CN107542620B - 船艏砰击发电减振模块化结构装置 - Google Patents

船艏砰击发电减振模块化结构装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种船艏砰击发电减振模块化结构装置，包括多个通过橡胶连接层连接在主船体上且相互连接的首部模块化发电装置，多个首部模块化发电装置覆盖在主船体首部水线以上容易发生砰击的部位；首部模块化发电装置包括密封的钢板外壳，钢板外壳的顶部通过橡胶连接层与主船体连接，钢板外壳的底部承受砰击作用力；钢板外壳的内部设置有多个通过弹簧相互连接的压电材料层，位于最上方及最下方的弹簧分别与钢板外壳的顶部及底部抵触，在砰击作用力下钢板外壳的底部将作用力传递给弹簧，使得压电材料层在外力的作用下发生形变并将产生电能。本发明在保护船体的基础上将巨大的砰击能量转化为电能，再通过整流、收集，最后输出可以直接利用的电能。

Description

船艏砰击发电减振模块化结构装置
技术领域
本发明涉及波浪能发电技术领域，更具体地说，涉及一种船艏砰击发电减振模块化结构装置。
背景技术
砰击是指在剧烈的海况下，船舶会产生严重的纵摇和垂荡，船体和风浪之间产生猛烈的局部冲击现象称为砰击。砰击多发生在船艏部。在剧烈的海况下，诸如集装箱船此类首部外飘较大的船舶，船体首部会受到巨大的砰击载荷，当船体受到的砰击载荷超过结构所能承受的最大载荷，船舶首部结构将会发生崩溃，并最终导致严重的海损事故。针对此类情况，船舶在剧烈海况下通常采用主动失速的方式来降低砰击对船舶结构的损坏，这也就导致了船舶的航速无法提升的结果。同样对于一些高速船舶，在高速航行时船体首部也会受到砰击载荷的作用，砰击剧烈时也主要通过主动失速的方式来降低砰击对船体的损害。因此研究在船体受到砰击时如何保护船体对船舶的提速是非常有必要的，同时如何利用巨大的砰击能量也是非常有意义的。本发明是一种安装于船艏的利用船体砰击发电的装置，此装置的设计是在保护船体的基础上，吸收巨大的砰击能量并将其转化为电能，以供船舶设备用电，对改善船舶航行经济是非常有益的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种船艏砰击发电减振模块化结构装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种船艏砰击发电减振模块化结构装置，包括多个通过橡胶连接层连接在主船体上且相互连接的首部模块化发电装置，多个所述首部模块化发电装置覆盖在主船体首部水线以上容易发生砰击的部位；所述首部模块化发电装置包括密封的钢板外壳，所述钢板外壳的顶部通过橡胶连接层与主船体连接，所述钢板外壳的底部承受砰击作用力；所述钢板外壳的内部设置有多个通过弹簧相互连接的压电材料层，位于最上方及最下方的弹簧分别与钢板外壳的顶部及底部抵触，在砰击作用力下所述钢板外壳的底部将作用力传递给弹簧，弹簧发生形变，使得压电材料层在外力的作用下发生形变并将产生电能。
在上述方案中，所述压电材料层由多个压电陶瓷片堆叠而成。
在上述方案中，连接所述压电材料层中间部位的弹簧为小刚度弹簧，连接所述压电材料层两端部位的弹簧为大刚度弹簧。
在上述方案中，所述小刚度弹簧、大刚度弹簧与压电材料层之间采用基座进行连接。
在上述方案中，所述首部模块化发电装置两侧设计有轴槽，相邻两个所述首部模块化发电装置的轴槽中分别安装中部轴套和两侧轴套，利用连接轴杆穿过中部轴套和两侧轴套将相邻两个所述首部模块化发电装置连接在一起。
实施本发明船艏砰击发电减振模块化结构装置，具有以下有益效果：
本发明在保护船体的基础上将巨大的砰击能量转化为电能，再通过整流、收集，最后输出可以直接利用的电能。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明与船体的连接主视图；
图2是本发明与船体的连接侧视图；
图3是本发明船艏砰击发电减振模块化结构装置的整体结构示意图；
图4是本发明中压电材料层的结构示意图；
图5是本发明轴连接的侧视图；
图6是本发明轴连接的右侧整体视图；
图7是本发明轴连接的左侧整体视图；
图8是本发明与船体的连接结构示意图（自首部向尾部观测）；
图9是本发明与船体的连接结构示意图（自尾部向首部观测）。
