CN112945315A - 一种基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置，涉及船舶废气流量测量技术领域，包括通过转轴相连的转动部和摩擦纳米发电机；所述转动部包括若干个间距相等的测量风杯，所述测量风杯通过连杆与转轴上端相连；所述摩擦纳米发电机包括由内向外依次设置的内支撑体、若干个滚动球、摩擦层、电极和外支撑体，所述内支撑体与所述转轴下端相连，气体推动所述测量风杯转动，进而带动所述转轴和内绝缘体转动，所述内绝缘体带动所述滚动球转动。本发明解决了船舶废气流量因为排气管道结构复杂且排气温度高导致难以直接测量的问题，装置安装便捷、操作简单且能在高温条件下正常工作。

Description

一种基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置

技术领域

本发明涉及船舶废气流量测量技术领域，尤其涉及一种基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置。

背景技术

随着环境污染的加剧，船舶污染问题越来越受到重视，世界各港口国对船舶防污染设备与管理的检查日趋严格，一系列船舶防污染的法规、技术相继出台、实施。特别是IMO排放规则的实施，对柴油机和船舶均是一个巨大的挑战，为满足排放法规的要求，在取得主管机关签发的国际防止空气污染证明时，必须按法规的程序对柴油机排放进行测量。中国船级社发布的《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法(中国第一、二阶段)》中对船用发动机排气污染物排放的试验及检验做出了明确规定，依照规定的排放测量程序，要想对被测试的柴油机的污染物排放进行判定，必须得到柴油机废气的质量流量，然后通过计算，与公约中的标准进行比较。然而，现有的废气流量测量装置安装复杂且笨重，容易产生较大的误差。因此，有待发明一种安装便捷的，操作简单且测量精确的废气流量监测装置。

发明内容

本发明提供一种基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置，解决了现有装置安装不便的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置，包括通过转轴相连的转动部和摩擦纳米发电机，所述转轴与气体流动方向垂直；

所述转动部包括若干个间距相等的测量风杯，所述测量风杯通过连杆与转轴上端相连；

所述摩擦纳米发电机包括由内向外依次设置的内支撑体、若干个滚动球、摩擦层、电极和外支撑体，所述内支撑体与所述转轴下端相连，气体推动所述测量风杯转动，进而带动所述转轴和内绝缘体转动，所述内绝缘体带动所述滚动球转动，所述滚动球滚动摩擦摩擦层。

优选地，所述内支撑体和外支撑体为绝缘体。

优选地，所述摩擦层为PTFE膜，所述电极为金属膜，所述摩擦层与电极完全接触。

优选地，所述摩擦纳米发电机下方设置有固定件。

优选地，所述滚动球为钢球。

优选地，所述摩擦纳米发电机外侧设有保护盖。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过测量风杯连接摩擦纳米发电机的设置，解决了船舶废气流量因为排气管道结构复杂且排气温度高导致难以直接测量的问题；

2、本发明装置小巧且安装便捷，可直接安装在排气管取样点连接法兰上，不会对柴油机产生干扰，结构简单，易于拆装、清理；

3、本发明适用于排气管道上的多点布置，综合多个测量点的测量结果，可以更加均衡、真实地反映柴油机的实际排放状况；

4、本发明采用摩擦纳米发电机技术，摩擦纳米发电机可以产生高电压，响应灵敏且易于收集；同时本发明可以实现自供能，无需外接电源，无需更改现有船舶设备的电力系统。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明的摩擦纳米发电机结构示意图。

图3为本发明的摩擦纳米发电机工作原理图。

附图标号说明：

1、测量风杯；2、连杆；3、转轴；4、内支撑体；5、滚动球；6、摩擦层；7、电极；8、外支撑体；9、固定件；10、保护盖。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明提供一种技术方案：一种基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置，其结构如图1和图2所示，包括通过转轴3相连的转动部和摩擦纳米发电机，转轴3与气体流动方向垂直，摩擦纳米发电机下方设置有固定件9；

转动部包括若干个间距相等的测量风杯1，测量风杯1通过连杆2与转轴3上端相连；

摩擦纳米发电机包括由内向外依次设置的内支撑体4、若干个滚动球5、PTFE薄膜摩擦层6、电极7和外支撑体8，内支撑体4与外支撑体8为绝缘体，滚动球5采用钢球。内支撑体4与转轴3下端相连，气体推动测量风杯1转动，进而带动转轴3和内绝缘体4转动，内绝缘体4带动滚动球5转动。金属电极7固定连接在外支撑体8的内表面，摩擦层6粘贴固定在金属电极7表面并完全接触，滚动钢球被约束在内外绝缘支撑体形成的轨道内自由滚动并在运动过程中与摩擦层6完全接触；工作状态下：该监测装置安装在船舶柴油机排气管道内监测船舶的废气流量，摩擦纳米发电机采集排气流速信号将其转换成为电压信号传输至电脑端，进行处理计算后得到废气流量。摩擦纳米发电机外侧设有保护盖10用以保护摩擦纳米发电机不受气体污染。

本发明的工作原理如下：图3是摩擦纳米发电机的工作原理示意图。摩擦纳米发电机依赖于接触起电和静电感应效应。测量风杯1及内绝缘支撑体转动带动滚动球5在PTFE薄膜表面滚动；滚动球5与PTFE薄膜的所有区域都接触，根据摩擦电序列，接触起电后，滚动球5表面产生净正电荷，在PTFE薄膜的内表面产生净负电荷；同时上侧金属电极7感应出负电荷，下侧金属电极7感应出正电荷。当滚动球5沿顺时针方向向下转动时，在下侧金属电极7上感应出负电荷，下侧金属电极7上的正电荷将通过外部负载流入上侧金属电极7；随着滚动球5进一步向下转动，下侧金属电极7感应出的负电荷增加，更多的正电荷流出，直至滚动球5与下侧金属电极7上电荷实现静电平衡；当滚动球5继续沿顺时针方向向上返回时，在上侧金属电极7上感应出负电荷，正电荷流出，产生反向流动，随着不断地转动，摩擦纳米发电机实现交流电输出。摩擦纳米发电机产生的交流电信号传输至电脑端，进行计算后得到废气流量。

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 (6)

1.一种基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置，其特征在于，包括通过转轴(3)相连的转动部和摩擦纳米发电机，所述转轴(3)与气体流动方向垂直；

所述转动部包括若干个间距相等的测量风杯(1)，所述测量风杯(1)通过连杆(2)与转轴(3)上端相连；

所述摩擦纳米发电机包括由内向外依次设置的内支撑体(4)、若干个滚动球(5)、摩擦层(6)、电极(7)和外支撑体(8)，所述内支撑体(4)与所述转轴(3)下端相连，气体推动所述测量风杯(1)转动，进而带动所述转轴(3)和内支撑体(4)转动，所述内支撑体(4)带动所述滚动球(5)转动，所述滚动球(5)滚动摩擦摩擦层(6)。

2.根据权利要求1所述的基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置，其特征在于：所述内支撑体(4)和外支撑体(8)为绝缘体。

3.根据权利要求1所述的基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置，其特征在于：所述摩擦层(6)为PTFE膜，所述电极(7)为金属膜，所述摩擦层(6)与电极(7)完全接触。

4.根据权利要求1所述的基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置，其特征在于：所述摩擦纳米发电机下方设置有固定件(9)。

5.根据权利要求1所述的基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置，其特征在于：所述滚动球(5)为钢球。

6.根据权利要求1所述的基于转动型摩擦纳米发电机的船舶废气流量监测装置，其特征在于：所述摩擦纳米发电机外侧设有保护盖(10)。

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