CN205131576U - 基于水流发电的流速预警航标船 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于水流发电的流速预警航标船，船体下端通过连接臂垂直连接有导流罩，螺旋桨设置于导流罩前端，螺旋桨的旋转轴与螺纹丝杠A固定连接，连接臂内部空腔内设有连接动力杆，连接动力杆的下端端部连接有螺纹丝杠B，螺纹丝杠A与螺纹丝杠B相互啮合；连接动力杆的上端端部通过螺纹丝杠垂直动力转向连接于发电机的转子旋转轴上；发电机、航标灯、预警灯三者分别与单片机和蓄电池电连接，船体上设有航标，航标灯设置于航标的顶部，预警灯设置于船体上。本实用新型以水流发电作为新的能量来源，通过水流冲击螺旋桨转动带动发电机发电，同时，由角度传感器记录导流罩偏转角度，转数计数器记录螺旋桨实时转数。

Description

基于水流发电的流速预警航标船

技术领域

本实用新型涉及航标船领域，尤其涉及一种基于水流发电的流速预警航标船，特别涉及一种能为船舶通航所必须的航标船提供一种新的高效供能方式，并且同时测出流速流向提供预警的航标船。

背景技术

为了确保船舶船组在航道航行的安全，航标船成为江河航道上必不可少的导航设施。调研发现，目前航标船的主要能量来源是太阳能发电和化学蓄电池交替供电，但由于在很多地方日照时间短或常年阴雨多雾天气，无法长期靠太阳能供电，只能长期依赖蓄电池，既耗电又不环保，而且频繁的更换还存在一定安全隐患。且此类航标船功能单一，无法提供关于此航段比如流速，流向等其它重要信息，不能消除航行中存在的一些安全隐患。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种基于水流发电的流速预警航标船，航标船以水流发电作为新的能量来源，通过水流冲击螺旋桨转动带动发电机发电，水下的尾舵可以使系统本身自行偏转至流速最大的方向，达到最大发电效能的目的。同时，由角度传感器记录导流罩偏转角度，转数计数器记录螺旋桨实时转数，由单片机率定得出动态流速流向；并且增加流速预警系统，把单片机采集到的航道当中的流速流向信息，通过预警灯反馈给过往船只，达到预警的目的。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种基于水流发电的流速预警航标船，包括船体、航标灯、预警灯、发电机、螺旋桨和导流罩，所述船体下端通过连接臂垂直连接有所述导流罩，所述螺旋桨设置于导流罩前端，螺旋桨的旋转轴与螺纹丝杠A固定连接，所述连接臂内部空腔内设有连接动力杆，连接动力杆的下端端部连接有螺纹丝杠B，所述螺纹丝杠A与螺纹丝杠B相互啮合，且螺纹丝杠A的中轴线与螺纹丝杠B的中轴线垂直，螺纹丝杠A能将螺旋桨的旋转轴的旋转动力垂直转向到连接动力杆的旋转动力。所述连接动力杆的上端端部通过螺纹丝杠垂直动力转向连接于所述发电机的转子旋转轴上，即连接动力杆的上端端部固定连接有螺纹丝杠C，发电机的转子旋转轴端部连接有螺纹丝杠D，螺纹丝杠C的中轴线与螺纹丝杠D的中轴线垂直，螺纹丝杠C能将连接动力杆旋转动力垂直转向到发电机的转子旋转轴的旋转动力。所述发电机分别与单片机和蓄电池电连接，所述航标灯分别与单片机和蓄电池电连接，所述预警灯分别与单片机和蓄电池电连接，所述船体上设有航标，所述航标灯设置于航标的顶部，所述预警灯设置于船体上。所述螺旋桨的旋转轴、螺纹丝杠A与螺纹丝杠B设置于导流罩内。

为了更好地实现本实用新型，所述导流罩顶部通过轴承连接于船体的连接臂下端。

为了便于测量转子旋转轴的转动次数，以便于人们精度掌握发电机的发电能量，所述发电机的转子旋转轴上设有转数计数器。

为了防止水藻、泥浆进入到螺旋桨中而堵塞螺旋桨，所述导流罩前端对应螺旋桨位置设有防护罩，该防护罩完全包裹螺旋桨。

本实用新型提供一种优选的技术方案是：所述导流罩的内部设有与蓄电池电连接的角度传感器，角度传感器包括上测杆和下测杆，上测杆与船体的连接臂对应连接，下测杆与导流罩对应连接。

作为优选，所述导流罩后端设有尾舵。

本实用新型较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本实用新型以水流发电作为新的能量来源，通过水流冲击螺旋桨转动带动发电机发电，利用水流发电给航标船供能，充分利用水能资源，体现节能环保的理念。同时，由角度传感器记录导流罩偏转角度，转数计数器记录螺旋桨实时转数，由单片机率定得出动态流速流向；并且增加流速预警系统，把单片机采集到的航道当中的流速流向信息，通过预警灯反馈给过往船只，达到预警的目的。

