[发明专利]一种兼顾内振荡水柱波能转化功能的浮式防波堤及方法

摘要

本发明公开了一种兼顾内振荡水柱波能转化功能的浮式防波堤及方法。兼顾内振荡水柱波能转化功能的浮式防波堤，浮体外部通过锚索连接沉块锚泊于海床中，浮体上部布置有检修通道，内部设有波能转化相关构造，包含有气室、空气透平、透平支架、联动轴、发电机、垫层及气室内水体；一种兼顾内振荡水柱波能转化功能的浮式防波堤实现方法，包含有以下步骤：防波堤布置过程、浮体削减波浪作用过程、波浪能转化输出过程和检修过程。本发明在保持浮式防波堤原有挡浪消波功能的基础上，利用气室内水体振荡设计实现波能转化功能，波能转化过程动力输出连续，可靠性好；防波堤受力设计合理，耐久性良好；同时建设成本低廉，工程投产优势明显。

主权项

1.一种浮式防波堤的内振荡水柱波能转化实现方法，所述浮式防波堤由浮体、锚索和沉块构成，所述浮体外部通过锚索连接至沉块锚泊于海床中，浮体上部布置有检修通道，浮体内部设有内部构造，内部构造包含有气室、空气透平、透平支架、联动轴、发电机、垫层及气室内水体；所述气室在浮体内侧视断面上呈环形排布；气室下部为宽扁形通道，气室上部为圆柱形通道，所述圆柱形通道面积小于宽扁形通道，圆柱形通道与宽扁形通道在两侧相互连通，形成对称分布的两个竖直通道，在圆柱形通道两端与竖直通道衔接处设有自外向内的收缩通道；气室内水体位于气室内下部区域，充盈于宽扁形通道与两侧竖直通道下部；空气透平位于气室内圆柱形通道内，通过透平支架与浮体连接予以固定位置，空气透平中心动力输出端通过联动轴与安置于浮体内的发电机相连接；透平支架布置于气室内圆柱形通道内空气透平所在位置，上下部均与浮体牢固连接，发电机布置于气室外侧的浮体结构中；垫层位于联动轴与发电机连接段与浮体接触处；联动轴位于气室内圆柱形通道中，一侧连接至空气透平中心动力输出端，另一侧通过垫层与浮体接触并在端点处连接至位于浮体内的发电机；其特征在于，所述实现方法包括如下步骤：浮体削减波浪作用过程：波浪作用至浮体结构，浮体反射部分入射波浪的能量到来波方向，衰减透射波；浮体结构通过摩擦作用对波浪的能量进行吸收，衰减波浪能量；浮体在波浪作用下发生一定幅度范围内上下摆动的运动过程，浮体运动产生辐射波使辐射波入射波叠加衰减波浪；浮体内水体振荡运动过程即波浪力做功过程，即通过波浪力做功对波浪所具有能量进行进一步衰减；波浪能转化输出过程：1）波峰作用至浮体：浮体在波浪作用下产生位移受限的摇摆性质运动，当波峰作用至浮体时，浮体迎浪侧随波峰到来升高，使浮体呈迎浪侧抬升的倾斜姿态，与浮体相比，水体运动呈运动滞后状态，气室内水体保持水平，故气室内水体相对浮体发生相对运动：以浮体为参考，迎浪侧竖直通道中水体在较原水位降低，被浪侧竖直通道中水体较原水位升高，水体沿宽扁形通道向被浪侧运动，气室内空气在水体运动情况下受到因水体位置改变而产生的空间挤压，在空气压缩的同时发生流动，空气自被浪侧竖直通道经由圆柱形通道流向迎浪侧竖直通道，在圆柱形通道流动过程中因气流流经断面面积显著减小，空气压强升高，形成高压气流进而冲击空气透平运动，空气透平在转动过程中通过联动轴带动发电机工作，产生电能，上述过程即实现波浪能向电能的能量转化过程1）；2）波谷作用至浮体：波谷作用至浮体时，气室内水体及空气流动方向与浮体受波峰作用时相反，能量转换原理相同：波谷作用至浮体，浮体迎浪侧随波谷到来而降低，使浮体呈迎浪侧降低的前倾姿态，水体运动滞后，气室内水体处于水平状态，气室内水体相对浮体继续发生相对运动：以浮体为参考，迎浪侧竖直通道中水体较原水位升高，被浪侧竖直通道中水体较原水位降低，水体沿宽扁形通道向迎浪侧运动，与过程1）原理相同，气室内空气在水体运动情况下受到因水体位置改变而产生的空间挤压，在空气压缩的同时发生流动，空气自迎浪侧竖直通道经由圆柱形通道流向被浪侧竖直通道，在圆柱形通道流动过程中同样因气流流经断面面积显著减小，空气压强升高，高压气流冲击空气透平运动，空气透平在转动过程中通过联动轴带动发电机工作，产生电能，上述过程即实现波浪能向电能的能量转化过程2）；3）循环过程：波浪作用至浮体过程中，可视为波峰波谷交替作用至浮体，浮体在迎浪侧抬升被浪侧降低至迎浪侧降低被浪侧抬升的姿态中不停转换，气室内水体在重力作用下沿宽扁形通道向被浪侧、被浪侧竖直通道交替发生流动，引起气室内水体振荡，继而推动气室内空气由圆柱形通道流向迎浪侧、被浪侧竖直通道交替流动，空气在圆柱形通道往复流动过程中不断形成高压气流冲击空气透平，推动空气透平运动，空气透平在转动过程中通过联动轴带动发电机工作，产生电能，由于波浪不断作用至浮体，使得上述过程不断重复进行，空气透平在空气冲击下不停运动，进而带动发电机发电，上述过程即实现波浪能向电能的不间断能量转化过程。