CN110952498A - 一种兼顾防波与发电功能的浮式防波堤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼顾防波与发电功能的浮式防波堤，包括浮堤单元，浮堤单元包括上层浮体和消波结构，消波结构包括摇晃发电单元和水轮发电单元，摇晃发电单元利用的是波浪能摇晃发电，水轮发电单元是利用水流能旋转发电，使得线圈进行切割磁感线发电产生电流，由磁生电产生电能。本发明通过摇晃发电单元和水轮发电单元进行聚能，小型化的拾能单元克服了波浪能的不稳定特点，实现水流能和波浪能的同时利用，提高了浮堤的发电效率，并且发电单元组成的阻尼结构具有良好的消波效果，从而实现防波发电一体化。

Description

一种兼顾防波与发电功能的浮式防波堤
技术领域
本发明涉及一种浮式防波堤，特别是涉及一种兼顾防波与发电功能的浮式防波堤。
背景技术
目前，浮式防波堤因其诸多优点而得到广泛的应用和发展，同时浮式防波堤还有很多的设计利用空间，浮式防波堤不仅局限于消波这一功能，还可以利用浮堤消耗的波浪能进行发电。这样可以将消耗的波浪能转换为电能，保护海洋结构物的同时也可以为海洋结构物提供能源，充分体现了环保这一特点。波浪能作为理想的清洁能源之一，分布广，蕴藏量大，在海岛发电、海洋浮标、波力电站等方面应用的越来越广，前景广阔。
但是，波浪能具有能量多变、不稳定性、利用效率低以及投入成本高等诸多问题，因此很难利用。现有的很多发电浮式防波堤也很难投入实用。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种兼顾防波与发电功能的浮式防波堤，能够高效利用波浪能，具有防波发电一体化的功能。
技术方案：本发明的一种兼顾防波与发电功能的浮式防波堤包括浮堤单元，浮堤单元包括位于两侧的基板、上层浮体、位于上层浮体下方的消波结构，上层浮体和消波结构固定于两侧基板中；
消波结构包括摇晃发电组和水轮发电组，摇晃发电组包括若干沿长度方向依次连接的摇晃发电单元，摇晃发电单元包括第一圆柱外壳和设于第一圆柱外壳内的U型磁铁，U型磁铁两侧固定连接有连接件，两侧的连接件均与第一连接轴转动连接，U型磁铁的磁场中设有垂直于磁感线方向的线圈，线圈与第一圆柱外壳固定连接；相邻摇晃发电单元之间可通过连接轴相互连接起来。
水轮发电组包括若干沿长度方向依次连接的水轮发电单元，水轮发电单元包括第二圆柱外壳和其内部的第二连接轴，第二圆柱外壳的外表面固定设有产生升力的机翼，第二圆柱外壳的内表面固定设有至少一对磁铁，每对磁铁包括围绕连接轴相对设置的两块磁铁，两块磁铁的磁极相反，因此每对磁铁相互吸引；连接轴上固定设有矩形线圈，矩形线圈位于成对设置的磁铁的磁场中，且矩形线圈的中心轴与第二圆柱外壳的中心轴相重合；相邻水轮发电单元之间通过连接轴相互连接起来。
即本发明是通过上层浮体和圆柱消波结构进行消波，通过摇晃发电单元和水轮发电单元发电，从而实现浮式防波堤的消波与发电功能。其中摇晃发电单元和水轮发电单元的主体结构可以采用钢制成。
摇晃发电单元利用波浪能进行摇晃发电，当波浪来袭时，第一圆柱外壳产生摇晃，固连在圆柱外壳上的线圈随之运动，但U型磁铁由于下端的自身惯性比较大，使U型磁体与线圈产生了相对运动，从而使得线圈进行切割磁感线发电产生电流；而当波浪即将停止时，磁铁又会由于自身惯性继续摆动，产生电流，直至相对运动停止。
而水轮发电单元利用水流能进行旋转发电，当水流来袭时，机翼产生升力，随之带动第二圆柱外壳做旋转运动，进而带动固定在圆柱外壳内表面上的磁铁随之旋转，从而使固定在中心的矩形线圈与磁体产生相对运动，实现线圈切割磁感线，由磁生电产生电能。
