CN212556208U - 全气流转电能驱动金属气垫喷射回收船舶结构及发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全气流转电能驱动金属气垫喷射回收船舶结构及发电装置，属一种船舶结构，装置包括气流收集伞，气流收集伞内安装有驱动轴，驱动轴上安装有叶轮，驱动轴还与发电机的输入端、以及电机的输出端动力连接，发电机上安装有测速器，发电机还与蓄电池电连接，电机也与所述蓄电池电连接；测速器、发电机与电机均接入控制模块。通过气流收集伞收集气流并聚合气流推动叶轮转动，从而通过驱动轴带动发电机运行发电，由发电机对船舶供电及向蓄电池充电，当气流驱动力不足发电机无法达到额定转速时，由蓄电池向电机供电，由电机回功辅助带动驱动轴转动，对发电机的转速进行补强，保证发电机可长时间不间断输出稳定电压，也有利于节能环保。

Description

全气流转电能驱动金属气垫喷射回收船舶结构及发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种船舶结构，更具体的说，本实用新型主要涉及一种全气流转电能驱动金属气垫喷射回收船舶结构及发电装置。

背景技术

金属气垫喷射回收船舶使用全气流转电能作为驱动船舶的动力，是在一种金属气垫喷射回收船舶结构专利（专利号ZL201120183222.3）的基础上对该类型船舶动力能源的进一步开发创新。

目前船舶上使用光伏、风力发电机发电带动电动机，由于风力发电机对于风力持续性以及方向性要求较高，因此存在风机做功发电不稳定，光伏发电机对于日照光线的要求较高，容易受季节周期影响，并且在夜晚无法使用，需使用蓄电池辅助，并且光伏和风力发电机在造价上成本较高，并且使用时的维护成本也较高，因此不能广泛使用。

并且，由于普通船舶的底部是密封的，在水面航行时要克服水的阻力，需要消耗大量能源，船的吃水越深，航行时的阻力越大，这使得普通的船舶航速较慢，通常不超过30节在此基础上，而后逐渐出现了气垫船结构，这类气垫船通过在船体两侧或底部设置气垫，航行时在向气垫内充气，将船体升高贴近水面，利用两侧的翼刀进行稳定，从而大大减小了航行时水的阻力，船速可以提高到40-60节，但气垫船因需对气热过行冲、放气，受发动机功率的影响，使得气垫船的载重量受到很大的限制，一般只能形成几百吨的载重，同时其能源消耗惊人，只能用于短途人员运输、军事运输等特殊场合使用。因此有必要针对这类船舶结构做进一步的研究和改进。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于针对上述不足，提供一种全气流转电能驱动金属气垫喷射回收船舶结构及发电装置，以期望解决现有技术中金属气垫喷射回收船舶上使用的发电机机组做功发电不稳定，且建造和使用的成本较高等技术问题。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型一方面提供了一种气流驱动电机回功发电机组装置，所述的装置包括气流收集伞，所述气流收集伞内安装有驱动轴，所述驱动轴上安装有叶轮，所述驱动轴还与发电机的输入端、以及电机的输出端动力连接，所述发电机上安装有测速器，所述发电机还与蓄电池电连接，所述电机也与所述蓄电池电连接；所述测速器、发电机与电机均接入控制模块，用于由测速器实时采集发电机的转速并传输至控制模块，由控制模块根据发电机的当前转速值，判断是否控制电机启动，由电机辅助驱动所述驱动轴；所述发电机的电源输出端用于接入外部功率器件。

作为优选，进一步的技术方案是：所述驱动轴、叶轮、发电机、电机与测速器均安装在机械箱内，所述气流收集伞安装在机械箱的一端上，并与驱动轴的轴向相对应；所述机械箱的另一端安装有气流追踪翼；所述发电机活动安装在支柱上，用于由机械箱、气流收集伞与气流追踪翼随风向在所述支柱上转动。

