CN211340647U - 耦合柔性浮子发电的浮式防波堤 - Google Patents

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郭建廷
崔杰
霍发力
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Abstract

本实用新型公开了一种耦合柔性浮子发电的浮式防波堤，包括柔性浮子，所述柔性浮子通过连接揽与防波堤腔体内连接，所述连接揽和浮子和防波堤腔体之间均设置有卸扣，所述柔性浮子包括外部包裹结构和浮子，所述外部包裹结构把浮子包裹在里面。本实用新型避免浮子在工作过程中与浮式防波堤腔体内壁面碰撞后造成结构损伤变形，本实用新型通过充气式球形柔性浮子来保证结构碰撞后的安全性，安装简易，拆卸方便。

Description

耦合柔性浮子发电的浮式防波堤
技术领域
本发明涉及浮式防波堤，具体涉及一种耦合柔性浮子发电的浮式防波堤。
背景技术
浮式防波堤是一种重要的港口水工结构物，主要用于防御外海传来的波浪，维持港口内部水域的平稳，提供安全的船舶进出港域、装卸作业和人员上下环境，并保护港口内其他工程结构物。此外，浮式防波堤还能起到保护海岸线免受侵蚀的作用。
随着海洋工程技术的进步，浮式防波堤的功能和应用领域也得到进一步的发展。浮式防波堤的出现扩大了传统浮式防波堤的应用范围，将浮式防波堤的应用范围从港口扩大到了远海，从浅水区扩大到了深水区。相比于传统浮式防波堤而言，浮式防波堤具有造价低、建造简单、维护方便、环保等优点。
在浮式防波堤的使用与实验中发现，当波浪经过浮式防波堤某一上下贯通的腔体时，波浪会在此处位能突然升高，这一腔体内发生的现象如同钻井平台月池中液面的上下活塞震荡现象，故而将其称为浮式防波堤的“月池效应(moon-pool effect)”。浮式防波堤中的“月池效应”不需像船舶月池中的液体那般需要减小其震荡，究其原因，一是浮式防波堤作为消波工具，月池效应可以消耗一部分波浪能量，这有利于浮式防波堤的消波性能；二可以通过装置采集这一部分波浪能量，将其转化为电能。
振荡浮子发电装置主要通过吸收波浪中的垂向能量进行发电，与浮式防波堤腔体内的波浪运动最为契合，故选用振荡浮子发电装置。将月池效应产生的这部分波浪能量通过浮子发电装置进行转化势必就涉及到浮式防波堤与振荡浮子发电装置的耦合问题。现有的发电装置容易与防波堤腔体发生碰撞，造成损伤。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种耦合柔性浮子发电的浮式防波堤，用以解决浮子容易与防波堤腔体碰撞，造成损伤的问题。
技术方案：本发明所述的耦合柔性浮子发电的浮式防波堤，包括柔性浮子，所述柔性浮子通过连接揽与防波堤腔体内连接，所述连接揽和浮子和防波堤腔体之间均设置有卸扣。
为柔性浮子提供压载力，所述浮子包括实心圆球和钢棒，所述实心圆球和钢棒连接。
避免浮子在腔体内碰撞后致使结构受损，所述外部包裹结构为充气式柔性橡胶。所述防波堤腔体内设置有防撞垫，所述防撞垫上设置有卸扣安装孔，所述连接揽一端的卸扣安装在卸扣安装孔内。
方便发电，所述柔性浮子连接PTO装置，所述PTO装置将浮子俘获的机械能转化为电能。
有益效果：本发明避免浮子在工作过程中与浮式防波堤腔体内壁面碰撞后造成结构损伤变形，本发明通过充气式球形柔性浮子来保证结构碰撞后的安全性，安装简易，拆卸方便。
附图说明
图1为本发明总体示意图；
图2为浮子与浮式防波堤连接示意图；
图3为浮子处卸扣连接图；
图4为防撞垫处卸扣连接图；
图5为连接缆结构示意图；
图6为柔性浮子剖面图；
图7为实心圆球与钢棒连接示意图；
图8为防撞垫结构示意图；
图9为卸扣结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1所示，基于浮式防波堤月池效应发电的装置，包括柔性浮子1，浮式防波堤2和系泊系统3。
如图2-4所示，柔性浮子1放置于浮式防波堤腔体内部与浮式防波堤2通过两条连接缆10相连，连接缆10两端均设有活性卸扣6，一端卸扣6与柔性浮子内部钢棒5连接，卸扣6不得超出充气式柔性橡胶7的保护，防止卸扣6与其他结构发生碰撞。连接缆10另一端卸扣6与防撞垫9中心开孔处卸扣6连接，同样地，卸扣6不得超出防撞垫9开孔的深度，以保证其结构的安全。连接缆10长度可根据浮子1所需垂荡幅值而定，一般约为腔体高度的二分之一，不可太长避免浮子脱离腔体。防撞垫9呈薄方形板，四周开有圆角，布置于腔体内壁面中部。同一根连接缆10通过卸扣6分别连接到柔性浮子1与浮式防波堤体2。这样连接操作简单，施工方便，安装与拆卸均十分快捷。卸扣6均置于柔性结构内，不与其他结构发生碰撞，安全可靠。
如图5所示，连接缆10两端均设有活性卸扣6。
如图6所示，为柔性浮子1的剖面示意图，其中实心部分已通过虚线表示。浮子分为内外两部分，内部由实心圆球4与两根钢棒5构成，主要为柔性浮子1提供所需压载，实心圆球4体积质量可根据吃水更改。外部为充气式柔性橡胶7，将内部实心圆球4与钢棒5紧密裹覆，钢棒5长度不可超出外部的充气式柔性橡胶7。
如图7所示，为实心圆球4与钢棒5的连接示意图，内部实心圆球4与钢棒5采用螺纹紧密连接，这样连接简易方便，非常适合快速安装作业。
如图8-9所示，防撞垫9四周开有圆角，避免尖锐边角对充气式柔性橡胶7造成损伤，防撞垫9中心开有圆孔放置卸扣6，孔的深度应大于两个卸扣的长度。
本发明柔性浮子以充气式橡胶构成，安装简易，拆卸方便，因其柔性的特点，避免其其腔体内避免碰撞后致使结构受损。浮子俘获腔体内上下震荡的波浪，随之做上下升沉运动，将波浪能转化为浮子的机械能，使得利用浮式防波堤月池效应发电这一设想成为可能，为后续研究铺平道路。需要指出的是，本发明浮子使得波浪能可以有效的转化为机械能，然后浮子与PTO装置相连，浮子运动带动PTO装置工作，将机械能转化为电能。
振荡浮子式波浪发电装置中，衡量浮子吸收波浪能能力强弱的一个最主要指标是俘获宽度比，即浮子吸收波浪的能量与浮子宽度内波浪的输入能量之比。下面不加证明的给出其计算表达式。
俘获宽度比的表达式为：
Figure DEST_PATH_GDA0002576961350000031
式中：EIn为浮子宽度内波浪的输入能量，EF为浮子吸收波浪能量。
浮子宽度内波浪输入能量表达式为：
Figure DEST_PATH_GDA0002576961350000032
式中：ρ为水质量密度；H为波高；SFloat为与浮子相适应的矩形面积，即SFloat＝D2，D为浮子入水截面处直径。
浮子吸收波浪能量的表达式为：
Figure DEST_PATH_GDA0002576961350000041
式中：m为浮子质量；mω为附加质量；v为浮子垂向运动速度；AWP为浮子入水截面面积；x为浮子垂向运动位移。
从上述公式可以看出，在浮子质量一定，浮子吃水一定时，浮子吸收能量的大小与浮子垂向运动速度与垂向位移的平方成正比，即浮子垂向响应越好，浮子从波浪中吸收的能量越多。

