CN113173239B - 一种利用波浪能装置加注和处理压载水的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种利用波浪能装置加注和处理压载水的系统，该系统包括：波浪能装置、储水罐和处理单元。该系统通过波浪能装置将海水注入岸边高塔上的储水罐中，后借助储水罐中海水的重力势能加注到船舶压载舱中，节省了船舶用压载泵注入压载水时的电能消耗。相较于传统的采用船舶电能处理压载水的方式，本系统采用岸电对压载水进行处理，处理后的压载水可直接加注到船舶上，因此，本系统投入的设备处理成本和人员管理成本更少，处理压载水的规模效益更好，处理单位质量的压载水产生的污染更少。此外，该系统的波浪能装置能对一个、二个甚至多个完整的波长连续回收，回收波浪能的面积大，回收效果好。

Description

一种利用波浪能装置加注和处理压载水的系统

技术领域

本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种利用波浪能装置加注和处理压载水的系统。

背景技术

随着社会的不断发展，世界范围内对能源与资源的需求量逐年增加。一方面导致世界能源危机愈发严峻，促使人们纷纷把目光投入海洋，海洋约占全球面积的71％，在海洋中波浪能储量巨大，全球可供开发的波浪能约30亿千瓦，所以波浪能有着得天独厚的发展潜力。

基于此，近年来，出现了多种波浪能利用装置，如专利号为CN 111058990 A的中国专利公开了一种铰接浮筏阵列式波浪能吸收系统，该发明利用浮筏在波浪的作用下上下起伏，通过液压油缸将浮筏运动的机械能转化为液压能，进而将液压能转化为电能。该发明中浮筏在波浪的作用下，其出水和入水的体积会发生改变，水下潜体由于要平衡浮筏所受到的浮力，当浮筏向上运动时，水下浅体也会随着浮筏向上移动，而当浮筏所受到的浮力减小时，水下浅体会在重力的作用下拉着浮筏向下运动，二者保持同步，液压油缸也会随着浮筏上下浮动，从而缩短了液压油缸的行程，因此降低了液压油缸回收波浪能效果，此外，该发明支撑结构与浮筏之间没有产生活塞效应的效果，因此水流会沿着浮筏两侧扩散，回收波浪能的效果并不理想。

另一方面，由于全球范围内资源分布不均，资源贸易也促进了国际间的交流，作为全球主要运力的载体——船舶的数量不断增长，其中，由于矿石资源的地域因素更为突出，大多数国家所需的矿石资源完全依赖于进口，基于距离及地域的限制，这就需要利用矿砂船进行海上运输，所以近年来矿砂船的数量也在不断增加。

由于出产的矿石仅有载货港附近存在，所以矿砂船在到达卸货港返航时，不会装载货物，也即是空载航行，但船舶的正常航行需要维持一定的吃水，以避免船舶的重心过高易发生倾覆，所以船舶需打入一定数量的海水来维持吃水，这些海水称之为“压载水”。30万吨左右的矿砂船需加注10万吨左右的压载水，因此，矿砂船打入压载水时压载泵需要消耗大量电能。

不仅如此，由于压载水是在近岸处进行加注的，其中含有大量的生物，所以若是从卸货港携带的压载水直接排入载货港附近的水域，会对排放水域的生物造成影响，出现生物入侵，严重时甚至会造成生物灭绝。为此，国际海事组织要求船舶必须设有压载水处理单元，在压载水装载和排出时对压载水进行处理，这就需要船舶提供压载水处理单元所要消耗大量的电能，而船舶所产生的电能一般需消耗燃油，燃烧燃油会排放出大量的二氧化碳等废气，造成严重的环境污染。

基于此，若能提出一种系统可以利用波浪能装置将海水收集后经处理加注在矿砂船上，节省为船舶加注压载水时所消耗的大量电能，而且还可以避免船舶对压载水进行处理所产生的巨大负荷，那么这种设计将具有非常大的实际应用价值，意义巨大。

