CN109356774B - 远洋鱿钓船波浪能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开远洋鱿钓船波浪能发电装置，远洋鱿钓船波浪能发电装置，浮体，内设有至少两个分隔区域；伸缩杆，呈“┐”结构，水平端与垂直设于船体的固定杆铰接，垂直端连接浮体，水平端与垂直端交接处设有液压固定架，水平端与固定杆连接端上方设有传递部；调节与转换部，用于调节浮体悬浮高度和接收传递部所传送的能量。本发明的装置能满足不同海域波浪环境，移动性强，航行成本低，生态环保，波浪能收集转换率高。
Description
技术领域
本发明属于能源开发与利用技术领域，具体涉及一种远洋鱿钓船波浪能发电装置。
背景技术
目前，研制的新型节能船舶，主要是利用海上风能、太阳能及核能等为船舶供能，尚未有关于波浪能发电技术在船舶上实现商业应用的实例。而波浪能是一种分布广、能流密度大、清洁无污染、周期性变化的可再生能源资源，但由于船舶在运营过程中是一个移动平台，在船舶行驶时利用波浪能发电会对对船舶和发电装置造成负面影响。因此，对于此项研究的试验模拟大多是基于船舶锚泊于某一固定海域展开的，如“中水道1号”航标船、“鹰式一号”“巨鲸号”等。远洋鱿钓船在捕捞作业时，漂浮于海面，其作业时间长，作业海域波浪能资源丰富，仅有辅助生产设备需要供电，十分适合利用波浪能发电装置为船舶供能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种远洋鱿钓船波浪能发电装置，能满足不同海域波浪环境，移动性强，航行成本低，生态环保，波浪能收集转换率高。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：远洋鱿钓船波浪能发电装置，浮体，内设有至少两个分隔区域；
伸缩杆，呈“┐”结构，水平端与垂直设于船体的固定杆铰接，垂直端连接浮体，水平端与垂直端交接处设有液压固定架，水平端与固定杆连接端上方设有传递部；
调节与转换部，用于调节浮体悬浮高度和接收传递部所传送的能量。
本发明的装置实现将能量转换分层三级能量转换：一级为波浪能转换为机械能，二级为机械能转换为水压能，三级为水压能转换为电能，具体的：在波浪作用下，船体和浮体皆产生垂荡运动、纵摇运动和纵荡运动，两者的运动存在相位差，由于伸缩杆与固定杆间的连接为固定铰接，利用船体和浮体间的相对运动使伸缩杆与固定杆间的夹角产生变化，能驱动传递部中的液压水缸产生压缩运动和拉伸运动，采用这种驱动方式用于避免水体在液压水缸内产生紊流保持层流状态来实现减小液压传动过程中的能量损失，最后液压水缸的运动驱动封闭回路中的水体流动水流流经调节与转换部的水轮发电机时即能带动发电机发电。
优选的，伸缩杆水平端与垂直端的折弯处通过第一铰接部连接，水平端与固定杆通过第二铰接部连接，用于实现船体和浮体间的相对运动使伸缩杆与固定杆间的夹角产生变化同时实现伸缩杆的收缩形变将浮体从水中收起。
优选的，传递部与伸缩杆呈倾斜设置，一端连接于伸缩杆，另一端连接于垂直设于船体的固定杆。实现船体和浮体间的相对运动使伸缩杆与固定杆间的夹角产生变化，能驱动传递部中的液压水缸产生压缩运动和拉伸运动，采用这种驱动方式用于避免水体在液压水缸内产生紊流保持层流状态来减小液压传动过程中的能量损失，提高波浪能收集转换率。
优选的，传递部与调节与转换部对应连接，传递部包括液压缸本体，其内设有用水驱动的活塞，活塞连接有端部与伸缩杆连接的立柱，本体内设有与活塞对应配合的悬臂，本体一侧分别设有顶部进水单向阀、底部进水单向阀和液压水缸进水管，另一侧分别对应设有顶部出水单向阀、底部出水单向阀和液压水缸出水管。采用液压海水代替传统液压油，避免了液压油泄露产生的污染问题；重要发电设备如发电机均密封在船体上，避免了与海水直接接触而造成的腐蚀问题和海生物附着问题，可有效延长装置的使用寿命。