Claims (5)

1.一种耦合柔性浮子发电的浮式防波堤，其特征在于，包括柔性浮子(1)，所述柔性浮子(1)通过连接揽(10)与防波堤(2)腔体内连接，所述连接揽(10)和柔性浮子(1)和防波堤(2)腔体之间均设置有卸扣(6)，所述柔性浮子(1)包括外部包裹结构和浮子，所述外部包裹结构把浮子包裹在里面。
2.根据权利要求1所述的耦合柔性浮子发电的浮式防波堤，其特征在于，所述浮子包括实心圆球(4)和钢棒(5)，所述实心圆球(4)和钢棒(5)连接。
3.根据权利要求2所述的耦合柔性浮子发电的浮式防波堤，其特征在于，所述外部包裹结构为充气式柔性橡胶(7)。
4.根据权利要求1所述的耦合柔性浮子发电的浮式防波堤，其特征在于，所述防波堤(2)腔体内设置有防撞垫(9)，所述防撞垫(9)上设置有卸扣安装孔，所述连接揽一端的卸扣(6)安装在卸扣安装孔内。
5.根据权利要求1所述的耦合柔性浮子发电的浮式防波堤，其特征在于，所述柔性浮子(1)连接PTO装置，所述PTO装置将浮子俘获的机械能转化为电能。
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