CN112610395A - 一种桥墩防冲刷防撞水流发电系统 - Google Patents

一种桥墩防冲刷防撞水流发电系统 Download PDF

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Abstract

一种桥墩防冲刷防撞水流发电系统，防冲刷组件（1）包含由内保护层（5）、外保护层（6）和中间板（7）共同构成的浮于水面的左、右空腔体，以及左、右侧带孔的外保护层（8），并通过连接件形成该组件整体；防撞组件（2）由一定数量和间距的密闭空腔防撞滚筒（9）组成；水流发电蓄电组件（3）包括沿桥墩对称布置的两个水轮发电机（10）和位于墩顶或盖梁顶的两个蓄电池（11）组成，同一侧的发电机和蓄电池通过电线相连，并通过水泵（12）控制空腔体内水量从而改变系统高度，使水轮发电机在合适水深处；悬挂组件（4）由固定于距离墩顶适当位置处的固定架（13）和左右两侧各两条的调节链条（14）组成。

Description

一种桥墩防冲刷防撞水流发电系统
技术领域
本发明涉及桥墩防冲刷、防撞和水流发电技术。
背景技术
桥墩作为桥梁的支撑结构，由于阻水面积较大，会受到较大水流的冲刷作用，且更容易发生腐蚀与碳化作用；船只和上游漂浮物对桥墩的安全也会造成威胁；另外水流的能量不容忽视，利用水能发电可更好实现环保要求。基于此，迫切需要一种兼具桥墩防冲刷、防撞和水流发电的防护系统，以解决水能利用不足和桥墩被冲刷、撞击损坏的问题。
目前，申请号为201910620619.5的中国专利公开了一种用于桥墩的波流发电、消波、防撞一体化的装置。它包括套接于桥墩外部的支撑架，滑动结构，齿轮发电结构。
这种用于桥墩的波流发电、消波、防撞一体化装置虽然可以发电、防冲刷、防撞击损坏，但是金属材料易发生腐蚀破坏，并且当船只或漂浮物撞击墩柱后容易造成航道的拥挤与堵塞。
发明内容
本发明的目的是提供一种防冲刷防撞水流发电系统。
本发明是一种桥墩防冲刷防撞水流发电系统，包括防冲刷组件1、防撞组件2、水流发电蓄电组件3和悬挂组件4，由内保护层5、外保护层6和中间板7构成的左、右空腔体，以及左、右侧带孔外保护层8，通过连接件相连形成防冲刷组件1；防撞组件2由至少13个防撞滚筒9均匀对称布置组成；水流发电蓄电组件3由沿桥墩对称布置的两个水轮发电机10和位于墩顶或盖梁顶的两个蓄电池11分别相连组成，并通过水泵12控制空腔体内水量使水轮发电机处于合适深度处；悬挂组件4由固定于距离墩顶适当位置处的固定架13和左右两侧各两条的调节链条14组成。
本发明的有益效果：（1）利用船体的流线型使墩柱的防冲刷效果更加明显，降低了墩柱迎水面的水流冲击作用以及墩柱两侧和背水面的涡流作用，提高了系统的防冲刷效果并对桥墩起到很好的保护作用；（2）针对夏季汛期时上游河流中的漂浮物以及船只可能与桥墩发生碰撞的问题，对称于顺流轴，沿外保护层安装的桥墩滚筒式防撞装置，不仅保护了桥墩，而且可以改变船只或漂浮物撞击墩柱后的运行转态，从而避免了航道的拥挤与堵塞。（3）该系统的内、外保护层和中间板构成了一个具有较大体积的空间（底部密封且上部有预留孔）。左右侧两空腔体的连接、中间板与内外保护层的连接、带孔外保护层与外保护层的连接都是通过螺栓实现，这种连接方式便于系统组装与拆卸。通过水泵控制空腔体内水量的变化，内保护层最内侧距离桥墩约5～10cm，可以较方便的对该系统的高度进行调节使其全年处于流速较大位置，从而提高了水流发电机的工作效率。
附图说明
图1为该桥墩防冲刷防撞水流发电系统的平面布置图，图2为该桥墩防冲刷防撞水流发电系统的横立面布置图，图3为该桥墩防冲刷防撞水流发电系统的纵立面布置图，图4为防撞滚筒示意图，图5为带孔外保护层示意图。
具体实施方式
如图1～图5所示，本发明是一种桥墩防冲刷防撞水流发电系统，包括防冲刷组件1、防撞组件2、水流发电蓄电组件3和悬挂组件4，由内保护层5、外保护层6和中间板7构成的左、右空腔体，以及左、右侧带孔外保护层8，通过连接件相连形成防冲刷组件1；防撞组件2由至少13个防撞滚筒9均匀对称布置组成；水流发电蓄电组件3由沿桥墩对称布置的两个水轮发电机10和位于墩顶或盖梁顶的两个蓄电池11分别相连组成，并通过水泵12控制空腔体内水量使水轮发电机处于合适深度处；悬挂组件4由固定于距离墩顶适当位置处的固定架13和左右两侧各两条的调节链条14组成。
