本發(fā)明屬于防波堤領(lǐng)域，尤其涉及一種具有波浪能發(fā)電功能的直立式沉箱防波堤系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著沉箱防波堤與岸式波浪能發(fā)電裝置的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者對此進(jìn)行了深入的研究。giovannimalara等提出一種新型u-owc沉箱防波堤結(jié)構(gòu)形式，并結(jié)合物模試驗與數(shù)值模擬，驗證結(jié)構(gòu)形式的可靠性；paoloboccotti開展了新型u-owc沉箱防波堤的波能轉(zhuǎn)化系數(shù)研究，并利用物模試驗證明該結(jié)構(gòu)形式的穩(wěn)定性。秦輝等設(shè)計了一種帶收縮水道的沉箱防波堤和owc氣室相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)形式，采用水工物理模型試驗研究，以氣室內(nèi)外波幅放大系數(shù)(相對波幅)、氣室頂部空氣點壓力以及結(jié)構(gòu)物前的波浪反射率作為考察參量，探討了水道形式、入射波要素和氣室的形狀參數(shù)等對該復(fù)合結(jié)構(gòu)工作性能的影響；史宏達(dá)等設(shè)計了基于岸基式振蕩水柱波力發(fā)電裝置的沉箱式防波堤，通過物理模型試驗與理論計算相結(jié)合的方式對模型的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，并對裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，完成兼作岸式振蕩水柱波力發(fā)電裝置沉箱式防波堤結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計及沉箱式防波堤兼作岸式振蕩水柱波力發(fā)電裝置捕能氣室的可行性驗證。

直立式沉箱防波堤是一種常規(guī)防波堤結(jié)構(gòu)型式，隨著港工技術(shù)發(fā)展，沉箱防波堤斷面結(jié)構(gòu)形式在海洋波浪能開發(fā)領(lǐng)域已日趨成熟，且易于開發(fā)成各種功能的新型防波堤型式。振蕩水柱式發(fā)電裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，波浪能轉(zhuǎn)換性能及防腐性能良好，但振蕩水柱式發(fā)電裝置捕能效率較低，同時建造成本較高，因此，很大程度上限制了振蕩水柱式發(fā)電裝置的推廣使用。

專利號為cn201610236931的一種可消浪發(fā)電的沉箱防波堤，其包括沉箱、蓄水倉、集水倉、遮攔板和發(fā)電機(jī)，所述沉箱迎浪側(cè)設(shè)置蓄水倉和集水倉，所述發(fā)電機(jī)安裝于蓄水倉的下方，發(fā)電機(jī)的下方設(shè)置集水倉，集水倉迎浪側(cè)開設(shè)有迎浪口，水流在波峰時經(jīng)遮攔板導(dǎo)流從迎浪口流入集水倉并被壓縮，高速水流沖擊發(fā)電機(jī)而產(chǎn)生電能之后進(jìn)入蓄水倉中，在波谷時，蓄水倉的水在自重作用下向下流動亦沖擊發(fā)電機(jī)而產(chǎn)生電能。另外在波浪越浪情況下，越浪波浪通過遮擋板疏導(dǎo)流入蓄水倉中，亦可從蓄水倉中向下沖擊發(fā)電機(jī)的渦輪使之運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。但結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜穩(wěn)定性不好，且發(fā)電效率較低。

專利號為cn201220721490的一種裝在沉箱直立式防波堤的發(fā)電裝置，該裝置利用第一擋水板的旋轉(zhuǎn)來收集波浪能，此方法對發(fā)電部件的損耗較大，且對波浪要求較高，發(fā)電效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供消波防浪效果好，發(fā)電效率高的一種具有波浪能發(fā)電功能的直立式沉箱防波堤系統(tǒng)。

一種具有波浪能發(fā)電功能的直立式沉箱防波堤系統(tǒng)，包括振蕩水柱式發(fā)電裝置1，機(jī)房10和直立式沉箱結(jié)構(gòu)8。機(jī)房10位于直立式沉箱結(jié)構(gòu)8上方，振蕩水柱式發(fā)電裝置1固定在直立式沉箱結(jié)構(gòu)8的迎浪側(cè)。