优选的，浮体与伸缩杆采用连接部连接，浮体还和调节与转换部对应连接，浮体顶部设有与分隔区对应连接的总进水口，浮体内设四个分隔区，分为Ⅱ区、IV区、Ⅲ区和Ⅴ区，且分别对应设置区域进水管口和区域出水口。总进水口还可选择性的通入气体，浮体采用柔性材料，处于工作状态时，针对不同的波浪环境，可通过调整浮体内填充气体和水的比例使浮体性能达到最佳状态，避免了针对不同海域需要更换不同刚性浮体的问题。
优选的，浮体底部为半径为R2的半圆部，该半圆部圆心与水面高度h为该半圆部半径R2的1/3～1/2，根据公式：
式中υmax为断面垂向平均最大流速；νmin为断面垂向平均最小流速；υ″为断面垂向平均流速；通过上述公式来确定水面高度h与半圆部R2的比例，水面高度h与半圆部R2直接决定了断面的面积以及断面附近的水流流速，通过控制水面高度h为该半圆部半径R2的1/3～1/2使断面与水体接触面积的减小来减小断面垂向平均最小流速，促使浮体结构背水面的下游区域无汇流现象，实现浮体结构背水面所受水动力压强与迎水面相对一致，提高浮体在水中稳定性，保证对波浪能的捕获效率。
优选的，调节与转换部包括连接有水箱的水泵、气泵和水轮发电机，该水轮发电机分别连接有与传递部配合连接的液压水缸进水管和液压水缸出水管，该水泵和气泵分别和浮体对应连接。水泵和气泵用于实现调节浮体内的水气比，水轮发电机用于与传递部的液压水缸出水管和液压水缸进水管连接进行发电。
优选的，垂直设于船体的固定杆上设有用于固定浮体的链条，浮体在收起状态时通过链条与固定杆连接后将浮体固定，以防其摇晃存在一定的安全隐患和对船体稳定性造成的影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)装置结构简单，易收放，适用海域范围广。船舶锚泊时安放装置使其处于工作状态，此时装置将波浪能转化为电能，补给船舶用电；船舶航行时收回装置，相比不可收回的船用波浪发电装置，能够避免对船舶航行产生的负面影响，同时避免在船舶航行时可能产生的装置损坏；装置跟随船舶航行，相比固定于某一海域的波浪发电装置，其移动性强，对船舶的锚泊位置要求低，只需调节浮体内的水气比即能满足不同海域的波浪环境。
2)经济适用。浮体采用柔性材料，处于工作状态时，针对不同的波浪环境，可通过调整浮体内填充气体和水的比例使浮体性能达到最佳状态，避免了针对不同海域需要更换不同刚性浮体的问题，且浮体制造成本相对较低；浮体回收后质量小，可以减小船舶航行时的负载，降低航行成本。
3)安全环保。采用液压海水代替传统液压油，避免了液压油泄露产生的污染问题；重要发电设备如发电机均密封在船体上，避免了与海水直接接触而造成的腐蚀问题和海生物附着问题，可有效延长装置的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的远洋鱿钓船波浪能发电装置示意图；
图2为本发明的远洋鱿钓船波浪能发电装置安放在船体上的示意图；
图3为本发明的装置能量转换示意图；
图4为本发明的浮体内部分隔区域示意图；
图5为本发明的浮体形状示意图；
图6为本发明的传递部结构示意图；
图7为本发明的调节与转换部示意图。
