基于月池效应发电的浮式防波堤的制作方法

本发明涉及防波堤，具体涉及一种基于月池效应发电的浮式防波堤。

背景技术：

浮式防波堤是一种重要的港口水工结构物，主要用于防御外海传来的波浪，维持港口内部水域的平稳，提供安全的船舶进出港域、装卸作业和人员上下环境，并保护港口内其他工程结构物。此外，浮式防波堤还能起到保护海岸线免受侵蚀的作用。

随着海洋工程技术的进步，浮式防波堤的功能和应用领域也得到进一步的发展。浮式防波堤的出现扩大了传统浮式防波堤的应用范围，将浮式防波堤的应用范围从港口扩大到了远海，从浅水区扩大到了深水区。相比于传统浮式防波堤而言，浮式防波堤具有造价低、建造简单、维护方便、环保等优点。

在浮式防波堤的使用与实验中发现，当波浪经过浮式防波堤某一上下贯通的腔体时，波浪会在此处位能突然升高，这一腔体内发生的现象如同钻井平台月池中液面的上下活塞震荡现象，故而将其称为浮式防波堤的“月池效应(moon-pooleffect)”。浮式防波堤中的“月池效应”不需像船舶月池中的液体那般需要减小其震荡，究其原因，一是浮式防波堤作为消波工具，月池效应可以消耗一部分波浪能量，这有利于浮式防波堤的消波性能；二可以通过装置采集这一部分波浪能量，将其转化为电能。

现有的发电装置中浮子在吸收腔体内的波浪能时与浮式防波堤腔体内壁面发生不必要的碰撞，从而破坏原有结构，影响使用寿命，降低发电效率。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种基于月池效应发电的浮式防波堤，解决现有发电装置中浮子在吸收腔体内的波浪能时与浮式防波堤腔体内壁面发生不必要的碰撞，容易破坏原有结构，影响使用寿命，降低发电效率的问题。

技术方案：本发明所述的基于月池效应发电的浮式防波堤，包括浮式防波堤、浮子和发电机，所述浮子上设置有滚轮组，所述防波堤腔体内设置有与滚轮组适配的轨道，所述浮子通过滚轮组装配在所述轨道内，所述浮子连接发电机，所述浮子俘获波浪能将波浪能传送给所述发电机，所述发电机将波浪能转化为电能。

为了保证防波堤结构稳定性，所述浮式防波堤包括两个并排设置的圆筒形主体，所述圆筒形主体之间通过连接件连接。

为了方便浮子与防波堤内腔连接，使浮子在腔体内部沿既有轨道上下运动而不至于发生结构上的碰撞，所述浮子为空心圆柱体浮子，所述空心圆柱体浮子的外壁沿径向设置有对称的钢板，所述钢板上安装滚轮。

加强轨道内部滚轮组整体稳定性，所述钢板上设置有垂直的钢板，所述钢板连接件内安装有滚轮。

为了方便与滚轮组耦合所述圆筒形主体和连接件上均设置有与滚轮组适配的轨道。

所述钢板上下面均设置有防撞垫，所述轨道内与所述钢板对应设置有防撞装置，所述防撞装置由防撞垫和防撞弹簧组成。

所述发电机为压电发电机。

利于快速拆卸安装，所述发电机放置在重物块腔体内，所述电机连接钢棒，所述钢棒伸出重物块后通过连接缆与浮子连接，所述连接缆和钢棒之间设置有卸扣。

有益效果：本发明有效利用浮式防波堤腔体内月池效应进行发电，避免浮子在吸收腔体内的波浪能时与浮式防波堤腔体内壁面发生不必要的碰撞，在浮式防波堤腔体内开设滚轮轨道，在浮子上安装滚轮组，将浮子与浮式防波堤耦合在一起，使浮子相对浮式防波堤仅有垂荡运动，限制其他自由度，大大加大了振荡浮子发电装置的发电效率。