振蕩水柱式發(fā)電裝置1，包括直立式上擋浪板2，斜坡式下?lián)趵税?，多弧段過渡面4和捕能氣室5。斜坡式下?lián)趵税?，多弧段過渡面4和捕能氣室5的后壁依次連接成一個柱狀凹槽，直立式上擋浪板2懸于凹槽內(nèi)，平行于捕能氣室5的后壁。進(jìn)一步地，捕能氣室5的前壁是直立式上擋浪板2。捕能氣室5的后壁上方有開口，為機(jī)房10中空氣透平裝置7的雙側(cè)收縮式氣流通道6的一側(cè)。

機(jī)房10，包括空氣透平裝置7和發(fā)電機(jī)組。空氣透平裝置7，包括雙側(cè)收縮式氣流通道6和雙向沖擊式渦輪機(jī)。雙側(cè)收縮式氣流通道6，為兩端都與大氣相通的通孔，孔徑由兩端到中央逐漸收縮。雙向沖擊式渦輪機(jī)置于雙側(cè)收縮式氣流通道6中央。發(fā)電機(jī)組直接連接空氣透平裝置7中的雙向沖擊式渦輪機(jī)，并固定于機(jī)房內(nèi)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果：

本發(fā)明將振蕩水柱式發(fā)電裝置與直立式沉箱結(jié)構(gòu)融合設(shè)計，能夠有效阻止波浪對岸基的破壞，同時實現(xiàn)了波浪能的利用，并且發(fā)電效率較高。整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、工程造價低、施工方便、適合于大水深，系統(tǒng)生存能力較強(qiáng)，為解決海島供電問題開辟新途徑。

附圖說明

圖1是一種具有波浪能發(fā)電功能的直立式沉箱防波堤系統(tǒng)的三維圖；

圖2是一種具有波浪能發(fā)電功能的直立式沉箱防波堤系統(tǒng)的前視圖；

圖3是一種具有波浪能發(fā)電功能的直立式沉箱防波堤系統(tǒng)的后視圖；

圖4是直立式沉箱的隔艙俯視圖；

圖5是一種具有波浪能發(fā)電功能的直立式沉箱防波堤系統(tǒng)的剖視圖；

圖6是振蕩水柱式發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖7是空氣透平裝置細(xì)節(jié)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

如圖1，圖2和圖3，一種具有波浪能發(fā)電功能的直立式沉箱防波堤系統(tǒng)，包括振蕩水柱式發(fā)電裝置1，機(jī)房10和直立式沉箱結(jié)構(gòu)8。機(jī)房10位于直立式沉箱結(jié)構(gòu)8上方，振蕩水柱式發(fā)電裝置1固定在直立式沉箱結(jié)構(gòu)8的迎浪側(cè)。

如圖6，振蕩水柱式發(fā)電裝置1，包括直立式上擋浪板2，斜坡式下?lián)趵税?，多弧段過渡面4和捕能氣室5。斜坡式下?lián)趵税?，多弧段過渡面4和捕能氣室5的后壁依次連接成一個柱狀凹槽，直立式上擋浪板2懸于凹槽內(nèi)，平行于捕能氣室5的后壁。進(jìn)一步地，捕能氣室5的前壁是直立式上擋浪板2。捕能氣室5的后壁上方有開口，為機(jī)房10中空氣透平裝置7的雙側(cè)收縮式氣流通道6的一側(cè)。

機(jī)房10，包括空氣透平裝置7和發(fā)電機(jī)組。如圖7，空氣透平裝置7，包括雙側(cè)收縮式氣流通道6和雙向沖擊式渦輪機(jī)。雙側(cè)收縮式氣流通道6，為兩端都與大氣相通的通孔，孔徑由兩端到中央逐漸收縮。雙向沖擊式渦輪機(jī)置于雙側(cè)收縮式氣流通道6中央。發(fā)電機(jī)組直接連接空氣透平裝置7中的雙向沖擊式渦輪機(jī)，并固定于機(jī)房內(nèi)。