(2)本实用新型的导流罩末端尾舵的设计，导流罩与船体的连接臂可转动轴承的连接方式，可以始终保持螺旋桨的叶片与水流方向正交，实现发电效率最大化。

(3)本实用新型在转子旋转轴上安装转数计数器采集螺旋桨转数信息，并通过角度传感器记录导流罩相对于船体的连接臂偏转角度，由单片机分析得到航标船所处航道流速流向的情况。

(4)本实用新型在航标船前段设置一个预警灯，当航道流态存在碍航问题时，预警灯闪亮提醒过往船只；同时单片机得到的流态信息通过无线发射装置反馈给船舶的智能接收终端。

(5)本实用新型的螺旋桨导流罩可增大进罩水流速度，提高发电功率，减小螺旋桨启动转数，同时能起到引导水流的作用。

(6)本实用新型适用于常年阴雨多雾地区，水电站下游非恒定流航道的监控，山区河流、浅滩漫滩水流和弯道斜向水流等水流不稳定，船舶易偏离航线的流段。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的局部放大示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1-船体，2-航标，21-航标灯，3-螺旋桨，4-导流罩，5-螺纹丝杠A，6-螺纹丝杠B，7-连接动力杆，8-轴承，9-转数计数器，10-发电机，11-单片机，12-角度传感器，121-下测杆，122-上测杆，13-预警灯，14-尾舵。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明：

如图1～图2所示，一种基于水流发电的流速预警航标船，包括船体1、航标灯21、预警灯13、发电机10、螺旋桨3和导流罩4，船体1下端通过连接臂垂直连接有导流罩4，螺旋桨3设置于导流罩4前端，螺旋桨3的旋转轴与螺纹丝杠A5固定连接，连接臂内部空腔内设有连接动力杆7，连接动力杆7的下端端部连接有螺纹丝杠B6，螺纹丝杠A5与螺纹丝杠B6相互啮合，且螺纹丝杠A5的中轴线与螺纹丝杠B6的中轴线垂直，螺纹丝杠A5能将螺旋桨3的旋转轴的旋转动力垂直转向到连接动力杆7的旋转动力。连接动力杆7的上端端部通过螺纹丝杠垂直动力转向连接于发电机10的转子旋转轴上，即连接动力杆7的上端端部固定连接有螺纹丝杠C，发电机10的转子旋转轴端部连接有螺纹丝杠D，螺纹丝杠C的中轴线与螺纹丝杠D的中轴线垂直，螺纹丝杠C能将连接动力杆7旋转动力垂直转向到发电机10的转子旋转轴的旋转动力。发电机10分别与单片机11和蓄电池电连接，航标灯21分别与单片机11和蓄电池电连接，预警灯13分别与单片机11和蓄电池电连接，船体1上设有航标2，航标灯21设置于航标2的顶部，预警灯13设置于船体1上。螺旋桨3的旋转轴、螺纹丝杠A5与螺纹丝杠B6设置于导流罩4内。单片机11首先将由转数计数器9测定的转数率定得到该处的流速，然后将不同流速流态划分相应的等级，对应不同危险的等级，预警灯发出不同颜色(危险黄色，非常危险橙色)的闪光信号，对过往船只起到预警作用。

为了更好地实现本实用新型，导流罩4顶部通过轴承8连接于船体1的连接臂下端。这样，导流罩4与船体1的连接臂下端是活动连接，即导流罩4可以相对轴承8转动以适应水流方向，并且导流罩末端的尾舵能够根据水流的变化调整系统方向，始终保持系统螺旋桨的叶片与水流方向正交；同时螺旋桨的叶片外设置防护罩，不仅可以防止水生漂流物对设备的影响而且可以起到导流的作用，保证发电效率最大化。

为了便于测量转子旋转轴的转动次数，以便于人们精度掌握发电机10的发电能量，发电机10的转子旋转轴上设有转数计数器9。

为了防止水藻、泥浆进入到螺旋桨3中而堵塞螺旋桨3，导流罩4前端对应螺旋桨3位置设有防护罩，该防护罩完全包裹螺旋桨3。

根据本实用新型的一个优选实施例，导流罩4的内部设有与蓄电池电连接的角度传感器12，角度传感器12包括上测杆122和下测杆121，上测杆122与船体1的连接臂对应连接，下测杆121与导流罩4对应连接。角度传感器12通过测定上下测杆的相对转动来达到测量导流罩的角度。上测杆固定在连接杆上，下测杆可随导流罩一起转动。通过下测杆的转动，带动了滑动触点在电阻膜上滑动，同时将旋转角度变换成线性电压输出。同时角度传感器12的设置限制了导流罩无限制的转动，起到了保护的作用。

