[發(fā)明專利]一種兼顧水力透平式波能轉(zhuǎn)化功能的浮式防波堤及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810178624.0
• 申請(qǐng)日: 2018-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108411846B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何方;冷杰;張華山;趙嘉俊;趙方舟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): E02B3/06
• 分類號(hào): E02B3/06;E02B1/00
• 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

1.一種兼顧水力透平式波能轉(zhuǎn)化功能的浮式防波堤，其特征在于由浮體內(nèi)室、連通管、浮體、水力透平組、錨索和沉塊構(gòu)成，所述浮體外部通過(guò)錨索連接至沉塊錨泊于海床中，浮體內(nèi)預(yù)留空腔作為浮體內(nèi)室，浮體內(nèi)室分為背浪側(cè)內(nèi)室、下連通通道和迎浪側(cè)內(nèi)室，背浪側(cè)內(nèi)室、迎浪側(cè)內(nèi)室的上部區(qū)域通過(guò)連通管相互連通，下部區(qū)域通過(guò)下連通通道通；所述下連通通道為中間收縮、兩端逐漸擴(kuò)大的通道結(jié)構(gòu)，下連通通道中間位置處布置有水力透平組，浮體背浪側(cè)設(shè)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(jī)、輪片和兩側(cè)凸角狀邊壁組成：渦輪機(jī)向外延伸輪片直至下連通通道邊壁，渦輪機(jī)兩側(cè)布置凸角狀邊壁；所述凸角狀邊壁布置于渦輪機(jī)兩端，使下連通通道自凸角狀邊壁開(kāi)始向渦輪機(jī)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(cè)凸角狀邊壁關(guān)于渦輪機(jī)對(duì)稱布置，形成兩端中心對(duì)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(diào)節(jié)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮式防波堤，其特征在于所述浮體內(nèi)室在浮體斷面上呈U形排布；迎浪側(cè)內(nèi)室和背浪側(cè)內(nèi)室均為豎直寬扁狀通道。

3.根據(jù)權(quán)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(cè)，用于浮體內(nèi)室的充排水需求，外部通道封閉時(shí)即封閉浮體內(nèi)室，保持浮體內(nèi)室氣密性良好；浮體內(nèi)室的水量低于連通管所在高度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮式防波堤，其特征在于所述浮體內(nèi)水體選用純凈淡水，浮體內(nèi)水體水面設(shè)置薄層油層。

5.一種權(quán)利要求1所述兼顧水力透平式波能轉(zhuǎn)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(guò)程；

將防波堤拖放至設(shè)計(jì)海域，通過(guò)錨索連接至沉塊將防波堤予以固定；調(diào)節(jié)水力透平組的阻尼大小，并向通過(guò)外部通道向浮體內(nèi)室中注入適當(dāng)數(shù)量的水體，封閉外部通道；

b.波浪削減過(guò)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(guò)波浪反射衰減入射波浪能量；通過(guò)浮體與波浪間的摩擦作用將波浪的能量予以衰減，進(jìn)一步削減波浪能量；浮體在波浪作用下發(fā)生一定幅度范圍的俯仰運(yùn)動(dòng)過(guò)程，浮體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)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(yùn)動(dòng)過(guò)程中，浮體內(nèi)水體振蕩運(yùn)動(dòng)，并推動(dòng)水力透平組運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)波浪能轉(zhuǎn)化，

c．波浪能轉(zhuǎn)化過(guò)程

1）波峰作用至浮體：當(dāng)波峰作用至浮體時(shí)，浮體迎浪側(cè)隨波峰到來(lái)升高，浮體呈迎浪側(cè)抬升的傾斜姿態(tài)，浮體內(nèi)室中水體相對(duì)浮體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)：水體沿下連通通道向背浪側(cè)內(nèi)室運(yùn)動(dòng)，水體在下連通通道自迎浪側(cè)一端向背浪側(cè)一端運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，水體沿逐漸收縮的斷面運(yùn)動(dòng)并流經(jīng)水力透平組，水體自迎浪側(cè)凸角狀邊壁形成由寬至窄的收縮水力通道流動(dòng)并經(jīng)收縮斷面集中水流能量，推動(dòng)與渦輪機(jī)相連接的輪片運(yùn)動(dòng)，并途經(jīng)持續(xù)一段距離的窄通道流向背浪側(cè)內(nèi)室；水體因俯仰運(yùn)動(dòng)所具有的勢(shì)能通過(guò)水流流經(jīng)水力透平組推動(dòng)輪片的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并通過(guò)輪片運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)渦輪機(jī)運(yùn)動(dòng)發(fā)電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量向電能的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移過(guò)程；

2）波谷作用至浮體：當(dāng)波谷作用至浮體時(shí)，浮體迎浪側(cè)隨波谷的到來(lái)降低，浮體呈迎浪側(cè)下降的傾斜姿態(tài)，浮體內(nèi)室中水體相對(duì)浮體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)：水體沿下連通通道向迎浪側(cè)內(nèi)室運(yùn)動(dòng)，水體在下連通通道自背浪側(cè)一端向迎浪側(cè)一端運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，水體沿逐漸收縮的斷面運(yùn)動(dòng)并流經(jīng)水力透平組，水體自背浪側(cè)凸角狀邊壁形成由寬至窄的收縮水力通道流動(dòng)并經(jīng)收縮斷面集中水流能量，推動(dòng)與渦輪機(jī)相連接的輪片運(yùn)動(dòng)，并途經(jīng)持續(xù)一段距離的窄通道流向迎浪側(cè)內(nèi)室，則在輪片轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中帶動(dòng)部分水體自凸角狀邊壁在背浪側(cè)所形成的窄通道由迎浪側(cè)向背浪側(cè)運(yùn)動(dòng)；水體推動(dòng)輪片運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)渦輪機(jī)運(yùn)動(dòng)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能量向電能的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移過(guò)程；

3）循環(huán)過(guò)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)中不停轉(zhuǎn)換，浮體內(nèi)室中水體沿下連通通道向迎浪側(cè)內(nèi)室、背浪側(cè)內(nèi)室發(fā)生往復(fù)交替流動(dòng)，途徑水力透平組過(guò)程中推動(dòng)輪片帶動(dòng)渦輪機(jī)運(yùn)動(dòng)，并且因凸角狀邊壁的存在歸順?biāo)髁飨颍馆喥D(zhuǎn)動(dòng)方向在步驟1）和步驟2）中均相同，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向保持不變，保持持續(xù)單一方向動(dòng)力輸出，并進(jìn)一步將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；波浪不斷作用至浮體，上述過(guò)程不斷重復(fù)進(jìn)行，輪片帶動(dòng)渦輪機(jī)不間斷運(yùn)動(dòng)發(fā)電，上述過(guò)程即實(shí)現(xiàn)波浪能向電能的持續(xù)能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。