漂浮式波浪能利用防波堤

摘要

本发明提供了一种可在任意水域提供任意范围的消浪防波功能的漂浮式波浪能利用防波堤。本发明利用高效漂浮式波浪能吸收装置为单元，组建防波堤，使波浪经过该新型防波堤后，波高有大幅降低，从而为处于装置后方水域的船只或其它物体提供避浪防波功能。数个上述装置形成的阵列可在任意水域根据需要快捷地组建成任意范围的防波堤；并且在消波的同时，将吸收到的波浪能转换为其它形式的能量。本发明防波堤易建造、易施工，可以在陆地上批量建造，运至目的海域，批量投放，建造过程不受海况、海洋地质、潮位影响，建造周期可预可控，应用前景广阔。亦可采用本发明的漂浮式波浪能防波堤，取代海上的临时围堰。

说明书

技术领域

本发明属于海洋工程技术领域，尤其涉及一种漂浮式波浪能利用防波堤。

技术背景

防波堤是建在港口水域或其某部分外围，阻挡波浪直接侵入港内，使港内水面相对平静、船舶能安全靠泊和装卸的建筑物。防波堤的结构一般可分为重型和轻型两类：前者是传统和常用的防波堤型式，包括斜坡堤、直墙堤和混成堤等，该类防波堤技术必须从海底建造上来，仅适合于水深小于10m、浪小的区域，否则造价很高；而且会导致大量土石方进入大海，造成不良环境影响的问题。同时，现有防波堤技术存在深水建造难的问题。在大海中建造海洋工程结构(如桥墩等)时，常需要建造临时围堰。所有建造围堰的材料均为一次性使用，不但造成环境破坏，也加大了工程费用。

轻型防波堤是根据波能集中于表层的特点，结合工程的特殊需要而研究出来的防波堤，如透空堤、浮堤、喷气堤和射水堤等。上述所有轻型防波堤都适用于短波条件，但是没有根据波浪特性设计，结构笨重，锚系受力过大，消波效果差，易于损坏、维护要求高等弱点。

发明内容

本发明的目的是提供一种可在任意水域提供任意范围的消浪防波功能的漂浮式波浪能利用防波堤，本发明根据波浪特性设计，不但可以大幅消波，而且可以将波浪能转换为防波堤内设备或船只需要的其他形式能量，如液压能、电能、机械能等。

为达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明利用高效漂浮式波浪能吸收装置为单元，组建防波堤，使波浪经过该新型防波堤后，波高有大幅降低，从而为处于该防波堤后方水域的船只或其它物体提供避浪条件。漂浮式鸭式装置是消波性能最好的波浪能装置。一个设计良好的漂浮式鸭式装置背后基本没有波浪。采用漂浮式鸭式装置作为单元，形成阵列，可在任意水域根据需要快捷地组建成任意范围的防波堤；并且在消波的同时，将吸收到的波浪能转换为其它形式的能量，为防波堤内船舶或其它设备提供电力或其它形式的能量。

本发明利用高效漂浮式波浪能吸收装置为单元，并通过单元的排列，组建防波堤；所述单元以鸭式装置主体为往复旋转运动部分，俘获波浪能；该主体横截面形状类似鸭蛋，迎波宽度根据消波的需要设计；主体尾部为圆筒状结构，直径根据消波的波长设计；尾部水线上有一个凸起半圆浮筒，在主体转角过大时，该浮筒入水，产生浮力，帮助主体回复原位；尾部圆筒状结构内穿有主轴；所述主轴连接水下附体，水下附体可限制主轴运动，使鸭式装置主体和主轴可相对转动；主体头部露出水面，形状不限；所述每个单元上还具有能量转换机构，可以将波浪能转换成机械能、液压能或电能；单元上有锚链与其他单元连接，形成由两排或多列或交错分布的单元所构成的漂浮式防波堤；所述防波堤具有蓄能型锚泊系统，锚定于海底，其张力使单元之间保持距离，避免发生碰撞，并使防波堤在大浪过后回复原位。

所述单元的水下附体主要由水平板、竖直板和固定架组成，水平板处于水下附体的底部，竖直板直立固定在水平板中线上，水平板、竖直板两侧的固定架分别与主轴端部两侧固定连接为一体。

所述蓄能型锚泊系统由浮子、沉箱、锚链和锚组成；所述浮子保持锚链张力，降低锚链的冲击应力；所述沉箱在底部有水孔，顶部有气管和气阀；沉箱下沉之前可以浮在水面，便于拖拽，需要下沉时打开气阀，海水从底部水孔进入沉箱；需要拆除或移动时，通过气管向沉箱打气，将海水从沉箱内排除，使沉箱上浮。

作为防波堤单元的鸭式波浪能装置在吸收波浪、将其转换成所需要的能量形式时，起到消波作用。

本发明漂浮式波浪能防波堤除蓄能型锚泊系统外再无任何其它限制防波堤主体自由度的机构，防波堤主体为全漂浮存在。本发明的漂浮式波浪能防波堤的防波原理是这样的：波浪行进至防波堤时，每个单元中的鸭式装置主体受波浪推动，绕主轴旋转，并驱动能量转换机构做功，将波浪能转换为其它形式的能量。波浪能被吸收并转换后，波浪的动能和势能均大幅降低，其运动幅度也将明显减小，与装置前行进波的较大波幅相比，装置背后水域较为平静，起到消波功能。如果单元主体的宽度足够大，其后遮蔽的水域内的波浪会大幅减小。将众多的上述单元形成阵列，即可组成较大范围的防波堤，满足提供更大面积水域消波防浪的需要，如图2所示。

