附加底板与L型板式结构的水平底板之间的夹角为0度、90度或者以不同的角度组合形式同时设置多个附加底板；例如设置两个附加底板，其中一个附加底板与L型板式结构的水平底板之间的夹角为0度，另一个附加底板与L型板式结构的水平底板之间的夹角为90度。
其中，所述浮式梳状防波堤装置还包括用于与海床固定的锚链单元，所述锚链单元与浮体单元底部或L型板式结构底部连接。
其中，所述L型板式结构与相邻的浮体单元之间形成一平台空间，所述平台空间的投影形状包括但不仅限于矩形、梯形、弧形中的任一种或多种组合；
其中，所述浮式梳状防波堤装置的平面投影形状呈梳齿状。
本发明还公开了一种如上所述的浮式梳状防波堤装置在海岸工程和海洋能利用技术领域的应用。
以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
一种可利用波浪能的浮式梳状防波堤装置主要包括：浮式箱体(即浮体单元)1；L型板式结构2；点吸式波能获取单元3、附加底板4四个部分。图1为浮式梳状防波堤装置的三维示意图。浮式箱体1和L型板式结构2依次交替排列布置，形成类似于梳齿状的平面形式；点吸式波能获取单元3安放于L型板式结构2的水平底板上；附加底板4连接于L型板式结构2的底部，与L型板式结构2的底部在同一平面上。整个浮式梳状防波堤装置通过系泊系统与海床中的锚固基础连接，漂浮工作于海面。各部分描述具体如下：
浮式箱体1：为漂浮在海面的空心箱体结构，是浮式梳状防波堤装置的主体部分，可由混凝土或者钢板结构制成，为整个浮式梳状防波堤装置提供浮力同时起到挡浪作用；
L型板式结构2：截面呈L型的板式结构，包括水平底板和竖直挡板两部分，可由混凝土板或者钢板结构制成，与浮式箱体1交替布置，一同承担挡浪作用。同时L型板式结构2的水平底板上形成一个工作平台空间，可以将点吸式波能获取单元3布置其上。
点吸式波能获取单元3：通常包括运动浮子、发电系统和固定底座三部分。运动浮子能够跟随波浪做升沉运动以获取波浪能量，通过连杆带动发电系统工作。本实施例中点吸式波能获取单元3通过其固定底座安放于L型板式结构2的水平底板之上。
附加底板4：为L型板式结构2底部的延伸部分，可以与L型板式结构2底部水平连接(如图3所示)，也可以是垂直连接(如图4所示)，由混凝土或者钢板制成，主要起到浮式梳状防波堤装置水平或垂直方向的有效尺度、增加波浪能量耗散以及平衡堤身稳定的作用。
浮式箱体1为空心密闭箱型结构，是浮式梳状防波堤装置的挡浪主体，可由混凝土浇筑或者钢板结构焊接而成。浮式箱体1为整个系统提供浮力，使浮式梳状防波堤装置一部分露出于水面，一部分沉没于水面以下。浮式箱体1通过锚链单元4与海床中的基础进行固定。
L型板式结构2，由混凝土板或者钢板结构制作而成，其水平底板和竖直挡板之间为刚性连接，可一体浇筑或者焊接而成。浮式梳状防波堤装置工作时由L型板式结构2和浮式箱体1依次交替排列连接布置，并使其走向与波浪传播方向(图1中A方向)基本垂直，共同起到挡浪作用。L型板式结构2与相邻的浮式箱体1采用铰式连接，便于水平面内灵活布置。L型板式结构2本身不产生浮力，通过与两侧的浮式箱体1的连接使其悬浮于水中。L型板式结构2的水平底板朝向来浪方向，竖直背板为背向来浪方向。浮式梳状防波堤装置正常工作时，L型板式结构2的水平底板部分全部沉没于水面以下，竖直板部分的深度与浮式箱体1的深度一致。
实际中可根据防波堤吃水深度以及消浪性能的需求来确定浮式箱体1的长度与L型板式结构2的长度比例关系。
L型板式结构2的水平底板部分形成一个水下平台，可以在其上安放点吸式波能获取单元3。
对于常规的结构形式，若浮式箱体1为矩形，则浮式箱体1间形成的平台空间的投影形状也为矩形，如图2(a)所示。点吸式波能获取单元3位于工作平台空间，吸收远海传播过来的波浪能。本发明的一个优点是点吸式波能获取单元3还可以二次吸收从L型板式结构2的竖直背板反射回来的波浪，从而提高波浪获取效率。实际中可以通过调节点吸式波能获取单元3的前后位置，使获取的入射波浪能和反射波浪能之和达到最大。
该发明还可以通过对浮式箱体1的形状进行设计以改变平台空间的平面形状来进一步提高波能获取效率。
