CN111350642A - 一种利用商船横摇和纵摇的发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用商船横摇和纵摇的发电装置，主要包括：横摇滑块组、横摇滑块、横摇轮子、横摇发电机、横摇发电机齿轮、纵摇导轨、纵摇滑块、纵摇轮子、纵摇齿条、纵摇发电机、纵摇发电机齿轮、纵摇减震弹簧、横摇导轨、横摇齿条、横摇减震弹簧、可调节支座、横梁。船舶在风浪航行过程中，几乎不可避免的会发生横摇和纵摇运动，这些摇摆使得船舶蕴含着大量的可回收机械能，本发明实现了这些机械能的回收，充分利用了船舶多自由度的运动中蕴含的机械能，相较于利用单一自由度的装置，本发明可产生更多电能，为航行中的船舶提供部分动力，且本发明结构简单，适用性强，解决了航行中船舶间接利用波浪能的难题，实用意义更大。
Description
技术领域
本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种利用商船横摇和纵摇的发电装置。
背景技术
随着船舶大型化的发展，船舶每日的燃油消耗量数以吨计，造成了环境污染加剧。为降低船舶运营时对环境的污染，世界各国纷纷采取措施，国际海事组织(IMO)也对船舶的排放提出了更高的要求，一些学者提出在船舶上安装利用新型能源发电的装置，如太阳能、风能，这些装置产生的电量在一定程度上减少了船舶燃料的消耗，降低了船舶对环境的污染，这为波浪能的利用奠定了基础。
船舶在海洋中航行，海洋中蕴含的波浪能十分丰富，因此，许多学者也对波浪能进行了一些开发利用，提出了一些波浪能利用装置，但这些装置大多都是固定安装在海洋中某一定点或者只能在某一较小的区域移动，虽然能产生较好的发电效果，却无法应用在航行中的船舶上。若是安装在航行中的船舶上，由于这些装置需要与水面接触，这会大大增加船舶额外的阻力，这样产生的能量远远不能满足船舶因额外阻力而消耗的能量，得不偿失。
船舶航行时，正是由于波浪等因素的影响，船舶会发生六个自由度的运动(横摇、纵摇、艏摇、纵荡、横荡和垂荡)，船舶的运动实质上就是这六个自由度运动的耦合。其中，船舶的横摇和纵摇发生得较为频繁，尤其是在风浪天中航行时，船舶的横摇和纵摇运动更加剧烈，横摇和纵摇运动使得船舶上蕴含着大量可利用的机械能。若是将船舶上的机械能有效利用起来，为航行的船舶提供部分动力，将能大幅度减少船舶的燃料消耗，节能减排作用更加明显。由于船舶上这些机械能的产生是由风浪引起的，故船舶对这些机械能进行回收利用，实质上也就是船舶间接地对波浪能的利用，因此，开发船舶横摇和纵摇运动中所蕴含的机械能有较大的现实意义。
发明内容
本发明的目的是针对上述提到的问题，提出一种利用商船横摇和纵摇的发电装置。
该装置主要包括：横摇滑块组、横摇滑块、横摇轮子、横摇发电机、横摇发电机齿轮、纵摇导轨、纵摇滑块、纵摇轮子、纵摇齿条、纵摇发电机、纵摇发电机齿轮、纵摇减震弹簧、横摇导轨、横摇齿条、横摇减震弹簧、可调节支座、横梁。
所述横摇滑块组包括：横摇滑块、横摇轮子、横摇发电机、横摇发电机齿轮、纵摇导轨、纵摇滑块、纵摇轮子、纵摇齿条、纵摇发电机、纵摇发电机齿轮、纵摇减震弹簧。
所述横摇导轨位于横摇滑块组的两侧，横摇轮子嵌入在横摇导轨中，并与横摇滑块相连接，使得横摇滑块组能够通过横摇轮子实现与横摇导轨之间的相对移动，且在运动的过程中保证横摇轮子不能脱落，横摇齿条固定在其中一条横摇导轨上，与横摇发电机齿轮相啮合。
