[发明专利]沉砂式近岸潮汐能转换装置及其潮汐能和波能的转换方法

权利要求书

1.一种用于砂质海岸的沉砂式近岸潮汐能转换装置，其特征在于：包括腔体、防护顶盖、砂堵、滤砂网、旋转中心杆柱、安装在所述旋转中心杆柱上的驱动齿轮和驱动旋转螺具、与所述驱动齿轮相连接的正反转换向阀；

所述旋转中心杆柱的上部外接一发电机与所述驱动齿轮，所述旋转中心杆柱的转动带动所述发电机的内部转轴以及驱动齿轮的转动，所述旋转中心杆柱的中部与所述驱动旋转螺具相连接，所述旋转中心杆柱的下部与所述滤砂网保持预设的间隙距离；

所述腔体固定地设置在前滨海域的砂质海岸里，腔体的顶部高于坐落位置的平均高潮面，腔体底部低于坐落位置的平均低潮面，腔体的高度大于由海水的平均高潮面与平均低潮面的高度差确定的潮汐高度；腔体的形状呈倒立的圆台状，直径随高度的增加而增加；涨潮时潮汐水流依次经由腔体的底部、砂堵与滤砂网而进入腔体的内部，推动驱动旋转螺具和旋转中心杆柱转动；落潮时潮汐水流依次经由腔体的内部、滤砂网、砂堵、腔体的底部流出，驱动旋转螺具和旋转中心杆柱反向转动，从而将垂向水流势能转换为所述驱动旋转螺具和所述旋转中心杆柱的旋转动能；所述砂堵为多层石英砂，自下而上的目数逐渐增加，底部石英砂利用合成树脂进行胶结而形成一层胶结层；

所述正反转换向阀包括内侧电柱、牵引弹簧、滑杆、外侧电柱以及不导电阀体；滑杆上设置三个连接支柱，包括分别位于两端的两个为不导电支柱和位于中间的一个导电支柱，所述不导电支柱通过牵引弹簧分别与内侧电柱和外侧电柱连接；内侧电柱、滑杆和外侧电柱均由导电电线与发电机连接；驱动齿轮与滑杆接触，旋转中心杆柱和驱动齿轮逆时针转动时，滑杆与外侧电柱接触，与外侧电柱相连接的牵引弹簧被压缩；当旋转中心杆柱和驱动齿轮顺时针转动时，滑杆与内侧电柱接触，与内侧电柱相连接的牵引弹簧被压缩，并在旋转中心杆柱和驱动齿轮分别处于逆时针转动或者顺时针转动时，实现正反转换向阀的正向接通换向或者反向接通换向，以持续性推动所述发电机的运转；

所述防护顶盖为位于腔体的上部的两个能对接半圆，所述防护顶盖通过支架固定所述发电机的壳体，所述发电机的壳体承受旋转中心杆柱、驱动齿轮、驱动旋转螺具的重量以及潮汐水流的垂向重力分量；防护顶盖的中心设有圆孔，用于旋转中心杆柱穿过，旋转中心杆柱与防护顶盖之间采用轴承卡瓦组件实现滑动和密封；

所述驱动旋转螺具的直径随高度的增加而增加，所述驱动旋转螺具的顶部高于坐落位置的平均高潮面，所述驱动旋转螺具的底部低于坐落位置的平均低潮面；所述驱动旋转螺具为一体式的螺杆、单螺带螺杆、双螺带螺杆或分离式的多个叶轮；

还包括快速输水管道，所述快速输水管道包括第一管道和第二管道，第一管道和第二管道的出口端均接近腔体的底部，快速输水管道具有控制海水向腔体底部流动的管口阀门；第一管道入口端置于平均高潮面与平均低潮面中间；第二管道入口端置于平均低潮面的下部，所述快速输水管道铺设后用海砂填埋；海水通过所述快速输水管道接近腔体的底部后，经过砂质海岸的海砂进入腔体。

2.根据权利要求1所述的用于砂质海岸的沉砂式近岸潮汐能转换装置，其特征在于：安放在所述砂堵上方的所述滤砂网固定设置在所述腔体的内壁上，所述滤砂网与所述砂堵之间具有间隙，所述滤砂网的内部具有割缝或中心筛孔。

3.一种利用权利要求1至2任一所述用于砂质海岸的沉砂式近岸潮汐能转换装置进行潮汐能和波能的转换的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1、安装用于砂质海岸的沉砂式近岸潮汐能转换装置，具体包括：

S101、安装所述腔体：在腔体底部铺设砂堵，在砂堵上面安装滤砂网，滤砂网安装与砂堵留有预定间隙；将驱动旋转螺具、滑动轴承、一临时卡瓦、驱动齿轮依次安装至旋转中心杆柱，吊装旋转中心杆柱和驱动旋转螺具至腔体内后，将构成防护顶盖的两个能对接半圆进行拼接，下放旋转中心杆柱使临时卡瓦坐在防护顶盖上部且防护顶盖支撑全部旋转中心杆柱重量，调整滑动轴承和临时卡瓦实现滑动和密封，拆除临时卡瓦；

S102、安装正反转换向阀、发电机并埋设快速输水管道，将正反转换向阀、发电机支架固定在防护顶盖上，将发电机与旋转中心杆柱连接，将正反转换向阀与驱动齿轮对接，安装导电电线与外输电线；退潮至平均低潮面阶段埋设快速输水管道；

S2、涨潮与落潮过程潮汐能转换步骤，具体包括：

S201、控制管口阀门：打开快速输水管道的管口阀门，使海水流向密封好的腔体，并通过控制管口阀门的开合度调整快速输水管道的流量；

S202、潮汐能转换并获得潮汐能转换装置的运转参数：海水向上流动过程中推动中心旋转杆柱转动和正反转换向阀的滑杆移动，海水向下流动过程中推动中心旋转杆柱向反方向转动和正反转换向阀滑杆向反方向移动；记录涨潮和退潮过程中心旋转杆柱的转速、海水上升高度、导电电线的位置电压；

S3、数据处理：分析所述沉砂式近岸潮汐能转换装置的运转参数与海水运动规律间的相关性，调整所述腔体的内部直径及内壁斜率、快速输水管道的流量和驱动旋转螺具的形状，定量表征所述用于砂质海岸的沉砂式近岸潮汐能转换装置的能量转换效率与内部结构参数及安装位置处海水运动规律的关系。