发电消浪一体装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种发电消浪一体装置，包括：桩轴、浮箱、消浪装置和发电装置，桩轴的下部和上部分别固定有下圆轨道托盘和上圆轨道托盘；浮箱可旋转且可上下移动地套设在所述桩轴上；消浪装置包括若干周向固定在内筒的下部外壁上的竖向消浪板，竖向消浪板上开设有若干消浪孔，相邻两竖向消浪板之间的区域构成波浪承接口；发电装置设置在最高潮位以上，发电装置包括固定悬挂罩、旋转悬挂罩、发电机定子和发电机转子。本实用新型实现消浪和发电并举，浮箱随潮位升降，始终保持消浪和发电的最佳状态，解决了传统的消浪构件只能消减某一潮位下的波浪和传统的发电装置受潮位的影响较大的问题，且所有的发电装置都在水面之上，能避免受到海水侵蚀。
【专利说明】发电消浪一体装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水利工程的发电和消浪构件领域，特别涉及一种发电与消浪二合一的装置。
【背景技术】
[0002]海堤设计都有消浪要求，在传统的消浪方式中，消浪构件都是堆放于堤脚外侧，由于消浪构件的底部不够稳定，其抗浪稳定性差，降低了消浪效果。其次，传统的消浪方式，因消浪块体堆放高度所限，只能消减某一潮位下的波浪，超过该潮位是就无法有效地消浪，即只能满足一定潮位下的消浪。当潮水高出块体后，块体在淹没的情况下，其消浪效果很不理想。而实际情况是高潮位时风浪更大，更需要消浪。
[0003]传统的消浪方式多数是采用消浪块体，因此，存在只能被动消浪的不足和缺陷；工程表明，需要消浪的水域往往具有波浪发电的潜能，如果为了保护海堤等工程而单纯采取消浪措施，则波浪的能量资源又白白浪费。另外，传统的利用波浪发电与消浪都是分体进行的，且实施效果极不理想，材料和施工费用大，景观效果差，已难以满足工程使用要求；在这样的背景条件下，如何既能消浪，又能利用波浪发电，这是科技创新的所在。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种既能消浪又能利用波浪发电的一体装置，以解决上述问题。
[0005]本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0006]发电消浪一体装置，其特征在于，包括:桩轴、浮箱、消浪装置和发电装置，
[0007]所述桩轴的下部和上部分别固定有下圆轨道托盘和上圆轨道托盘；
[0008]所述浮箱可旋转且可上下移动地套设在所述桩轴上，所述浮箱为空心且四周密封的筒体结构，所述浮箱的内筒延伸出所述浮箱顶部并向上伸展，所述内筒的内壁沿轴线方向周向设置有若干滚珠槽，所述滚珠槽内配置有若干滚珠，所述内筒的上部外壁周向设置有若干沿轴向延伸的限位边，所述浮箱的底部设置有用于在水位处于最低潮位时与所述下圆轨道托盘配合的下滚轮；
[0009]所述消浪装置包括若干周向固定在所述内筒的下部外壁上的竖向消浪板，所述竖向消浪板上开设有若干消浪孔，相邻两竖向消浪板之间的区域构成波浪承接口 ；
[0010]所述发电装置设置在最高潮位以上，所述发电装置包括固定悬挂罩、旋转悬挂罩、发电机定子和发电机转子，所述固定悬挂罩和所述旋转悬挂罩均为具有顶面且无底的筒体结构，所述固定悬挂罩同轴固定在所述桩轴顶部，所述桩轴伸入所述固定悬挂罩内腔，所述固定悬挂罩的顶部设置有电力输出接头，所述发电机定子的顶部与所述固定悬挂罩的下部固定，所述旋转悬挂罩同轴套设在所述桩轴上，所述旋转悬挂罩位于所述固定悬挂罩内腔，所述旋转悬挂罩的顶面中部开设有一供所述桩轴穿过的轴孔，所述旋转悬挂罩的顶面底部设置有与所述上圆轨道托盘配合的上滚轮，所述发电机转子的顶部与所述旋转悬挂罩的下部固定，所述发电机转子的内壁周向设置有若干沿轴向延伸且与所述限位边配合的限位槽，所述发电机转子位于所述发电机定子内腔所包纳的发电空间内。