所述纵摇滑块两侧安装有纵摇轮子，纵摇滑块上方装有纵摇发电机，纵摇发电机通过轴与纵摇发电机齿轮相连，纵摇导轨位于纵摇滑块的两侧，其中一条纵摇导轨上固定有纵摇齿条，且纵摇齿条和纵摇发电机相啮合。纵摇轮子嵌入在纵摇导轨中，能够实现纵摇滑块、纵摇轮子、纵摇发电机、纵摇发电机齿轮等纵摇移动零部件可以相对于纵摇导轨运动。
纵摇导轨的两端固定有横摇滑块，横摇滑块侧面固定有纵摇减震弹簧，以免纵摇运动剧烈时纵摇滑块撞击在横摇滑块上，造成装置的损坏，同理，横梁上也固定有横摇减震弹簧，避免了横梁和横摇滑块组的直接撞击。
当船舶发生横摇时，横摇滑块组会在自身重力的作用下沿着横摇导轨运动，由于横摇齿条和横摇发电机齿轮相互啮合，横摇滑块组的移动就会转化为横摇发电机齿轮的转动，从而带动横摇发电机发电。
当船舶发生纵摇时，纵摇滑块、纵摇轮子、纵摇发电机、纵摇发电机齿轮等纵摇零部件就会在自身重力的作用下沿着纵摇导轨运动，在纵摇齿条和纵摇发电机齿轮的啮合作用下，这些纵摇零部件的运动就会转化为纵摇发电机齿轮的转动，进而带动纵摇发电机发电。
同理，当船舶同时发生横摇和纵摇时，横摇发电机和纵摇发电机都能同时产生电量，实现同时对船舶横摇和纵摇运动中所蕴含机械能的回收利用。
为减少装置对船舶稳性的影响，本发明装置须成对安装，分别安装在船舶的左舷和右舷，在中线面两侧对称布置，且可改变可调节支座的高度使得横摇导轨所在的平面为水平面。本发明装置不仅可以安装在船舶的甲板上，还可以安装在船舶的舱室中，适用性广。
本发明的有益效果：
1.本发明可以利用船舶航行时横摇和纵摇运动产生的大量机械能，并将这些机械能有效地转化为电能，为船舶的航行提供部分动力，大幅度节省了船舶的燃料消耗，实现了船舶的节能减排。
2.本发明装置不仅可以利用船舶横摇运动中蕴含的机械能，而且能够利用纵摇中蕴含的机械能，实现了充分利用多自由度的运动中的机械能，相较于利用单一自由度的装置，本发明可利用的机械能更多，进而能够产生更多的电能。
3.本发明装置不仅可以安装在船舶的甲板上，而且能够安装在船舶的舱室中，适用性广，更重要的是，解决了航行中船舶间接利用波浪能的难题。
4.本发明装置结构简单，易于实现，安装的要求不高，适用于商船的大多数船型，有更大的实用意义和推广应用意义。
附图说明
图1是本发明装置的示意图
图2是本发明装置中横摇滑块组的示意图
图3是本发明装置中纵摇过程中运动部件的示意图
图4是本发明装置中横摇滑块组的三维模型
图5是本发明装置在商船上的安装示意图
图6是船舶正浮状态时本发明装置的示意图
图7是船舶右倾时本发明装置的示意图
图8是船舶左倾时本发明装置的示意图
图9是船舶首倾时本发明装置的示意图
图10是船舶尾倾时本发明装置的示意图
图11是船舶同时发生右倾和首倾时本发明装置的示意图
1.横摇滑块组；101.横摇滑块；102.横摇轮子；103.横摇发电机；
104.横摇发电机齿轮；105.纵摇导轨；106.纵摇滑块；107.纵摇轮子；
108.纵摇齿条；109.纵摇发电机；110.纵摇发电机齿轮；111.纵摇减震弹簧；
2.横摇导轨；3.横摇齿条；4.横摇减震弹簧；5.可调节支座；6.横梁；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明
一种利用商船横摇和纵摇的发电装置，如图1，主要包括：横摇滑块组(1)、横摇导轨 (2)、横摇齿条(3)、横摇减震弹簧(4)、可调节支座(5)、横梁(6)。其中，如图2 和图4所示，所述横摇滑块组(1)包括：横摇滑块(101)、横摇轮子(102)、横摇发电机 (103)、横摇发电机齿轮(104)、纵摇导轨(105)、纵摇滑块(106)、纵摇轮子(107)、纵摇齿条(108)、纵摇发电机(109)、纵摇发电机齿轮(110)、纵摇减震弹簧(111)。