本发明防波堤易建造、易施工。单元可以在陆地上批量建造，在港口等避浪区域连成漂浮式防波堤；与蓄能型锚泊系统中的沉箱一起，用拖船拖拽(见图3)，运至目的海域投放。投放时首先抛左右锚，然后依次下沉内沉箱、外沉箱，最后抛前后锚(见图4)。建造过程简单，受海况、海洋地质、潮位影响小，建造周期可预可控。本发明防波堤为环保型防波堤，本发明防波堤的建造和运行不需要破坏海上山体，不需要炸石填海，不需要从海底向上建造连续封闭的结构物，因此其不会对海洋环境和海洋生物造成破坏。本发明防波堤单体可维护、可拆卸、可重复利用，如果采用本发明建造的某一防波堤完成使命，不再需要时，该防波堤的单体可以运至其它需要的地方使用，或者上岸保养，为下次使用作准备。

本发明漂浮式波浪能防波堤应用前景广阔，可在任意水域提供任意范围的消浪防波功能，如图5，弥补了现有防波堤技术在深水建造难的问题。亦可采用本发明的漂浮式波浪能防波堤，取代海上的临时围堰。

与常规防波堤技术比，本发明防波堤吸收转换波浪能，消波能力强。本发明防波堤在建造工程的可控性和建造速度上也具有优势，建造难度的降低和建造周期的缩短使工程费用大幅减小，可节约大量建设资金，且投放后还有长期、可观的发电的回报，具有良好的经济性。本发明还可以用于将养殖区域扩大到波浪较大的区域，采用漂浮式鸭式装置形成的消波带(如图6所示)，在陆地14和海洋15之间利用本发明防波堤17隔离出养殖区放置网箱16，可有效地减小养殖区波浪；利用波浪发电，为网箱提供电力；多余的电力用于泵深海海水，提高网箱水质抗浪能力差，解决养殖网箱只能集中于港湾内而造成的养殖空间狭小、水质差、鱼病频发的问题。

综上所述，本发明防波堤是一具有广阔应用前景和潜力的新型防波堤技术，有可能会被广泛使用并创造巨大的经济和社会价值。

附图说明

图1是本发明单体装置结构示意图；

图2是本发明由单体装置串联围成的双层防波堤示意图；

图3是双层防波堤海上拖运示意图；

图4是双层防波堤海洋布放示意图，其中(a)为俯视图，(b)为A向视图，(c)为B项视图；

图5是消波围堰辅助海上施工技术示意图；

图6是由波浪能发电装置形成的消波带形成网箱养殖区示意图。

附图标记说明：鸭式装置主体1，主体尾部2，主体头部3，主轴4，水下附体5，水平板6，竖直板7，三角型固定架8，锚泊系统9，浮子10，浮子11，沉箱12，锚链13，陆地14；，海洋15，网箱16，防波堤17。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步详细说明。

本发明的漂浮式波浪能防波堤由多个单元组成，所述单元结构由五部分组成：如图1所示，第一部分为鸭式装置主体1，为单元中的旋转运动部分，横截面形状类似鸭蛋，迎波宽度可根据消波的需要设计；主体尾部2为圆筒状结构，直径根据消波的波长设计，水线上有一个凸起半圆浮筒；主体头部3露出水面，形状不限。第二部分为主轴4，主轴4穿入主体尾部2的圆筒状结构内，鸭式装置主体1和主轴4可相对转动。第三部分为水下附体5，水下附体5主要由水平板6，竖直板7和三角型固定架8组成，水平板6处于底部，竖直板7直立固定在水平板6中线上，水平板6通过固定其两侧的三角形固定架8分别与主轴4端部两侧固定连接为一体。第四部分为锚泊系统9，蓄能型锚泊系统由水线之下的浮子10、水线之上的浮子11与沉箱12、锚链13和锚组成；所述浮子组合保持锚链13张力，降低锚链13的冲击应力；所述沉箱12在底部有水孔，顶部有气管和气阀，沉箱12下沉之前可以浮在水面，便于拖拽，需要下沉时打开气阀，海水从底部水孔进入沉箱12；需要拆除或移动时，通过气管向沉箱12打气，将海水从沉箱12内排除，使沉箱12上浮。第五部分为安装在单元上的能量转换机构，能量转换可以选用现有技术的机械、液压、直线电机等多种形式，可根据具体需要而定。

为使本防波堤单元具有更好消波性能，对其五个部分进行了优化设计。本发明防波堤单元有以下特点：1、鸭式装置主体1经过特殊设计，其截面尾部为圆筒状，头部微露出水面，在尾部正浮水线上有一个凸起半圆浮筒，当主体绕轴旋转时，圆形的尾部不会向后拍击造波、将单元俘获的能量传递到后方；单元主体背上凸起的半圆浮筒在单元主体向后旋转到一定角度时入水，提供与主体旋转方向相反的回复力矩，防止主体旋转过大以至无法回复到正常工作状态。2、主轴受力大且常有冲击载荷。为保证主轴能承受大浪冲击，避免主轴与主体之间因变形而卡死，造成巨大应力，主轴与主体之间用滚轮实现相互的转动运动，降低了加工精度要求，提高了装置的容错能力和抗冲击能力。3、水下附体提高了单元吸收波浪能的效率。水下附体中的水平板起阻止单元升沉运动，竖直板阻止单元水平运动，防止单元运动向外辐射能量，提高了单元的消波能力。4、单元采用具有蓄能型锚泊系统，该锚泊系统可增大水平方向约束力，增大缓冲距离，增大了锚泊系统拉直前所需要的能量，因而减小了锚泊力；单元前端和后端的点系泊形式和足够长的锚绳可满足装置在波浪方向变化时自动对浪。5、可根据实际需要设计能量转换机构，将波浪能转换成电力或其他所需的能量转换形式。