CN111364412A - 一种兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤 - Google Patents

一种兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤。所述浮式防波堤包括消波结构、发电装置和渔业养殖装置；消波结构包括防波堤堤身，防波堤堤身上布置若干个月池，月池的顶部设有若干横撑；发电装置固定于横撑上；渔业养殖装置设于防波堤堤身的下部。本发明通过采用含月池的长方体堤身，可以有效节省材料，减少工程造价；通过布置垂直运动式发电装置，可以将波浪能转换成电能；通过设置渔业养殖装置，既能拓宽防波堤应用功能，提高其经济性，也能扰乱波浪传播轨迹，耗散波浪能量；通过采用含螺旋上升式翼板的立柱，可以有效避免涡激运动；通过设置垂荡板，可以减少防波堤运动以达到最佳消波效果。

Description

一种兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤
技术领域
本发明涉及一种兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤，属于波浪能发电、渔业养殖和防浪消波工程技术领域。
背景技术
近年来，由于海洋开发的兴起，大量浮式结构物被应用于广阔水域，为避免海洋结构物因遭受波浪侵扰而破坏，浮式防波堤得到了广泛应用。浮式防波堤具有以下优点：1、应用水域广泛；2、工程造价较低且不受水深影响；3、允许水流流动和鱼类等海洋生物的迁徙；4、建造简单，维护便捷。
但现有浮式防波堤仍然存在以下三点主要缺点：
一、现有浮式防波堤设计主要关注于防波堤消波性能的提升，忽视了防波堤其他功能的开发和利用，导致现有浮式防波堤功能单一。
二、现有大多数浮式防波堤主要依靠反射入射波的方式达到消减波浪的目的，忽视了扰乱波浪传播轨迹、耗散波浪能量等其他方式的应用，导致了现有浮式防波堤对短周期波浪消波效果较好，而对于长周期波浪消波效果不理想。
三、根据波浪理论的研究和试验表明，水体表层至水面以下三倍波高的水深范围内集中了全部波能的98％，但现有大多数浮式防波堤因工程造价及建造等原因，吃水较浅，只能阻挡水面以下一定深度内的波浪和流。
目前，我国正在加大波浪能开发力度和深海渔业养殖规模。因此，将防浪消波、波浪能发电和渔业养殖集合为一体，设计一种多功能高效新型浮式防波堤十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤，既能通过反射入射波、扰乱波浪传播轨迹、耗散波浪能量等多种方式有效消减波浪，同时又能进行波浪能发电和渔业养殖。
本发明所提供的兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤，包括消波结构、发电装置和渔业养殖装置；
所述消波结构包括防波堤堤身，所述防波堤堤身上布置若干个月池，所述月池的顶部设有若干横撑；
所述发电装置固定于所述横撑上；
所述渔业养殖装置设于所述防波堤堤身的下部。
具体地，所述防波堤堤身的截面呈矩形，沿所述防波堤堤身的长度方向均匀布置所述月池；
所述月池呈矩形；
所述防波堤堤身和所述横撑均由钢制材料制成。
本发明采用含月池的长方体堤身，可以在保证其优异消波性能的同时，减少材料使用和工程造价。此外，所述月池易加剧水体震荡，从而耗散波浪能量。
所述浮式防波堤中，所述发电装置包括壳体、浮子、导杆、永磁体和发电线圈；
所述壳体固定于所述横撑上，具体地，所述壳体与所述横撑焊接连接；
所述导杆穿过所述横撑交叉形成的十字节点处(如8个所述横撑交叉形成井字形节点)，两端分别位于所述月池内和所述壳体内；
所述导杆可沿所述壳体的轴向运动；
所述导杆的底端连接所述浮子，顶端连接所述永磁体；
所述壳体的内壁面上布置有螺旋上升式发电线圈；
所述发电装置产生的电能储存于所述电能储存装置。
具体地，所述壳体为圆柱体；
所述导杆通过所述壳体底部上的圆形开孔延伸至所述壳体内部；
所述圆形开孔的直径略大于所述导杆的直径；
所述浮子为圆柱体；
所述浮子由轻型浮性材料制成，外部包裹由HDPE或PVC材料制成的保护层；
所述永磁体为圆柱体。
具体地，所述壳体的底部内壁上设有下部缓冲垫，所述导杆穿过所述下部缓冲垫；