进一步地，所述上层浮体包括提供浮力的空心圆柱管和摇晃发电组，空心圆柱管和摇晃发电组平行设置，空心圆柱管和摇晃发电组交错排列并使得上层浮体的横截面为倒置的梯形。优选地，所述上层浮体的横截面为倒置的等腰梯形。上层浮体利用空心圆柱管提供浮堤漂浮在水中的整体浮力，摇晃发电单元进行发电，摇晃发电单元排列于相邻空心圆柱管之间，当波浪来袭时，浮体减波的同时自身会产生一定的晃动，带动中间的摇晃发电单元发电。此外，上宽下窄的倒梯形设计提高了消波和聚波的能力。
优选地，所述摇晃发电组的相邻摇晃发电单元之间采用柔性连接，水轮发电组的相邻水轮发电单元之间采用刚性连接。根据不同发电单元的发电原理，采用柔性连接和刚性连接相结合，提高能量利用效率。
优选地，所述U型磁铁的底部固定设有配重球。由于摇晃发电单元通过线圈与U型磁铁的相对运动产生电能，U型磁体由于下端带有重物增大了其自身惯性，U形磁铁的摆动幅度加大，波浪来袭时增大了磁铁与线圈的相对运动剧烈程度，同时即使波浪消失，磁铁还会因为惯性产生运动，产生电能，提高了发电效率。
其中，线圈的数量可以是一个，也可以是多个。为进一步提高发电效率，所述线圈的数量为四个，相邻线圈之间设有绝缘片隔开，线圈与绝缘片固定连接，绝缘片与圆柱外壳固定连接。四个线圈的设置可以充分利用到磁场面积的同时，减少材料的使用，是性价比最高的一种选择。
优选地，所述磁铁为两对，磁铁沿第二圆柱外壳的内圆周方向等距排列在第二圆柱外壳的内表面上。与一对磁铁相比，两对磁铁能充分利用线圈的旋转效果，发电效率更高，功率更大，性价比高。
优选地，所述消波结构的摇晃发电组位于水轮发电组的上方。由于摇晃发电单元利用的是波浪能摇晃发电，水轮发电单元是利用水流能旋转发电，而根据实际水流的能力分布不同，有针对性地排布发电单元的位置，在消波结构的上层设置摇晃发电组，下层设置水流发电组，可以更加高效利用能量进行发电。
优选地，所述摇晃发电组和水轮发电组的数量均为若干个，摇晃发电组和水轮发电组相互平行，每个摇晃发电组中的摇晃发电单元依次等间距连接，每个水轮发电组中的水轮发电单元依次等间距连接。位于同一高度的相邻摇晃发电组的摇晃发电单元的位置可以不同，位于同一高度的相邻水轮发电组的水轮发电单元的位置也可以不同。
本发明利用发电圆柱体对波能的反射和圆柱体与波浪之间的碰撞摩擦进行消波，特定的阵列结构加强了消波效果，并且在消波的同时，利用水流能和波浪能进行发电，从而使浮式防波堤具有防波发电一体化的功能。
有益效果：
(1)本发明通过摇晃发电单元和水轮发电单元进行聚能，小型化的拾能单元克服了波浪能的不稳定特点，实现水流能和波浪能的同时利用，提高了浮堤的发电效率，并且发电单元组成的阻尼结构具有良好的消波效果，从而实现防波发电一体化。
(2)根据摇晃发电单元和水轮发电单元不同的发电原理，根据水流能量分布的不同，合理排布拾能单元；并且不同发电单元结合不同的连接方式，提高了浮式防波堤的发电效率；
(3)上层浮体结构提供浮力，下层圆柱消波结构圆柱消波结构利用摇晃发电单元和水轮发电单元两种小型圆柱单元结构进行拾能，并通过圆柱体的排列提高整体的消波效果。
附图说明
图1是浮堤单元的结构示意图。
图2是上层浮体的示意图；
图3是上层浮体的内部结构示意图；
图4是摇晃发电单元的结构示意图；
图5是水轮发电单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步地详细描述。
本发明的兼顾防波与发电功能的浮式防波堤，包括若干个相互连接的浮堤单元构成，如图1所示为单个浮堤单元的结构示意图。浮堤单元包括位于两侧的基板1、上层浮体2、位于上层浮体2下方的消波结构3，消波结构3和上层浮体2均固定于两侧基板1中。