发明内容

本发明的目的是针对上述提到的问题，提出一种利用波浪能装置加注和处理压载水的系统，该系统可以利用波浪能装置先将海水注入岸边高塔上的储水罐中，再经过储水罐中的处理单元处理，达到符合压载水排放标准后，加注在需要打压载水的矿砂船压载舱中，该系统节省了船舶压载泵注入压载水的电能消耗，解决了处理压载水时所造成的船舶电力负荷较大的问题，间接利用了波浪能，实现了船舶节能减排。

一种利用波浪能装置加注和处理压载水的系统，该系统包括：波浪能装置、储水罐和处理单元。

所述波浪能装置包括：波浪能收集板、往复泵、上横架、下横架、垂直支架、导流板、电动机、传送带、上滑轮、下滑轮、固定螺栓、弹簧、螺栓联接套和胶条。

所述上横架是由两根短杆和两根长杆在杆端处刚性焊接组成的矩形框架。

所述下横架与上横架相同。上横架与下横架在各自的四个边角处通过连接杆刚性连接，使得上横架与下横架成为一体结构。

所述波浪能收集板为矩形板，板长与上横架的宽度，也即短杆长度相等。在本发明中用到若干个波浪能收集板，且每个波浪能收集板都处于水线以下0.5m到1m，在起始端的波浪能收集板与末端的波浪能收集板上均设有固定轴，所设的固定轴与上、下横架连接杆上预设的圆孔同轴心配合，使得起始端的波浪能收集板与末端的波浪能收集板只具有绕固定轴轴线转动的自由度。

在每个波浪能收集板的两端均设有两个螺纹孔，在螺纹孔上均有固定螺栓与其配合。

在相邻两个波浪能收集板上的固定螺栓之间通过弹簧连接。

在相邻两个波浪能收集板上的固定螺栓在螺栓之间通过一个螺栓联接套连接。

相邻两个波浪能收集板通过胶条相连，所述胶条长度与波浪能收集板的板长相等，且具有一定的弹性，在受张力时可扩张，在受压力时可收缩。

所述导流板在本发明中共需要两个，两个导流板平行，位于上横架与下横架之间，分别与上横架与下横架中的长杆固定连接。每个导流板的长度要大于上横架中长杆长度。

所述垂直支架在本发明中共需要四个，四个垂直支架的长度远大于上、下横架之间的距离，均固定在海底，在四个垂直支架上分别设有滑轨，分别可以与上、下横架中的连接杆配合，使得上横架和下横架可沿着垂直支架上下移动。

在下横架中两长杆之间等距设有多个支撑架，每个支撑架中间位置均设有往复泵，所述往复泵为双作用往复泵，每个往复泵通过活塞杆和与之对应的波浪能收集板固定。

所述上滑轮在本发明中共需两个，分别设置四个垂直支架中不相邻即斜对角的两个支架顶部。所述下滑轮在本发明中共需两个，分别与两个上滑轮对应，设于垂直支架底部。

所述传送带的一端固定在上横架的边角焊接处，另一端分别通过上滑轮、下滑轮后固定在下横架的边角焊接处。

所述电动机通过转轴与上滑轮中的轮轴连接。

波浪能装置设置在靠近海岸边的浅水区域，在设置时应将装置中电动机一直处于海平面以上，将装置中导流板垂直于海岸线方向安装，上述海岸线指的是岸边与海洋的交界线。

在波浪能装置中可以根据装置尺寸大小，进而调整往复泵的数量，每个往复泵的出水管汇集到一处相连，当波浪能装置中设置有1号、2号、……、n号多个往复泵时，则在波浪的作用下，各波浪能收集板的上下起伏会带动各个活塞杆上下移动，进而对流入各个往复泵中的海水进行双向回收，回收的海水流入岸边高塔上的储水罐中，再经过储水罐中的处理单元处理，达到符合压载水排放标准后，加注在需要打压载水的矿砂船压载舱中，所述处理单元处理压载水所消耗的电量由岸电提供的。

