CN211874668U - 一种利用船舶摇摆运动的发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用船舶摇摆运动的发电装置，该装置主要包括底座、偏心轮、立轴、轴承、配重箱、配重块、偏心轮内齿、发电机、发电机齿轮、传动轴。本实用新型装置固定在船舶上，能够和船舶一起移动。船舶不论是发生纵摇还是横摇，甚至是艏摇，本实用新型都能利用船舶在这些摇摆运动中产生的机械能，通过偏心轮、发电机齿轮等将这些巨大的能量转化为电能，实现船舶航行中对波浪能的间接有效利用，为船舶的航行提供部分动力，大大降低了船舶的能耗，实现了船舶的节能减排，本实用新型充分利用了船舶多自由度的运动中蕴含的机械能，能够产生更多的电能。

Description

一种利用船舶摇摆运动的发电装置

技术领域

本实用新型属于船舶技术领域，具体涉及一种利用船舶摇摆运动的发电装置。

背景技术

随着船舶大型化的趋势，船舶每日的燃料消耗量相应增加，大型船舶每日消耗燃油能达几十吨，甚至上百吨，这对环境造成严重的污染。为了降低船舶航行对环境的影响，国际海事组织(IMO)对船舶的排放提出了更高的要求，如何进一步开发新型能源也成为了船舶业迫在眉睫需要解决的问题。为此，有些学者提出了安装在船舶上利用太阳能和风能的发电装置，这些装置在节能减排方面取得了一定的成效。但海洋中可利用的资源还有很多，其中，波浪能就是一个很好的资源。

基于波浪能在海洋中能流密度大等优势，许多学者已经对波浪能进行了一些开发利用，并产生了一些有益的效果，但这些波浪能利用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，无法应用在航行中的船舶上。即使能将这些波浪能利用装置安装在船舶上，也会对船舶的航行增加额外的附加阻力，产生的能量还不足以补偿船舶额外消耗的能量，出现得不偿失的现象。

船舶在海洋中航行时，船舶周围波浪能资源十分丰富，尤其是在大风浪天时，船舶周围蕴含的波浪能更是相当庞大，而正是由于波浪等因素的影响，船舶在航行中会发生六个自由度的运动(横摇、纵摇、艏摇、纵荡、横荡和垂荡)，船舶实际的运动就是这六个自由度运动的耦合，在这六个自由度的运动中，横摇运动表现得最为剧烈，无论是怎样的海况，船舶航行过程中总会产生横摇，其次是船舶的纵摇。所以说，船舶在风浪天中航行时，船舶上蕴含着大量的机械能。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，所以船舶对这些机械能的利用，实质上也就是船舶间接地对波浪能的利用

因此，一些学者对波浪引起的船舶运动中蕴含的机械能如何利用进行了一些研究。专利号为CN 109209803 A的中国专利公开了一种利用船舶振荡能的发电装置，该装置将船舶巨大的上下振荡的能量也就是船舶垂荡运动蕴含的能量转化电能，专利号为CN110714890 A的中国专利公开了一种利用大型商船横摇的发电装置及方法，实现了船舶横摇过程中机械能的回收和利用，将这些机械能转化为电能。上述这些装置有效地利用了船舶上蕴含的机械能，实现了船舶对波浪能的间接利用，针对船舶一个自由度的运动对船舶上的机械能进行了利用。若是能够利用船舶中的两个自由度、三个自由度甚至更多自由度的运动过程中产生的机械能同时进行发电，将会回收更多的机械能，能产生更好的发电效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述提到的问题，提出了一种利用船舶摇摆运动的发电装置。

该装置主要包括：底座、偏心轮、立轴、轴承、配重箱、配重块、偏心轮内齿、发电机、发电机齿轮、传动轴。其中所述立轴一端固定在底座上，并且立轴要垂直于水平面竖直安装，另一端通过轴承与偏心轮相连接，使得偏心轮可以与立轴实现相对转动，满足船舶正浮航行时，偏心轮所在的平面是一个水平面。

所述配重箱固定在偏心轮上，配重箱内设有配重块，能够调节配重块的数量来控制偏心轮的偏心程度。偏心轮是一个整体，但可分为上下两部分，上部分用以连接轴承；下部分设有偏心轮内齿，可看作一个内齿轮，与内齿轮相啮合的是发电机齿轮。发电机和立轴固定在同一底座上，传动轴的一端和发电机相连，另一端与发电机齿轮相连。