所述下部缓冲垫为空心圆柱体，其空心直径与所述圆形开孔的直径相等；
所述壳体的顶部内壁上于所述永磁体的位置相应处设有上部缓冲垫；
所述上部缓冲垫为圆柱体，直径大于所述永磁体的直径；
所述下部缓冲垫和上部缓冲垫均由橡胶材料制成，避免了所述永磁体与所述壳体内壁的刚性碰撞，有利于延长装置的使用寿命；
具体地，所述横撑的下表面固定有导杆架，所述导杆架为由多个钢制材料的圆环焊接而成；
所述导杆穿过所述导杆架，所述导杆架的直径略大于所述导杆的直径，所述导杆架的设置限制了所述导杆除垂直运动外的其他运动，有利于提高发电效率。
本发明采用垂直运动式发电装置，可以高效地将波浪能转换成电能，提高了防波堤应用价值和经济价值。
所述浮式防波堤中，所述渔业养殖装置包括立柱、撑杆、渔网和垂荡板；
若干所述立柱的两端分别连接所述防波堤堤身和所述垂荡板；
所述立柱之间连接与其垂直的若干所述撑杆；
所述渔网布置于所述立柱与所述撑杆所围成的结构(如长方体结构)表面；
具体地，所述垂荡板为封闭立体结构，可用作压载舱室，垂荡板的设置可极大提高防波堤的垂荡附加质量，减少防波堤的垂荡运动，从而提高防波堤的消波性能；
具体地，所述立柱为空心圆管，所述立柱外表面焊接有螺旋上升式翼板，所述螺旋上升式翼板可以有效避免立柱的涡激运动，从而提高防波堤稳定性；
所述立柱、所述撑杆、所述垂荡板和所述螺旋上升式翼板均由钢制材料制成。
本发明在消波结构底部设置渔业养殖装置，扩宽了防波堤应用功能，提高了防波堤经济价值，同时渔业养殖装置浸没水中，增加了防波堤吃水深度，有利于扰乱波浪传播轨迹，耗散波浪能量。
所述浮式防波堤中，所述防波堤堤身沿其长度方向的两个侧面上均固定有防撞垫和连接锚链，作为所述浮式防波堤的连接结构；
所述防撞垫为长方体，材质为橡胶；
所述防撞垫通过螺栓固定于所述防波堤堤身上；
所述连接锚链布置于所述防波堤堤身上，且位于所述防撞垫的上部和下部，可设置4根所述连接锚链；
所述防撞垫的设置有效避免了消波结构之间刚性碰撞而损坏，采用螺栓的固定方式则有利于防撞垫的老化更换。
所述浮式防波堤中，所述渔业养殖装置的底部连接系泊链；
所述系泊链的另一端连接若干串联的配重块，所述系泊链和所述配重块作为所述浮式防波堤的锚泊系统；
所述系泊链的材质为锚链、聚酯缆或钢丝绳中任的一种；
所述配重块的材质为水泥块或石块；
所述配重块铺放在海床上，从而达到固定防波堤的目的。
与现有技术相比，本发明的兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤具有以下优点：
1、本发明采用含月池的长方体堤身，可以在保证其优异消波性能的同时，减少材料使用和工程造价，同时，月池易加剧水体震荡，从而耗散波浪能量，提高消波性能；
2、本发明通过在月池顶部设置垂直运动式发电装置，可高效地将波浪能转换成电能，提高了其应用价值和经济价值；
3、本发明在消波结构底部设置渔业养殖装置，扩宽了防波堤应用功能，提高了防波堤经济价值，同时渔业养殖装置浸没水中，增加了防波堤吃水深度，有利于扰乱波浪传播轨迹，耗散波浪能量；
4、本发明的连接结构既能将浮式防波堤连成一个整体以更好地抵御波浪，又能避免波浪作用下各模块之间的碰撞，同时螺栓固定方式便于防撞垫的老化更换；
5、本发明通过设置垂荡板，提高了防波堤的附加质量，增大了防波堤与波浪间的相对运动，从而提高防波堤的消波性能。
附图说明
图1是本发明兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤三维结构示意图。
图2是本发明浮式防波堤的消波结构的三维结构示意图。
图3是本发明浮式防波堤的发电装置的三维结构示意图。
图4是本发明浮式防波堤的发电装置的剖面图。
图5是本发明浮式防波堤的渔业养殖装置的三维结构示意图。
图6是本发明浮式防波堤的立柱的三维结构示意图。
图7是本发明浮式防波堤的连接结构的布置图。
图8是本发明浮式防波堤的防撞垫布置图。
图9是本发明浮式防波堤的防撞垫剖面图。
图10是本发明浮式防波堤的锚泊系统布置图。
图中各标记如下：
