CN115711194A - 一种救生艇用旋转海锚发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种救生艇用旋转海锚发电装置，属于船舶与海洋工程领域；包括发电机组件、传动组件和海锚组件，所述发电机组件通过传动组件与海锚组件连接；所述海锚组件受海流的横向分力绕轴旋转，通过传动组件带动发电机转动发电；所述海锚组件包括沿海锚主体周向设置的多个阻力缝隙，由阻力缝隙破坏海锚主体内水流的横向分力平衡，使得水流的横向分力都指向远离缝隙侧，在海锚主体锥面上产生力矩，使海锚旋转。当海流从海锚大径端经过时，通过海流作用力在海锚内侧的横向分力，使海锚绕其中心轴向一个方向旋转，带动连杆旋转，从而发电机转动发电。该装置增强了海锚发电系统固定鲁棒性，同时泛化了该系统的应用场景。

Description

一种救生艇用旋转海锚发电装置

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程领域，具体涉及一种救生艇用旋转海锚发电装置。

背景技术

海锚是类似降落伞一类的中空类包，一段连接绳子，投掷于水中迅速下沉膨胀随着海水的涌入利用海水重量和阻力起到固定作用。海锚的作用是使艇首顶风、顶浪，防止救生艇在大风浪中倾覆；可减缓救生艇向下风方向的漂移速度，保持艇位等待救助。国内外发布了相关公约、法规、规范及标准明确了救生艇、救生筏均应配备一定数量的海锚。

在海上求生时，相比起柴油，电能更容易获取，所以电动救生艇逐渐被市场所接受，艇上还配备了电力驱动的蒸馏装置和通信设备，增加海员的生存几率和获救几率；如今无人船被广泛研究应用，大多数中小型无人船也是电力驱动的，然而受限于电池容量，无人船的航程和工作时间也会大大受限。使电动救生艇和无人船获取持续电力的一种方式是加装太阳能电池板，但是由于现在的技术限制，太阳能电池板的转换效率不高，且受天气影响较大，当遇到持续的阴雨天或夜晚时无法保证供电。海锚在工作时会受较大的力，这组件能量可以利用起来发电。如果将海锚所受的力转换为电能，则这种装置的使用不受天气限制，有海水流动即可使用，所以应用的场景更广泛且高效。

现有技术中利用海锚发电的方案是将海锚的尾部设置发电机，当海流经过海锚时带动发电机的桨叶转动发电。该技术的缺点为，海锚不易布放，电机在海锚的一端，使得海锚下坠缠绕，导致海锚无法正常工作；由于发电机周围有多跟缆绳，可能会造成发电机桨叶与缆绳和电缆缠绕，导致无法发电；发电机暴露在外，可能会导致发电机桨叶被浮游生物缠绕，或者与海上硬质漂浮物撞击而损毁。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种救生艇用旋转海锚发电装置，在传统海锚上增加开口方向与锥面相切的缝隙，当海流从海锚大径端经过时，通过海流作用力在海锚内侧的横向分力，使海锚绕其中心轴向一个方向旋转，带动连杆旋转，从而发电机转动发电。该装置增强了海锚发电系统固定鲁棒性，同时泛化了该系统的应用场景。

本发明的技术方案是：一种救生艇用旋转海锚发电装置，包括发电机组件、传动组件和海锚组件，所述发电机组件通过传动组件与海锚组件连接；所述海锚组件受海流的横向分力绕轴旋转，通过传动组件带动发电机转动发电；

所述海锚组件包括沿海锚主体周向设置的多个阻力缝隙，由阻力缝隙破坏海锚主体内水流的横向分力平衡，使得水流的横向分力都指向远离缝隙侧，在海锚主体锥面上产生力矩，使海锚旋转。

本发明的进一步技术方案是：所述海锚组件包括海锚主体和骨架，所述海锚主体的外轮廓为两端开口的中空椎体，内部设置有支撑骨架；

所述海锚主体沿锥面均布有多个轴向阻力缝隙；所述阻力缝隙是径向截面为扇形的空腔结构，空腔的两端为开放结构，分别位于海锚主体的两端开口处；空腔平行于椎体母线的一侧为封闭端，另一侧为开放端与锥面内空腔联通。

