CN109209803B - 一种利用船舶振荡能的发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种利用船舶振荡能的发电装置，包括发电机、电机固定壳、滑轨、齿条、小齿轮、电机支撑架、外机架、滑块、振荡框架、弹簧、配重块、机座，当船舶在风浪中航行时，该装置将船舶巨大的上下振荡能量转化为齿条的往复运动，进而齿条带动发电机的齿轮进行发电，同时该装置可通过调节配重块的质量来增加船舶振荡的能量，进而增加装置的发电量，所以该装置具有发电量大、结构简单、造价低廉、占地面积小的优点，实现了船舶航行时的持续性供电，并且由于船舶上的空间较大，船舶上可安放多套装置，节约了船舶的运营成本，具有显著的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于船舶技术领域，涉及一种利用船舶振荡能的发电装置。
背景技术
船舶运输行业是石油消费的重点行业之一，也是温室效应气体(GHG)和大气污染排放的重要来源之一，目前由于化石燃料的逐渐减少以及环境问题的日益严重，寻找新能源来节省船舶燃油是缓解能源环境压力的必然趋势之一。
目前可再生能源的利用率仅占世界能源利用的3%，远远低于人类对传统能源的利用率，这其中就属海洋能的利用率最低。海洋中蕴藏着很多种可再生的能源，主要有波浪能、潮汐能、温差能以及盐差能等，其中又以波浪能为最主要形式。
船舶在航行中由于受海浪和大风的影响产生船舶运动，船舶在波浪中有六个自由度的运动（纵摇、横摇、艏摇、纵荡、横荡和垂荡），其中垂荡运动使船舶产生周期性的上下振荡的刚体运动，其运动幅度最为显著，尤其船首的振荡更为剧烈，振荡的能量巨大，有很大可开发和利用空间。
专利号为CN106762367A的中国专利中公开的一种船舶波浪能发电装置，包括基座、液压缸、液压马达和发电机，其主要的工作原理是当船舶靠岸时，将基座铰接在岸边，把连接板与船舶相连接，波浪带动船舶摆动，进而带动活塞杆伸缩，活塞杆伸缩带动液压油来回流动，进而带动液压马达正反转，进而液压马达的输出轴带动发电机的输入轴转动发电，实现将波浪能转化为电能。该装置虽然结构简单，有一定优势，但是大多只有在船舶靠岸或锚泊时才能启动，无法实现在船舶航行中的持续性发电，并且将装置放置在岸边会有被海水腐蚀的风险。
专利号为CN108131236A的中国专利中公开的一种浮动式波浪发电装置，包括主浮台、副浮台、发电设备、摇臂、齿条、密封圈、连杆、弹簧复位装置、配重体、连接活动关节、上浮下沉控制系统等，可组成一个主浮台十字对称配置四个副浮台组成的多个功能单元结构，工作原理为受风浪的影响，导致主副平台间位置的变化，然后在各种连接关节的调节转换下带动主浮台内的齿条向上运动，齿条穿过密封圈将动能传导给主浮台内部的发电机，发电机工作发电。该装置虽然可做到利用波浪能发电，但是结构过于复杂，同时连接关节抗风浪冲击能力不足，容易断裂，并且无法在船舶航行时发电。
专利号为CN206738050U的中国专利中公开的船舶波浪运动动能发电装置，包括独立式货舱体、气泵、气动涡轮装置、发电机、货舱安置槽、滑轨、滑轮、蓄电池以及弹簧，其主要的工作原理是当船舶在波浪中运动时，独立货舱体通过滑轨和滑轮在货舱安置槽内上下滑动，压动气泵产生气体，然后气体进入气动涡轮装置中，推动涡轮转动，进而带动发电机转动发电。虽然该装置可做到在船舶航行中发电，但是该装置还是存在一定的问题：用气泵产生的气体推动涡轮进而带动发电机发电的过程中振动能经过多次转换，损耗严重，使得该装置发电效率低下，发电量少，进而给船舶带来的经济效益极少。
发明内容
本发明的目的是针对上述背景以及存在的问题，提供一种利用船舶振荡能进行发电的装置，当船舶在风浪中航行时，该装置将船舶巨大的上下振荡能量转化为齿条的往复运动，进而齿条带动发电机的齿轮进行发电。该装置主要针对远洋船舶，可放置在船首的舱室内，不会受海水的腐蚀，且实现了船舶航行时持续性向船舶电网供电，进而降低船舶能耗，具有显著的经济效益，同时该装置可通过调节配重块的质量来增加船舶振荡的能量，进而增加装置的发电量，具有发电量大、结构简单、制造成本低的优点，并且由于船舶的空间较大，船舶上可安放多套设备。
本发明的技术方案：
一种利用船舶振荡能的发电装置，包括发电机（1）、电机固定壳（2）、第一滑轨（3）、齿条（4）、小齿轮（5）、电机支撑架（6）、外机架（7）、第一滑块（8）、第一弹簧（9）、振荡框架（10）、第二弹簧（11）、第二滑轨（12）、第二滑块（13）、第三滑轨（14）、第三滑块（15）、配重块（16）、机座（17），其中所述发电机（1）通过固定壳（2）固定在电机支撑架（6）上，所述电机支撑架（6）固定在外机架（7）上。