[0011]在本实用新型的一个优选实施例中，所述竖向消浪板由上往下看为S型结构，且所述S型结构的竖向消浪板的外端长于内端，以便与产生旋转力偶。
[0012]在本实用新型的一个优选实施例中，所述竖向消浪板的消浪孔的面积占所述竖向消浪板表面积的1 %。
[0013]在本实用新型的一个优选实施例中，在最低水位时，所述竖向消浪板的底部比最低水位至少低2h/3，所述竖向消浪板的高度为2h，其中h为平均浪高。
[0014]在本实用新型的一个优选实施例中，所述竖向消浪板的侧面设置有竖向基脚板，所述竖向消浪板的底面设置有水平基脚板，所述竖向基脚板和所述水平基脚板分别通过紧固件固定在所述内筒外壁上和浮箱顶面上。
[0015]在本实用新型的一个优选实施例中，所述水平基脚板上间隔设置有若干与所述竖向消浪板下部连接的加强板。
[0016]在本实用新型的一个优选实施例中，所述限位边为燕尾榫，所述限位槽为燕尾槽。
[0017]在本实用新型的一个优选实施例中，所述轴孔的上表面外周缘设置有上翻边，所述上翻边内壁周向设置有若干滚珠槽，且所述滚珠槽内配置有若干滚珠。
[0018]在本实用新型的一个优选实施例中，所述固定悬挂罩的顶面上开设有人孔。
[0019]由于采用了如上的技术方案，本实用新型的有益效果在于:竖向消浪板在浪的作用下推动浮箱旋转，并通过竖向消浪板将波浪粉碎，从而消除波浪的动能；浮箱随潮位上下移动，在波浪作用下旋转，同时通过能量转换，先将波浪的动能转换为机械能，再利用机械能转化为电能，实现消浪和发电并举。本实用新型简单实用，安全可靠，便于安装和更换，浮箱随潮位升降，始终保持消浪和发电的最佳状态，解决了传统的消浪构件只能消减某一潮位下的波浪和传统的发电装置受潮位的影响较大的问题，且所有的发电装置都在水面之上，能避免受到海水侵蚀。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本实用新型一种实施例的结构示意图。
[0022]图2是图1的结构分解图。
[0023]图3是本实用新型一种实施例在最低限制发电潮位时的结构示意图。
[0024]图4是本实用新型一种实施例在最高潮位发电时的结构示意图。
[0025]图5是图1的A-A剖视图。
[0026]图6是图1的B-B剖视图。
[0027]图7图6的I处放大图。
[0028]图8是图7的C-C剖视图。
[0029]图9是图1的C-C剖视图。
[0030]图10是图1的D-D剖视图。
[0031]图11是本实用新型的浮箱和内筒的结构示意图。
[0032]图12是本实用新型的固定悬挂罩及发电机定子的结构示意图。
[0033]图13是本实用新型的旋转悬挂罩及发电机转子的结构示意图。
[0034]图14是本实用新型的上圆轨道托盘和下圆轨道托盘的结构示意图。
[0035]图15是图14的A-A剖视图。
[0036]图16是本实用新型一种实施例的内筒下部的结构示意图。
[0037]图17是本实用新型一种实施例的内筒上部的结构示意图。
[0038]图18是本实用新型一种实施例的发电子转子与内筒上部配合的结构示意图。
[0039]图19是利用本实用新型布置成的一种发电消浪一体装置结构的平面图。
