集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元及系统的制作方法

本实用新型属于防波堤领域，具体涉及一种集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元及系统。

背景技术：

随着世界能源日趋紧张，波浪能发电作为一种新能源的来源，以其独特的优势和战略地位吸引了人们的注意。波浪能在海洋中无处不在，无处不有，而且受时间限制较小，同时波浪能的能流密度大，可通过较小的装置提供可观的廉价能量，又可以为边远海域的国防、海洋开发等活动提供能量，因此，世界各海洋大国均十分重视波浪能的开发和利用。为了开发海洋资源、促进经济发展，我国已经将波浪能发电研究列入了国家重点科技攻关项目。波浪能的开发利用将具有很广泛的应用价值，就目前而言波浪能开发利用的关键之一就是降低发电成本。

梳式防波堤作为一种新型防波堤形式是将传统的方形沉箱按照一定的比例取出代之以沉箱翼板，在平面上形成梳齿状的直立式防波堤。在其间断部分与预制胸墙形成消浪室，具有聚波、消浪、透流、轻型降低地基承载力等优点，并已在大连大窑湾港区建成示范项目。梳式防波堤翼板与前墙不在一个平面内，二者之间的间距使得波浪力到达防波堤的峰值交错，减小了防波堤受到的总水平波浪力，既做到了自重减轻又避免了自重减轻带来的不利影响，保持结构稳定。梳式防波堤消浪室内水动力特性复杂，但理论分析可以证明该处的波幅相对前墙处增大，有很强的聚波效果。

波浪能发电最基本的原理是通过波浪的运动使装置工作并带动发电机发电，将水以动能和势能形式存在的机械能转化为电能。如今，世界上主要发展和研制的波浪能发电装置有振荡水柱式、“点头鸭”式、推摆式、聚波蓄能式、振荡浮子式、阀式等装置。

振荡水柱式波浪发电装置利用空气作为转换的介质，能量的采集通过气室完成，气室的下部开口在水下与海水连通，气室的上部开口与大气连通。气室内的水柱在波浪的作用下做上下往复运动，水柱的作用类似于活塞，水柱的不停运动导致水柱自由表面上部的空气柱产生振荡运动，空气在气室上方的出气孔流经一个往复透平，透平转轴与发电机相连，可利用压缩气流驱动透平旋转并带动发电机发电。振荡水柱式波浪发电装置采用空气传递能量，可以避免波浪对发电系统的直接打击，延长发电系统的工作时间，降低发电成本。

“点头鸭”式波浪能发电装置是由于该装置的浮体形状和运行特性都酷似鸭而得名，入射波的运动使得动压力推动鸭式浮体(下文简称“鸭体”)绕轴线旋转，流体压力的改变使“鸭体”部分作上升和下降运动，动能和位能同时通过液压装置转化，再通过液压系统把动能转换为电能。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种集成梳式透空收缩水道防波堤系统与波浪能转换系统的新型结构型式，缓解我国岛礁建设对电力供给的迫切需求的集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元。

本实用新型的目的通过如下技术方案来实现：

一种集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元，包括沉箱，所述的沉箱安装在抛石基床上，沉箱顶部安装有胸墙，沉箱的后身安装有翼板；所述的沉箱的底部设有进水孔，沉箱的顶部设有出气孔。

本实用新型还可以包括：

所述的沉箱为削角沉箱。

本实用新型的目的还在于提供一种基于集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元的系统：

该系统由集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元组成。

相邻的两个集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元的两个沉箱之间设有横梁；所述的横梁上安装有点头鸭式发电装置。

所述的集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元的沉箱为削角沉箱。

相邻的两个集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元的胸墙相连、翼板相连、抛石基床相连。

本实用新型的有益效果在于：

1、将梳式防波堤传统沉箱设置成振荡水柱式发电系统，充分利用堤前波浪能，把波浪能转换为电能，同时利用削角沉箱作为振荡水柱式发电系统的基础，节省了独立建造振荡水柱式发电系统的成本。