所述横摇导轨(2)有两条，分别位于横摇滑块组(1)的两侧，横摇轮子(102)嵌入在横摇导轨(2)中，并与横摇滑块(101)相连接，使得横摇滑块组(1)能够通过横摇轮子(102)实现与横摇导轨(2)之间的相对移动，且在运动的过程中保证横摇轮子(102)不能脱落，横摇齿条(3)固定在其中一条横摇导轨(2)上，与横摇发电机齿轮(104)相啮合，横摇发电机齿轮(104)通过轴与横摇发电机(103)相连。横梁(6)上固定有横摇减震弹簧(4)，避免了横梁(6)和横摇滑轮组(1)的直接撞击。
如图3，所述纵摇滑块(106)两侧安装有纵摇轮子(107)，纵摇滑块(106)上方固定有纵摇发电机(109)，纵摇发电机(109)通过轴与纵摇发电机齿轮(110)相连。纵摇导轨(105)有两条，分别位于纵摇滑块(106)的两侧，其中一条纵摇导轨(105)上固定有纵摇齿条(108)，纵摇齿条(108)和纵摇发电机齿轮(110)相啮合。纵摇轮子(107)嵌入在纵摇导轨(105)中，能够实现纵摇滑块(106)、纵摇轮子(107)、纵摇发电机(109)、纵摇发电机齿轮(110)等纵摇移动零部件可以相对于纵摇导轨(105)运动。纵摇导轨(105) 的两端固定有横摇滑块(101)，横摇滑块(101)侧面固定有纵摇减震弹簧(111)，以免纵摇运动剧烈时纵摇滑块(106)撞击在横摇滑块(101)上，造成装置的损坏。
如图5所示，本发明装置须成对安装，分别安装在船舶的左舷和右舷，在中线面两侧对称布置，以减少装置对船舶稳性的影响，所述可调节支座(5)固定在船舶上，且各个可调节支座(5)的高度可改变。
为了更清楚的表达本发明装置的工作原理，下面假设船舶正浮时，改变各个可调节支座 (5)的高度使得横摇导轨(2)所在的面为水平面，如图6所示。
如图7，当船舶发生右倾时，横摇滑块组(1)会在自身重力的作用下沿着横摇导轨(2) 向右舷方向运动，由于横摇齿条(3)和横摇发电机齿轮(104)存在啮合关系，横摇滑块组 (1)的运动就会转化为横摇发电机齿轮(104)的转动，从而带动横摇发电机(103)发电。
同理，如图8，当船舶发生左倾时，横摇滑块组(1)会沿着横摇导轨(2)向左舷方向运动，从而带动横摇发电机齿轮(104)的转动，进而通过横摇发电机(103)实现发电。
如图9，当船舶发生首倾时，纵摇滑块(106)、纵摇轮子(107)、纵摇发电机(109)、纵摇发电机齿轮(110)等纵摇零部件就会在自身重力的作用下沿着纵摇导轨(105)向船首方向运动，在纵摇齿条(108)和纵摇发电机齿轮(110)的啮合作用下，这些纵摇零部件的运动就会转化为纵摇发电机齿轮(110)的转动，进而带动纵摇发电机(109)发电。
同理，如图10，当船舶发生尾倾时，纵摇滑块(106)、纵摇轮子(107)、纵摇发电机(109)、纵摇发电机齿轮(110)等纵摇零部件就会沿着纵摇导轨(105)向船尾方向运动，从而带动纵摇发电机齿轮(110)的转动，进而带动纵摇发电机(109)发电。
如图11，当船舶同时发生右倾和首倾的时候，横摇滑块组(1)和纵摇过程中运动部件会发生如图11所示的运动，此时，横摇发电机(103)和纵摇发电机(109)都能发电。