其中，所述偏心轮内齿的齿数应远远大于发电机齿轮的齿数。偏心轮的直径应尽可能的大，内齿齿数应尽可能的多。

所述底座固定在船舶上，装置可以随船一起移动。底座固定的位置可以是船舶的甲板，若是船舶舱室或其他空间的位置足够，底座也可以固定在这些处所。本实用新型装置须成对安装，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，且应尽量靠近舷边。

船舶在无风浪正浮航行时，偏心轮所在的平面是一个水平面，即使配重箱的重量较重，也不会在偏心轮圆周上产生一个切向的力，所以无法产生偏心转矩，偏心轮不会发生旋转。船舶在风浪航行时，无论是横摇还是纵摇都会使得偏心轮所在的平面发生倾斜，不再是一个水平面，此时，配重箱中的配重块就会在偏心轮圆周上产生切向的分力，进而产生偏心转矩，偏心轮有配重箱的一侧就会向偏心轮所在的平面最低的方向旋转，偏心轮在旋转过程中会带动与偏心轮内齿相啮合的发电机齿轮旋转，然后经过传动轴的作用，带动发电机发电。以此来实现在航行中的船舶上发生横摇和纵摇时能够发电，而船舶的摇摆运动主要是由风浪造成的，所以本实用新型装置实质上就是间接地利用了海洋中蕴含的波浪能。

此外，本实用新型不仅可以利用船舶横摇和纵摇运动，而且在船舶艏摇的时候也能够进行机械能的利用。当船舶的艏摇较为严重，船舶产生绕着中横剖面和中纵剖面交线的加速度时，在惯性的作用下，本实用新型装置中的偏心轮也会与立轴之间发生相对转动，从而带动发电机齿轮旋转，然后通过传动轴带动发电机发电。

与现有的技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型可以利用船舶航行时由于摇摆运动产生的大量机械能，并将这些机械能高效地转化为电能，为船舶的航行提供部分动力，大大降低了船舶用以发电的能耗，实现了船舶的节能减排。

2.本实用新型装置既可以利用船舶的横摇，又可以利用纵摇，甚至还可以利用船舶的艏摇，实现了充分利用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，本实用新型可利用的机械能更多，进而能够产生更多的电能。

3.本实用新型装置中偏心轮的旋转角度几乎与船舶的横摇角和纵摇角的大小无关，因此，本实用新型能够实现船舶即使在较小的摇摆幅度也能够产生较大的转动，从而使得发电机齿轮单方向的旋转圈数更多，而无论是大幅度还是小幅度的摇摆运动，偏心轮的旋转角度相差不大，所以使得发电机的电力输出较为稳定。

附图说明

图1是本实用新型装置的示意图

图2是本实用新型装置的三维模型

图3是本实用新型装置安装在船舶上的示意图

图4是假设在船舶正浮时本实用新型装置的其中一种状态

图5是船舶左倾时本实用新型装置的其中一种状态

图6是船舶右倾时本实用新型装置的其中一种状态

图中：1.底座；2.偏心轮；3.立轴；4.轴承；5.配重箱；6.配重块；7.偏心轮内齿；8.发电机；9.发电机齿轮；10.传动轴；

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明

图1是一种利用船舶摇摆运动的发电装置的示意图，图2是该装置的三维模型，该装置主要包括：底座(1)、偏心轮(2)、立轴(3)、轴承(4)、配重箱(5)、配重块(6)、偏心轮内齿(7)、发电机(8)、发电机齿轮(9)、传动轴(10)。其中所述立轴(3)固定在底座(1)上，并通过轴承(4)与偏心轮(2)相连接，使得偏心轮(2)可以与立轴(3) 实现相对转动。

所述配重箱(5)固定在偏心轮(2)上，配重箱(5)内设有配重块(6)，能够调节配重块(6)的数量来控制偏心轮(2)的偏心程度。所述偏心轮(2)是一个整体，但可分为上下两部分，上部分用以连接轴承(4)；下部分设有偏心轮内齿(7)，可看作一个内齿轮，与内齿轮相啮合的是发电机齿轮(9)。且为达到更好的发电效果，偏心轮内齿(7)的齿数远远大于发电机齿轮(9)的齿数。发电机(8)和立轴(3)固定在同一底座(1)上，传动轴(10)的一端和发电机(8)相连，另一端与发电机齿轮(9)相连。

