專利名稱：一種海岸波能旋流發(fā)電方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海岸波能旋流發(fā)電方法和裝置，是一種波浪發(fā)電的方法和裝置，是一種低水頭豎井旋流發(fā)電方法和裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的岸基波浪發(fā)電設(shè)施多用于波浪較大的海岸線，平均波浪功率超過20KW/m以上。對(duì)于平均波浪功率不到lOKW/m的波浪研究的比較少，設(shè)計(jì)的設(shè)施也相對(duì)較少，原因在于平均波浪功率不到lOKW/m的波浪能量比較難以捕捉，經(jīng)濟(jì)上不合算。但是如果數(shù)千公里海岸線的波浪都在10KW/m范圍之內(nèi)，其中蘊(yùn)藏的能量也十分驚人。如何低成本的有效利用這些強(qiáng)度較弱的波浪，是應(yīng)當(dāng)解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種海岸波能旋流發(fā)電方法和裝置，是一種通過捕捉強(qiáng)度較弱的波浪，將其所形成的低水頭，通過豎管旋流的方式，驅(qū)動(dòng)的水輪發(fā)電方法和裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種海岸波能旋流發(fā)電裝置，包括:設(shè)置在海岸線上的迎海面斜坡，所述的迎海面斜坡上設(shè)置高于平均潮位的多層捕獲海浪的取水口，最下層的第一層取水口與蓄積海水的水池連接，所述水池的底板略低于平均潮位，在所述水池的底板上設(shè)置收縮導(dǎo)流墻，所述收縮導(dǎo)流墻的收縮口處安裝單向拍門，所述單向拍門下游橫排設(shè)置多個(gè)導(dǎo)流墩，在所述導(dǎo)流墩下游設(shè)置喇叭口豎管，所述喇叭口豎管中安裝與發(fā)電機(jī)同軸連接的水輪機(jī)，所述的喇叭口豎管與尾水管連接；在所述喇叭口豎管的喇叭口外緣沿圓周均勻設(shè)置多個(gè)起旋墩；第二層以上各層取水口共同連接一平臺(tái)，所述的平臺(tái)末端的底部安裝所述單向拍門的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。一種使用上述裝置實(shí)現(xiàn)海岸波能旋流發(fā)電的方法，所述方法的步驟如下:
海水進(jìn)入第一層取水口的步驟:海浪爬坡逐步升高，首先進(jìn)入第一層取水口 ；
海水聚集的步驟:海水從第一層取水口進(jìn)入水池，并在水池中收縮導(dǎo)流墻的作用下向水池一側(cè)聚集并向下游的單向拍門流動(dòng)；
單向拍門打開的步驟:收縮導(dǎo)流墻聚集的水流沖開單向拍門；
產(chǎn)生旋流的步驟:水流在導(dǎo)流墩的作用下在水池下游沿一個(gè)方向流動(dòng)；
生成通氣螺旋流的步驟:在起旋墩的作用下，水流在喇叭形豎管周圍產(chǎn)生旋流，并在豎管中形成通氣的螺旋流，所述通氣的螺旋流中心為空氣，周圍環(huán)繞螺旋的水流下降；
轉(zhuǎn)換能量的步驟:所述通氣的螺旋流帶動(dòng)水輪機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；
海水進(jìn)入第二層以上取水口的步驟:海浪升高，以此進(jìn)入二層、三層，以及更高層的取水口 ；
海水從高層取水口回落的步驟:分別依次進(jìn)入第三層、二層和一層取水口 ；
海水聚集勢(shì)能的步驟:除第二層取水口的海水進(jìn)入平臺(tái)后降落到水池外，其它三、四高層取水口的海水均直接交替降落到平臺(tái)中，并在平臺(tái)的末端進(jìn)入單向拍門的下游；
單向拍門關(guān)閉的步驟:由于第二層以上層取水口流入的海水的勢(shì)能，壓力大于從第一層取水口進(jìn)入的海水，使單向拍門關(guān)閉，保持喇叭口豎管上不斷的集聚發(fā)電水頭；
