[發(fā)明專利]一種兼顧內(nèi)振蕩水柱波能轉(zhuǎn)化功能的浮式防波堤及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710835281.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-15
• 公開（公告）號(hào): CN107701359B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何方;趙嘉俊;張華山;冷杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): F03B13/24
• 分類號(hào): F03B13/24;E02B3/06;E02B9/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種浮式防波堤的內(nèi)振蕩水柱波能轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)方法，所述浮式防波堤由浮體、錨索和沉塊構(gòu)成，所述浮體外部通過錨索連接至沉塊錨泊于海床中，浮體上部布置有檢修通道，浮體內(nèi)部設(shè)有內(nèi)部構(gòu)造，內(nèi)部構(gòu)造包含有氣室、空氣透平、透平支架、聯(lián)動(dòng)軸、發(fā)電機(jī)、墊層及氣室內(nèi)水體；

所述氣室在浮體內(nèi)側(cè)視斷面上呈環(huán)形排布；氣室下部為寬扁形通道，氣室上部為圓柱形通道，所述圓柱形通道面積小于寬扁形通道，圓柱形通道與寬扁形通道在兩側(cè)相互連通，形成對(duì)稱分布的兩個(gè)豎直通道，在圓柱形通道兩端與豎直通道銜接處設(shè)有自外向內(nèi)的收縮通道；氣室內(nèi)水體位于氣室內(nèi)下部區(qū)域，充盈于寬扁形通道與兩側(cè)豎直通道下部；空氣透平位于氣室內(nèi)圓柱形通道內(nèi)，通過透平支架與浮體連接予以固定位置，空氣透平中心動(dòng)力輸出端通過聯(lián)動(dòng)軸與安置于浮體內(nèi)的發(fā)電機(jī)相連接；透平支架布置于氣室內(nèi)圓柱形通道內(nèi)空氣透平所在位置，上下部均與浮體牢固連接，發(fā)電機(jī)布置于氣室外側(cè)的浮體結(jié)構(gòu)中；墊層位于聯(lián)動(dòng)軸與發(fā)電機(jī)連接段與浮體接觸處；聯(lián)動(dòng)軸位于氣室內(nèi)圓柱形通道中，一側(cè)連接至空氣透平中心動(dòng)力輸出端，另一側(cè)通過墊層與浮體接觸并在端點(diǎn)處連接至位于浮體內(nèi)的發(fā)電機(jī)；

其特征在于，所述實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟：

浮體削減波浪作用過程：

波浪作用至浮體結(jié)構(gòu)，浮體反射部分入射波浪的能量到來波方向，衰減透射波；浮體結(jié)構(gòu)通過摩擦作用對(duì)波浪的能量進(jìn)行吸收，衰減波浪能量；浮體在波浪作用下發(fā)生一定幅度范圍內(nèi)上下擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程，浮體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生輻射波使輻射波入射波疊加衰減波浪；浮體內(nèi)水體振蕩運(yùn)動(dòng)過程即波浪力做功過程，即通過波浪力做功對(duì)波浪所具有能量進(jìn)行進(jìn)一步衰減；

波浪能轉(zhuǎn)化輸出過程：

1）波峰作用至浮體：浮體在波浪作用下產(chǎn)生位移受限的搖擺性質(zhì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)波峰作用至浮體時(shí)，浮體迎浪側(cè)隨波峰到來升高，使浮體呈迎浪側(cè)抬升的傾斜姿態(tài)，與浮體相比，水體運(yùn)動(dòng)呈運(yùn)動(dòng)滯后狀態(tài)，氣室內(nèi)水體保持水平，故氣室內(nèi)水體相對(duì)浮體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)：以浮體為參考，迎浪側(cè)豎直通道中水體在較原水位降低，被浪側(cè)豎直通道中水體較原水位升高，水體沿寬扁形通道向被浪側(cè)運(yùn)動(dòng)，氣室內(nèi)空氣在水體運(yùn)動(dòng)情況下受到因水體位置改變而產(chǎn)生的空間擠壓，在空氣壓縮的同時(shí)發(fā)生流動(dòng)，空氣自被浪側(cè)豎直通道經(jīng)由圓柱形通道流向迎浪側(cè)豎直通道，在圓柱形通道流動(dòng)過程中因氣流流經(jīng)斷面面積顯著減小，空氣壓強(qiáng)升高，形成高壓氣流進(jìn)而沖擊空氣透平運(yùn)動(dòng)，空氣透平在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中通過聯(lián)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，產(chǎn)生電能，上述過程即實(shí)現(xiàn)波浪能向電能的能量轉(zhuǎn)化過程1）；

2）波谷作用至浮體：波谷作用至浮體時(shí)，氣室內(nèi)水體及空氣流動(dòng)方向與浮體受波峰作用時(shí)相反，能量轉(zhuǎn)換原理相同：波谷作用至浮體，浮體迎浪側(cè)隨波谷到來而降低，使浮體呈迎浪側(cè)降低的前傾姿態(tài)，水體運(yùn)動(dòng)滯后，氣室內(nèi)水體處于水平狀態(tài)，氣室內(nèi)水體相對(duì)浮體繼續(xù)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)：以浮體為參考，迎浪側(cè)豎直通道中水體較原水位升高，被浪側(cè)豎直通道中水體較原水位降低，水體沿寬扁形通道向迎浪側(cè)運(yùn)動(dòng)，與過程1）原理相同，氣室內(nèi)空氣在水體運(yùn)動(dòng)情況下受到因水體位置改變而產(chǎn)生的空間擠壓，在空氣壓縮的同時(shí)發(fā)生流動(dòng)，空氣自迎浪側(cè)豎直通道經(jīng)由圓柱形通道流向被浪側(cè)豎直通道，在圓柱形通道流動(dòng)過程中同樣因氣流流經(jīng)斷面面積顯著減小，空氣壓強(qiáng)升高，高壓氣流沖擊空氣透平運(yùn)動(dòng)，空氣透平在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中通過聯(lián)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，產(chǎn)生電能，上述過程即實(shí)現(xiàn)波浪能向電能的能量轉(zhuǎn)化過程2）；

3）循環(huán)過程：波浪作用至浮體過程中，可視為波峰波谷交替作用至浮體，浮體在迎浪側(cè)抬升被浪側(cè)降低至迎浪側(cè)降低被浪側(cè)抬升的姿態(tài)中不停轉(zhuǎn)換，氣室內(nèi)水體在重力作用下沿寬扁形通道向被浪側(cè)、被浪側(cè)豎直通道交替發(fā)生流動(dòng)，引起氣室內(nèi)水體振蕩，繼而推動(dòng)氣室內(nèi)空氣由圓柱形通道流向迎浪側(cè)、被浪側(cè)豎直通道交替流動(dòng)，空氣在圓柱形通道往復(fù)流動(dòng)過程中不斷形成高壓氣流沖擊空氣透平，推動(dòng)空氣透平運(yùn)動(dòng)，空氣透平在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中通過聯(lián)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，產(chǎn)生電能，由于波浪不斷作用至浮體，使得上述過程不斷重復(fù)進(jìn)行，空氣透平在空氣沖擊下不停運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，上述過程即實(shí)現(xiàn)波浪能向電能的不間斷能量轉(zhuǎn)化過程。