一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的方法和装置

本发明属于水利工程以及新能源工程的海洋波浪能开发领域，具体涉及一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的方法和装置。

背景技术：

1、针对海岸和海岛，尤其是部分孤立岛屿面临两大问题，一是海岸线的冲刷，二是海岛能源供给，这两个问题是海岛开发利用和保护的重要问题。

2、在现阶段中，孤立海岛大多数仍然在使用柴油发电机进行发电，此方法发电效率低，成本高，污染大，发电量不能满足海岛居民的用电需求，居民的生活水平并没有得到显著性改善，而海岛周边海洋能源充盈，因地制宜的开发研究海洋能是解决海岛用电问题最行之有效的方案。

3、另一方面，对于人造岛屿以及大量自然岛屿，波浪对于岛屿的冲蚀作用严重影响岛屿的安全问题，因此寻找一个既能减弱海浪对于岛屿的冲刷又能利用海岛清洁能约的方法，对于海岛经济发展和保护具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的方法和装置，将人工岛屿海岸线保护，能量转化与储能相结合，一方面将波浪能转化为电能，另一方面，利用偏心圆柱体装置对沿海岸线海浪进行分解及能量转化，削弱波浪对于海岛的冲刷作用。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的装置，包括输电线缆，在海岸或岛屿周围呈阵列安装的偏心圆柱体发电装置，以及设置在海岸或岛屿上的储能站；偏心圆柱体发电装置在波浪冲击绕流作用下能够将波浪所具有的动能和势能转换为偏心圆柱体的机械能，并通过发电机将机械能转化为电能，电能通过输电线缆输送至储能站。

4、本发明进一步的改进在于，偏心圆柱体发电装置包括偏心圆柱体、传动结构、转轴、发电机、不定向运动转换单向转动机构、输电线缆和支撑结构；支撑结构固定在海床上并连接转轴，转轴垂直贯穿偏心圆柱体内部，发电机与不定向运动转换单向转动机构通过轴承固定在偏心圆柱内部的转轴上，传动机构连接偏心圆柱体内壁和转轴。

5、本发明进一步的改进在于，发电机为永磁电机。

6、本发明进一步的改进在于，发电机包括铁氧体、转子、永磁体、绕组、定子和磁障；转子由环形阵列圆柱形的铁氧体支撑，在每个铁氧体外侧面上通过磁障连接永磁体，绕组按圆形阵列固定在定子内侧，且绕组位于定子与永磁体之间。

7、本发明进一步的改进在于，永磁体采用铷铁硼材料。

8、本发明进一步的改进在于，不定向运动转换单向转动机构用于将偏心圆柱体的不定向摆动或转动转化为发电机的单向转动。

9、本发明进一步的改进在于，不定向运动转换单向转动机构包括锥齿轮、输出齿轮和输入轴；输入轴与转轴连接，输出齿轮位于最上方，并与发电机转子轴连接，输出齿轮下方依次放置两个锥齿轮，并与固定于固定架的锥齿轮啮合，固定架通过两支座与输入轴连接，并与内部支撑结构固定，下方的锥齿轮内部包含一个限位结构，通过限位结构实现转子定向旋转目的，保证发电机稳定输出电流。

10、本发明进一步的改进在于，限位结构包括棘轮齿轮与棘爪，在棘轮齿轮按照预设方向旋转时，棘爪不对其约束，反之则对其约束。

11、本发明进一步的改进在于，偏心圆柱体发电装置采用水润滑轴承，水润滑轴承能够利用轴中心与轴承中心的偏心距，在旋转运动时内部流体形成楔形流体，从而产生动水压力作用，增强水润滑轴承的承载能力。

12、一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的方法，该方法基于所述的一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的装置，包括：

13、偏心圆柱体发电装置在波浪冲击绕流作用下能够将波浪所具有的动能和势能转换为偏心圆柱体的机械能，此时安装在偏心圆柱体轴承上的不定向运动转换单向运动机构将偏心圆柱体的不定向摆动或转动转化为发电机的单向转动；随后通过发电机将机械能转化为电能，并通过输电线缆运送至附近海岛上的储能站存储从而实现利用波浪能转化电能的目的，同时利用偏心圆柱体装置阵列对沿海岸线海浪进行分解及能量转化，削弱波浪对于海岛的冲刷作用从而实现缓解海岸波浪侵蚀的目的。

14、本发明至少具有如下有益的技术效果：

15、相较于现有技术，本发明提供的一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的方法和装置具有的效果是，当波浪接近海岸时，本发明装置的偏心圆柱体装置可以对波浪能进行转换，将波浪能转换为偏心圆柱摆动或转动的机械能，从而对波浪能进行消能，减弱波浪对于海岸或岛屿的冲刷作用。同时，偏心圆柱体带动设置在转轴上的发电机进行切割磁感线的运动，将偏心圆柱体所具有的机械能转换为电能，并通过输电线缆运送至附近海岛上的储能站存储，为海岛居民的用电活动提供电能。其具体可概括为，本装置一方面可以对波浪能进行转换，进一步缓解海岛用电问题，另一方面削弱了波浪对于海岛的冲蚀作用，增强了海岛对于波浪的抵御能力。