以下重復(fù)產(chǎn)生旋流的步驟、生成通氣的螺旋流的步驟、轉(zhuǎn)換能量的步驟。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明利用斜坡上多層取水口捕獲海水，用多層捕獲海水的取水口，共用一個(gè)水池和單向拍門，并設(shè)置喇叭口豎管，以及在喇叭口豎管外緣設(shè)置起旋墩，是水流產(chǎn)生通氣的螺旋流，能在各種潮位和低水頭下驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)組旋轉(zhuǎn)發(fā)電。而且發(fā)電的連續(xù)性和穩(wěn)定性較好，能并網(wǎng)。本發(fā)明所述的波能旋流發(fā)電裝置的基礎(chǔ)可采用粗骨料混凝土沉箱基礎(chǔ)和鋼筋混凝土上層結(jié)構(gòu)，與防波堤結(jié)合修建，可以分?jǐn)偣こ掏顿Y，降低發(fā)電裝置的成本。由于本發(fā)明所述的波能旋流發(fā)電裝置使上下游兩側(cè)相通，并在旋流中摻入大量空氣，如果與防波堤結(jié)合修建，可以使防波堤下游不斷流入大量新鮮的海水和空氣，可以凈化防波堤內(nèi)港口的水質(zhì)，有利于堤內(nèi)海洋生物繁殖，和改善生態(tài)環(huán)境。本發(fā)明波能發(fā)電裝置的特點(diǎn)是，在任何不規(guī)則波浪條件下都能連續(xù)的發(fā)電，因此發(fā)電的穩(wěn)定性較好，能并網(wǎng)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一所述裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一所述裝置的取水口示意圖，是圖1中的A-A方向視 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例一所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，是圖1中B-B方向剖視 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例一所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，是圖1中C-C方向剖視 圖5是本發(fā)明的實(shí)施例一所述裝置的喇叭口豎管流態(tài)矢量示意圖，是圖1中D點(diǎn)的放大 圖6是本發(fā)明的實(shí)施例二所述裝置的聚能墻結(jié)構(gòu)示意 圖7是本發(fā)明的實(shí)施例七、八所述裝置的喇叭口豎管和起旋墩示意圖，是圖5的E-E方向視圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一:
本實(shí)施例是一種海岸波能旋流發(fā)電裝置，如圖1、2、3、4、5所示。本實(shí)施例包括:設(shè)置在海岸線上的迎海面斜坡，所述的迎海面斜坡上設(shè)置高于平均潮位M的多層捕獲海浪的取水口(圖1-4中僅畫出了 4個(gè)取水口，實(shí)際可以是兩個(gè)以上的取水口)，所述取水口與蓄積海水的水池連接，所述水池的底板略低于平均潮位，在所述水池的底板上設(shè)置收縮導(dǎo)流墻，所述收縮導(dǎo)流墻的收縮口處安裝單向拍門，所述單向拍門下游橫排設(shè)置多個(gè)導(dǎo)流墩，在所述導(dǎo)流墩下游設(shè)置喇叭口豎管，所述喇叭口豎管中安裝與發(fā)電機(jī)同軸連接的水輪機(jī)，所述的喇叭口豎管與尾水管連接。在所述喇叭口豎管的喇叭口外緣沿圓周均勻設(shè)置多個(gè)起旋墩(圖
