CN109572968A - 波浪能随小型自主式水下航行器发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波浪能随小型自主式水下航行器发电系统，包括置于小型自主式水下航行器主壳体内部的多自由度发电系统箱体、布置在航行器壳体侧边的水翼装置两部分，水翼装置包括轴和摆动水翼，多自由度发电系统箱体包括旋转质量块，增速齿轮箱，弹簧，振动质量块，第一阻尼器，发电机，摆动水翼和柔性容积腔；摆动水翼将作用力耦合到振动质量块，振动质量块通过增速齿轮箱和旋转质量块连接到发电机，实现能量的传递和转化；弹簧一端与多自由度发电系统箱体表面固定连接，振动质量块还通过第一阻尼器连接到多自由度发电系统箱体上；多自由度发电系统箱体的下部设置有柔性容积腔。

Description

波浪能随小型自主式水下航行器发电系统
技术领域
本发明属于波浪发电控制领域，具体涉及一种用于波浪发电的多自由度波浪能发电装置。
背景技术
海洋中蕴含着丰富的可再生能源，其中包括，潮汐能，波浪能，温差能，盐差能和海流能等等形式。波浪能作为海洋能源中蕴藏最为丰富的能源之一，对波浪能发电技术的开发与利用已成为研究热点。波浪能随水下航行器技术作为一种新型技术，对于开发我国深水海域波浪能有重要的理论价值和长远的战略意义。但是该技术还面临若干问题，一是海洋波浪本身的波动性、间歇性、不规则性强、稳定性差等特点；二是波浪能发电装置(WaveEnergy Converter，WEC)本身的转化效率与可靠性提高、控制及其储存技术等有待深入研究；三是波浪能发电装置与其发电载体之间的耦合方式及相互作用规律尚未取得有效成果。水下航行器作为便捷、高效的海洋移动平台，在海洋资源勘探、水下军事侦察、海洋设备监测等领域具有十分重要的意义。若能采取科学有效的技术手段将水下航行器与波浪能发电装置统一结合起来，采用多自由度惯性手段捕获波浪能，可提高海上波浪发电系统的稳定性，降低发电成本，有效提升波浪能可再生资源开发装备的研发设计水平，还可为水下航行器进行深海远程作业提供持续的清洁电力供应，既降低COx，NOx，SOx等化石燃料对海洋环境的污染，还可提高水下航行器的续航能力及其可靠性。
发明内容
本发明针对以上问题，设计了一种波浪能随小型自主式水下航行器发电系统系统，通过将波浪能转换成电能，一方面持续地供应水下航行器，做到无需回收的持续航行和深海远程作业，另一方面提高海上波浪发电系统的稳定性，有效地利用波浪能。技术方案如下：
一种波浪能随小型自主式水下航行器发电系统，包括置于小型自主式水下航行器主壳体内部的多自由度发电系统箱体、布置在航行器壳体侧边的水翼装置两部分，水翼装置包括轴和摆动水翼，摆动水翼沿主壳体轴线方向水平布置，在波浪的上下浮动作用下绕水翼装置轴旋转，捕获波浪能，多自由度发电系统箱体包括旋转质量块，增速齿轮箱，弹簧，振动质量块，第一阻尼器，发电机和柔性容积腔；摆动水翼将作用力耦合到振动质量块，振动质量块通过增速齿轮箱和旋转质量块连接到发电机，实现能量的传递和转化；弹簧一端与多自由度发电系统箱体表面固定连接，振动质量块还通过第一阻尼器连接到多自由度发电系统箱体上；多自由度发电系统箱体的下部设置有柔性容积腔，在柔性容积腔内设置有内伸导管和外伸导管，柔性容积腔的液体通过内伸导管连通到第二阻尼器，外伸导管也与第二阻尼器相连通，第二阻尼器连接到旋转质量块。
本发明的有益效果如下：
1)该系统可为水下航行器进行深海远程作业提供持续的清洁电力供应，既降低COx，NOx，SOx等化石燃料对海洋环境的污染，还可提高水下航行器的续航能力及其可靠性。
2)该系统可提高海上波浪发电系统的稳定性，降低发电成本，有效提升波浪能可再生资源开发装备的研发设计水平。
3)该系统无论在波浪处于波峰和波谷条件下，能量都可得到充分的利用。
4)该系统可工作在恶劣海况和工况条件下，系统可靠性高。
附图说明
图1是波浪能随小型自主式水下航行器发电系统图。、
图中，1为小型自主式水下航行器主壳体，内部设置多自由度发电系统箱体，2为水翼装置。