本发明有益效果：

1.本发明提出了一种为矿砂船注入压载水的系统，该系统通过波浪能装置将海水注入岸边高塔上的储水罐中，后借助储水罐中海水的重力势能加注到船舶中，节省了船舶用压载泵注入压载水时的电能消耗，间接利用了波浪能，实现了船舶节能减排。

2.本系统波浪能装置中的波浪能收集部分是由若干个长度较长的波浪能收集板排列而成，当波浪涌来时，能对一个、二个甚至多个完整的波长连续回收，回收波浪能的面积大，回收效果好，更重要的是，该装置中两个导流板形成相对封闭的环境，产生活塞效应的效果，进一步提高了对波浪能的利用率。

3.相较于传统的采用船舶电能处理压载水的方式，本系统采用岸电对压载水进行处理，处理后的压载水可直接加注到船舶上，因此，本系统投入的设备处理成本和人员管理成本更少，处理压载水的规模效益更好，处理单位质量的压载水产生的污染更少。

附图说明

图1本发明系统的示意图；

图2是在波浪作用下波浪能收集板的示意图；

图3是导流板安装位置示意图；

图4是相邻两个波浪能收集板的连接示意图；

图5是电动机通过传送带带动上、下横架的原理示意图；

图6是往复泵的结构示意图；

图7是无波浪状态下相邻波浪能收集板的连接示意图；

图8是波浪能装置在水下的安装方向示意图；

图9是在波浪作用下1号往复泵在波浪能收集板下沉时的示意图；

图10是在波浪作用下1号往复泵在波浪能收集板上浮时的示意图；

图11是若干个往复泵汇集的海水注入储水罐的示意图；

附图中：1.波浪能装置；1001.波浪能收集板；1002.往复泵；1003.上横架；1004.下横架；1005.垂直支架；1006.导流板；1007.电动机；1008.传送带；1009.上滑轮；1010.下滑轮；1011.固定螺栓；1012.弹簧；1013.螺栓联接套；1014.胶条；2.储水罐；3.处理单元。

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。

一种利用波浪能装置加注和处理压载水的系统，如图1所示，该系统包括：波浪能装置1、储水罐2和处理单元3。

如图2、图3、图4和图5所示，所述波浪能装置1包括：波浪能收集板1001、往复泵1002、上横架1003、下横架1004、垂直支架1005、导流板1006、电动机1007、传送带1008、上滑轮1009、下滑轮1010、固定螺栓1011、弹簧1012、螺栓联接套1013和胶条1014。

如图2所示，所述上横架1003是由两根短杆和两根长杆在杆端处刚性焊接组成的矩形框架。

所述下横架1004与上横架1003相同。上横架1003与下横架1004在各自的四个边角处通过连接杆刚性连接，使得上横架1003与下横架1004成为一体结构。

所述垂直支架1005在本发明中共需要四个，四个垂直支架的长度远大于上、下横架之间的距离，均固定在海底，在四个垂直支架上分别设有滑轨，分别可以与上、下横架中的连接杆配合，使得上横架1003和下横架1004可沿着垂直支架1005上下移动。

如图3所示，所述波浪能收集板1001为矩形板，板长与上横架1003的宽度，也即短杆长度相等。在本发明中用到若干个波浪能收集板，在起始端的波浪能收集板与末端的波浪能收集板上均设有固定轴，所设的固定轴与上、下横架连接杆上预设的圆孔同轴心配合，使得起始端的波浪能收集板与末端的波浪能收集板只具有绕固定轴轴线转动的自由度。

所述导流板1006在本发明中共需两个，两个导流板平行，位于上横架1003与下横架1004之间，分别与上横架1003与下横架1004中的长杆固定连接，每个导流板的长度要大于上横架1003中长杆长度，在波浪涌来时，两个导流板形成相对封闭的环境，波浪沿着导流板1006方向推移，减少波浪扩散，与波浪能收集板1001形成活塞效应，进一步提高了对波浪能的利用率。若是没有设置导流板1006，例如专利CN 111058990 A，该发明在波浪涌来时，由于水流没有导流板集聚，所以浮筏没有产生活塞效应的效果，因此水流会沿着浮筏两侧扩散，回收波浪能的效果并不理想。