所述齿条（4）固定在第一滑块（8）上，同时齿条（4）下端与振荡框架（10）上端的中部相连接，所述第一滑块（8）与第一滑轨（3）相连接，所述第一滑轨（3）与外机架（7）连接。
所述弹簧（9、11）上端分别与外机架（7）左右的两侧下端横梁相连，下端分别与振荡框架（10）左右两侧的上端横梁相连。
所述配重块（16）固定在振荡框架（10）的下端，所述振荡框架（10）左右两侧分别固定在滑块（13、15）上，而所述滑块（13、15）分别与滑轨（12、14）相连。
所述配重块（16）通过调整自身重量来调节滑块（8、13、15）在滑轨（3、12、14）上的位置。
所述滑块（8、13、15）分别位于滑轨（3、12、14）的中部，所述滑块（13、15）分别连接在振荡框架（10）左右两侧的中部，所述滑轨（3、12、14）相互平行。
所述小齿轮（5）与发电机（1）相匹配，并通过联轴器相连接，当齿条（4）上下往复运动，带动发电机（1）发电。
所述弹簧（9、11）之间相互平行，弹簧（9、11）通过产生与配重块（16）和振荡框架（10）运动方向相反的力，使得装置在运动时更平稳，同时避免振荡速度过快时，振荡框架（10）撞击外机架（7）。
船体在波浪中运动时，所述振荡框架（10）与配重块（16）通过滑块（13、15）和滑轨（12、14）上下振荡。
所述装置可放置在船首的储藏室内。
与现有技术相比，本发明具有以下优点:
1、本发明利用船舶在风浪中行驶所产生的振荡能作为该装置的驱动动力，该振动能能量巨大，通过装置所产生的电量多，并且该装置部件较少，结构简单，船舶上可安放多套设备；
2、本发明具有生产成本低、易于量化生产、发电连续等优点；
3、本发明不仅限于船上使用，还可放置在浮筒内，为浮筒设备（灯塔）提供电力的目的。
附图说明
图1是本发明装置的正三轴视图。
图2为本发明装置处于中位状态下主视图。
图3为本发明装置处于超重状态下主视图。
图4为本发明装置处于失重状态下主视图。
图5为本发明装置振荡框架的主视图。
图6为船首储藏室的示意图。
图7为浮筒的示意图。
附图中：1、发电机 2、电机固定壳 3、第一滑轨 4、齿条 5、小齿轮
6、电机支撑架 7、外机架 8、第一滑块 9、第一弹簧 10、振荡框架
11、第二弹簧 12、第二滑轨 13、第二滑块 14、第三滑轨 15、第三滑块
16、配重块 17、机座 18、船首储藏室 19、浮筒 20、航标灯 21、锚链。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好地理解本发明。
如图1所示，一种利用船舶振荡能的发电装置，包括发电机（1）、电机固定壳（2）、第一滑轨（3）、齿条（4）、小齿轮（5）、电机支撑架（6）、外机架（7）、第一滑块（8）、第一弹簧（9）、振荡框架（10）、第二弹簧（11）、第二滑轨（12）、第二滑块（13）、第三滑轨（14）、第三滑块（15）、配重块（16）、机座（17），其中所述发电机（1）通过固定壳（2）固定在电机支撑架（6）上，所述电机支撑架（6）固定在外机架（7）上。
所述齿条（4）固定在第一滑块（8）上，同时齿条（4）下端与振荡框架（10）上端的中部相连接，所述第一滑块（8）与第一滑轨（3）相连接，所述第一滑轨（3）与外机架（7）连接。
所述弹簧（9、11）上端分别外机架（7）左右的两侧下端横梁相连，下端分别与振荡框架（10）左右两侧的上端横梁相连，弹簧（9、11）之间相互平行。
所述配重块（16）固定在振荡框架（10）的下端，所述振荡框架（10）左右两侧分别固定在滑块（13、15）上，而所述滑块（13、15）分别与滑轨（12、14）相连，所述滑轨（8、12、14）之间相互平行。
本发明的工作原理如下：当船舶航行时，船舶受大海风浪的影响会上下振荡，进而船舶中物体出现超重和失重的现象，同时由于船舶排水量大，受风浪所引起的上下振荡能量巨大，尤其船首处的振荡能量最大。
如图2，在海上会有极少数的天气风平浪静，此时船舶平稳航行，配重块（16）与振荡框架（10）处于中位状态，弹簧（9、11）对配重块（16）与振荡框架（10）的拉力等于配重块（16）与振荡框架（10）的重力，配重块（16）与振荡框架（10）不振荡。
如图3，当船舶向上振荡时，装置中的配重块（16）与振荡框架（10）处于超重状态，对弹簧（9、11）产生拉力，将弹簧（9、11）拉伸，配重块（16）与振荡框架（10）通过滑块（13、15）沿着滑轨（12、14）向下运动。