實施例1：

直立式沉箱結(jié)構(gòu)8作為主體結(jié)構(gòu)，通過明基床固定在海底，如圖4和圖5，在港側(cè)布置3排倉格，每排分別布置4個隔艙9。在迎浪側(cè)布置兩排倉格用于安置振蕩水柱式發(fā)電裝置1。直立式上擋浪板2可阻斷波浪傳播；斜坡式下?lián)趵税?具有集聚波浪的效用；捕能氣室5底部設(shè)計的多弧段過渡面4，能夠減少波浪反射，降低波能損失，提高捕能效率，同時減小波浪對捕能氣室5水體進(jìn)出口底面的沖刷和載荷?？諝馔钙窖b置7的雙向沖擊式渦輪機(jī)，位于捕能氣室5后壁上方雙側(cè)收縮式氣流通道6內(nèi)，并直接連接發(fā)電機(jī)組安置于機(jī)房內(nèi)。雙側(cè)收縮式氣流通道6能夠分別聚集兩側(cè)氣流，增大驅(qū)動雙向沖擊式渦輪機(jī)工作時的氣流速度。

當(dāng)波浪推進(jìn)至本系統(tǒng)時，振蕩水柱式發(fā)電裝置1上的直立式上擋浪板2阻斷波浪傳播，直立式沉箱結(jié)構(gòu)8御浪消能；當(dāng)波浪波峰到達(dá)振蕩水柱式發(fā)電裝置1時，直立式上擋浪板2前水體開始向下運(yùn)動，并向捕能氣室5內(nèi)流動，水體經(jīng)斜坡式下?lián)趵税?處自上而下逐漸變小的進(jìn)水口截面后被集聚，水體流速變大，通過多弧段過渡面4，減小水體進(jìn)出口底面對進(jìn)入氣室水體的反射作用，降低波能損耗，而后進(jìn)入捕能氣室5，引起氣室內(nèi)波面上升，氣室內(nèi)波面振幅提升，壓縮了室內(nèi)氣體，增加了室內(nèi)氣壓，室內(nèi)氣壓大于室外氣壓時，空氣經(jīng)收縮式氣流通道6，提高氣流流速，驅(qū)動雙向沖擊式渦輪機(jī)運(yùn)動，繼而帶動發(fā)電機(jī)組工作，實現(xiàn)波浪能和電能的能量轉(zhuǎn)換；當(dāng)波浪波谷到達(dá)振蕩水柱式發(fā)電裝置1時，直立式上擋浪板2前水體開始向上運(yùn)動，捕能氣室5內(nèi)水體被吸出，水體經(jīng)斜坡式下?lián)趵税?處自下而上逐漸變大的出水口截面后，捕能氣室5水體進(jìn)出口處的水體流速變大，水體經(jīng)多弧段過渡面4，減小水體進(jìn)出口底面對被吸出氣室水體的反射作用，增加被吸出水體體積，增大氣室內(nèi)波面下降幅度，增加室內(nèi)負(fù)壓，室內(nèi)氣壓小于室外氣壓時，空氣經(jīng)收縮式氣流通道6，提高氣流流速，驅(qū)動雙向沖擊式渦輪機(jī)運(yùn)動，繼而帶動發(fā)電機(jī)組工作，實現(xiàn)波浪能向電能的轉(zhuǎn)化；

本發(fā)明通過將波浪波峰、波谷交替轉(zhuǎn)換為捕能氣室5內(nèi)波面的振蕩，由此帶動空氣往復(fù)運(yùn)動，驅(qū)動發(fā)電機(jī)組工作，實現(xiàn)對波浪能的利用。

本發(fā)明基于結(jié)構(gòu)組成部分及布置形式的綜合考慮，在直立式沉箱結(jié)構(gòu)8原有御浪消波功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合振蕩水柱式發(fā)電裝置，利用波浪能、空氣動能和電能三者之間多重轉(zhuǎn)化的消能機(jī)理，降低波浪反射率，減小直立式沉箱結(jié)構(gòu)所受波浪力，提高防波堤穩(wěn)定性，增加結(jié)構(gòu)整體可靠性。

需要特別指出的是，本實施例只供參考，并不對本發(fā)明起到限制作用。同時，本發(fā)明中未作描述的部分均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)就能查閱到，因此未作進(jìn)一步描述。