2、将沉箱设计成削角形式，可形成收缩水道，聚集波浪能量，提高波高振幅，增大“鸭体”的摆动幅度，提高发电效率。

3、在相邻两削角沉箱之间设置点头鸭式发电装置，将波浪能转换为电能，提高波浪能量利用率，一方面利用削角沉箱作为点头鸭式发电装置的基础，节省了独立建造点头鸭式发电装置的成本；另一方面安装“鸭体”的横梁连接两侧削角沉箱，增强了结构的整体稳定性，降低了传统梳式防波堤因沉箱不连续造成稳定都行下降的不足。

4、振荡水柱式发电装置和点头鸭式发电装置将堤前波浪能转换为电能，降低了堤前波浪总体能量，减小了波浪荷载对梳式防波堤结构的作用力，提高了梳式透空收缩水道防波堤系统的整体稳定性和安全性。

附图说明

图1为安装有点头鸭式发电装置的集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元结构示意图。

图2为由两组集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元组合构成的集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤系统结构示意图。

图3为安装有点头鸭式发电装置的集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元结构右视图。

图4为安装有点头鸭式发电装置的集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元结构左视图。

图5为安装有点头鸭式发电装置的集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元结构主视图。

图6为安装有点头鸭式发电装置的集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的防波堤单元结构俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。

本实用新型基于已有技术，为缓解我国岛礁建设对电力供给的迫切需求，提出一种集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的梳式防波堤系统。一种集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的梳式防波堤系统包括：梳式透空收缩水道防波堤系统、振荡水柱式发电系统、点头鸭式发电装置。梳式透空收缩水道防波堤系统包含抛石基床4，削角沉箱2，胸墙5，翼板6；其中削角沉箱2沿防波堤轴向间隔布置，翼板6设置在相邻削角沉箱2之间的背浪侧，胸墙5 设置在削角沉箱2和翼板6上方。振荡水柱式发电系统放置在沉箱迎浪测，包括振荡水柱式发电装置进出水孔3，削角沉箱2，振荡水柱式发电装置进出气孔1，其中削角沉箱2又是振荡水柱式发电装置的捕能气室；振荡水柱式发电装置进出水孔3设置在削角沉箱2底部，振荡水柱式发电装置进出气孔1设置在削角沉箱2顶部。点头鸭式发电装置安装在两个削角沉箱2之间的横梁7上。

梳式透空收缩水道防波堤系统：该系统由抛抛石基床4，削角沉箱2，胸墙5，翼板6和横梁7组成。将收缩水道式沉箱沉放于抛石基床上，翼板与沉箱主体浇筑成一个整体，沉箱上方浇筑混凝土胸墙，通过翼板和胸墙共同作用将左右两个沉箱结构连接为一个整体，提高结构的整体稳定性。梳式透空收缩水道防波堤系统通过将迎浪侧沉箱改为捕能气室完成振荡水柱式波浪能发电。点头鸭式发电装置安装在固定于两个沉箱之间的横梁上，通过安装在“鸭体”后侧的液压装置，将“鸭体”随波浪运动产生的动能和位能，利用液压发电机组转化为电能。将两侧沉箱设置为削角沉箱，形成收缩水道，聚集波浪能量，提高波浪振幅，因此增大“鸭体”的摆幅，进而提高波能转换效率。

振荡水柱式发电系统：通过传统沉箱改造作为捕能气室，利用下方进水口进行水体交换，基于收缩水道聚集波浪提高后的波高振幅，更多的压缩捕能气室中的气体，从而提高振荡水柱式发电系统的发电效率，同时降低堤前水平波浪力，有利于结构稳定。