本发明的进一步技术方案是：所述阻力缝隙是由海锚主体的母线处锥面错位设置得到，锥面错位后形成阻力缝隙的内外壁面。

本发明的进一步技术方案是：所述骨架包括大径端骨架、小径端骨架和开封支撑条，所述大径端骨架是与海锚主体大径端截面一致的圆环，其内设置有加强筋；所述小径端骨架为大径端骨架的等比缩小，与海锚主体小径端截面一致；所述开封支撑条设置于阻力缝隙的封闭端，用于支撑锥面错位空间。

本发明的进一步技术方案是：所述大径端骨架内的加强筋为固定于其内环面的大径端连接绳，所述大径端连接绳是边长40.7cm的正三角形；所述小径端骨架内的加强筋为固定于其内环面的小径端连接绳，所述小径端连接绳是边长3.9cm的正三角形；所述开封支撑条位于大径端的高度为4.3cm，位于小径端的高度为0.4cm。

本发明的进一步技术方案是：所述海锚主体包括三片尺寸、形状均一致的扇形帆布，扇形帆布的底边半径为25cm，顶边半径为3cm，母线为65.4cm；三片扇形帆布沿周向错位均布，边缘分别与大径端骨架、小径端骨架和开封支撑条固定为一体结构。

本发明的进一步技术方案是：所述发电机组件包括发电机、发电机轴和发电机轴承座，所述发电机固定于船体内部，发电机轴贯穿经过防水处理的船壳伸向海锚舱；所述发电机轴承座固定于发电机轴的输出端。

本发明的进一步技术方案是：所述传动组件包括连杆、十字轴、连杆轴承座、转盘轴承座、转盘、转盘杆、缆环、缆绳，所述连杆的一端通过十字轴与发电机轴承座连接，另一端安装有连杆轴承座，所述连杆轴承座通过十字轴与转盘轴承座连接，所述转盘轴承座安装于转盘的一侧板面；

所述转盘沿中心轴设置有转盘内嵌轴，多个转盘杆沿周向均布于转盘内嵌轴的周向；所述转盘内嵌轴内装有弹簧，当转盘杆不受力时，可自动将转盘杆收回；多根缆绳的一端分别与各缆环固定连接，另一端固定于大径端骨架上。

本发明的进一步技术方案是：还包括推杆电机组件，所述推杆电机组件包括推杆电机主体、推杆、推杆轴承座和连杆滑动轴承；所述推杆电机主体安装于船体上；所述推杆为推杆电机自带推杆，其端部通过推杆轴承座与连杆滑动轴铰接；所述连杆滑动轴上开有中心通孔，套装于传动部分的连杆上；通过推杆电机主体驱动推杆的轴向位移，实现连杆的推出和回收。

工作原理：需要发电时，船上控制中心向推杆电机发出信号，通过推杆将连杆向下推出，推出后，连杆朝向船艉一端与发电机部分连接不动，朝向船艏一端带动海锚组件入水，连杆与水平面有30°的夹角。船在海流的作用下随海流方向漂，同时连杆拉动海锚组件，使海锚组的帆布有指向来流的阻力，此时海锚开始工作，不仅给船一个指向来流方向的拉力阻止船改变位置，同时由于阻力的横向分力而开始旋转，带动发电机转动发电。

停止发电需要收回时，船上控制中心向推杆电机发出相反信号，通过推杆收回，从而将传动组件和海锚组件都收回。

有益效果

本发明的有益效果在于：

1、本发明所设计的旋转海锚不仅利用了海锚所受到的纵向分力实现使船舶固定位置和减小摇晃这两项功能的基础上，还开创性地利用了海锚的横向分力使海锚旋转，从而带动发电机转动产生电能，提高了潮流能利用效率。

2、相较于太阳能，海流长期且稳定的存在，该发电装置不受天气和昼夜的影响，能长期持续地工作，应用场景很广。如应用到救生艇上，可持续地为蓄电池、蒸馏机、通信设备供电，从而使船员持续获得淡水、让外界获取本船位置，增加海员的存活几率和获救几率。

3、相较于其他需要把螺旋桨伸出船外的设计，本发明的装置将发电机和推杆电机置于船体内部，防止与漂浮物撞击损坏机组和桨叶，也简化了防水的工艺。暴露在水中的部分为传动组件和海锚组件。传动组件的主体为刚性连杆，海锚组件的主体为帆布和缆绳，这两组件均具备结构简单、可替换、抗干扰能力强的特点，同时在海况恶劣时还可驱动电机将海锚收回。所以整套装置简单可靠，具有较高的鲁棒性，适用于海上恶劣复杂的环境。