附图标记说明：1-浮体；11-总进水口；12、13、14、15-区域进水管口；16、17、18、19-区域出水口；2-传递部；21-活塞；22-顶部出水单向阀；23-顶部进水单向阀；24-水；25-液压水缸出水管；26-液压水缸进水管；27-悬臂；28-立柱；29-底部出水单向阀；210-底部进水单向阀；3-调节与转换部；31-液压水缸进水管；32-液压水缸出水管；33-水轮发电机；34-水泵；35-气泵；36-水箱；4-第二铰接部；5-第一铰接部；6-伸缩杆；7-液压固定架；8-连接部。
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详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1-7所示，远洋鱿钓船波浪能发电装置，浮体1，内设有至少两个分隔区域；伸缩杆6，呈“┐”结构，水平端与垂直设于船体的固定杆铰接，垂直端连接浮体1，水平端与垂直端交接处设有液压固定架7，水平端与固定杆连接端上方设有传递部2；
调节与转换部3，用于调节浮体1悬浮高度和接收传递部2所传送的能量。
伸缩杆6水平端与垂直端的折弯处通过第一铰接部5连接，水平端与固定杆通过第二铰接部4连接，用于实现船体和浮体1间的相对运动使伸缩杆6与固定杆间的夹角产生变化同时实现伸缩杆6的收缩形变将浮体1从水中收起。
传递部2与伸缩杆6呈倾斜设置，一端连接于伸缩杆6，另一端连接于垂直设于船体的固定杆。实现船体和浮体1间的相对运动使伸缩杆6与固定杆间的夹角产生变化，能驱动传递部2中的液压水缸产生压缩运动和拉伸运动，采用这种驱动方式用于避免水体在液压水缸内产生紊流保持层流状态来减小液压传动过程中的能量损失，提高波浪能收集转换率。
传递部2与调节与转换部3对应连接，传递部2包括液压缸本体，其内设有用水24驱动的活塞21，活塞21连接有端部与伸缩杆6连接的立柱28，本体内设有与活塞21对应配合的悬臂27，本体一侧分别设有顶部进水单向阀23、底部进水单向阀210和液压水缸进水管26，另一侧分别对应设有顶部出水单向阀22、底部出水单向阀29和液压水缸出水管25。采用液压海水代替传统液压油，避免了液压油泄露产生的污染问题；重要发电设备如发电机均密封在船体上，避免了与海水直接接触而造成的腐蚀问题和海生物附着问题，可有效延长装置的使用寿命。
浮体1与伸缩杆6采用连接部8连接，浮体1还和调节与转换部3对应连接，浮体1顶部设有与分隔区对应连接的总进水口11，浮体1内设四个分隔区，分为Ⅱ区、IV区、Ⅲ区和Ⅴ区，且分别对应设置区域进水管口12、14、13、15和区域出水口16、17、18、19。总进水口11还可选择性的通入气体，浮体采用柔性材料，处于工作状态时，针对不同的波浪环境，可通过调整浮体内填充气体和水的比例使浮体性能达到最佳状态，避免了针对不同海域需要更换不同刚性浮体的问题。
浮体1底部为半径为R2的半圆部，该半圆部圆心与水面高度h为该半圆部半径R2的1/3～1/2，根据公式：
式中υmax为断面垂向平均最大流速；νmin为断面垂向平均最小流速；υ″为断面垂向平均流速；通过上述公式来确定水面高度h与半圆部R2的比例，水面高度h与半圆部R2直接决定了断面的面积以及断面附近的水流流速，通过控制水面高度h优选为该半圆部半径R2的1/3使断面与水体接触面积的减小来减小断面垂向平均最小流速，促使浮体结构背水面的下游区域无汇流现象，实现浮体结构背水面所受水动力压强与迎水面相对一致，提高浮体1在水中稳定性，保证对波浪能的捕获效率。
调节与转换部3包括连接有水箱36的水泵34、气泵35和水轮发电机33，该水轮发电机33分别连接有与传递部2配合连接的液压水缸进水管31和液压水缸出水管32，该水泵34和气泵35分别和浮体1对应连接。水泵34和气泵35用于实现调节浮体1内的水气比，水轮发电机33用于与传递部2的液压水缸出水管25和液压水缸进水管26连接进行发电。
