CN115852894A - 一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防波堤工程和波浪能发电技术领域，具体涉及一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，包括防波堤主体、气囊系统、导气系统、发电系统、压载水舱系统及锚泊系统；气囊系统连接在防波堤主体底部，导气系统位于防波堤主体内部，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，发电系统安装在导气系统内部，防波堤主体的内部两侧对称设有压载水舱系统，防波堤主体上还连接有锚泊系统。本发明将柔性气囊波浪能发电装置和浮式防波堤的功能进行结合，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，能够进一步的提高浮式防波堤的防波性能。

Description

一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤

技术领域

本发明涉及防波堤工程和波浪能发电技术领域，具体涉及一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤。

背景技术

人类社会的不断发展伴随着人类对能源需求的快速增加，而传统的化石能源不可再生，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。

由于波浪对海上结构的破坏力较大，并且能对浮式防波堤产生较大的环境应力荷载，因此如何提高浮式防波堤的防波性能，减小波浪对海上平台的破坏至关重要。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，因此将浮式防波堤和波浪能装置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主要有摆式、振荡水柱式、点头鸭式等等，这些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：提供一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，将柔性气囊波浪能发电装置和浮式防波堤的功能进行结合，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，能够进一步的提高浮式防波堤的防波性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，包括防波堤主体、气囊系统、导气系统、发电系统、压载水舱系统及锚泊系统；气囊系统连接在防波堤主体底部，导气系统位于防波堤主体内部，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，发电系统安装在导气系统内部，防波堤主体的内部两侧对称设有压载水舱系统，防波堤主体上还连接有锚泊系统。

进一步的，气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊连接在防波堤主体底部，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进气口，通气管道的另一端设有出气口，通气管道的进气口处和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，压载水舱系统包括压载舱，压载舱的一侧设有进水口，压载舱的另一侧设有出水口，压载舱内装有压载水。

进一步的，锚泊系统包括四个吊环，四个吊环分别设置在防波堤主体的两个外侧壁上，四个吊环上均连接有锚链，锚链上连接有锚块。

进一步的，防波堤主体呈长方体状，防波堤主体的底部开设有两个供气囊系统和导气系统连接的通孔，防波堤主体底部的通孔与气囊系统和导气系统的空隙处涂抹有防水胶，防波堤主体的顶部和侧壁均为密封结构。

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、本发明通过在防波堤主体底部设置气囊系统，在防波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浮式防波堤的功能进行结合，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，能够进一步的提高浮式防波堤的防波性能。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。

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，延长使用寿命。

三、本发明通过设置压载水舱系统，能够调节防波堤主体的重心位置，起到调节平衡的作用，通过调整压载舱中的压载水量，可以调整防波堤主体的浮态与吃水深度。

四、本发明的导气系统和发电系统均位于防波堤主体内部，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。

五、本发明将柔性气囊波浪能发电装置和浮式防波堤结合为一体，便于安装和维护，降低成本，便于进一步推广，同时本发明可与海上平台、浮式风机平台结合使用，推进风电、海电综合利用，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的正面结构示意图。

图3是本发明的侧面结构示意图。

图4是本发明的气囊系统的结构示意图。

图5是本发明的导气系统和发电系统的俯视结构示意图。

图6是本发明的定子的结构示意图。

图7是本发明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为通气管道进气口，2-3为通气管道出气口，2-4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为压载水舱系统，4-1为压载舱，4-2为进水口，4-3为出水口，4-4为压载水，5为锚泊系统，5-1为吊环，5-2为锚链，5-3为锚块，6为防波堤主体。