通过优化设计，工作平台空间的投影形状可以为削角矩形(如图2b所示)，即在波浪传播方向的开口处加宽以收集更多的波浪能，从而可以获得更多的反射波浪能。
通过优化设计，工作平台空间的投影形状可以变化圆弧形(如图2c所述)，或者近似的圆弧形状(如图2d所示)。此种平面布置形式可以使波浪能在圆弧面发生反射并产生聚焦效应。实际设计中可以将点吸式波能单元3布置在波能发生聚焦的位置，从而使波能吸收最大化。
附加底板4为浮式梳状防波堤装置底部通长方向设置的附加结构，为混凝土板或钢板结构，可以是水平方向由浮式梳状防波堤装置底板向前延伸的方式连接(如图3所示)，也可以是垂直于浮式梳状防波堤装置底板的方式连接(如图4所示)；也可以是同时以不同组合形式设置多道。附加底板与浮式梳状防波堤装置底部为刚性连接，即可由预埋的铁件焊接连接，也可预制时直接一体浇筑而成。附加底板4的长度为沿浮式梳状防波堤装置底面通长设置。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种浮式梳状防波堤装置，包括：
浮体单元，其为浮式梳状防波堤装置提供浮力和起挡浪的作用；
L型板式结构，其设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用；以及
点吸式波能获取单元，其设置在L型板式结构上，用于吸收波浪能发电。
2.根据权利要求1所述的浮式梳状防波堤装置，其特征在于，
所述浮体单元为空心结构；
所述浮体单元的形状包括但不仅限于箱体、棱柱体或圆柱体；
所述浮体单元采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。
3.根据权利要求1所述的浮式梳状防波堤装置，其特征在于，
所述L型板式结构包括水平底板和竖直挡板；
所述水平底板和竖直挡板固定连接；
所述L型板式结构采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。
4.根据权利要求1所述的浮式梳状防波堤装置，其特征在于，
所述浮体单元与所述L型板式结构之间铰接。
5.根据权利要求1所述的浮式梳状防波堤装置，其特征在于，
所述点吸式波能获取单元包括运动浮子、发电系统和固定底座，所述点吸式波能获取单元通过固定底座与所述L型板式结构的水平底板连接。
6.根据权利要求1所述的浮式梳状防波堤装置，其特征在于，
所述浮式梳状防波堤装置还包括用于平衡浮式梳状防波堤装置重心和增加消浪性能的附加底板，附加底板连接于浮式梳状防波堤装置的底部；
所述附加底板的个数大于或等于1；
所述附加底板采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。
7.根据权利要求6所述的浮式梳状防波堤装置，其特征在于，
所述附加底板与堤身底板之间的夹角为0-90度；
作为优选，所述附加底板与L型板式结构的水平底板之间的夹角为0度、90度或者以不同的角度组合形式同时设置多个附加底板。
8.根据权利要求1所述的浮式梳状防波堤装置，其特征在于，
所述浮式梳状防波堤装置还包括用于与海床固定的锚链单元，所述锚链单元与浮体单元底部或L型板式结构底部连接。
9.根据权利要求1所述的浮式梳状防波堤装置，其特征在于，
所述L型板式结构与相邻的浮体单元之间形成一平台空间，所述平台空间的投影形状包括但不仅限于矩形、梯形、弧形中的任一种或多种组合；
所述浮式梳状防波堤装置的平面投影形状呈梳齿状。
10.如权利要求1-9任一项所述的浮式梳状防波堤装置在海岸工程和海洋能利用技术领域的应用。
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| CN110409367B (zh) | 2023-12-01 |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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