[0040]图20是利用本实用新型布置成的另一种发电消浪一体装置结构的平面图。
【具体实施方式】
[0041]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
[0042]参见图1至图4所示，发电消浪一体装置包括桩轴100、浮箱200、消浪装置300和发电装置400。
[0043]桩轴100为竖向轴，可采用圆形预制桩或圆形钢桩，桩径、桩长及桩间距按设计要求确定，该桩轴100以沉桩的方式布置，其作用是承载发电装置400和消浪装置300并作为转轴。在桩轴100的下部和上部分别固定有下圆轨道托盘110和上圆轨道托盘120，结合图14和图15所示，下圆轨道托盘110和上圆轨道托盘120的结构一样，现单独对上圆轨道托盘120进行描述，在上圆轨道托盘120上表面开设有环形槽121，在环形槽121的内壁周向布置有若干螺栓孔122，通过穿过螺栓孔122的紧固件将下圆轨道托盘110和上圆轨道托盘120安装在桩轴100上。
[0044]上圆轨道托盘120为旋转悬挂罩430的支撑，且为旋转悬挂罩430的行走轨道，其位置主要由内筒210在最高潮位时，伸出发电机转子440的长度确定；下圆轨道托盘110为限制浮箱200最低位置，为浮箱200在低潮位时的行走轨道，其位置主要由最低发电潮位确定。
[0045]浮箱200可旋转且可上下移动地套设在桩轴100上，浮箱200为空心且四周密封的筒体结构，其尺寸根据浮力需要计算确定；一般内筒直径为0.6?0.8m，并与桩轴100直径相匹配，外筒直径一般为1.5?2.5m ;浮箱200高度按上部表面220没入静水位以下2h/3(h为平均浪高)的要求计算确定；浮箱200应满足刚度和强度需要，密封的空箱内设置若干道加筋板201 (如图5所示)；浮箱为钢材或者钢筋混凝土制成。浮箱200内如果需要设置配重，可以采用预制混凝土块，对称布置于浮箱200内，且需要有不少于三个连接点稳定安装于浮箱底板230上。浮箱200底板230底部布置行走滚轮231，行走滚轮231布置于与下圆轨道托盘110相匹配，以便于在最低发电潮位时，能使整个装置沿着下圆轨道托盘110行走。
[0046]结合图11所示，浮箱200的内筒210延伸出浮箱顶部并向上伸展，内筒210由钢材制成，内筒210套在桩轴100上，作为转动的支撑。结合图16至图18所示，内筒210的内壁沿轴向方向焊接有多层环状U形滚珠槽211，滚珠槽211内嵌有滚珠212，其作用是将内筒210内壁与桩轴100间的滑动摩擦化为滚动摩擦，以减少整套装置上下浮动或旋转时的阻力。结合图3和图4所示，竖向消浪板310的底部比最低水位至少低2h/3，竖向消浪板的高度为2h，当水位位于限制发电潮位和水位位于最高潮位时，可以计算出内筒高度H =最高潮位Hl-限制发电潮位H2+2h+安全超高H3+转子长度L，其中h为平均浪高。
[0047]内筒210为三段，即浮箱段210a、消浪段210b和传力段210c，浮箱段210a为位于浮箱200内的一段；消浪段210b为由浮箱顶部向上伸展用于固定消浪装置300的一段；传力段210c为由消浪段210b顶部向上延伸的一段。