4、相较于其他仅依靠海流带动螺旋桨桨叶使发电机发电的潮流能发电装置而言，本发明拉动海锚旋转的力来源于海流推动船的力。当海流的流速和发电机功率相同的情况下，船体受力面积明显大于螺旋桨，所以本发明受到的力也更大，在将海锚锥面角度调整合理的情况下，单位时间内将潮流能转换为电能的总量能明显大于螺旋桨式发电装置。并且由于本发明中海锚的圆锥尖端的孔口设计，使海锚布放在水中就能正常工作，不用考虑其方向稳定性的问题。

本发明中传动组件的转盘杆可以收回转盘；海锚是用缆绳系固于传动组件的，可以解开收回舱内，且锚体是帆布材料，也可以折叠存放，这些设计都是为了节省救生艇内的空间，以存放更多救援物资。

附图说明

图1为本发明整套装置在推杆推出、海锚工作时的正视图；

图2为本发明整套装置在推杆收回、海锚被取下时的正视图；

图3为本发明发电机组件正等轴测图；

图4为本发明传动组件正等轴测图；

图5为本发明转盘杆张开正等轴测图；

图6为本发明转盘杆闭合正等轴测图；

图7为本发明海锚组件正等轴测图；

图8为本发明海锚组件(除缆绳外的)正视图；

图9为本发明推杆电机组件正等轴测图；

附图标记说明：1-发电机组件；2-传动组件；3-海锚组件；4-推杆电机组件；11-发电机；12-发电机轴；13-发电机轴承座；21-连杆；22-十字轴；23-连杆轴承座；24-转盘轴承座；25-转盘；26-转盘杆；27-缆环；31-帆布；32-大径端骨架；33-小径端骨架；34-大径端连接绳；35-小径端连接绳；36-开缝支撑条；37-缆绳；41-推杆电机主体；42-推杆；43-推杆轴承座；44-连杆滑动轴承。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

现有技术中的海锚为一锥形布兜，原理与降落伞相似，锥的尖端一般开有孔口，其作用是减小阻力，防止受力过大而使海锚撕裂，另一作用是稳定方向，在海锚入水时能迅速迅速张开，并稳定得指向来流方向。普通海锚工作时，有水流相对从大开口端向小开口端流，水流作用力作用于帆布内侧有纵向和横向的分力。纵向分力指向来流的方向，给船一个与随波逐流相反方向的力，而由于海锚的横截面是一个完整的圆形，所以横向分力相互抵消。现在实施例将普通海锚的横截面等分为三份并加以延长，将三个圆弧的原点错开形成一个正三角形，使每两部分锥面末端母线都错开一个缝隙，使水流通过，破坏了水流的横向分力平衡，使每一片海锚上水流流的横向分力都指向远离缝隙一端，在锥面上产生力矩，使海锚绕纵向旋转。

参照图1所示，本实施例一种救生艇用旋转海锚发电装置包括发电机组件1、传动组件2、海锚组件3和推杆电机组件4。该装置预设固定在船艏底部，有一个向前向下的凹槽容纳整套系统。在此基础上，下文介绍该套装置时，依据讲述的需要，在水平面上的方向均以“朝向船艏”、“朝向船艉”、“朝向左舷”、“朝向右舷”描述朝向，旋转方向为从船艉向船艏看的方向的顺时针和逆时针。常规海锚和本发明的海锚均使用帆布作为海锚锥面材料，所以称海锚体的两面为“帆布内侧”和“帆布外侧”，且为方便描述，下文在叙述海锚时，规定连接海锚大开口和小开口的线的方向为“纵向”，垂直于该线为“横向”。

本实施例中，预设整套装置置于船艏，并沿船的首尾线纵向放置，且开口方向朝向船艏，即相对于船而言，发电机组件1处于相对靠后的位置，而海锚组件3处于相对靠前的位置。工作时，海锚主体向船艏方向展开，大开口端朝向船艉，小开口端朝向船艏。

参见图1、图2，整个装置是由发电机组件1、传动组件2、海锚组件3和推杆电机组件4组成的。传动组件2的两端分别连接发电机组件1和海锚组件3，而推杆电机组件4与传动组件2的推杆21相连。

