CN115787567B - 一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及近海工程和波浪能发电技术领域，具体涉及一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，包括多个潜堤单元，多个潜堤单元通过连接系统阵列连接，潜堤单元包括潜堤主体、气囊系统、导气系统和发电系统，潜堤主体通过桩基基础固定安装于海底，两个气囊系统对称安装在潜堤主体的左右两侧，导气系统位于潜堤主体内部，两个气囊系统与导气系统相连通，发电系统安装在导气系统内部。本发明将柔性气囊波浪能发电装置和潜堤的功能进行结合，柔性气囊波浪能发电装置在利用波浪能发电时有一定的消波作用，能够进一步的提高潜堤的挡浪消波性能，将柔性气囊波浪能发电装置和潜堤结合为一体，便于安装和维护，降低成本，便于进一步推广。

Description

一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤

技术领域

本发明涉及近海工程和波浪能发电技术领域，具体涉及一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤。

背景技术

世界的工业化的不断发展伴随着人类对能源的需求的快速增加，而传统化石能源不可再生，能源危机问题严峻，同时在使用过程中其排放的污染会导致一系列的生态环境问题。因此，开发利用可再生清洁能源已经迫在眉睫。而在诸多种类的新型能源中，波浪能具有能量储备多、分布范围广等优点，已经成为各国争相研究的热点。

长期以来，海洋自然灾害对于海岸和海上结构物的侵蚀和破坏给人们的生命安全和财产带来了巨大的威胁。潜堤是一种潜没于水中的堤坝，当波浪翻越潜堤时，堤顶的水深骤减导致波浪发生浅水变形而破碎，消耗大量波能，从而使堤后波高减小。因此，修建潜堤可以减小波浪的破坏作用，达到消波、防冲的目的。

目前投入使用的潜堤中，使用较多的是传统的抛石型潜堤，其工程造价较高且消波效果不理想。考虑到波浪能转换装置在吸收波浪能的同时起到了一定的消波作用，因此将波浪能装置和潜堤的功能进行结合是一个切实可行的选择。

现有的波浪能发电装置大多使用刚质浮体将波浪能转换为机械能，再由刚质浮体连带的各式发电装置完成发电工作。大量刚性可动结构的使用，使得这些波浪能转换装置易产生结构破坏，使用寿命短；同时刚性材料在海水中容易被海水腐蚀从而造成结构破坏。采用柔性结构设计波浪能发电装置是该类问题较合理的解决方案。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，将柔性气囊波浪能发电装置和潜堤的功能进行结合，柔性气囊波浪能发电装置在利用波浪能发电时有一定的消波作用，能够进一步的提高潜堤的挡浪消波性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，包括多个潜堤单元，多个潜堤单元通过连接系统阵列连接，潜堤单元包括潜堤主体、气囊系统、导气系统和发电系统，潜堤主体通过桩基基础固定安装于海底，两个气囊系统对称安装在潜堤主体的左右两侧，导气系统位于潜堤主体内部，两个气囊系统与导气系统相连通，左侧气囊系统的出气口与导气系统的左侧进气口相连接，左侧气囊系统的进气口与导气系统的左侧出气口相连接，右侧气囊系统的出气口与导气系统的右侧进气口相连接，右侧气囊系统的进气口与导气系统的右侧出气口相连接，发电系统安装在导气系统内部。

进一步的，气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊通过螺栓连接在潜堤主体上，螺栓连接处涂有防水胶，柔性气囊的底部对称设有进气口和出气口，柔性气囊的底部还设有充气口。

进一步的，导气系统包括通气管道，通气管道的一端设有左侧进气口和右侧进气口，通气管道的另一端设有左侧出气口和右侧出气口，通气管道的左侧进气口、右侧进气口、左侧出气口和右侧出气口处均安装有单向阀。