3、4中只畫出了 6個(gè)起旋墩，實(shí)際還可以設(shè)置4-8和起旋墩)。第二層以上各層取水口連接一平臺(tái)，所述的平臺(tái)設(shè)置在第一層取水口與所述的單向拍門之間的水池上部，在所述的平臺(tái)末端的底部安裝所述單向拍門的轉(zhuǎn)動(dòng)軸承。第二、三、四層取水口所捕獲的海水依次均降落在第一層水池里蓄能和釋放。圖1-4給出寬度為b(b=8m-10m)的本實(shí)施例所述裝置的一個(gè)單元結(jié)構(gòu)。如果將寬度擴(kuò)大為Nb (N > 10，N為裝置的個(gè)數(shù))，則可構(gòu)成全長發(fā)電的海港防波堤。防波堤波能電站的基礎(chǔ)是大骨料的混凝土沉箱，上層建筑物是鋼筋混凝結(jié)構(gòu)，在迎海面的斜坡上，設(shè)置高于平均潮位的一至四層捕獲海浪的取水口 1、2、3、4 (見圖2)。其中第一層取水口下修建底板坡度i=0.02的水池，并在水池底板上澆筑收縮導(dǎo)流墻13和導(dǎo)流墩5，(見圖3和4)。在收縮導(dǎo)流墻的收縮口處安裝單向拍門12。從導(dǎo)流墩開始下游為平底，即i=0，并在水池平底的部位澆筑喇叭口豎管6，在喇叭口豎管中安裝水輪機(jī)9。在喇叭口豎管的喇叭口外緣均勻?qū)ΨQ的布置六個(gè)起旋墩8 (圖3和4)。第二層取水口下澆筑一平臺(tái)14，在平臺(tái)末端的下面安裝單向拍門12的轉(zhuǎn)動(dòng)軸承。第一層取水口的海水直接進(jìn)入水池，第二層取水口的海水經(jīng)過平臺(tái)進(jìn)入水池，而三、四層取水口的海水以瀑布式降落到水池中，全部捕獲的海水均依次在單向拍門下游儲(chǔ)存發(fā)電和泄放到下游(見圖1)。各層取水口捕獲的海水，共同繞一個(gè)水輪發(fā)電機(jī)豎軸7旋轉(zhuǎn)，共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)10發(fā)電，水流通過同一個(gè)尾水管11流出下游(見圖1)。所述水池的平均底板高程高于最低潮位L，這樣即便是最低潮位是也可以形成水頭。迎海面斜坡各層取水口之間的斜坡坡度與水平面之間的夾角θ=30° -35°。為了方便施工和擴(kuò)大取水口，可以使Θ角由下而上逐漸增大。所述水池中的水流通過導(dǎo)流墩進(jìn)入喇叭口豎管外緣周邊的起旋墩,使喇叭口豎管從上到下產(chǎn)生通氣的螺旋流HS、LS (見圖5)，螺旋流合成速度的作用力驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)輪葉旋轉(zhuǎn)(見圖5中箭頭的方向)。在旋流離心力的作用下質(zhì)量輕的空氣集聚在喇叭口豎管中心區(qū)，質(zhì)量重的海水流向喇叭口豎管邊壁附近。為了讓螺旋流空氣暢通，以防止雍水，水輪機(jī)可以由比較少的輪葉構(gòu)成，每個(gè)輪葉用水平短管與水輪發(fā)電機(jī)豎軸固接，葉片的外緣緊靠喇叭口豎管的內(nèi)壁。在低水頭下主要靠螺旋流的合力推動(dòng)水輪機(jī)輪葉，提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率。喇叭口豎管內(nèi)所吸允的大量空氣，由通氣孔(見圖1)和取水口捕獲海水摻混的空氣補(bǔ)給。在所述喇叭口豎管的喇叭口外緣上對(duì)稱的布置多個(gè)機(jī)翼形的起旋墩，起旋墩的直面與喇叭口外圓的法線成80°夾角，起旋墩的頂部高程高于平均潮位Μ，略低于最高潮位H，在喇叭口豎管的進(jìn)口內(nèi)安裝低水頭水輪機(jī)。為增加各取水口捕獲的海水流量，可以采取集聚波浪的措施，即將取水口的斜坡面從上到下逐漸擴(kuò)寬，兩側(cè)設(shè)立聚能邊墻。但這一方案只適用于單個(gè)發(fā)電單元(如海島)，對(duì)于防波堤上連續(xù)排列的發(fā)電單元?jiǎng)t不太適用。本實(shí)施例所述的裝置適于潮位變化和年平均波浪功率< lOKW/m的我國海岸線修建，也適于波浪功率大的遠(yuǎn)海島嶼上修建，這時(shí)各層取水口堰頂與平均潮位的高程差可以增大一些。實(shí)施例二:
本實(shí)施例是實(shí)施例一的改進(jìn)，是實(shí)施例一關(guān)于迎海面斜坡的細(xì)化。本實(shí)施例所述的迎海面斜波從上到下逐漸擴(kuò)寬，迎海面斜波兩側(cè)設(shè)置聚能邊墻15 (適于在遠(yuǎn)海島嶼上修建)，如圖6所示。所述的聚能邊墻是修筑在迎海面斜坡兩側(cè)的兩道逐漸收攏的墻體，可以使海浪從海面沖向岸邊的時(shí)候逐漸縮小寬度，同時(shí)逐漸增高浪高，即將海浪的動(dòng)能在兩道逐漸收攏的聚能墻之間形成勢(shì)能，可以沖進(jìn)更高的取水口中。圖6中畫出了具有四個(gè)取水口的迎海面斜坡，若在海岸線防波堤上修建時(shí)，可采用三層取水口。實(shí)施例三:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于迎海面斜坡的細(xì)化。本實(shí)施例所述的迎海面斜波的坡面傾斜角度在30-35度。各層取水口之間的坡度可以變化，例如從下至上逐漸增加坡度，這樣可以增加取水口的寬 度。實(shí)施例四:
本實(shí)施例實(shí)施實(shí)施例三的改進(jìn)，是實(shí)施例三關(guān)于取水口的細(xì)化。本實(shí)施例所述的取水口設(shè)置四層，第一層取水口距離平均潮位I米，第二層取水口距離平均潮位2.2米，第三層取水口距離平均潮位3.5米，第四層取水口距離平均潮位4.8米。本實(shí)施例所述斜坡上取水口的各層取水口堰頂高程同平均潮位M的垂直間距分別為yi，如果為四層取水口則為:y1、y2、y3和y4 (見圖1)。Ii的大小要根據(jù)實(shí)際波浪要素通過物理模型試驗(yàn)優(yōu)化確定，對(duì)于平均波浪功率小于lOKW/m的海岸，yi的參考值為(以四層取水口為例):
Y1=Im ；、y2=2.2m、ys=3.5m 和 y4=4.8m。實(shí)施例五:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于水池底板的細(xì)化。本實(shí)施例所述的水池的底板從第一層取水口到導(dǎo)流墩為坡度0.02的傾斜底板，從導(dǎo)流墩下游開始為平底IS.( =ο) ο實(shí)施例六:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于水池底板的細(xì)化。本實(shí)施例所述的水池的底板平均高程接近最低潮位。實(shí)施例七:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于起旋墩的細(xì)化。本實(shí)施例所述的喇叭口豎管的喇叭口外緣沿圓周均勻設(shè)置六個(gè)起旋墩，見圖7。起旋墩的個(gè)數(shù)不能過多也不能過少，過多的起旋墩水阻擋水流的暢通，過少的起旋墩起旋作用不明顯。實(shí)施例八:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于起旋墩的細(xì)化。本實(shí)施例所述的起旋墩的水平截面形狀為一邊為直線，一邊為直線平滑過渡斜線的矩形，所述起旋墩的直線邊與喇叭口外圓的法線成80度夾角，所述起旋墩的頂部高程高于平均潮位M，略低于最高潮位H，見圖7。本實(shí)施例所述的起旋墩的水平截面為切角矩形，矩形的長邊一邊為平直，另一邊為傾斜加直線，兩個(gè)短邊都圓弧過渡，特別是切角的一邊，形成圓頭尖角。實(shí)施例九:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于水輪機(jī)的細(xì)化。本實(shí)施例所述的水輪機(jī)由四個(gè)輪葉構(gòu)成，每個(gè)輪葉用水平短管與水輪發(fā)電機(jī)豎軸固定連接，所述的葉片的外緣緊靠喇叭口豎管的內(nèi)壁。
由于喇叭口豎管中的水流是中間為空氣的水流，水流主要沿管壁螺旋下降流動(dòng)，因此，本實(shí)施例所述的水輪機(jī)的葉片也應(yīng)當(dāng)符合這個(gè)水流的要求。因此，本實(shí)施例所述的水輪機(jī)的葉片用四個(gè)短管連接在水輪機(jī)的豎軸上，這也可以防止阻礙中間空氣的流動(dòng)并減輕葉片的重量。所述的水輪機(jī)葉片的迎水面傾斜為與鉛直線成銳角，這與一般的水輪機(jī)葉片與鉛直線成鈍角明顯不同，見圖5、7。實(shí)施例十:
本實(shí)施例是一種使用上述實(shí)施例所述裝置的實(shí)現(xiàn)海岸波能旋流發(fā)電的方法。所述方法的主要思路如下，以四層取水口為例:
低潮位情況:
在低潮位情況下，一般波浪要小一些，波浪爬不到第四層取水口就回落到第三層取水口，所捕獲的部分海水直接降落在第一層水池里，水流經(jīng)過導(dǎo)流墩和起旋墩，在喇叭口豎管形成通氣的螺旋流，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，促使頂層的同軸發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電(見圖1)。接著波浪回落到第二層取水口，繼續(xù)捕獲海水，也進(jìn)入第一層水池里，經(jīng)分流墩和起旋墩，在喇叭口豎管形成通氣的螺旋流，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電(見圖2、3)。再接著波浪回落到第一層取水口，繼續(xù)捕獲海水到該層的水池里，打開收縮口處的單向拍門，水流經(jīng)分流墩，流至起旋墩，在喇叭口豎管形成通氣的螺旋流，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電(見圖1、4)。這時(shí)第二個(gè)波列緊接著又爬上坡來，海水依次經(jīng)第一、二、三層取水口進(jìn)入第一層水池里旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，再依次回落到二、一層取水口連續(xù)發(fā)電。以后繼續(xù)按上述程序運(yùn)作。在第一層的水池，若喇叭口起旋墩周圍的水位高于上游流道水位時(shí)，單向拍門自動(dòng)關(guān)閉，以防止水外流，保持水輪機(jī)有一定的水頭，當(dāng)起旋墩附近的水位低于流道的水位時(shí)，單向拍門自動(dòng)打開向喇叭口豎管供水。高潮位情況:
在高潮位的情況下，通常第一層取水口、水池和水輪機(jī)被海水淹沒。當(dāng)波浪爬坡到頂部第四層取水口時(shí)，捕獲的海水迅速降落到第一層水池的高潮位水面上，由于單向拍門自動(dòng)關(guān)閉，喇叭口豎管上的水頭增高，水流經(jīng)導(dǎo)流墩和起旋墩，在喇叭口豎管內(nèi)同樣會(huì)產(chǎn)生通氣的螺旋流，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。接著部分的海水回落進(jìn)入第三層取水口，也迅速降落到第一層水池里，經(jīng)導(dǎo)流墩和起旋墩，在喇叭口豎管內(nèi)產(chǎn)生螺旋流，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。再接著波浪回落到第二層取水口，捕獲的海水進(jìn)入第一層的水池里，按上述程序驅(qū)使發(fā)電機(jī)發(fā)電。此時(shí)第一層取水口已處在高潮位的海水下面，第二次波列又開始爬上來，海水重復(fù)從第二、三、四層和再回落到第三、二層取水口連續(xù)發(fā)電。繼續(xù)實(shí)施上述的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電程序。這里應(yīng)指出，不管在低潮位或在高潮位運(yùn)行，各取水口捕獲海水所形成的作用水頭，均能使喇叭口豎管產(chǎn)生通氣的螺旋流，驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電(見圖5中低潮位和高潮位流態(tài)示意)，但是低潮位運(yùn)行時(shí)螺旋流的合成速度矢量與水平夾角要比高潮位時(shí)的夾角小一些，前者比后者的作用力略大一些。所述方法的具體步驟如下:
海水進(jìn)入第一層取水口的步驟:海浪爬坡逐步升高，首先進(jìn)入第一取水口 ；
海水聚集的步驟:海水從第一層取水口進(jìn)入水池，并在水池中收縮導(dǎo)流墻的作用下向水池一側(cè)聚集并向下游的單向拍門流動(dòng)。