1防波堤堤身、2月池、3横撑、4壳体、5浮子、6导杆、7永磁体、8发电线圈、9下部缓冲垫、10上部缓冲垫、11导杆架、12电能储存装置、13立柱、14撑杆、15渔网、16垂荡板、17螺旋上升式翼板、18防撞垫、19连接锚链、20螺纹杆、21螺帽、22系泊链、23配重块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1至图10所示，本发明的兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤，包括消波结构、发电装置、渔业养殖装置、连接结构和锚泊系统。
本实施例中，如图2所示，消波结构包括截面为矩形的防波堤堤身1、贯穿防波堤堤身的矩形月池2和布置于月池2顶部的横撑3。共设置三个月池2，沿防波堤堤身1长度方向均匀分布；横撑3共三组，每组八个，呈现井字型分布。防波堤堤身1和横撑3均由钢制材料制成。本发明采用含月池2的长方体堤身1，可以在保证其优异消波性能的同时，减少材料使用和工程造价。此外，月池1易加剧水体震荡，从而耗散波浪能量。
本实施例中，如图3和图4所示，发电装置共三组，每组四个，均固定于横撑3的十字节点(井字形节点正中)处，包括壳体4、浮子5、导杆6、永磁体7、发电线圈8、下部缓冲垫9、上部缓冲垫10、导杆架11和电能储存装置12。壳体4为圆柱体，壳体4底部有一圆形开孔，开孔直径略大于导杆6直径，壳体4内壁面布置有螺旋上升式发电线圈8；浮子5为圆柱体，由泡沫等轻型浮性材料制成，外部包裹由HDPE或PVC材料制成的保护层；永磁体7为圆柱体；下部缓冲垫9为空心圆柱体，布置于壳体4内壁底部，空心直径与壳体4底部开孔直径相等，且略大于导杆6直径，这样的设置既不阻碍导杆6的垂直运动，也能防止波浪飞溅进壳体4。上部缓冲垫10为圆柱体，布置于壳体4内壁顶部；下部缓冲垫9和上部缓冲垫10均由橡胶材料制成，缓冲垫的使用避免了永磁体7与壳体4内壁的刚性碰撞，有利于延长装置的使用寿命。导杆6穿过导杆架11、壳体4底部开孔和下部缓冲垫9，底端连接浮子5，顶端连接永磁体7；导杆架11固定于横撑3下表面，由多个圆环焊接而成，材质为钢制材料，圆环直径略大于导杆6直径，导杆架11的设置限制了导杆6除垂直运动外的其他运动，有利于提高发电效率。本发明采用垂直运动式发电装置，可以高效地将波浪能转换成电能，提高了防波堤的应用价值和经济价值。
本实施例中，如图5所示，渔业养殖装置固定于消波结构底部，包括立柱13、撑杆14、渔网15和垂荡板16，渔网15布置于立柱13与撑杆14组成的长方体结构表面。如图6所示，立柱13为空心圆管，外表面焊接有螺旋上升式翼板17，顶端连接防波堤堤身1，底端连接垂荡板16，螺旋上升式翼板17可以有效避免立柱13的涡激运动，从而提高防波堤稳定性。垂荡板16为封闭立体结构，可用作压载舱室，垂荡板16的设置可极大提高防波堤的垂荡附加质量，减少防波堤的垂荡运动，从而提高防波堤的消波性能。立柱13、撑杆14、垂荡板16和螺旋上升式翼板17均由刚性材料制成。本发明在消波结构底部设置渔业养殖装置，扩宽了防波堤应用功能，提高了防波堤经济价值，同时渔业养殖装置浸没水中，增加了防波堤吃水深度，有利于扰乱波浪传播轨迹，耗散波浪能量。
本实施例中，如图7所示，连接结构布置于防波堤堤身1侧面，包括防撞垫18和连接锚链19。如图8和图9所示，防撞垫18为长方体，材质为橡胶，通过螺栓(螺纹杆20和螺帽21)固定于防波堤堤身1侧面，防撞垫18的设置有效避免了消波结构之间刚性碰撞而损坏，采用螺栓的固定方式则有利于防撞垫18的老化更换；所述连接锚链19共四根，焊接在防波堤堤身1侧面的上下两端。
本实施例中，如图10所示，锚泊系统包括系泊链22和配重块23，系泊链22的材质为锚链、聚酯缆或钢丝绳中的一种，配重块23的材质为水泥块或石块，数量大于1，采用串联方式配置在系泊链22底端，铺放在海床上，系泊链22顶端则与垂荡板16底部连接，从而达到固定防波堤的目的。
本发明兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤消波机理如下：防波堤在抵抗恶劣海况过程中，当波浪传播至防波堤附近时，首先接触的是防波堤堤身1，一部分波浪直接被堤身1反射回来，另一部分波浪则继续向前传播。当波浪传播至月池2时，会引起月池2内水体剧烈震荡，从而再次耗散了波浪能量。水面以下波浪在接触渔业养殖装置时，其传播轨迹会受到立柱13、撑杆14和渔网15的扰乱，波浪能量也被极大消减。当防波堤在波浪中运动时，垂荡板16提高了防波堤的附加质量，增大了防波堤与波浪间的相对运动，从而极大地提高了防波堤的消波效果。