进一步的，发电系统包括空气透平、转轴、转子以及定子，定子固定安装在通气管道内部，转子转动安装在定子内，转子通过转轴与空气透平连接。

进一步的，定子包括机座、定子铁芯和线圈，定子铁芯均匀分布在机座内部，线圈绕制在定子铁芯上。

进一步的，转子包括钕铁硼磁铁、转子铁芯和夹板，钕铁硼磁铁位于转子铁芯和夹板之间。

进一步的，连接系统包括两个连接块和扣环，两个连接块分别连接在相邻的两个潜堤主体上，连接块上设有连接孔，扣环穿过两个连接块上的连接孔将两个连接块连接起来。

进一步的，桩基基础包括多个单直桩和斜桩，单直桩和斜桩的底部打入海底地基持力层，单直桩和斜桩的顶部固定连接在潜堤主体上。

进一步的，潜堤主体的截面呈梯形状，潜堤主体的左右两侧均开设有两个供气囊系统和导气系统连接的通孔，潜堤主体左右两侧的通孔与气囊系统和导气系统的空隙处涂抹有防水胶。

进一步的，柔性气囊采用橡胶薄膜制成。

总的说来，本发明具有如下优点：

一、本发明通过在潜堤主体的左右两侧设置气囊系统，在潜堤主体内部设置导气系统和发电系统，将柔性气囊波浪能发电装置和潜堤的功能进行结合，柔性气囊波浪能发电装置在利用波浪能发电时有一定的消波作用，能够进一步的提高潜堤的挡浪消波性能。波浪作用于柔性气囊，使柔性气囊发生形变，柔性气囊在消耗波浪的同时，柔性气囊形变会推动气体在通气管道中流动，利用通气管道中的发电系统发电，将气体流动的机械能转换为电能，从而实现波浪能发电。通过设置两个气囊系统，两个气囊系统均与导气系统相连通，使得通气管道中的气体流量增大，提高了发电系统的发电效率，同时也提高了潜堤的挡浪消波性能。

二、本发明的柔性气囊采用橡胶薄膜制成，橡胶薄膜具有高弹性，并且可塑性强、耐腐蚀性强，可最大限度避免波浪冲击和海水腐蚀造成的损坏；同时柔性气囊与潜堤主体相连接，潜堤主体位于海底，使得柔性气囊的工作位置位于水面以下，能够避免波浪直接冲击破坏柔性气囊的结构，提高柔性气囊的可靠性，延长使用寿命。

三、本发明的导气系统和发电系统均位于潜堤主体内部，同时发电系统安装在导气系统内部，使得导气系统和发电系统免于与海水接触，有效避免了海水对导气系统和发电系统的腐蚀破坏，提高了本发明的可靠性。

四、本发明将柔性气囊波浪能发电装置和潜堤结合为一体，便于安装和维护，降低成本，便于进一步推广；通过连接系统，可以将多个潜堤单元阵列连接，形成阵列式的潜堤，提高潜堤挡浪消波的性能。

附图说明

图1是本发明的潜堤单元阵列连接的结构示意图。

图2是本发明的潜堤单元的侧面结构示意图。

图3是本发明的潜堤单元的俯视结构示意图。

图4是本发明的潜堤单元的气囊系统的结构示意图。

图5是本发明的连接系统的结构示意图。

图6是本发明的潜堤单元的定子的结构示意图。

图7是本发明的潜堤单元的转子的结构示意图。

其中：1为气囊系统，1-1为柔性气囊，1-2为柔性气囊出气口，1-3为柔性气囊进气口，1-4为充气口，2为导气系统，2-1为通气管道，2-2为通气管道左侧进气口，2-3为通气管道左侧出气口，2-4为通气管道右侧进气口，2-5为通气管道右侧出气口，2-6为单向阀，3为发电系统，3-1为空气透平，3-2为转轴，3-3为转子，3-3-1为钕铁硼磁铁，3-3-2为转子铁芯，3-3-3为夹板，3-4为定子，3-4-1为机座，3-4-2为定子铁芯，3-4-3为线圈，4为连接系统，4-1为连接块，4-2为扣环，5为桩基基础，5-1为单直桩，5-2为斜桩，6为潜堤主体。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

如图1至图3所示，一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，包括多个潜堤单元，多个潜堤单元通过连接系统阵列连接，潜堤单元包括潜堤主体、气囊系统、导气系统和发电系统，潜堤主体通过桩基基础固定安装于海底，两个气囊系统对称安装在潜堤主体的左右两侧，导气系统位于潜堤主体内部，两个气囊系统与导气系统相连通，左侧气囊系统的出气口与导气系统的左侧进气口相连接，左侧气囊系统的进气口与导气系统的左侧出气口相连接，右侧气囊系统的出气口与导气系统的右侧进气口相连接，右侧气囊系统的进气口与导气系统的右侧出气口相连接，发电系统安装在导气系统内部。波浪作用于气囊系统，使气囊系统发生形变，气囊系统在消耗波浪的同时，气囊系统形变推动气体在导气系统中流动，利用导气系统中的发电系统发电，将气体流动的机械能转换为电能，从而实现波浪能发电。