参见图3，发电机组件1由发电机11、发电机轴12和发电机轴承座13组成。发电机11固定在船内部，发电机轴12贯穿经过防水处理的船壳伸向海锚舱，发电机轴12的朝向船艉一端连接发电机11，朝向船艏一端固定有发电机轴承座13，而发电机轴承座13与传动组件2的十字轴相连22。

参见图4、图5、图6，传动组件2由连杆21、十字轴22、连杆轴承座23、转盘轴承座24、转盘25、转盘杆26和缆环27组成。连杆21两端都有连杆轴承座23，连杆轴承座23内各连接一十字轴22，朝向船艉一端的十字轴22与发电机轴承座13相连，朝向船艏一端的十字轴与转盘轴承座24相连，转盘轴承座24与转盘25固连。转盘25内部内嵌有与转盘25垂直排布的转盘内嵌轴，用以连接转盘杆26，而转盘杆26的另一端焊有缆环27，缆环27与海锚组件3的缆绳37相连。转盘内嵌轴内装有弹簧，当转盘杆26不受力时，可自动将转盘杆26收回。图5为整套发电装置在海水中工作时，转盘25里的转盘杆26张开时的状态，图6为整套装置收回舱内时，转盘25里的转盘杆26收回时的状态。

参见图7、图8，海锚组件3由帆布31、大径端骨架32、小径端骨架33、大径端连接绳34、小径端连接绳35、开缝支撑条36和缆绳37组成，海锚组件3的主体是三片帆布31围成的圆台(整体看上去是这样)，上底面和下底面的边均有铁丝作为支撑骨架，分别称为大径端骨架32和小径端骨架33。开口内部的三个同侧端点由分别由大开口连接绳34和小开口连接绳35相连，保证维持海锚的形状不散开；同时和缆绳37连接，使海锚主体通过缆绳37与传动组件2的缆环27相连。大开口底边外侧的端点与在其内部一片的帆布通过开缝支撑条36隔开，防止两片帆布粘连，导致海锚无法旋转。

在实施例中的海锚组件3主要受力部件为用不锈钢骨架支撑起来的三片尺寸、形状相等的帆布。每片帆布的底边半径为25cm，顶边半径为3cm，母线为65.4cm。在大开口和小开口有两个盘型不锈钢骨架支撑，二者形状基本一致，只有大小有差别，大开口端骨架中心的大三角为边长40.7cm的不锈钢条，开缝支撑条长4.3cm。小开口端骨架中心的三角形边长3.9cm，开缝支撑条长0.4cm。扇形帆布的母线也由与帆布扇形母线等长的不锈钢条封边。

在本实施例中，海锚组件在保证了起到海锚防止船舶漂移的作用下，兼顾了发电的作用，在整套系统运行时，海锚受到足以拉动整条救生艇的力量，这种力作用在海锚的帆布上后，横向分力是巨大的，足以带动电机相对转动。该设计有很好的稳向性，能保证整个海锚的大开口方向一直朝向来流方向，而螺旋桨类型的旋转装置无法达到这一点，这使得本发明的设计在复杂的水下环境中能保证正常发电。

参见图9，推杆电机组件4由推杆电机主体41、推杆42、推杆轴承座43和连杆滑动轴承44组成。推杆电机主体41与船体固连，推杆42为推杆电机41自带推杆，推杆42端部固连一推杆轴承座43，与连杆滑动轴44相连，连杆滑动轴44的孔套在传动组件2的连杆21上。

当该套装置工作时，船上给推杆电机4一个信号，使推杆42向下将连杆21推出，推出后，连杆21朝向船艉一端与发电机组件1连接不动，朝向船艏一端带动海锚组件3入水，连杆21与水平面有30°的夹角。船在海流的作用下随海流方向漂，这时连杆21拉动海锚，使海锚的帆布31有指向来流的阻力，此时海锚开始工作，不仅给船一个指向来流方向的拉力阻止船改变位置，还由于阻力的横向分力而开始旋转，带动发电机11转动发电。当需要收回时，给推杆电机4一个相反的信号，使推杆42收回，从而将传动组件2和海锚组件3都收回。