本发明兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤波浪能发电机理如下：当波浪传播至月池2时，会引起月池2内水体剧烈震荡，从而带动浮子5垂直运动，此时波浪能转换为机械能；浮子5则通过导杆6使永磁体7在壳体内作垂直运动，永磁体7垂直运动时切割发电线圈8发电，此时机械能转换为电能，随后电能被存储在电能储存装置12中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种兼具波浪能发电功能和渔业养殖功能的浮式防波堤，包括消波结构、发电装置和渔业养殖装置；
所述消波结构包括防波堤堤身，所述防波堤堤身上布置若干个月池，所述月池的顶部设有若干横撑；
所述发电装置固定于所述横撑上；
所述渔业养殖装置设于所述防波堤堤身的下部。
2.根据权利要求1所述的浮式防波堤，其特征在于：所述防波堤堤身的截面呈矩形，沿所述防波堤堤身的长度方向均匀布置所述月池；
所述月池呈矩形；
所述防波堤堤身和所述横撑均由钢制材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的浮式防波堤，其特征在于：所述发电装置包括壳体、浮子、导杆、永磁体和发电线圈；
所述壳体固定于所述横撑上；
所述导杆穿过所述横撑交叉形成的十字节点处，两端分别位于所述月池内和所述壳体内；
所述导杆可沿所述壳体的轴向运动；
所述导杆的底端连接所述浮子，顶端连接所述永磁体；
所述壳体的内壁面上布置有螺旋上升式发电线圈；
所述发电装置产生的电能储存于所述电能储存装置。
4.根据权利要求3所述的浮式防波堤，其特征在于：所述壳体为圆柱体；
所述导杆通过所述壳体底部上的圆形开孔延伸至所述壳体内部；
所述圆形开孔的直径略大于所述导杆的直径；
所述浮子为圆柱体；
所述浮子由轻型浮性材料制成，外部包裹由HDPE或PVC材料制成的保护层；
所述永磁体为圆柱体。
5.根据权利要求4所述的浮式防波堤，其特征在于：所述壳体的底部内壁上设有下部缓冲垫，所述导杆穿过所述下部缓冲垫；
所述下部缓冲垫为空心圆柱体，其空心直径与所述圆形开孔的直径相等；
所述壳体的顶部内壁上于所述永磁体的位置相应处设有上部缓冲垫；
所述上部缓冲垫为圆柱体，直径大于所述永磁体的直径；
所述下部缓冲垫和上部缓冲垫均由橡胶材料制成。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的浮式防波堤，其特征在于：所述横撑的下表面固定有导杆架，所述导杆架为由多个钢制材料的圆环焊接而成；
所述导杆穿过所述导杆架，所述导杆架的直径略大于所述导杆的直径。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的浮式防波堤，其特征在于：所述渔业养殖装置包括立柱、撑杆、渔网和垂荡板；
若干所述立柱的两端分别连接所述防波堤堤身和所述垂荡板；
所述立柱之间连接与其垂直的若干所述撑杆；
所述渔网布置于所述立柱与所述撑杆组成的结构表面。
8.根据权利要求7所述的浮式防波堤，其特征在于：所述立柱为空心圆管，所述立柱外表面焊接有螺旋上升式翼板；
所述垂荡板为封闭立体结构，可作为压载舱室；
所述立柱、所述撑杆、所述垂荡板和所述螺旋上升式翼板均由钢制材料制成。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的浮式防波堤，其特征在于：所述防波堤堤身沿其长度方向的两个侧面上均固定有防撞垫和连接锚链；
所述防撞垫为长方体，材质为橡胶；
所述防撞垫通过螺栓固定于所述防波堤堤身上；
所述连接锚链布置于所述防波堤堤身上，且位于所述防撞垫的上部和下部。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的浮式防波堤，其特征在于：所述渔业养殖装置的底部连接系泊链；
所述系泊链的另一端连接若干串联的配重块；
所述系泊链的材质为锚链、聚酯缆或钢丝绳中任的一种；
所述配重块的材质为水泥块或石块。
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