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，一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，包括防波堤主体、气囊系统、导气系统、发电系统、压载水舱系统及锚泊系统；气囊系统连接在防波堤主体底部，导气系统位于防波堤主体内部，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，发电系统安装在导气系统内部，防波堤主体的内部两侧对称设有压载水舱系统，防波堤主体上还连接有锚泊系统。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1所示，防波堤主体呈长方体状，防波堤主体的底部开设有两个供气囊系统和导气系统连接的通孔，防波堤主体底部的通孔与气囊系统和导气系统的空隙处涂抹有防水胶，防波堤主体的顶部和侧壁均为密封结构。通过涂抹防水胶，能够防止海水进入防波堤主体内部腐蚀破坏导气系统和发电系统。

如图1和图4所示，气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊连接在防波堤主体底部，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，柔性气囊的底部连接在防波堤主体底面上。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。

如图2和图5所示，导气系统包括通气管道，通气管道的一端设有进气口，通气管道的另一端设有出气口，通气管道的进气口处和出气口处均安装有单向阀。

如图2所示，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，即柔性气囊的进气口与通气管道的出气口相连接，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，即柔性气囊的出气口与通气管道的进气口相连接。

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。

如图5至图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1所示，压载水舱系统包括压载舱，压载舱的一侧设有进水口，压载舱的另一侧设有出水口，压载舱内装有压载水。通过设置压载水舱系统，能够调节防波堤主体的重心位置，起到调节平衡的作用，通过调整压载舱中的压载水量，可以调整防波堤主体的浮态与吃水深度。

如图1所示，锚泊系统包括四个吊环，四个吊环分别设置在防波堤主体的两个外侧壁上，四个吊环上均连接有锚链，锚链上连接有锚块。吊环、锚链和锚块组成的锚泊系统能够限制防波堤主体的多自由度运动，同时安装拆卸简单，面对极端海况时，转移比较方便。

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，将柔性气囊放置在海水中，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，进一步提高防波堤主体的消波性能，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，本发明通过在防波堤主体底部设置气囊系统，在防波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浮式防波堤的功能进行结合，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，能够进一步的提高浮式防波堤的防波性能。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。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，延长使用寿命。本发明通过设置压载水舱系统，能够调节防波堤主体的重心位置，起到调节平衡的作用，通过调整压载舱中的压载水量，可以调整防波堤主体的浮态与吃水深度。本发明的导气系统和发电系统均位于防波堤主体内部，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浮式防波堤结合为一体，便于安装和维护，降低成本，便于进一步推广，同时本发明可与海上平台、浮式风机平台结合使用，推进风电、海电综合利用，具有广阔的应用前景。

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 (10)

1.一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，其特征在于：包括防波堤主体、气囊系统、导气系统、发电系统、压载水舱系统及锚泊系统；气囊系统连接在防波堤主体底部，导气系统位于防波堤主体内部，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，发电系统安装在导气系统内部，防波堤主体的内部两侧对称设有压载水舱系统，防波堤主体上还连接有锚泊系统。

2.根据权利要求1所述的一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，其特征在于：气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊连接在防波堤主体底部，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所述的一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，其特征在于：导气系统包括通气管道，通气管道的一端设有进气口，通气管道的另一端设有出气口，通气管道的进气口处和出气口处均安装有单向阀。

4.根据权利要求3所述的一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，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所述的一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，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所述的一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，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所述的一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，其特征在于：压载水舱系统包括压载舱，压载舱的一侧设有进水口，压载舱的另一侧设有出水口，压载舱内装有压载水。

8.根据权利要求1所述的一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，其特征在于：锚泊系统包括四个吊环，四个吊环分别设置在防波堤主体的两个外侧壁上，四个吊环上均连接有锚链，锚链上连接有锚块。

9.根据权利要求1所述的一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，其特征在于：防波堤主体呈长方体状，防波堤主体的底部开设有两个供气囊系统和导气系统连接的通孔，防波堤主体底部的通孔与气囊系统和导气系统的空隙处涂抹有防水胶，防波堤主体的顶部和侧壁均为密封结构。

10.根据权利要求2所述的一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤，其特征在于：柔性气囊采用橡胶薄膜制成。

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