單向拍門打開的步驟:收縮導(dǎo)流墻聚集的水流沖開單向拍門。產(chǎn)生旋流的步驟:水流在導(dǎo)流墩的作用下在水池下游沿一個(gè)方向流動(dòng)。生成通氣的螺旋流的步驟:在起旋墩的作用下，水流在喇叭口豎管周圍產(chǎn)生旋流，并在豎管中形成通氣的螺旋流，所述通氣的螺旋流中心為空氣，周圍環(huán)繞螺旋下降的水流。轉(zhuǎn)換能量的步驟:所述通氣的螺旋流驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；
海水進(jìn)入第二層以上取水口的步驟:海浪爬坡升高，以此進(jìn)入二層、三層，以及更高層
的取水口。海水從高層取水口回落的步驟:分別依次進(jìn)入第三層、二層和一層取水口。海浪在爬坡時(shí)由低向高進(jìn)入各個(gè)取水口，海浪退去時(shí)則由高向低進(jìn)入各個(gè)取水口。海水聚集勢(shì)能的步驟:在低潮位時(shí)，海水進(jìn)入第一層取水口的水池里就高于海平面，形成勢(shì)能，從第二層以上的取水口進(jìn)入的海水依次降落到單向拍門的下游，單向拍門自動(dòng)關(guān)閉，水池的水位均高于海平面，形成勢(shì)能。在高潮位時(shí)，因海水淹沒了第一層取水口，僅該層的海水不存在勢(shì)能，而其它高程取水口捕獲的海水均形成勢(shì)能。單向拍門關(guān)閉的步驟:由于第二層以上層取水口流入的海水的勢(shì)能，壓力大于從第一層取水口進(jìn)入的海水，使單向拍門關(guān)閉。以下重復(fù)產(chǎn)生旋流的步驟、生成通氣的螺旋流的步驟、轉(zhuǎn)換能量的步驟。最后應(yīng)說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案(比如旋流豎管的形狀、起旋墩的形狀、水輪機(jī)的形式等)進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種海岸波能旋流發(fā)電裝置，包括:設(shè)置在海岸線上的迎海面斜坡，所述的迎海面斜坡上設(shè)置高于平均潮位的多層捕獲海浪的取水口，其特征在于，最下層的第一層取水口與蓄積海水的水池連接，所述水池的底板略低于平均潮位，在所述水池的底板上設(shè)置收縮導(dǎo)流墻，所述收縮導(dǎo)流墻的收縮口處安裝單向拍門，所述單向拍門下游橫排設(shè)置多個(gè)導(dǎo)流墩，在所述導(dǎo)流墩下游設(shè)置喇叭口豎管，所述喇叭口豎管中安裝與發(fā)電機(jī)同軸連接的水輪機(jī)，所述的喇叭口豎管與尾水管連接；在所述喇叭口豎管的喇叭口外緣沿圓周均勻設(shè)置多個(gè)起旋墩；第二層以上各層取水口共同連接一平臺(tái)，所述的平臺(tái)末端的底部安裝所述單向拍門的轉(zhuǎn)動(dòng)軸承。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的迎海面斜波從上到下逐漸擴(kuò)寬，迎海面斜波兩側(cè)設(shè)置聚能邊墻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述的迎海面斜波的坡面傾斜角度在30_35 度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的取水口設(shè)置四層，第一層取水口距離平均潮位I米，第二層取水口距離平均潮位2.2米，第三層取水口距離平均潮位3.5米，第四層取水口距離平均潮位4.8米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的水池的底板從第一層取水口到導(dǎo)流墩為坡度0.02的傾斜底板，從導(dǎo)流墩下游開始為平底板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述的水池的底板平均高程接近最低潮位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的喇叭口豎管的喇叭口外緣沿圓周均勻設(shè)置四至八個(gè)起旋墩。