如图3所示，所述底座(1)固定在船舶上，装置可以随船一起移动。底座(1)固定的位置可以是船舶的甲板，若是船舶舱室或其他空间的位置足够，底座(1)也可以固定在这些处所。为尽可能减小对船舶稳性的影响，本实用新型装置须成对安装，分别位于船舶的左舷和右舷，在中线面两侧对称布置，不仅如此，本实用新型装置还应尽量靠近舷边布置，原因是靠近舷边位置的摇摆运动更为剧烈，且多数船舶在靠近船舷的位置有较大的空闲空间，装置安放在这些位置能够达到更好的发电效果。

下面以装置在船舶上的其中一种状态来讲述本实用新型装置的原理：

假设船舶在正浮时，本实用新型装置的状态如图4所示，此时，装置中过立轴(3)轴线和配重箱(5)中心的平面与船舶的中纵剖面平行。装置相对于船舶静止，偏心轮(2)所在的平面平行于水平面，即便配重箱(5)的重量较重，也不会在偏心轮(2)圆周上产生切向上的力，所以无法产生偏心转矩，偏心轮(2)不会发生旋转。

图5是基于图4的假设，当船舶发生左倾时本实用新型装置的状态。当此船舶发生左倾时，偏心轮(2)所在的平面发生倾斜，配重箱(5)中的配重块(6)就会在偏心轮(2)圆周上产生一个切向的分力，进而产生偏心转矩，这个偏心转矩使得偏心轮(2)产生如图5所示的顺时针的转动。图6也是基于图4的假设，当船舶发生右倾时本实用新型装置的状态。当船舶发生右倾时，原理同上述左倾时相同，只是产生的偏心转矩会使得偏心轮(2)产生如图6所示的逆时针的转动。而偏心轮(2)旋转不论是顺时针还是逆时针都会对带动与偏心轮内齿(7)相啮合的发电机齿轮(9)的转动，进而通过传动轴(10)带动发电机(8)发电。

同理，当船舶发生首倾和尾倾时，其原理也是和上述横倾和纵倾的原理相同，都会使得因配重箱(5)的重力在偏心轮(2)圆周上产生一个切向上的分力，从而产生偏心转矩，使得偏心轮(2)旋转，进而带动发电机齿轮(9)旋转，然后通过传动轴(10)带动发电机(8)发电。

另外，本实用新型不仅可以利用船舶横摇和纵摇运动，而且在船舶艏摇的时候也能够进行机械能的利用。当船舶的艏摇较为严重，船舶产生绕着中横剖面和中纵剖面交线的加速度时，在惯性的作用下，本实用新型装置中的偏心轮(2)也会与立轴(3)之间发生相对转动，从而带动发电机齿轮(9)旋转，然后通过传动轴(10)带动发电机(8)发电。

本实用新型装置的发电效果可以根据偏心轮内齿(7)的齿数和发电机齿轮(9)的齿数的相对数量而改变，在发电机齿轮(9)的直径和数目一定的条件下，随着偏心轮(2)的直径增大和内齿齿数的增加，装置的发电效果越好。另外，配重箱(5)中配重块(6)的数目也会对装置的发电效果产生影响，配重块(6)越多，偏心轮(2)的偏心程度相对越大，装置产生的发电效果也相对越好。

以上所述仅是本实用新型的优先实施方式，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用船舶摇摆运动的发电装置，其特征在于：该装置包括底座(1)、偏心轮(2)、立轴(3)、轴承(4)、配重箱(5)、配重块(6)、偏心轮内齿(7)、发电机(8)、发电机齿轮(9)、传动轴(10)，其中所述立轴(3)固定在底座(1)上，并通过轴承(4)与偏心轮(2)相连接；

所述配重箱(5)固定在偏心轮(2)上，配重箱(5)内设有配重块(6)，发电机(8)和立轴(3)固定在同一底座(1)上，传动轴(10)的一端和发电机(8)相连，另一端与发电机齿轮(9)相连。

2.根据权利要求1中所述的一种利用船舶摇摆运动的发电装置，其特征在于：所述底座(1)固定在船舶上，装置须成对安装，分别位于船舶的左舷和右舷，在中线面两侧对称布置。

3.根据权利要求1中所述的一种利用船舶摇摆运动的发电装置，其特征在于：船舶在无风浪正浮航行时，偏心轮(2)所在的平面是一个水平面。

4.根据权利要求1中所述的一种利用船舶摇摆运动的发电装置，其特征在于：所述偏心轮(2)是一个整体，但可分为上下两部分，上部分用以连接轴承(4)；下部分设有偏心轮内齿(7)，可看作一个内齿轮，与内齿轮相啮合的是发电机齿轮(9)。

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