[0048]消浪装置300与消浪段210b连接，结合图6至图8所示，消浪装置300包括若干周向固定在内筒的消浪段210b外壁上的竖向消浪板310，消浪段210b高度与竖向消浪板310的高度一样。竖向消浪板310上开设有若干消浪孔311。本实施例中，竖向消浪板310为六块，相邻两竖向消浪板310之间的区域构成波浪承接口 317，以方便接纳波浪，竖向消浪板310分布不宜过密，一般为6?8块，且由上往下看为S型结构，S型结构的竖向消浪板310的外端311长于内端312，以便与产生旋转力偶。竖向消浪板310的消浪孔311的面积占竖向消浪板310表面积的10%，且消浪孔311呈梅花形布置在竖向消浪板310上。竖向消浪板310的侧面设置有竖向基脚板313，竖向消浪板310的底面设置有水平基脚板316，竖向基脚板313和水平基脚板316分别通过紧固件314a、314b固定在内筒消浪段210b外壁上和浮箱顶面220上。为了进一步加强竖向消浪板210的强度，水平基脚板316上间隔设置有若干与竖向消浪板310下部连接的加强板315。
[0049]传力段210c外壁周向设置有若干沿轴向延伸的限位边213，传力段210c用于驱动发电装置400工作。
[0050]发电装置400设置在最高潮位以上，保证在风暴潮时，发电装置400能安全运行。结合图9、10、12、13所不,发电装置400包括固定悬挂罩410、旋转悬挂罩430、发电机定子420和发电机转子440，固定悬挂罩410和旋转悬挂罩430均为具有顶面且无底的筒体结构。固定悬挂罩410同轴固定在桩轴100顶部,桩轴100伸入固定悬挂罩410内腔。固定悬挂罩410的顶面412顶部设置有电力输出接头413，固定悬挂罩410的底部外周设置有若干螺栓孔411，而发电机定子420的顶部设置有连接上翻边422，上翻边422与螺栓孔411通过螺栓固定件连接固定，使得发电机定子悬吊在固定悬挂罩410下部。固定悬挂罩410设置有人孔，人孔作为进入下部空间的通道。固定悬挂罩410内侧均匀、对称、径向布置加强筋板414，以提高固定悬挂罩410的强度。固定悬挂罩410的内部空间，可以环绕轴布置发电所需要的控制设备、现场操作设备等。
[0051]旋转悬挂罩430同轴套设在桩轴100上,旋转悬挂罩430位于固定悬挂罩410内腔。旋转悬挂罩430的顶面432中部开设有一供桩轴100穿过的轴孔436，旋转悬挂罩430的顶面432底部设置有与上圆轨道托盘120的环形槽121配合的上滚轮433。旋转悬挂罩440的底部外周设置有若干螺栓孔431，发电机转子440的顶部设置有上翻边442，上翻边442与螺栓孔431通过螺栓固定件连接固定，使得发电机转子440悬吊在旋转悬挂罩440下部。旋转悬挂罩440顶面432设置有人孔，方便转子检修和保养。轴孔436的上表面外周缘设置有上翻边434，上翻边434内壁周向设置有若干滚珠槽435，且滚珠槽435内配置有若干滚珠435a，以用滚动摩擦代替发电机转子440与桩轴100之间的滑动摩擦，减少摩擦力。旋转悬挂罩440内侧均匀、对称、径向布置加强筋板437，以提高旋转悬挂罩440的强度。发电机转子440位于发电机定子420内腔所包纳的发电空间421内。
[0052]结合图18所示，发电机转子440的内壁周向设置有若干沿轴向延伸且与限位边213配合的限位槽441，本实施例中的限位边213为燕尾榫，限位槽441为燕尾槽，燕尾榫在燕尾槽内可竖向移动。内筒210的长度按最低发电潮位时，内筒210与发电机转子440仍然为整段咬合为宜，始终保持燕尾榫与燕尾槽整段咬合，形成齿轮般传动，传力合理。
[0053]可以根据不同的使用需要在护滩处设置不同形状的发电消浪一体装置组合结构，结合图19和图20所示，可将发电消浪一体装置组合结构布置成一字形或弧线形，本实用新型的工作原理如下:
[0054]消浪原理:
[0055]将发电消浪一体装置间距布置于堤防外侧的滩地上，以构成一道消浪屏障；彩色的消浪装置300，形成一道风景；该消浪装置300利用水的浮力升降、利用波浪动能旋转，无须提供动力；它时刻浮于水面，随时可以自动投入工作。
[0056]当水面产生波浪，并向被保护的堤防涌进时，由于波能集中于水体表层，该竖向消浪板300的波浪承接口 317不断地接纳涌进的波浪，竖向消浪板300在波浪的冲击下，推动着浮箱200不断环绕着桩轴旋转，同时将波浪粉碎，在后续波浪的作用下，浮箱200不断旋转，从而达到不停地破浪消能；在连续地旋转中，竖向消浪板300上的消浪孔310也同时参与消浪。
[0057]发电原理:
[0058]当浮箱200不断旋转，带动内筒210也不断旋转，由于内筒210的传力段210c类似于齿轮，传力段210c的燕尾榫与发电机转子440的内壁的燕尾槽配合，传递旋转作用力，带动发电机转子440转动，达到发电目的。该段套筒的长度应满足在限制发电潮位时，套筒与转子应全段咬合设计，以保证传递力的效果。燕尾槽和燕尾榫的巧妙设置，使内筒210的传力段201c与发电机转子440始终保持咬合，当浮箱200和消浪段210b在波浪作用下共同旋转时，内筒210同步旋转,并带动发电机转子440旋转而发电。
[0059]本实用新型的安装过程如下:
[0060](1)在需要护滩处，按设计桩径、桩距、桩长打入一排预制钢筋混凝土圆形桩或钢桩(简称构件1);平面布置可以采用一字形，也可以采用弧线形，如图19和图20所示。
[0061](2)竖向消浪板310由彩色塑料按设计尺寸制作，形状尺寸相同，因而可做成标准构件在工厂生产，这样制作加工方便，还可以提高效率，而且可降低材料消耗，改进节点构造，确保产品质量，并能减少大量现场工作量，提高该装置的工程质量。
[0062](3)按照浮箱200尺寸、内筒210尺寸，可采用钢材制作；套筒与浮箱按同心圆焊接，并按照竖向消浪板310的形状、尺寸和螺栓孔的位置，做好浮箱200顶板和内筒210外侧的螺栓焊接。
[0063](4)内筒210内壁焊接多层环状U形滚珠槽211，滚珠槽211内嵌有滚珠212，滚珠提供了浮箱200与桩轴100之间上下移动和旋转滚动。
[0064](5)分件完成竖向消浪板310安装于浮箱200上，从而完成单件浮箱200和消浪装置300的组装。
[0065](6)按设计尺寸制作下圆轨道托盘110和上圆轨道托盘120。
[0066](7)按设计尺寸制作发电机转子440和旋转悬挂罩430。
[0067](8)按设计尺寸制作固定悬挂罩410和发电机定子420。
[0068](9)上述各个构件，采用船运至现场后，按照以下步骤操作完成组装:
[0069]①将下圆轨道托盘110安装于桩轴100的下部位置，即将下圆轨道托盘110从桩轴100的顶端套下，与设计位置螺栓连接或焊接于桩轴100上；然后采用船上沉桩，按设计桩距布置已带下圆轨道托盘110的桩轴100 ；
[0070]②桩轴100就位后，将带有消浪装置300的浮箱200从桩轴100的顶端套下，放置于水面即完成单件安装；
[0071]③安装发电机转子440，即从桩轴100顶端套下发电机转子440 ；
[0072]④安装上圆轨道托盘120，将上圆轨道托盘120从桩轴100的顶端套下，与设计位置螺栓连接或焊接于桩轴100上；
[0073]⑤安装旋转悬挂罩430，即将旋转悬挂罩430从桩轴100顶套下，放至上圆轨道托盘120，同时将发电机转子440与旋转悬挂罩430螺栓连接；
[0074]⑥安装发电机定子420，即将发电机定子420从桩轴100顶套下；