垂直设于船体的固定杆上设有用于固定浮体1的链条，浮体1在收起状态时通过链条与固定杆连接后将浮体1固定，以防其摇晃存在一定的安全隐患和对船体稳定性造成的影响。
实施例2：
本发明的装置实现将能量转换分层三级能量转换：一级为波浪能转换为机械能，二级为机械能转换为水压能，三级为水压能转换为电能，具体的：在波浪作用下，船体和浮体1皆产生垂荡运动、纵摇运动和纵荡运动，两者的运动存在相位差，由于伸缩杆6与固定杆间的连接为固定铰接，利用船体和浮体1间的相对运动使伸缩杆6与固定杆间的夹角产生变化，能驱动传递部2中的液压水缸产生压缩运动和拉伸运动，采用这种驱动方式用于避免水体在液压水缸内产生紊流保持层流状态来实现减小液压传动过程中的能量损失，最后液压水缸的运动驱动封闭回路中的水体流动水流流经调节与转换部3的水轮发电机33时即能带动发电机发电。
本发明的装置中的现有设备应为本领域技术人员知晓，并且其可由市场购买所得，例如本发明所采用的水轮发电机为品牌：广东兴宁，型号：SFW400-6/850的水轮发电机；其余现有部件不在详细一一赘述，例如伸缩杆等应为本领域技术人员所知晓的部件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.远洋鱿钓船波浪能发电装置，
浮体(1)，内设有至少两个分隔区域；
伸缩杆(6)，呈“┐”结构，水平端与垂直设于船体的固定杆铰接，垂直端连接浮体(1)，水平端与垂直端交接处设有液压固定架(7)，水平端与固定杆连接端上方设有传递部(2)；调节与转换部(3)，用于调节浮体(1)悬浮高度和接收传递部(2)所传送的能量；
传递部(2)与伸缩杆(6)呈倾斜设置，一端连接于伸缩杆(6)，另一端连接于垂直设于船体的固定杆；浮体(1)底部为半径为R2的半圆部，该半圆部圆心与水面高度h为该半圆部半径R2的1/3～1/2；
伸缩杆(6)水平端与垂直端的折弯处通过第一铰接部(5)连接，水平端与固定杆通过第二铰接部(4)连接；
传递部(2)与调节与转换部(3)对应连接，传递部(2)包括液压缸本体，其内设有用水驱动的活塞(21)，活塞(21)连接有端部与伸缩杆(6)连接的立柱(28)，本体内设有与活塞(21)对应配合的悬臂(27)，本体一侧分别设有顶部进水单向阀(23)、底部进水单向阀(210)和液压水缸进水管(26)，另一侧分别对应设有顶部出水单向阀(22)、底部出水单向阀(29)和液压水缸出水管(25)；
浮体(1)与伸缩杆(6)采用连接部(8)连接，浮体(1)还和调节与转换部(3)对应连接，浮体(1)顶部设有与分隔区对应连接的总进水口(11)，浮体(1)内设四个分隔区，分为Ⅱ区、Ⅳ区、Ⅲ区和Ⅴ区，且分别对应设置区域进水管口(12、14、13、15)和区域出水口(16、17、18、19)，所述总进水口(11)可通入气体，浮体采用柔性材料，所述Ⅱ区、Ⅳ区、Ⅲ区和Ⅴ区由高至低布设在浮体(1)内；调节与转换部(3)包括连接有水箱(36)的水泵(34)、气泵(35)和水轮发电机(33)，该水轮发电机(33)分别连接有与传递部(2)配合连接的液压水缸进水管(31)和液压水缸出水管(32)，该水泵(34)和气泵(35)分别和浮体(1)对应连接。
2.如权利要求1所述的远洋鱿钓船波浪能发电装置，其中，垂直设于船体的固定杆上设有用于固定浮体(1)的链条。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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