附图说明

图1为本发明纵剖面工作示意图；

图2为浮子俯视图；

图3为浮子正视图；

图4为浮子侧视图

图5为压电发电机外部连接图；

图6为压电发电机内部示意图；

图7为浮式防波堤三维图；

图8为轨道剖面图；

图9为滚轮与轨道配合图a；

图10为滚轮与轨道配合图b；

图11为滚轮正视图；

图12为防撞垫图；

图13为防撞弹簧图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1-2，基于月池效应发电的浮式防波堤，包括浮式防波堤2、浮子1和压电发电机16，浮式防波堤包括若干并排设置的圆筒形主体，浮式防波堤2通过绳索3固定，圆筒形主体之间通过连接件10连接，浮子为空心圆柱体浮子，浮子外壁面加装有对称的两块一号钢板4与对称的两块二号钢板5，一号钢板和二号钢板沿浮子外壁面周向焊接，每隔90度均匀布置一块。一号钢板4边缘设置有两排滚轮6。一号钢板4两侧壁面另加装短板8，与一号钢板垂直布置，加强轨道内部滚轮组整体稳定性。短板中间切剖出空间放置一排滚轮。二号钢板5长度较一号钢板短，同样是中间切剖出空间放置一排滚轮。

如图3-4所示，一号钢板4边缘开孔，板两侧加装数块加强板材用以提高一号钢板结构强度，一号钢板4与二号钢板5高度均为浮子高度的一半，钢板中心与浮子中心对齐。一号钢板4上下各装有一块防撞垫14，与轨道的防撞垫与防撞弹簧配合作用。二号钢板5与短板8上开有孔，滚轮布置于板中间开口处。

如图5所示，压电电机16置于重物块17中，内部伸出一钢棒18与浮子1相连，钢棒18可上下自由滑动且具有水密性，钢棒18与浮子1采用连接缆20连接，连接缆采用张紧式，便于随时将能量进行传递，连接缆端部与钢棒之间利用卸扣19连接。

如图6所示，压电机内部设有两排压电振子21，振子端部设有质量块22，两根支撑杆25穿过中部圆柱滑块23限制滑块仅在杆上滑动，支撑杆25上下设有弹簧26，弹簧26既能防止滑块23撞击压载重物块17，又能在滑块23到达位移极限时施加反作用力将其推离。滑块23上布置了若干划片24，划片24随着滑块的上下滑动刮击压电振子21进行发电。

如图7所示，圆筒形浮式防波堤连接件10向内开有轨道，轨道可与滚轮安装配合。浮式防波堤腔体内部的圆筒表面加装三号钢板，高度为圆筒直径，焊接处形状随圆筒面曲线变化呈半圆形，板边缘设置轨迹线，可与二号钢板上的滚轮配合，提供浮子横向力。

如图8-10所示，轨道12正壁面设有两条轨迹线，与一号钢板边缘两排滚轮配合，侧壁面各设有一道轨迹线，与一号钢板加装的短板上的滚轮配合。纵向滚轮与横向滚轮垂直布置于轨道上，增强了结构的稳定性。轨道上下各布置一块防撞垫与防撞弹簧15，与一号钢板防撞垫14配合使用，三号钢板11壁面设有一道轨迹线，与二号钢板上滚轮配合。

如图11-13所示，滚轮6内圈嵌入滚动轴承13，轴承选用深沟球轴承，防撞垫14材质为橡胶，其上布置有贴合轨道的轨迹线，防撞弹簧15材质为钢。

在使用本发明时，在浮式防波堤腔体内开设滚轮轨道，在浮子上安装滚轮组，将浮子与浮式防波堤耦合在一起，使浮子相对浮式防波堤仅有垂荡运动，限制其他自由度。入射波通过腔体时由于浮式防波堤的激励在腔体内震荡引起浮子上下震动，将波浪能转化为浮子运动的机械能。浮子通过连接缆拉动底部压电电机滑块运动，滑块上划片刮动压电振子震动，压电振子通过压电效应原理将机械能转化为电能。

实验与计算中发现在浮子质量一定，浮子吃水一定时，浮子吸收能量的大小与浮子垂向运动速度与垂向位移的平方成正比，即浮子垂向响应越好，浮子从波浪中吸收的能量越多。本发明使浮子相对浮式防波堤仅有垂荡运动，使浮子能够更有效的吸收入射波浪能，即加大波浪能转化为机械能的效率，从而大大加大振荡浮子发电装置的总体发电效率。