图中：橡胶连接层1，主船体2，钢板外壳3，压电材料层4，压电陶瓷片4.1，小刚度弹簧5.1，大刚度弹簧5.2，轴槽6，中部轴套7.1，两侧轴套7.2，连接轴杆8，首部模块化发电装置9，基座10。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1～9所示，本发明一种首砰击发电减振模块化结构装置，包括多个通过橡胶连接层1连接在主船体2上且相互连接的首部模块化发电装置9。多个首部模块化发电装置9覆盖在主船体2首部水线以上容易发生砰击的部位，在保护船艏结构安全的基础上，将巨大的砰击能量转化为可以船用的电能。橡胶连接层1本身具有很好地缓冲性能，可以吸收在砰击时通过首部模块化发电装置9传递到主船体2上的有害能量。
首部模块化发电装置9包括密封的钢板外壳3，钢板外壳3的顶部通过橡胶连接层1与主船体2连接，钢板外壳3的底部承受砰击作用力。钢板外壳3的内部设置有多个通过弹簧相互连接的压电材料层4。压电材料层4由多个压电陶瓷片4.1堆叠而成。位于最上方及最下方的弹簧分别与钢板外壳3的顶部及底部抵触，在砰击作用力下钢板外壳3的底部将作用力传递给弹簧，弹簧发生形变，使得压电陶瓷片4.1在外力的作用下发生形变，产生电能并收集、储存，最终将有害的砰击能量转化为可以船舶使用的电能。为提高能量转化效率，将连接压电材料层4中间部位的弹簧选用小刚度弹簧5.1，连接压电材料层4两端部位的弹簧选用大刚度弹簧5.2。在相同的砰击作用力下，大刚度弹簧5.2的形变量小于小刚度弹簧5.1的形变量，所以会使得压电材料层4的中间部位与两端部位的相对形变量增大，所转化得到的电能也会相应增加。小刚度弹簧5.1、大刚度弹簧5.2与压电材料层4之间采用基座10进行连接，因为压电陶瓷片4.1为脆性材料，若弹簧与压电陶瓷片4.1直接相连，弹簧巨大的变形力会导致压电材料层4的脆性断裂，本实施例将弹簧传递的力通过基座10均匀的作用在压电材料层4上，保证了结构的安全性。
为实现首部模块化发电装置9能够很好地配合船体首部的曲面形状，首部模块化发电装置9两侧设计有轴槽6，相邻两个首部模块化发电装置2的轴槽6中分别安装中部轴套7.1和两侧轴套7.2，利用连接轴杆8穿过中部轴套7.1和两侧轴套7.2将相邻两个首部模块化发电装置9连接在一起，这样相邻两个首部模块化发电装置9之间的夹角可以改变。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种船艏砰击发电减振模块化结构装置，包括多个通过橡胶连接层（1）连接在主船体（2）上且相互连接的首部模块化发电装置（9），多个所述首部模块化发电装置（9）覆盖在主船体（2）首部水线以上容易发生砰击的部位，其特征在于，所述首部模块化发电装置（9）包括密封的钢板外壳（3），所述钢板外壳（3）的顶部通过橡胶连接层（1）与主船体（2）连接，所述钢板外壳（3）的底部承受砰击作用力；所述钢板外壳（3）的内部设置有多个通过弹簧相互连接的压电材料层（4），位于最上方及最下方的弹簧分别与钢板外壳（3）的顶部及底部抵触，在砰击作用力下所述钢板外壳（3）的底部将作用力传递给弹簧，弹簧发生形变，使得压电材料层（4）在外力的作用下发生形变并将产生电能；连接所述压电材料层（4）中间部位的弹簧为小刚度弹簧（5.1），连接所述压电材料层（4）两端部位的弹簧为大刚度弹簧（5.2）。
2.根据权利要求1所述的船艏砰击发电减振模块化结构装置，其特征在于，所述压电材料层（4）由多个压电陶瓷片（4.1）堆叠而成。
3.根据权利要求1所述的船艏砰击发电减振模块化结构装置，其特征在于，所述小刚度弹簧（5.1）、大刚度弹簧（5.2）与压电材料层（4）之间采用基座（10）进行连接。
4.根据权利要求1所述的船艏砰击发电减振模块化结构装置，其特征在于，所述首部模块化发电装置（9）两侧设计有轴槽（6），相邻两个所述首部模块化发电装置（9）的轴槽（6）中分别安装中部轴套（7.1）和两侧轴套（7.2），利用连接轴杆（8）穿过中部轴套（7.1）和两侧轴套（7.2）将相邻两个所述首部模块化发电装置（9）连接在一起。
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