[發明專利]一種兼顧水力透平式波能轉化功能的浮式防波堤及方法

有效

• 申請號: 201810178624.0
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108411846B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 何方;冷杰;張華山;趙嘉俊;趙方舟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: E02B3/06
• 分類號: E02B3/06;E02B1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種兼顧水力透平式波能轉化功能的浮式防波堤，其特征在于由浮體內室、連通管、浮體、水力透平組、錨索和沉塊構成，所述浮體外部通過錨索連接至沉塊錨泊于海床中，浮體內預留空腔作為浮體內室，浮體內室分為背浪側內室、下連通通道和迎浪側內室，背浪側內室、迎浪側內室的上部區域通過連通管相互連通，下部區域通過下連通通道通；所述下連通通道為中間收縮、兩端逐漸擴大的通道結構，下連通通道中間位置處布置有水力透平組，浮體背浪側設置有外部通道；

所述水力透平組位于下連通通道中，由渦輪機、輪片和兩側凸角狀邊壁組成：渦輪機向外延伸輪片直至下連通通道邊壁，渦輪機兩側布置凸角狀邊壁；所述凸角狀邊壁布置于渦輪機兩端，使下連通通道自凸角狀邊壁開始向渦輪機方向形成由寬至窄收縮于輪片的收縮斷面通道，并在輪片后形成一段呈收縮斷面的窄通道；兩側凸角狀邊壁關于渦輪機對稱布置，形成兩端中心對稱的由寬至窄收縮于輪片處的收縮斷面通道和輪片后的窄斷面通道；所述水力透平組阻尼可調節。

2.根據權利要求1所述的浮式防波堤，其特征在于所述浮體內室在浮體斷面上呈U形排布；迎浪側內室和背浪側內室均為豎直寬扁狀通道。

3.根據權利要求1所述的浮式防波堤，其特征在于所述外部通道布置于浮體背浪側，用于浮體內室的充排水需求，外部通道封閉時即封閉浮體內室，保持浮體內室氣密性良好；浮體內室的水量低于連通管所在高度。

4.根據權利要求1所述的浮式防波堤，其特征在于所述浮體內水體選用純凈淡水，浮體內水體水面設置薄層油層。

5.一種權利要求1所述兼顧水力透平式波能轉化功能的浮式防波堤的工作方法，其特征在于步驟如下：

a.安放布置過程；

將防波堤拖放至設計海域，通過錨索連接至沉塊將防波堤予以固定；調節水力透平組的阻尼大小，并向通過外部通道向浮體內室中注入適當數量的水體，封閉外部通道；

b.波浪削減過程；

波浪自外海傳播作用至防波堤，浮體反射部分入射波浪的能量，通過波浪反射衰減入射波浪能量；通過浮體與波浪間的摩擦作用將波浪的能量予以衰減，進一步削減波浪能量；浮體在波浪作用下發生一定幅度范圍的俯仰運動過程，浮體運動產生與入射波方向相反的輻射波，輻射波、入射波疊加衰減波浪；在浮體俯仰運動過程中，浮體內水體振蕩運動，并推動水力透平組運動實現波浪能轉化，

c．波浪能轉化過程

1）波峰作用至浮體：當波峰作用至浮體時，浮體迎浪側隨波峰到來升高，浮體呈迎浪側抬升的傾斜姿態，浮體內室中水體相對浮體發生相對運動：水體沿下連通通道向背浪側內室運動，水體在下連通通道自迎浪側一端向背浪側一端運動過程中，水體沿逐漸收縮的斷面運動并流經水力透平組，水體自迎浪側凸角狀邊壁形成由寬至窄的收縮水力通道流動并經收縮斷面集中水流能量，推動與渦輪機相連接的輪片運動，并途經持續一段距離的窄通道流向背浪側內室；水體因俯仰運動所具有的勢能通過水流流經水力透平組推動輪片的運動轉化為機械能，并通過輪片運動帶動渦輪機運動發電，進而實現能量向電能的轉化轉移過程；

2）波谷作用至浮體：當波谷作用至浮體時，浮體迎浪側隨波谷的到來降低，浮體呈迎浪側下降的傾斜姿態，浮體內室中水體相對浮體發生相對運動：水體沿下連通通道向迎浪側內室運動，水體在下連通通道自背浪側一端向迎浪側一端運動過程中，水體沿逐漸收縮的斷面運動并流經水力透平組，水體自背浪側凸角狀邊壁形成由寬至窄的收縮水力通道流動并經收縮斷面集中水流能量，推動與渦輪機相連接的輪片運動，并途經持續一段距離的窄通道流向迎浪側內室，則在輪片轉動過程中帶動部分水體自凸角狀邊壁在背浪側所形成的窄通道由迎浪側向背浪側運動；水體推動輪片運動帶動渦輪機運動發電，實現能量向電能的轉化轉移過程；

3）循環過程：波浪作用至防波堤，可視為波峰波谷交替作用至浮體，浮體在俯仰運動狀態中不停轉換，浮體內室中水體沿下連通通道向迎浪側內室、背浪側內室發生往復交替流動，途徑水力透平組過程中推動輪片帶動渦輪機運動，并且因凸角狀邊壁的存在歸順水流流向，使輪片轉動方向在步驟1）和步驟2）中均相同，渦輪機轉動方向保持不變，保持持續單一方向動力輸出，并進一步將機械能轉化為電能；波浪不斷作用至浮體，上述過程不斷重復進行，輪片帶動渦輪機不間斷運動發電，上述過程即實現波浪能向電能的持續能量轉化過程。