如图1～图5所示，防冲刷组件1由内保护层5、外保护层6、中间板7、带孔外保护层8共同构成，内保护层5最内侧距离桥墩约5～10cm，中间板7的两端分别通过螺栓与内保护层5以及外保护层6相连，带孔外保护层8与外保护层6通过螺栓相连，形成防冲刷组件1；防撞组件2由一定间距和至少13个密闭空腔防撞滚筒9组成，与防冲刷组件1最外侧的外保护层6通过螺栓相连；水流发电蓄电组件3由两个水轮发电机10、两个蓄电池11、水泵12共同构成，通过螺栓将水轮发电机10、带孔外保护层8、内保护层5连接起来，利用电线将同侧的水轮发电机10和蓄电池11连接，水泵12放置在空腔体的上方，形成水流发电蓄电组件3；悬挂组件4由固定架13和调节链条14构成，调节链条14上端连接固定架13而下端连接空腔体。
如图1、图4所示，所述的防冲刷组件1采用轻质的高强树脂材料和船体的流线型外形，由内保护层5、外保护层6和中间板7构成浮在水中的左、右空腔体，将左、右两块空腔体通过连接件相连，并分别在左、右侧附加安装带孔外保护层8构成该组件整体。
如图1所示，所述的防冲刷组件1中的内保护层5环绕桥墩外壁一周，保护混凝土外壁受水流的冲刷作用，内保护层5最内侧距离桥墩约5～10cm。
如图1所示，所述的防冲刷组件1中的外保护层6以顺流轴O1O2为角平分线布置，其夹角为90°，分别位于迎流侧和背流侧，有效减小水流对桥墩的正面冲击作用以及桥墩两侧和背流侧紊流的冲刷作用。
如图1、图4所示，所述的防冲刷组件1中的带孔外保护层8以横向轴O3O4为角平分线布置，其夹角为90°，位于桥墩的左右两侧与外保护层6连接，允许水流通过从而驱动水轮发电机10发电，并保护发电机免受漂浮物撞击。
如图1～图3所示，所述的防冲刷组件1中的左右两块空腔体为封闭式，仅各有一个预留孔，使水泵12通过预留孔控制空腔体内的水量。
如图1、图3、图5所示，防撞滚筒9能绕竖向轴转动，至少13个防撞滚筒9均匀布置在迎流侧，对称于顺流轴O1O2、沿外保护层6安装。
如图1~图3所示，横向轴O3O4与顺流轴O1O2垂直，所述的水流发电蓄电组件3中的2个水轮发电机10分别安装在横向轴O3O4与墩柱外壁相交位置处，通过水流带动叶片转动产生电能，并分别将电能储存在对应同侧的蓄电池11中，互不干扰各自的使用功能。
如图1～图3所示，所述的水流发电蓄电组件3中的水泵12能够控制空腔体内水量使水轮发电机在合适深度处，并保证空腔体顶高于水位线30～50cm，有效应对夏季汛期和冬季枯水期的较大水位变化，从而保证其发电效率。
如图1～图3所示，所述的悬挂组件4中的固定架13固定在距离桥墩顶部往下适当位置处，并通过左右两侧各两条的调节链条14与下部的防冲刷组件1相连。
如图2、图3所示，所述的悬挂组件4中的调节链条14在一般情况下处于松弛状态，故整个系统可以随水位的变化继续正常运行，且设置一定长度的调节链条可以防止因特殊情况系统沉入水底，同时便于定期检查和维修。所述的水轮发电机10通过在其外侧涂装防腐蚀锌金属涂层对系统进行电化学保护，从而延长系统的使用寿命。
本发明的桥墩防冲刷防撞水流发电系统的工作程序为：当水流作用在墩柱迎水端处的外保护层处时，外保护层利用船体的流线外形减低迎水面的水流冲击作用以及墩柱两侧和背水面的涡流作用。当水流流经墩柱时，通过在紧贴墩柱壁处设有内保护层，墩柱本身可避免水流的直接冲刷作用。在河流流速最快的两侧位置处，利用水的浮力作用对称布置悬挂的发电机，水流经过带孔外保护层（上游侧）流入，通过水流的驱动作用产生电能最终经过带孔外保护层（下游侧）流出，产生的电能被储存到蓄电池中。水泵通过控制防冲刷组件空腔体内水量的变化，进行装置的高度调节，使装置全年处于流速较大位置。另外在空腔体的前端设置防撞滚筒可以防止船只和漂浮物对墩柱的撞击。
将该装置所有部件通过运输船运达目标地点，通过连接件将左、右两块连接成整体，同时安装迎水面防撞滚筒、左右侧水轮发电机以及蓄电池等。
通过水泵控制空腔体内部蓄水量的多少（仅需外接一次移动发电机为水泵提供电源），从而控制该装置的高度，使水流发电机处于水流流速较大位置处。
通过水流作用驱动左右侧水轮发电机转动而产生电能，并通过电缆传递至各自的蓄电池（位于桥墩顶部支座旁），为照明装置等提供电源。由于发电机与各自蓄电池相连，在某一个发生故障时不会影响整个电路的运行。
装置固定架安装在靠近墩顶位置处，通过可调节链条与下部装置相连。一般情况下调节链条处于松弛状态，装置高度可随着不同季节水位高度的变化，同时设定一定长度调节链条可以防止装置漏水时沉入水底，并且方便定期的检查和维修。