16、概括来说，本发明具有如下优点：

17、(1)本发明在海岛周围布置偏心圆柱体装置，可以根据岛屿海岸情况调整偏心圆柱体装置的密集程度和布局，更好的因地制宜的开展海岛防护与能量的开发利用。

18、(2)本发明结构简单，装置部件成本低，无旋转叶片等结构，对海洋生物友好。

19、(3)本发明是一种环境友好型的能量转换装置，不会对安装地区海洋环境造成化学污染，并减少柴油发电机等化石燃料的发电机使用时向大气环境的排放，改善空气质量。

20、(4)本发明对于波浪的消解作用强，大幅转化其能量，减弱其对于海岸或海岛的冲蚀作用，有利于海岛的水土保持工作。

21、(5)本发明充分将能源开发与环境保护相结合，为海岛的用电提供一种较好的解决方案。

22、(6)本发明配置了以铷铁硼为材料的永磁体，铷铁硼磁性能强，稳定性高，耐腐蚀性强，保证发电机可以在海水环境中稳定运行。

23、(7)本发明配置了不定向运动转换单向旋转机构，使偏心圆柱体的不定向摆动或转动转变为发电机转子的单向旋转做功发电，保证了发电稳定性以及减少了因转子的不做功旋转产生的元器件损耗从而增加装置的使用寿命。

24、(8)本发明配置了水润滑轴承，减少了发电装置在水下双向摆动或转动时的摩擦与轴承的磨损，增加装置的使用寿命。

25、综上所述，本发明能够在波浪临近时，将波浪能转换为电能，为海岛的发展提供能源支持，同时又具有波浪的消能作用，减少了波浪对于海岸或海岛的冲蚀作用，减缓海岛水土流失速度。

技术特征：

1.一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的装置，其特征在于，包括输电线缆(10)，在海岸或岛屿周围呈阵列安装的偏心圆柱体发电装置(8)，以及设置在海岸或岛屿上的储能站(11)；偏心圆柱体发电装置(8)在波浪冲击绕流作用下能够将波浪所具有的动能和势能转换为偏心圆柱体的机械能，并通过发电机将机械能转化为电能，电能通过输电线缆(10)输送至储能站(11)。

2.根据权利要求1所述的一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的装置，其特征在于，偏心圆柱体发电装置(8)包括偏心圆柱体(1)、传动结构(2)、转轴(3)、发电机(4)、不定向运动转换单向转动机构(5)、输电线缆(10)和支撑结构(7)；

3.根据权利要求2所述的一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的装置，其特征在于，发电机(4)为永磁电机。

4.根据权利要求3所述的一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的装置，其特征在于，发电机(4)包括铁氧体(14)、转子(15)、永磁体(16)、绕组(17)、定子(18)和磁障(19)；

5.根据权利要求4所述的一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的装置，其特征在于，永磁体(16)采用铷铁硼材料。

6.根据权利要求4所述的一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的装置，其特征在于，不定向运动转换单向转动机构(5)用于将偏心圆柱体(1)的不定向摆动或转动转化为发电机(4)的单向转动。

7.根据权利要求6所述的一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的装置，其特征在于，不定向运动转换单向转动机构(5)包括锥齿轮(21)、输出齿轮(22)和输入轴(25)；

8.根据权利要求7所述的一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的装置，其特征在于，限位结构包括棘轮齿轮(23)与棘爪(24)，在棘轮齿轮(23)按照预设方向旋转时，棘爪(24)不对其约束，反之则对其约束。

9.根据权利要求2所述的一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的装置，其特征在于，偏心圆柱体发电装置(8)采用水润滑轴承，水润滑轴承能够利用轴中心(27)与轴承中心(26)的偏心距(28)，在旋转运动时内部流体形成楔形流体，从而产生动水压力作用，增强水润滑轴承的承载能力。

10.一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至9中任一项所述的一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的装置，包括：

技术总结本发明公开了一种缓解海岸波浪侵蚀及波浪能利用的方法和装置，该装置包括输电线缆，在海岸或岛屿周围呈阵列安装的偏心圆柱体发电装置，以及设置在海岸或岛屿上的储能站；偏心圆柱体发电装置在波浪冲击绕流作用下能够将波浪所具有的动能和势能转换为偏心圆柱体的机械能，并通过发电机将机械能转化为电能，电能通过输电线缆输送至储能站；该方法偏心圆柱体发电装置在波浪冲击绕流作用下能够将波浪所具有的动能和势能转换为偏心圆柱体的机械能，此时安装在偏心圆柱体轴承上的不定向运动转换单向运动机构将偏心圆柱体的不定向摆动或转动转化为发电机的单向转动；随后通过发电机将机械能转化为电能，并通过输电线缆运送至附近海岛上的储能站存储从而实现利用波浪能转化电能的目的，同时利用偏心圆柱体装置阵列对沿海岸线海浪进行分解及能量转化，削弱波浪对于海岛的冲刷作用从而实现缓解海岸波浪侵蚀的目的。技术研发人员：王玉川,陈浩,蒙军同,李晟亘,胡恒阳,吴思琳受保护的技术使用者：西北农林科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18