同理，当船舶发生同时左倾和尾倾，同时右倾和尾倾，同时左倾和首倾时，上述三种情况横摇发电机(103)和纵摇发电机(109)都能同时发电，实现同时对船舶横摇和纵摇运动中所蕴含机械能的回收利用。
另外，在船舶实际航行过程中，横摇和纵摇运动往往是同时产生，只是横摇和纵摇产生的摇摆幅度相应不同，所以，通常情况下横摇发电机(103)和纵摇发电机(109)能同时进行发电。
横摇发电机(103)产生的电量不仅取决于横摇滑块组(1)的移动距离和横摇的角度，而且取决于横摇滑块组(1)的重量，在本发明中，横摇滑块组(1)的重量包含横摇滑块(101)、横摇轮子(102)、横摇发电机(103)、横摇发电机齿轮(104)、纵摇导轨(105)、纵摇滑块(106)、纵摇轮子(107)、纵摇齿条(108)、纵摇发电机(109)、纵摇发电机齿轮 (110)和纵摇减震弹簧(111)的重量。同理，纵摇发电机(109)产生的电量不仅取决于纵摇滑块(106)、纵摇轮子(107)、纵摇发电机(109)、纵摇发电机齿轮(110)等纵摇移动零部件的移动距离和纵摇的角度，而且还取决于纵摇滑块(106)、纵摇轮子(107)、纵摇发电机(109)、纵摇发电机齿轮(110)等纵摇移动零部件的重量。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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 (4)
1.一种利用商船横摇和纵摇的发电装置，其特征在于：该装置主要包括横摇滑块组(1)、横摇导轨(2)、横摇齿条(3)、横摇减震弹簧(4)、可调节支座(5)、横梁(6)。其中，所述横摇滑块组(1)包括：横摇滑块(101)、横摇轮子(102)、横摇发电机(103)、横摇发电机齿轮(104)、纵摇导轨(105)、纵摇滑块(106)、纵摇轮子(107)、纵摇齿条(108)、纵摇发电机(109)、纵摇发电机齿轮(110)、纵摇减震弹簧(111)。
2.根据权利要求1中所述的一种利用商船横摇和纵摇的发电装置，其特征在于：所述横摇导轨(2)位于横摇滑块组(1)的两侧，横摇轮子(102)嵌入在横摇导轨(2)中，并与横摇滑块(101)相连接，横摇滑块组(1)能够通过横摇轮子(102)实现与横摇导轨(2)之间的相对移动，横摇齿条(3)固定在其中一条横摇导轨(2)上，且与横摇发电机齿轮(104)相啮合，横摇发电机齿轮(104)通过轴与横摇发电机(103)相连。横梁(6)上固定有横摇减震弹簧(4)。
3.根据权利要求1中所述的一种利用商船横摇和纵摇的发电装置，其特征在于：所述纵摇滑块(106)两侧安装有纵摇轮子(107)，纵摇滑块(106)上方固定有纵摇发电机(109)，纵摇发电机(109)通过轴与纵摇发电机齿轮(110)相连。纵摇导轨(105)位于纵摇滑块(106)的两侧，其中一条纵摇导轨(105)上固定有纵摇齿条(108)，纵摇齿条(108)和纵摇发电机齿轮(110)相啮合。纵摇轮子(107)嵌入在纵摇导轨(105)中。纵摇导轨(105)的两端固定有横摇滑块(101)，横摇滑块(101)侧面固定有纵摇减震弹簧(111)。
4.根据权利要求1中所述的一种利用商船横摇和纵摇的发电装置，其特征在于：装置须成对安装，分别安装在船舶的左舷和右舷，在中线面两侧对称布置，可调节支座(5)固定在船舶上，且各个可调节支座(5)的高度可调整。
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