Claims (10)

1.一种桥墩防冲刷防撞水流发电系统，包括防冲刷组件（1）、防撞组件（2）、水流发电蓄电组件（3）和悬挂组件（4），其特征在于由内保护层（5）、外保护层（6）和中间板（7）构成的左、右空腔体，以及左、右侧带孔外保护层（8），通过连接件相连形成防冲刷组件（1）；防撞组件（2）由至少13个防撞滚筒（9）均匀对称布置组成；水流发电蓄电组件（3）由沿桥墩对称布置的两个水轮发电机（10）和位于墩顶或盖梁顶的两个蓄电池（11）分别相连组成，并通过水泵（12）控制空腔体内水量使水轮发电机处于合适深度处；悬挂组件（4）由固定于距离墩顶适当位置处的固定架（13）和左右两侧各两条的调节链条（14）组成。
2.根据权利要求1所述的防冲刷防撞水流发电系统，其特征在于：所述的防冲刷组件（1）采用轻质的高强树脂材料和船体的流线型外形，由内保护层（5）、外保护层（6）和中间板（7）构成浮在水中的左、右空腔体，将左、右两块空腔体通过连接件相连，并分别在左、右侧附加安装带孔外保护层（8）构成该组件整体。
3.根据权利要求1所述的防冲刷防撞水流发电系统，其特征在于：所述的防冲刷组件（1）中的内保护层（5）环绕桥墩外壁一周，保护混凝土外壁受水流的冲刷作用，内保护层（5）最内侧距离桥墩约5～10cm。
4.根据权利要求1所述的防冲刷防撞水流发电系统，其特征在于：所述的防冲刷组件（1）中的外保护层（6）以顺流轴（O1O2)为角平分线布置，其夹角为90°，分别位于迎流侧和背流侧，有效减小水流对桥墩的正面冲击作用以及桥墩两侧和背流侧紊流的冲刷作用。
5.根据权利要求1所述的防冲刷防撞水流发电系统，其特征在于：所述的防冲刷组件（1）中的带孔外保护层（8）以横向轴（O3O4)为角平分线布置，其夹角为90°，位于桥墩的左右两侧与外保护层（6）连接，允许水流通过从而驱动水轮发电机（10）发电，并保护发电机免受漂浮物撞击。
6.根据权利要求1所述的防冲刷防撞水流发电系统，其特征在于：所述的防冲刷组件（1）中的左右两块空腔体为封闭式，仅各有一个预留孔，使水泵（12）通过预留孔控制空腔体内的水量。
7.根据权利要求1所述的防冲刷防撞水流发电系统，其特征在于：防撞滚筒（9）能绕竖向轴转动，至少13个防撞滚筒（9）均匀布置在迎流侧，对称于顺流轴（O1O2)、沿外保护层（6）安装。
8.根据权利要求1所述的防冲刷防撞水流发电系统，其特征在于：横向轴(O3O4)与顺流轴（O1O2)垂直，所述的水流发电蓄电组件（3）中的2个水轮发电机（10）分别安装在横向轴(O3O4)与墩柱外壁相交位置处，通过水流带动叶片转动产生电能，并分别将电能储存在对应同侧的蓄电池（11）中，互不干扰各自的使用功能。
9.根据权利要求1所述的防冲刷防撞水流发电系统，其特征在于：所述的水流发电蓄电组件（3）中的水泵（12）能够控制空腔体内水量使水轮发电机在合适深度处，并保证空腔体顶高于水位线30～50cm，有效应对夏季汛期和冬季枯水期的较大水位变化，从而保证其发电效率。
10.根据权利要求1所述的防冲刷防撞水流发电系统，其特征在于：所述的悬挂组件（4）中的固定架（13）固定在距离桥墩顶部往下适当位置处，并通过左右两侧各两条的调节链条（14）与下部的防冲刷组件（1）相连。
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