根据本实用新型的一个优选实施例，导流罩4后端设有尾舵14。

假定螺旋桨3的叶片大小为0.3m，水流流速v＝1m/s

则单位时间通过螺旋桨的水流质量

m＝πr²vtρ＝3.14×0.3²×1×1×1000＝282.6kg

水能为：

$E=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2=\frac{1}{2}\×282.6\×1^2=141.3J$

对于一般水流发电机的转化效率为40％，水流能转化为螺旋桨旋转能的效率为20％，那么发电机产生的实际功率为

E_实＝E*20％*40％＝11.304J

因为11.304J/s＝11.304w

有着“黄金水道”之称的长江，在四川省宜宾市和湖北省宜昌市的上游段，水急滩多，流速可达到3m/s以上；中游枯水期平均流速也可达到1.0m/s～1.7m/s，个别河段可超过2.0m/s(洪水期一般可达3m/s)；下游丰水期流速可达到2.0m/s。

由于一般航标灯的功率在10瓦以内，且航标灯所需供电时间仅是发电时间的50％或更少，故可得水流流速达到1m/s以上的时候可以保证航标灯的正常发光所需要的电能。

本实用新型的工作原理如下：

水流冲击螺旋桨转动驱动发电机发电从而供给航标灯以及预警灯的正常工作所需的电能；在白天发电机将转化的电能存储在蓄电池中，夜晚通过光控开关接通蓄电池与航标灯的线路自动给航标灯供电，水下的导流罩末端的尾舵可以使系统本身自行偏转至流速最大的方向，从而保证螺旋桨始终与水流方向正交，达到发电效率最大化。同时角度传感器记录了导流罩这一偏转过程，计数器记录了发电机机械轴的实时转数，通过传动比得到螺旋桨转数。再由单片机率定得出动态流向流速；并且增加流速预警系统，把单片机采集到的航道当中的流速分成不同的危险等级，当瞬时流速达到某一危险等级时，由单片机触动蓄电池与预警灯的开关，从而使预警灯发出不同颜色的闪烁信号提示过往船只，另外在特殊流域可设置无线电发送装置传送更加全面的流速流态信号给过往船只。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于水流发电的流速预警航标船，其特征在于：包括船体(1)、航标灯(21)、预警灯(13)、发电机(10)、螺旋桨(3)和导流罩(4)，所述船体(1)下端通过连接臂垂直连接有所述导流罩(4)，所述螺旋桨(3)设置于导流罩(4)前端，螺旋桨(3)的旋转轴与螺纹丝杠A(5)固定连接，所述连接臂内部空腔内设有连接动力杆(7)，连接动力杆(7)的下端端部连接有螺纹丝杠B(6)，所述螺纹丝杠A(5)与螺纹丝杠B(6)相互啮合，且螺纹丝杠A(5)的中轴线与螺纹丝杠B(6)的中轴线垂直；所述连接动力杆(7)的上端端部通过螺纹丝杠垂直动力转向连接于所述发电机(10)的转子旋转轴上，所述发电机(10)分别与单片机(11)和蓄电池电连接，所述航标灯(21)分别与单片机(11)和蓄电池电连接，所述预警灯(13)分别与单片机(11)和蓄电池电连接，所述船体(1)上设有航标(2)，所述航标灯(21)设置于航标(2)的顶部，所述预警灯(13)设置于船体(1)上；所述螺旋桨(3)的旋转轴、螺纹丝杠A(5)与螺纹丝杠B(6)设置于导流罩(4)内。

2.按照权利要求1所述的基于水流发电的流速预警航标船，其特征在于：所述导流罩(4)顶部通过轴承(8)连接于船体(1)的连接臂下端。

3.按照权利要求1所述的基于水流发电的流速预警航标船，其特征在于：所述发电机(10)的转子旋转轴上设有转数计数器(9)。

4.按照权利要求1所述的基于水流发电的流速预警航标船，其特征在于：所述导流罩(4)前端对应螺旋桨(3)的位置设有防护罩，该防护罩完全包裹螺旋桨(3)。

5.按照权利要求2或4所述的基于水流发电的流速预警航标船，其特征在于：所述导流罩(4)的内部设有与蓄电池电连接的角度传感器(12)，角度传感器(12)包括上测杆(122)和下测杆(121)，上测杆(122)与船体(1)的连接臂对应连接，下测杆(121)与导流罩(4)对应连接。

6.按照权利要求5所述的基于水流发电的流速预警航标船，其特征在于：所述导流罩(4)后端设有尾舵(14)。