如图2和图3所示，潜堤主体的截面呈梯形状，在本实施方式中，潜堤主体的截面呈等腰梯形状，潜堤主体的左右两侧均开设有两个供气囊系统和导气系统连接的通孔，潜堤主体左右两侧的通孔与气囊系统和导气系统的空隙处涂抹有防水胶。通过涂抹防水胶，能够防止海水进入潜堤主体内部腐蚀破坏导气系统和发电系统。

如图2和图4所示，气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊通过螺栓连接在潜堤主体上，螺栓连接处涂有防水胶，柔性气囊的底部对称设有进气口和出气口，柔性气囊的底部还设有充气口。在本实施方式中，柔性气囊的底部呈长方形状，柔性气囊的底部通过螺栓连接在潜堤主体的左右两侧面上。通过充气口可向柔性气囊充气，同时也能及时调整柔性气囊内部气压。

柔性气囊采用橡胶薄膜制成。橡胶薄膜具有高弹性，并且可塑性强、耐腐蚀性强，可最大限度避免波浪冲击和海水腐蚀造成的损坏。同时柔性气囊与潜堤主体相连接，潜堤主体位于海底，使得柔性气囊的工作位置位于水面以下，能够避免波浪直接冲击破坏柔性气囊的结构，提高柔性气囊的可靠性。

如图2和图3所示，导气系统包括通气管道，通气管道的一端设有左侧进气口和右侧进气口，通气管道的另一端设有左侧出气口和右侧出气口，通气管道的左侧进气口、右侧进气口、左侧出气口和右侧出气口处均安装有单向阀。

如图2和图3所示，两个气囊系统与导气系统相连通，左侧气囊系统的出气口与导气系统的左侧进气口相连接，即左侧柔性气囊的出气口与通气管道的左侧进气口相连接，左侧气囊系统的进气口与导气系统的左侧出气口相连接，即左侧柔性气囊的进气口与通气管道的左侧出气口相连接，右侧气囊系统的出气口与导气系统的右侧进气口相连接，即右侧柔性气囊的出气口与通气管道的右侧进气口相连接，右侧气囊系统的进气口与导气系统的右侧出气口相连接，即右侧柔性气囊的进气口与通气管道的右侧出气口相连接。

通过设置单向阀，能够控制通气管道中的气体单向流动，使得从柔性气囊流出的气体通过通气管道，流经发电系统发电后又流回柔性气囊中。

通过设置两个气囊系统，两个气囊系统均与导气系统相连通，使得通气管道中的气体流量增大，提高了发电系统的发电效率，同时也提高了潜堤的挡浪消波的性能。

如图3、图6和图7所示，发电系统包括空气透平、转轴、转子以及定子，定子固定安装在通气管道内部，转子转动安装在定子内，转子通过转轴与空气透平连接。定子包括机座、定子铁芯和线圈，定子铁芯均匀分布在机座内部，线圈绕制在定子铁芯上。转子包括钕铁硼磁铁、转子铁芯和夹板，钕铁硼磁铁位于转子铁芯和夹板之间。气体经通气管道流经发电系统时带动空气透平转动，经转轴带动转子转动，从而切割磁感线发电。

发电系统安装在导气系统内部，使得发电系统免于与海水接触，有效避免了海水对发电系统的腐蚀破坏，有效的提高了发电系统的可靠性。

如图2所示，桩基基础包括多个单直桩和斜桩，单直桩和斜桩的底部打入海底地基持力层，单直桩和斜桩的顶部固定连接在潜堤主体上。通过桩基基础可以将潜堤主体稳固的安装于海底。

如图1和图5所示，连接系统包括两个连接块和扣环，两个连接块分别连接在相邻的两个潜堤主体上，连接块上设有连接孔，扣环穿过两个连接块上的连接孔将两个连接块连接起来，从而将两个潜堤主体连接起来。通过连接系统，可以将多个潜堤单元阵列连接，形成阵列式的潜堤，提高潜堤挡浪消波的性能。

在使用本发明时，通过充气口向柔性气囊充气，柔性气囊充气后膨胀，在波浪作用下，柔性气囊发生形变，柔性气囊形变可以消耗波浪，进一步提高潜堤主体的消波性能，同时柔性气囊发生形变可用于发电，柔性气囊形变推动柔性气囊内的气体沿柔性气囊出气口流出，沿通气管道进气口流入通气管道中，并流经通气管道中的发电系统，气体流经发电系统时会带动空气透平转动，经转轴带动转子转动，从而切割磁感线发电，气体流经发电系统后通过通气管道出气口流出，通过柔性气囊进气口流回柔性气囊中，如此反复。由于通气管道的进气口处和出气口处均安装有单向阀，使得通气管道中的气体仅能单向流动，使得从柔性气囊流出的气体通过通气管道，流经发电系统发电后又流回柔性气囊中。