在装置安装时，需要在装置的前端船体开一个向下的水密舱门，装置收回时，封闭式救生艇内的人员可通过水密舱门将缆绳解开，把海锚收回舱内。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种救生艇用旋转海锚发电装置，其特征在于：包括发电机组件、传动组件和海锚组件，所述发电机组件通过传动组件与海锚组件连接；所述海锚组件受海流的横向分力绕轴旋转，通过传动组件带动发电机转动发电；

所述海锚组件包括沿海锚主体周向设置的多个阻力缝隙，由阻力缝隙破坏海锚主体内水流的横向分力平衡，使得水流的横向分力都指向远离缝隙侧，在海锚主体锥面上产生力矩，使海锚旋转。

2.根据权利要求1所述一种救生艇用旋转海锚发电装置，其特征在于：所述海锚组件包括海锚主体和骨架，所述海锚主体的外轮廓为两端开口的中空椎体，内部设置有支撑骨架；

所述海锚主体沿锥面均布有多个轴向阻力缝隙；所述阻力缝隙是径向截面为扇形的空腔结构，空腔的两端为开放结构，分别位于海锚主体的两端开口处；空腔平行于椎体母线的一侧为封闭端，另一侧为开放端与锥面内空腔联通。

3.根据权利要求2所述一种救生艇用旋转海锚发电装置，其特征在于：所述阻力缝隙是由海锚主体的母线处锥面错位设置得到，锥面错位后形成阻力缝隙的内外壁面。

4.根据权利要求2所述一种救生艇用旋转海锚发电装置，其特征在于：所述骨架包括大径端骨架、小径端骨架和开封支撑条，所述大径端骨架是与海锚主体大径端截面一致的圆环，其内设置有加强筋；所述小径端骨架为大径端骨架的等比缩小，与海锚主体小径端截面一致；所述开封支撑条设置于阻力缝隙的封闭端，用于支撑锥面错位空间。

5.根据权利要求4所述一种救生艇用旋转海锚发电装置，其特征在于：所述大径端骨架内的加强筋为固定于其内环面的大径端连接绳，所述大径端连接绳是边长40.7cm的正三角形；所述小径端骨架内的加强筋为固定于其内环面的小径端连接绳，所述小径端连接绳是边长3.9cm的正三角形；所述开封支撑条位于大径端的高度为4.3cm，位于小径端的高度为0.4cm。

6.根据权利要求2所述一种救生艇用旋转海锚发电装置，其特征在于：所述海锚主体包括三片尺寸、形状均一致的扇形帆布，扇形帆布的底边半径为25cm，顶边半径为3cm，母线为65.4cm；三片扇形帆布沿周向错位均布，边缘分别与大径端骨架、小径端骨架和开封支撑条固定为一体结构。

7.根据权利要求1所述一种救生艇用旋转海锚发电装置，其特征在于：所述发电机组件包括发电机、发电机轴和发电机轴承座，所述发电机固定于船体内部，发电机轴贯穿经过防水处理的船壳伸向海锚舱；所述发电机轴承座固定于发电机轴的输出端。

8.根据权利要求1所述一种救生艇用旋转海锚发电装置，其特征在于：所述传动组件包括连杆、十字轴、连杆轴承座、转盘轴承座、转盘、转盘杆、缆环、缆绳，所述连杆的一端通过十字轴与发电机轴承座连接，另一端安装有连杆轴承座，所述连杆轴承座通过十字轴与转盘轴承座连接，所述转盘轴承座安装于转盘的一侧板面；

所述转盘沿中心轴设置有转盘内嵌轴，多个转盘杆沿周向均布于转盘内嵌轴的周向；所述转盘内嵌轴内装有弹簧，当转盘杆不受力时，可自动将转盘杆收回；多根缆绳的一端分别与各缆环固定连接，另一端固定于大径端骨架上。

9.根据权利要求1所述一种救生艇用旋转海锚发电装置，其特征在于：还包括推杆电机组件，所述推杆电机组件包括推杆电机主体、推杆、推杆轴承座和连杆滑动轴承；所述推杆电机主体安装于船体上；所述推杆为推杆电机自带推杆，其端部通过推杆轴承座与连杆滑动轴铰接；所述连杆滑动轴上开有中心通孔，套装于传动部分的连杆上；通过推杆电机主体驱动推杆的轴向位移，实现连杆的推出和回收。

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