如图4所示，在每个波浪能收集板的两端均设有两个螺纹孔，在螺纹孔上均有固定螺栓1011与其配合。

在相邻两个波浪能收集板上的固定螺栓1011之间通过弹簧1012连接，所述弹簧1012的设置可避免收集板靠近时相邻固定螺栓出现碰撞。

在相邻两个波浪能收集板上的固定螺栓1011在螺栓之间通过一个螺栓联接套1013连接。

相邻两个波浪能收集板通过胶条1014相连，所述胶条1014长度与波浪能收集板1001的板长相等，且具有一定的弹性，在受张力时可扩张，在受压力时可收缩。

如图5所示，所述上滑轮1009在本发明中共需两个，分别设置四个垂直支架中不相邻即斜对角的两个支架顶部。

所述下滑轮1010在本发明中共需两个，分别与两个上滑轮对应，设于垂直支架1005底部。

所述传送带1008的一端固定在上横架1003的边角焊接处，另一端分别通过上滑轮1009、下滑轮1010后固定在下横架1004的边角焊接处。

所述电动机1007通过转轴与上滑轮1009中的轮轴连接。

为保证本发明中每个波浪能收集板一直处于水线以下0.5m到1m，当水位高于这个范围的时候，可以通过人为控制电动机1007，从而带动传送带1008绕上、下滑轮传动，进而带动上、下横架上下移动，从而使得每个波浪能收集板移至合适位置。

在下横架1004中两长杆之间等距设有多个支撑架，每个支撑架中间位置均设有往复泵1002，每个往复泵均通过活塞杆和与之对应的波浪能收集板1001固定，往复泵1002的结构示意图如图6所示。

图7为波浪能收集板1001在不受波浪作用下的示意图。

如图8所示，波浪能装置1设置在靠近海岸边的浅水区域，在设置时应将装置中电动机1007一直处于海平面以上，将装置中导流板1006垂直于海岸线方向安装，上述海岸线指的是岸边与海洋的交界线。

在设置相邻两个往复泵之间的距离时，根据实际应用经验，调整距离等于半个波长。

如图9所示，以1号往复泵和2号往复泵为例，当与1号往复泵相连的收集板水位降低时，在水质点滚圆运动的作用下，与1号往复泵相连的收集板向下朝着最低点移动，此时，1号往复泵从上部进水口进海水，从下部出水口排出海水，排出的海水通过水管注入岸边的储水罐2中；当与2号往复泵相连的收集板水位升高时，在水质点滚圆运动的作用下，与2号往复泵相连的收集板向上朝着最高点移动，此时，2号往复泵从下部进水口进海水，从上部出水口排出海水，排出的海水通过水管与1号往复泵排出的海水汇集后注入岸边的储水罐2中。

如图10所示，以1号往复泵和2号往复泵为例，当与1号往复泵相连的收集板水位升高时，在水质点滚圆运动的作用下，与1号往复泵相连的收集板向上朝着最高点移动，此时，1号往复泵从下部进水口进海水，从上部出水口排出海水，排出的海水通过水管注入岸边的储水罐2中；当与2号往复泵相连的收集板水位降低时，在水质点滚圆运动的作用下，与2号往复泵相连的收集板向下朝着最低点移动，此时，2号往复泵从上部进水口进海水，从下部出水口排出海水，排出的海水通过水管与1号往复泵排出的海水汇集进而注入岸边的储水罐2中。

所述储水罐2设于岸边高塔上，但不仅限于设于岸边高塔，也可以设于岸边其它建筑物上或者山上。

如图11所示，当波浪能装置1中设置有1号、2号、……、n号多个往复泵时，则在波浪的作用下，各波浪能收集板的上下起伏会带动各个活塞杆上下移动，进而对流入各个往复泵中的海水进行双向回收，回收的海水流入岸边高塔上的储水罐2中，再经过储水罐2中的处理单元3处理，达到符合压载水排放标准后，加注在需要打压载水的矿砂船压载舱中，所述处理单元3处理压载水所消耗的电量由岸上发电厂，也即是岸电所提供的，这就节省了船舶压载泵注入压载水以及处理单元3处理压载水时的船舶电能消耗，其处理压载水规模效益更好，处理单位质量的压载水产生的污染更少，实现了船舶节能减排。