总的说来，本发明通过在潜堤主体的左右两侧设置气囊系统，在潜堤主体内部设置导气系统和发电系统，将柔性气囊波浪能发电装置和潜堤的功能进行结合，柔性气囊波浪能发电装置在利用波浪能发电时有一定的消波作用，能够进一步的提高潜堤的挡浪消波性能。波浪作用于柔性气囊，使柔性气囊发生形变，柔性气囊在消耗波浪的同时，柔性气囊形变会推动气体在通气管道中流动，利用通气管道中的发电系统发电，将气体流动的机械能转换为电能，从而实现波浪能发电。通过设置两个气囊系统，两个气囊系统均与导气系统相连通，使得通气管道中的气体流量增大，提高了发电系统的发电效率，同时也提高了潜堤的挡浪消波性能。本发明的柔性气囊采用橡胶薄膜制成，橡胶薄膜具有高弹性，并且可塑性强、耐腐蚀性强，可最大限度避免波浪冲击和海水腐蚀造成的损坏；同时柔性气囊与潜堤主体相连接，潜堤主体位于海底，使得柔性气囊的工作位置位于水面以下，能够避免波浪直接冲击破坏柔性气囊的结构，提高柔性气囊的可靠性，延长使用寿命。本发明的导气系统和发电系统均位于潜堤主体内部，同时发电系统安装在导气系统内部，使得导气系统和发电系统免于与海水接触，有效避免了海水对导气系统和发电系统的腐蚀破坏，提高了本发明的可靠性。本发明将柔性气囊波浪能发电装置和潜堤结合为一体，便于安装和维护，降低成本，便于进一步推广；通过连接系统，可以将多个潜堤单元阵列连接，形成阵列式的潜堤，提高潜堤挡浪消波的性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，其特征在于：包括多个潜堤单元，多个潜堤单元通过连接系统阵列连接，潜堤单元包括潜堤主体、气囊系统、导气系统和发电系统，潜堤主体通过桩基基础固定安装于海底，两个气囊系统对称安装在潜堤主体的左右两侧，导气系统位于潜堤主体内部，两个气囊系统与导气系统相连通，左侧气囊系统的出气口与导气系统的左侧进气口相连接，左侧气囊系统的进气口与导气系统的左侧出气口相连接，右侧气囊系统的出气口与导气系统的右侧进气口相连接，右侧气囊系统的进气口与导气系统的右侧出气口相连接，发电系统安装在导气系统内部；

连接系统包括两个连接块和扣环，两个连接块分别连接在相邻的两个潜堤主体上，连接块上设有连接孔，扣环穿过两个连接块上的连接孔将两个连接块连接起来。

2.根据权利要求1所述的一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，其特征在于：气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊通过螺栓连接在潜堤主体上，螺栓连接处涂有防水胶，柔性气囊的底部对称设有进气口和出气口，柔性气囊的底部还设有充气口。

3.根据权利要求1所述的一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，其特征在于：导气系统包括通气管道，通气管道的一端设有左侧进气口和右侧进气口，通气管道的另一端设有左侧出气口和右侧出气口，通气管道的左侧进气口、右侧进气口、左侧出气口和右侧出气口处均安装有单向阀。

4.根据权利要求3所述的一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，其特征在于：发电系统包括空气透平、转轴、转子以及定子，定子固定安装在通气管道内部，转子转动安装在定子内，转子通过转轴与空气透平连接。

5.根据权利要求4所述的一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，其特征在于：定子包括机座、定子铁芯和线圈，定子铁芯均匀分布在机座内部，线圈绕制在定子铁芯上。

6.根据权利要求4所述的一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，其特征在于：转子包括钕铁硼磁铁、转子铁芯和夹板，钕铁硼磁铁位于转子铁芯和夹板之间。

7.根据权利要求1所述的一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，其特征在于：桩基基础包括多个单直桩和斜桩，单直桩和斜桩的底部打入海底地基持力层，单直桩和斜桩的顶部固定连接在潜堤主体上。

8.根据权利要求1所述的一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，其特征在于：潜堤主体的截面呈梯形状，潜堤主体的左右两侧均开设有两个供气囊系统和导气系统连接的通孔，潜堤主体左右两侧的通孔与气囊系统和导气系统的空隙处涂抹有防水胶。

9.根据权利要求2所述的一种可阵列的兼做柔性气囊波浪能发电装置的潜堤，其特征在于：柔性气囊采用橡胶薄膜制成。