如图2、3所示，上层浮体2由提供浮力的若干空心圆柱管13和若干摇晃发电组构成，空心圆柱管13和摇晃发电组相互平行设置，空心圆柱管13和摇晃发电组之间交错排列并使得上层浮体2上宽下窄、横截面为倒置的等腰梯形。摇晃发电组安装于相邻空心圆柱管13之间，空心圆柱管13和摇晃发电组的两端分别固定连接在两侧基板1上。
其中摇晃发电组包括若干个依次连接的摇晃发电单元4，摇晃发电单元4为圆柱形结构，相邻摇晃发电单元4沿其长度方向、依次柔性连接进而构成摇晃发电组，利用波浪能发电，且每个摇晃发电组上的摇晃发电单元4之间等间距排列。相邻摇晃发电单元4之间可通过第一连接轴801进行连接。如图4，摇晃发电单元4包括第一圆柱外壳501和设于第一圆柱外壳501内的U型磁铁6，U型磁铁6两侧固定连接有连接件7，两侧的连接件7均与第一连接轴801转动连接，U型磁铁6的磁场中设有四个垂直于磁感线方向的线圈9，相邻线圈9之间设有绝缘薄片15隔开，线圈9与绝缘片15固定连接，绝缘片15与第一圆柱外壳501固定连接；并且U型磁铁6的底部固定设有配重球14。
消波结构包括六个摇晃发电组和六个水轮发电组，摇晃发电组和水轮发电组相互平行。消波结构3共有四层，上两层为摇晃发电组，每层设有三个摇晃发电组；下两层为水轮发电组，每层设有三个水轮发电组。每层中位于中间位置的摇晃发电组上的摇晃发电单元4的位置与两侧摇晃发电组上的摇晃发电单元4的位置交错开，下两层的水轮发电组的水轮发电单元16做类似设置，交错排布使得消波结构3竖向呈现五竖排。
每个摇晃发电组中的摇晃发电单元依次等间距连接，每个水轮发电组中的水轮发电单元16依次等间距连接，且摇晃发电组的相邻摇晃发电单元4之间采用柔性连接，水轮发电组的相邻水轮发电单元16之间采用刚性连接。
水轮发电组包括若干沿长度方向依次连接的水轮发电单元16，水轮发电单元16为圆柱形结构，相邻水轮发电单元16沿其长度方向、依次刚性连接进而构成水轮发电组，利用水流能发电，且每个水轮发电组上的水轮发电单元16之间等间距排列。相邻水轮发电单元16之间可以通过第二连接轴802进行连接。
如图5所示，水轮发电单元16包括第二圆柱外壳502和其内部的第二连接轴802，第二圆柱外壳502可以绕第二连接轴802进行旋转，第二圆柱外壳502的外表面固定设有四个产生升力的机翼10，机翼10沿第二圆柱外壳502长度方向设置，间隔90°设置一个机翼10。第二圆柱外壳502的内表面上固定设有两对磁铁11，每对磁铁11包括两块相互吸引的磁铁11，磁极相反、相互吸引的两块磁铁11围绕第二连接轴802相对设置，使得两对磁铁11的四块磁铁11分别间隔90°固定设置在第二圆柱外壳502的内表面上，相对设置的两块磁铁11为磁极相反的一对。位于第二圆柱外壳502中的第二连接轴802上固定设有矩形线圈12，矩形线圈12位于两对磁铁11的磁场中，且矩形线圈12相对于连接轴8对称，矩形线圈12的中心轴与第二圆柱外壳502的中心轴相重合。
本实施例通过上层浮体2和消波结构3进行消波，通过摇晃发电单元4和水轮发电单元16发电，从而实现浮式防波堤的消波与发电功能。上层浮体2的空心圆柱管13提供浮堤漂浮在水中的浮力，设置在上层浮体2中的摇晃发电单元4排列于相邻空心圆柱管13之间，当波浪来袭时，浮体减波的同时自身会产生一定的晃动，带动每个摇晃发电单元4进行发电。下方的消波结构利用发电单元的圆柱体结构对波能的反射和圆柱体与波浪之间的碰撞摩擦进行消波，特定的阵列结构加强了消波效果。摇晃发电单元4利用波浪能进行摇晃发电，当波浪来袭时，第一圆柱外壳501产生摇晃，固连在第一圆柱外壳501上的线圈9随之运动，但U型磁铁6由于下端的自身惯性比较大，使U型磁体6与线圈9产生了相对运动，从而使得线圈9进行切割磁感线发电产生电流；而当波浪即将停止时，U型磁铁6又会由于自身惯性继续摆动，产生电流，直至相对运动停止。水轮发电单元16利用水流能进行旋转发电，当水流来袭时，机翼10产生升力，随之带动第二圆柱外壳502做旋转运动，进而带动固定在第二圆柱外壳502内表面上的磁铁11随之旋转，从而使固定在中心的矩形线圈12与磁铁11产生相对运动，实现线圈切割磁感线，由磁生电产生电能。