点头鸭式发电装置：将多个“鸭体”并排安装在两沉箱之间的横梁上，利用两侧沉箱作为基础。在波浪力驱动作用下“鸭体”会以铰接处为轴线作上下往复摆动，将波浪能通过“鸭体”转化为液压能，通过液压能发电机组进一步转化为电能。收缩水道聚集波浪可以波高振幅，且由于后方翼板的反射作用，在消浪室内入射波与反射波叠加，进一步提高波高振幅，驱动“鸭体”更大幅度的摆动，从而提高发电效率，降低堤前波浪能量，减小堤前波浪力，同时减少翼板和胸墙的作用力，起到保护梳式防波堤的目的。

支撑主梁结构：波浪能量集中在水体表层，在3倍波高的水深范围内集中波能的98％。通过横梁将点头鸭式发电装置置于水体表面3倍波高范围内，一方面能使“鸭体”处于波能聚集区，增大“鸭体”捕获能量的空间，另一方面方便“鸭体”的安装和拆卸，降低发电装置的维护费用。

集成系统优势在于利用振荡水柱式发电系统和点头鸭式发电装置充分获取堤前能量；利用削角沉箱形成收缩水道聚集能量，提高波能转换效率；将点头鸭式发电装置置于两沉箱之间的消浪室内能有效改善发电装置的工作环境，提高发电装置的稳定性和使用寿命；利用沉箱作为点头鸭式发电装置的基础，降低发电成本；通过发电装置将波浪能转化为电能，降低入射波能量，减小堤前波浪力，可提高梳式防波堤结构稳定性，同时通过横梁和胸墙将两个沉箱连接为整体可进一步提高梳式防波堤结构的整体稳定性。

集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的梳式防波堤系统功能实现过程如下：

当波峰到达集成系统前侧，一方面波浪通过振荡水柱式发电装置进出水孔3进入削角沉箱2，引起削角沉箱2内水面上升，进而压缩削角沉箱2内空气，增加削角沉箱2内空气气压，使得削角沉箱2内空气气压大于大气气压，削角沉箱2内空气通过振荡水柱式发电装置进出气孔1流向大气中同时驱动安装在振荡水柱式发电装置进出气孔1处的空气透平装置运动，继而实现波浪能向电能的转换；另一方面通过削角沉箱2形成的收缩水道，聚集波浪能量，提高波浪振幅，并且波浪由后方翼板6反射作用，进一步提高波高振幅，增大“鸭体”8 的摆动幅度，在波浪作用下“鸭体”8受到的浮力大于重力，浮力带动固定在横梁7上的“鸭体”8向上运动，通过液压装置将“鸭体”8摆轴动能转换成液压能，再利用液压发电机组将液压能转换为电能。

当波谷到达集成系统前侧，一方面通过振荡水柱式发电装置进出水孔3将削角沉箱2内水体排出，引起削角沉箱2内水面下降，使得削角沉箱2内空气气压低于大气气压，大气中气体将通过振荡水柱式发电装置进出气孔1进入削角沉箱2，同时驱动安装在振荡水柱式发电装置进出气孔1处的空气透平装置运动，继而实现波浪能向电能的转换；另一方面收缩水道中波面下降，“鸭体”8受到的重力大于浮力，重力带动固定在横梁7上的“鸭体”8向下运动，通过液压装置将“鸭体”8摆轴动能转换成液压能，再利用液压发电机组将液压能转换为电能。

一种集成振荡水柱式与点头鸭式发电装置的梳式防波堤系统的技术效果在于：通过振荡水柱式发电系统将堤前波浪能部分转化为电能；通过收缩水道聚集波浪，在收缩水道中设置点头鸭式发电装置，将波浪能转换为液压能，进而转换为电能，进一步提高波浪能转换效率。振荡水柱式与点头鸭式发电装置较大程度上将波浪能转换为电能，降低了堤前波浪能量，减小堤前所受波浪力荷载，提高了集成系统的整体稳定性；集成梳式防波堤系统改善了振荡水柱式和点头鸭式发电装置工作环境，降低了振荡水柱式和点头鸭式发电装置独立建造成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。