图2是多自由度发电系统(单侧摆动水翼示意图)。
图中，3为旋转质量块，4为增速齿轮箱，5为弹簧，6为振动质量块，7为第一阻尼器，8为发电机，9为第三阻尼器，10为摆动水翼，11为传动轴，12为内部传动装置，13为柔性容积腔，1为外伸导管，15为第二阻尼器，16为内伸导管。
具体实施方式
图1的波浪能随小型自主式水下航行器发电系统包括小型自主式水下航行器主壳体1、对称布置在航行器壳体一侧的水翼装置2两部分。小型自主式水下航行器主壳体1作为小型自主式水下航行器结构的一部分，可采用鱼雷外形，其形状酷似柱形，头部呈半圆形，以避免航行造成过大的阻力。水翼装置2可通过螺栓、螺母和密封垫圈固定在主壳体上。水翼装置2轴沿主壳体轴线方向水平布置，属于平板结构，可随波浪做垂荡运动，在波浪的上下浮动作用下绕摆动水翼10轴旋转，捕获波浪能，利用水翼装置2的上下摇摆将捕获到的波浪能转换为电能。小型自主式水下航行器主壳体1内设置多自由度发电系统箱体，该箱体包括旋转质量块3，增速齿轮箱4，弹簧5，振动质量块6，第一阻尼器7，发电机8，第三阻尼器9，摆动水翼10，传动轴11，内部传动装置12，柔性容积腔13，如图2所示。在发电机8前方设置旋转质量块3，可以采用钢制圆柱体，在发电机后方设置第三阻尼器9。旋转质量块3下方设置增速齿轮箱4，增速齿轮箱4通过齿轮连接的方式进行连接，实现发电机8速度和转矩的传递。该多自由度发电系统箱体设置弹簧5，振动质量块6和第一阻尼器7。所述弹簧5的上端头固定在多自由度发电系统箱体表面，下端头与振动质量块6相连。考虑海上海况多变，振动质量块6的下端头设置第一阻尼器8，防止恶劣海况和工况下，系统振动相应过大而造成破坏，加强系统可靠性。多自由度发电系统箱体利用容积式液压泵的原理，设置柔性容积腔13，外伸导管1，第二阻尼器15，内伸导管16，使发电装置无论在波峰还是波谷条件下，能量都能得到充分的利用。在波浪由波谷到波峰的上升过程中，柔性容积腔13膜由自然状态至挤压变形，同时推动腔内的海水，使容器内形成压力和液体流动，即将波浪能转化成液压能和液体动能，腔内的海水经内伸导管16引导流经第二阻尼器15处，之后经过旋转质量块3，发电机8发出一定频率的交流电，挤压流出的海水再由外伸导管1流入海中；波浪由波峰到波谷的下降过程，对于柔性容积腔13膜产生拉伸作用，使容器内产生负压，使从柔性容积腔13内流出的液体，通过深入到海面中的外伸导管15吸回，再次经引导流经第二阻尼器15处，海水经内伸导管16流入柔性容积腔13中。两导管液体流入和流出方向交替变换，产生的力的作用经过旋转质量块3的传递将直线运动转化为旋转运动，发电机8发出一定频率的交流电。摆动水翼10将作用力耦合到振动质量块6，加强对波浪能的捕获。振动质量块6做垂荡运动，通过增速齿轮箱4和旋转质量块3将直线运动转换为旋转形式的增速运动,带动发电机8发电，通过对振动能量的收集作用实现电能的输出与利用。

Claims (1)

1.一种波浪能随小型自主式水下航行器发电系统，包括置于小型自主式水下航行器主壳体内部的多自由度发电系统箱体、布置在航行器壳体侧边的水翼装置两部分，水翼装置包括轴和摆动水翼，摆动水翼沿主壳体轴线方向水平布置，在波浪的上下浮动作用下绕水翼装置轴旋转，捕获波浪能；多自由度发电系统箱体包括旋转质量块，增速齿轮箱，弹簧，振动质量块，第一阻尼器，发电机和柔性容积腔；摆动水翼将作用力耦合到振动质量块，振动质量块通过增速齿轮箱和旋转质量块连接到发电机，实现能量的传递和转化；弹簧一端与多自由度发电系统箱体表面固定连接，振动质量块还通过第一阻尼器连接到多自由度发电系统箱体上；多自由度发电系统箱体的下部设置有柔性容积腔，在柔性容积腔内设置有内伸导管和外伸导管，柔性容积腔的液体通过内伸导管连通到第二阻尼器，外伸导管也与第二阻尼器相连通，第二阻尼器连接到旋转质量块。
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