本发明系统可为多艘船舶加注所需的压载水，此外，该系统可通过波浪能装置1将海水注入储水罐2中，在船舶上预设接水口，当船舶靠港卸货时，将储水罐2与船舶接水口相连，可以在船舶卸货完成后再注入压载水；也可以边卸货边加注压载水，在这种情况下，加注的过程中要保证加注压载水的重量要比船舶卸下货物的重量小，以免超出船舶的载重量。此外，储水罐2设有多个，在船舶靠港卸货之前，多个储水罐中已经储存有大量海水，当船舶靠港卸货时，这些海水足以满足多艘船舶所需加注压载水的用量。

以上所述仅是本发明的优先实施方式，但实现时不受上述实施例限制，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 (1)

1.一种利用波浪能装置加注和处理压载水的系统，其特征在于：所述系统包括波浪能装置（1）、储水罐（2）和处理单元（3），

所述波浪能装置（1）包括：波浪能收集板（1001）、往复泵（1002）、上横架（1003）、下横架（1004）、垂直支架（1005）、导流板（1006）、电动机（1007）、传送带（1008）、上滑轮（1009）、下滑轮（1010）、固定螺栓（1011）、弹簧（1012）、螺栓联接套（1013）和胶条（1014），

所述上横架（1003）是由两根短杆和两根长杆在杆端处刚性焊接组成的矩形框架，所述下横架（1004）与上横架（1003）相同，上横架（1003）与下横架（1004）在各自的四个边角处通过连接杆刚性连接，使得上横架（1003）与下横架（1004）成为一体结构，

所述波浪能收集板（1001）共有若干个，为矩形板，板长与上横架（1003）的宽度相等，且每个波浪能收集板都处于水线以下0.5m到1m，在起始端的波浪能收集板（1001）与末端的波浪能收集板（1001）上均设有固定轴，所述的固定轴与上、下横架连接杆上预设的圆孔同轴心配合，使得起始端的波浪能收集板（1001）与末端的波浪能收集板（1001）只具有绕固定轴轴线转动的自由度，在每个波浪能收集板的两端均设有两个螺纹孔，在螺纹孔上均有固定螺栓（1011）与其配合，在相邻两个波浪能收集板上的固定螺栓（1011）之间通过弹簧（1012）连接，在相邻两个波浪能收集板上的固定螺栓（1011）在螺栓之间通过一个螺栓联接套（1013）连接，相邻两个波浪能收集板通过胶条（1014）相连，所述胶条（1014）长度与波浪能收集板（1001）的板长相等，且具有一定的弹性，在受张力时扩张，在受压力时收缩，

所述导流板（1006）共有两个，两个所述导流板（1006）平行，位于上横架（1003）与下横架（1004）之间，分别与上横架（1003）的长杆和下横架（1004）的长杆固定连接，每个导流板的长度要大于上横架（1003）中长杆长度，

所述垂直支架（1005）共有四个，四个所述垂直支架（1005）的长度远大于上、下横架之间的距离，均固定在海底，在四个垂直支架上分别设有滑轨，分别与上、下横架中的连接杆配合，使得上横架（1003）和下横架（1004）可沿着垂直支架（1005）上下移动，

所述往复泵（1002）通过出水管与岸边高塔上的储水罐（2）连接，所述储水罐（2）中设有处理单元（3），

波浪能收集板（1001）回收的海水流入岸边高塔上的储水罐（2）中，再经过储水罐（2）中的处理单元（3）处理，达到符合压载水排放标准后，加注在需要打压载水的矿砂船压载舱中，所述处理单元（3）处理压载水所消耗的电量由岸电提供的。

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