Claims (9)

1.一种兼顾防波与发电功能的浮式防波堤，包括浮堤单元，其特征在于：浮堤单元包括位于两侧的基板(1)、上层浮体(2)、位于上层浮体(2)下方的消波结构(3)，上层浮体(2)和消波结构(3)固定于两侧基板(1)中；
消波结构(3)包括摇晃发电组和水轮发电组，摇晃发电组包括若干沿长度方向依次连接的摇晃发电单元(4)，摇晃发电单元(4)包括第一圆柱外壳(501)和设于第一圆柱外壳(501)内的U型磁铁(6)、第一连接轴(801)，U型磁铁(6)两侧固定连接有连接件(7)，连接件(7)与第一连接轴(801)转动连接，U型磁铁(6)的磁场中设有垂直于磁感线方向的线圈(9)，线圈(9)与第一圆柱外壳(501)固定连接；
水轮发电组包括若干沿长度方向依次连接的水轮发电单元(16)，水轮发电单元(16)包括第二圆柱外壳(502)和其内部的第二连接轴(802)，第二圆柱外壳(502)的外表面固定设有产生升力的机翼(10)，第二圆柱外壳(502)的内表面上固定设有至少一对磁铁(11)，每对磁铁(11)包括围绕第二连接轴(802)相对设置的两块磁铁(11)，两块磁铁(11)的磁极相反，第二连接轴(802)上固定设有矩形线圈(12)，矩形线圈(12)位于成对设置的磁铁(11)的磁场中，且矩形线圈(12)的中心轴与第二圆柱外壳(502)的中心轴相重合。
2.根据权利要求1所述的兼顾防波与发电功能的浮式防波堤，其特征在于：所述上层浮体(2)包括提供浮力的空心圆柱管(13)和摇晃发电组，空心圆柱管(13)和摇晃发电组平行设置，空心圆柱管(13)和摇晃发电组交错排列并使得上层浮体(2)的横截面为倒置的梯形。
3.根据权利要求1或2所述的兼顾防波与发电功能的浮式防波堤，其特征在于：所述摇晃发电组的相邻摇晃发电单元(4)之间采用柔性连接，水轮发电组的相邻水轮发电单元(16)之间采用刚性连接。
4.根据权利要求1所述的兼顾防波与发电功能的浮式防波堤，其特征在于：所述U型磁铁(6)的底部固定设有配重球(14)。
5.根据权利要求1所述的兼顾防波与发电功能的浮式防波堤，其特征在于：所述线圈(9)的数量为四个，相邻线圈(9)之间设有绝缘片(15)隔开，线圈(9)与绝缘片(15)固定连接，绝缘片(15)与第一圆柱外壳(501)固定连接。
6.根据权利要求1所述的兼顾防波与发电功能的浮式防波堤，其特征在于：所述水轮发电单元(16)的磁铁(11)为两对，磁铁(11)沿第二圆柱外壳(502)的内圆周方向等距排列在第二圆柱外壳(502)的内表面上。
7.根据权利要求1所述的兼顾防波与发电功能的浮式防波堤，其特征在于：所述消波结构(3)的摇晃发电组位于水轮发电组的上方。
8.根据权利要求1所述的兼顾防波与发电功能的浮式防波堤，其特征在于：所述摇晃发电组和水轮发电组的数量均为若干个，摇晃发电组和水轮发电组相互平行；每个摇晃发电组中的摇晃发电单元(4)依次等间距连接，每个水轮发电组中的水轮发电单元(16)依次等间距连接。
9.根据权利要求2所述的兼顾防波与发电功能的浮式防波堤，其特征在于：所述上层浮体(2)的横截面为倒置的等腰梯形。
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