8.根據(jù)權(quán)利要求7 所述的裝置，其特征在于，所述的起旋墩的水平截面形狀為一邊為直線，一邊為直線平滑過渡斜線的矩形，所述起旋墩的直線邊與喇叭口外圓的法線成80度夾角，所述起旋墩的頂部高程高于平均潮位，略低于最高潮位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述的水輪機(jī)由四個(gè)輪葉構(gòu)成，每個(gè)輪葉用水平短管與水輪發(fā)電機(jī)豎軸固定連接，所述的葉片的外緣緊靠喇叭口豎管的內(nèi)壁。
10.一種使用權(quán)利要求1所述裝置實(shí)現(xiàn)海岸波能旋流發(fā)電的方法，其特征在于，所述方法的步驟如下: 海水進(jìn)入第一層取水口的步驟:海浪爬坡逐步升高，首先進(jìn)入第一層取水口 ； 海水聚集的步驟:海水從第一層取水口進(jìn)入水池，并在水池中收縮導(dǎo)流墻的作用下向水池一側(cè)聚集并向下游的單向拍門流動(dòng)； 單向拍門打開的步驟:收縮導(dǎo)流墻聚集的水流沖開單向拍門； 產(chǎn)生旋流的步驟:水流在導(dǎo)流墩的作用下在水池下游沿一個(gè)方向流動(dòng)； 生成通氣螺旋流的步驟:在起旋墩的作用下，水流在喇叭形豎管周圍產(chǎn)生旋流，并在豎管中形成通氣的螺旋流，所述通氣的螺旋流中心為空氣，周圍環(huán)繞螺旋的水流下降； 轉(zhuǎn)換能量的步驟:所述通氣的螺旋流驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電； 海水進(jìn)入第二層以上取水口的步驟:海浪升高，以此進(jìn)入二層、三層，以及更高層的取水口 ； 海水從高層取水口回落的步驟:分別依次進(jìn)入第三層、二層和一層取水口 ；海水聚集勢(shì)能的步驟:除第二層取水口的海水進(jìn)入平臺(tái)后降落到水池外，其它三、四高層取水口的海水均直接交替降落到平臺(tái)中，并在平臺(tái)的末端進(jìn)入單向拍門的下游； 單向拍門關(guān)閉的步驟:由于第二層以上層取水口流入的海水的勢(shì)能，壓力大于從第一層取水口進(jìn)入的海水，使單向拍門關(guān)閉，保持喇叭口豎管上不斷的集聚發(fā)電水頭； 以下重復(fù)產(chǎn)生旋流的步驟 、生成通氣的螺旋流的步驟、轉(zhuǎn)換能量的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海岸波能旋流發(fā)電方法和裝置，包括設(shè)置在海岸線上的迎海面斜坡，迎海面斜坡上設(shè)置高于平均潮位的多層捕獲海浪的取水口，最下層的第一層取水口與蓄積海水的水池連接，水池的底板上設(shè)置收縮導(dǎo)流墻，收縮導(dǎo)流墻的收縮口處安裝單向拍門，單向拍門下游橫排設(shè)置多個(gè)導(dǎo)流墩，在導(dǎo)流墩下游設(shè)置喇叭口豎管，喇叭口豎管中安裝與發(fā)電機(jī)同軸連接的水輪機(jī)，喇叭口豎管與尾水管連接。本發(fā)明利用喇叭口豎管及在喇叭口外緣設(shè)置起旋墩，使水流產(chǎn)生通氣的螺旋流，能在各種潮位和低水頭下驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)組旋轉(zhuǎn)發(fā)電。本發(fā)明所述裝置的基礎(chǔ)可采用粗骨料混凝土沉箱基礎(chǔ)和鋼筋混凝土上層結(jié)構(gòu)，與防波堤結(jié)合修建，可以分?jǐn)偣こ掏顿Y，降低發(fā)電裝置的成本。
文檔編號(hào)F03B13/22GK103195643SQ20131014449
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者董興林, 楊開林, 付輝, 郭新蕾, 郭永鑫, 王濤, 李甲振 申請(qǐng)人:中國水利水電科學(xué)研究院