[0075]⑦安装固定悬挂罩410，即将固定悬挂罩410安装于桩轴100顶部；同时将发电机定子420与固定悬挂罩410螺栓连接；
[0076]⑧从固定悬挂罩410顶面412的人孔进入，于旋转悬挂罩430与固定悬挂罩410之间形成的空间里，安装控制设备、蓄电池等，并布置输出接线。
[0077]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.发电消浪一体装置，其特征在于，包括:桩轴、浮箱、消浪装置和发电装置， 所述桩轴的下部和上部分别固定有下圆轨道托盘和上圆轨道托盘； 所述浮箱可旋转且可上下移动地套设在所述桩轴上，所述浮箱为空心且四周密封的筒体结构，所述浮箱的内筒延伸出所述浮箱顶部并向上伸展，所述内筒的内壁沿轴线方向周向设置有若干滚珠槽，所述滚珠槽内配置有若干滚珠，所述内筒的上部外壁周向设置有若干沿轴向延伸的限位边，所述浮箱的底部设置有用于在水位处于最低潮位时与所述下圆轨道托盘配合的下滚轮； 所述消浪装置包括若干周向固定在所述内筒的下部外壁上的竖向消浪板，所述竖向消浪板上开设有若干消浪孔，相邻两竖向消浪板之间的区域构成波浪承接口 ； 所述发电装置设置在最高潮位以上，所述发电装置包括固定悬挂罩、旋转悬挂罩、发电机定子和发电机转子，所述固定悬挂罩和所述旋转悬挂罩均为具有顶面且无底的筒体结构，所述固定悬挂罩同轴固定在所述桩轴顶部，所述桩轴伸入所述固定悬挂罩内腔，所述固定悬挂罩的顶部设置有电力输出接头，所述发电机定子的顶部与所述固定悬挂罩的下部固定，所述旋转悬挂罩同轴套设在所述桩轴上，所述旋转悬挂罩位于所述固定悬挂罩内腔，所述旋转悬挂罩的顶面中部开设有一供所述桩轴穿过的轴孔，所述旋转悬挂罩的顶面底部设置有与所述上圆轨道托盘配合的上滚轮，所述发电机转子的顶部与所述旋转悬挂罩的下部固定，所述发电机转子的内壁周向设置有若干沿轴向延伸且与所述限位边配合的限位槽，所述发电机转子位于所述发电机定子内腔所包纳的发电空间内。
2.如权利要求1所述的发电消浪一体装置，其特征在于，所述竖向消浪板由上往下看为S型结构，且所述S型结构的竖向消浪板的外端长于内端。
3.如权利要求2所述的发电消浪一体装置，其特征在于，所述竖向消浪板的消浪孔的面积占所述竖向消浪板表面积的10%。
4.如权利要求1至3任一权利要求所述的发电消浪一体装置，其特征在于，在最低水位时，所述竖向消浪板的底部比最低水位至少低2h/3，所述竖向消浪板的高度为2h，其中h为平均浪闻。
5.如权利要求4所述的发电消浪一体装置，其特征在于，所述竖向消浪板的侧面设置有竖向基脚板，所述竖向消浪板的底面设置有水平基脚板，所述竖向基脚板和所述水平基脚板分别通过紧固件固定在所述内筒外壁上和浮箱顶面上。
6.如权利要求5所述的发电消浪一体装置，其特征在于，所述水平基脚板上间隔设置有若干与所述竖向消浪板下部连接的加强板。
7.如权利要求1所述的发电消浪一体装置，其特征在于，所述限位边为燕尾榫，所述限位槽为燕尾槽。
8.如权利要求1所述的发电消浪一体装置，其特征在于，所述轴孔的上表面外周缘设置有上翻边，所述上翻边内壁周向设置有若干滚珠槽，且所述滚珠槽内配置有若干滚珠。
9.如权利要求1所述的发电消浪一体装置，其特征在于，所述固定悬挂罩的顶面上开设有人孔。
【文档编号】E02B3/04GK204113520SQ201420416176
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】唐金忠, 李国林 申请人:上海市水利工程设计研究院有限公司