如图4，当船舶向下振荡时，配重块（16）与振荡框架（10）处于失重状态，对弹簧（9、11）产生压力，将弹簧（9、11）挤压，配重块（16）与振荡框架（10）通过滑块（13、15）沿着滑轨（12、14）向上运动。
配重块（16）与振荡框架（10）的上下振荡带动齿条（4）上下往复运动，进而齿条（4）带动小齿轮（5）旋转，进而小齿轮（5）通过联轴器带动发电机（1）进行发电。
配重块（16）通过增大振荡框架（10）的重量来增加振荡框架（10）的振动能量，进而增加发电机（1）的发电量，配重块（16）可做成几十千克，进而使弹簧（9、11）产生更大的拉力带动发电机（1）发电，配重块（16）的质量越大，发电机（1）回收能量就越多，进而发电机（1）的发电量也就越大，同时配重块（16）越重，弹簧所需数量越多，刚性也就越大，此外，还可通过增减配重块（16）的质量进而调整滑块（13、15）的位置，在配重块（16）与振荡框架（10）不振荡时处于滑轨（12、14）中部。
弹簧（9、11）通过产生与配重块（16）和振荡框架（10）运动方向相反的力，使得装置在运动时更平稳，同时避免振荡速度过快时，振荡框架（10）撞击外机架（7）。
本装置主要针对远洋船舶，最好是应用在渔船、中小型远洋船舶，原因是该类型远洋船舶船首到船尾的距离短，在大风浪天气的影响下船舶上下振荡的振幅大、频率高，发电效果更突出。
如图6，本装置可放置在船首储藏室（18）内，原因是在船舶振荡时，船首处振幅最大，振荡的能量最多，进而此处装置的发电量最大。
如图7，本装置还可放置在浮筒（19）中的密闭处所内，受风浪的影响，浮筒（19）上下振荡，进而带动装置发电，产生的电能可储存在蓄电池中，也可直接向航标灯（20）供电。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种利用船舶振荡能的发电装置，包括发电机(1)、电机固定壳(2)、第一滑轨(3)、齿条(4)、小齿轮(5)、电机支撑架(6)、外机架(7)、第一滑块(8)、第一弹簧(9)、振荡框架(10)、第二弹簧(11)、第二滑轨(12)、第二滑块(13)、第三滑轨(14)、第三滑块(15)、配重块(16)、机座(17)，其中所述发电机(1)通过固定壳(2)固定在电机支撑架(6)上，所述电机支撑架(6)固定在外机架(7)上，
所述齿条(4)固定在第一滑块(8)上，同时齿条(4)下端与振荡框架(10)上端的中部相连接，所述第一滑块(8)与第一滑轨(3)相连接，所述第一滑轨(3)与外机架(7)连接，
所述第一弹簧(9)和第二弹簧(11)上端分别外机架(7)左右的两侧下端横梁相连，下端分别与振荡框架(10)左右两侧的上端横梁相连，
所述配重块(16)固定在振荡框架(10)的下端，所述振荡框架(10)左右两侧分别固定在第二滑块(13)和第三滑块(15)上，而所述第二滑块(13)和第三滑块(15)分别与第二滑轨(12)和第三滑轨(14)相连。
2.根据权利要求1所述的一种利用船舶振荡能的发电装置，其特征在于，所述配重块(16)通过调整自身重量来调节第一滑块(8)、第二滑块(13)和第三滑块(15)分别在第一滑轨(3)、第二滑轨(12)和第三滑轨(14)上的位置。
3.根据权利要求1所述的一种利用船舶振荡能的发电装置，其特征在于，所述第一滑块(8)、第二滑块(13)和第三滑块(15)在船舶无振荡时分别位于第一滑轨(3)、第二滑轨(12)和第三滑轨(14)的中部，所述第二滑块(13)和第三滑块(15)分别连接在振荡框架(10)左右两侧的中部，所述第一滑轨(3)、第二滑轨(12)和第三滑轨(14)相互平行。
4.根据权利要求1所述的一种利用船舶振荡能的发电装置，其特征在于，所述第一弹簧(9)和第二弹簧(11)之间相互平行，第一弹簧(9)和第二弹簧(11)通过产生与配重块(16)和振荡框架(10)运动方向相反的力，使得装置在运动时更平稳，同时避免振荡速度过快时，振荡框架(10)撞击外机架(7)。
5.根据权利要求1所述的一种利用船舶振荡能的发电装置，其特征在于，船体在波浪中运动时，所述振荡框架(10)与配重块(16)通过第二滑块(13)、第三滑块(15)、第二滑轨(12)和第三滑轨(14)上下振荡。
6.根据权利要求1所述的一种利用船舶振荡能的发电装置，其特征在于，所述装置放置在船首的储藏室内。
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