更进一步的技术方案是：所述气流收集伞与机械箱之间还设有气流聚合筒，所述叶轮置于所述气流聚合筒的末端上。

更进一步的技术方案是：所述支柱为升降支柱，所述升降支柱的顶端通过玻珠连轴器与所述发电机活动连接。

更进一步的技术方案是：所述驱动轴通过齿轮箱与发电机的输入端呈T字型动力连接。

更进一步的技术方案是：所述电机通过逆变器接入所述蓄电池。

更进一步的技术方案是：所述控制模块用于当叶轮驱动发电机的当前转速等于或接近于额定转速时，控制电机关闭；当叶轮驱发电机的当前转速低于额定转速时，控制电机启动，电机由蓄电池供电，回功辅助驱动所述驱动轴，使发电机达到额定转速；当叶轮驱发电机的当前转速高于额定转速时，控制电机关闭，并对发电机的进行转速限制，使其实际转速等于或接近于额定转速。

更进一步的技术方案是：所述气流收集伞通过伸缩骨架安装在中轴上，所述中轴与驱动轴活动连接，用于由气流收集伞通过伸缩骨架进行伸缩，改变气流收集伞进风口的大小。

本实用新型另一方面提供了一种全气流转电能驱动金属气垫喷射回收船舶结构，所述的船舶结构包括船体与上述的装置，所述装置安装在船体上，所述船体的中部具有至少两个独立的平衡气舱，所述平衡气舱的底部均具有敞开口；所述船体的中部的两侧还安装有喷嘴，所述喷嘴与气压缸相连通，且所述喷嘴还与至少两个独立的平衡气舱相连通，所述船体的末端还安装有螺旋桨，所述螺旋桨与永磁电机的输出端动力连接，所述永磁电机与气压缸均分别通过电缆接入所述装置中发电机的电源输出端。

作为优选，进一步的技术方案是：所述平衡气舱底部敞开口的平面位置，高于所述船体底部的平面位置。

更进一步的技术方案是：所述船体底部的两侧具有翼板，所述翼板向下延伸超过平衡气舱底部敞开口的平面位置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果之一是：通过气流收集伞收集气流并聚合气流推动叶轮转动，从而通过驱动轴带动发电机运行发电，由发电机同时对船舶供电及向蓄电池充电，当气流驱动力不足发电机无法达到额定转速时，由蓄电池向电机供电，由电机回功辅助带动驱动轴转动，对发电机的转速进行补强，保证发电机可长时间不间断直接输出稳定电压，也有利于节能环保；

并且通过在船体的下部增设多个平衡气舱，采用下部敞开口的气舱承载设计，通过喷嘴回收气流可在船体的下部产生饱和气垫层，气浮改变了船体的比重，有利于设备功率的利用，也增加了船体的物理滑动惯性，且减少船体底部与水的接触面积，降低水的粘滞阻力，降低能源消耗；而下部的平衡气舱结构亦可降低船体的生产成本；且通过喷嘴喷射气流亦可起到推动船体向前移动的作用；同时本实用新型所提供的气流驱动电机回功发电装置及其应用的金属气垫喷射船舶结构简单，安装方便，应用范围广阔。

附图说明

图1为用于说明本实用新型一个实施例的结构示意图；

图2为用于说明本实用新型一个实施例的电路结构示意框图；

图3为用于说明本实用新型另一个实施例的结构示意图；

图4为图3的底部结构示意图；

图中，1为气流收集伞、2为驱动轴、3为叶轮、4为发电机、5为电机、6为测速器、7为蓄电池、8为机械箱、9为气流追踪翼、10为气流聚合筒、11为升降支柱、12为玻珠连轴器、13为减速齿轮箱、14为逆变器、15为伸缩骨架、16为中轴、20为气流驱动电机回功发电装置、30为船体、31为平衡气舱、32为喷嘴、33为气压缸、34为螺旋桨、35为翼板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

参考图1所示，本实用新型的一个实施例是一种气流驱动电机回功发电机组装置，该装置包括一个气流收集伞1，该气流收集伞1为一个管状的结构，具有进气口与出气口，并且在气流收集伞1内需安装一个驱动轴2，驱动轴2的两端均需安装一个轴承，该驱动轴2上安装有一个叶轮3，该叶轮3可由气流推动其转动，并带动驱动轴2进行转动；前述的驱动轴2还与发电机4的输入端、以及电机5的输出端动力连接，即驱动轴3可带动发电机4运行，且电机5可驱动前述驱动轴3转动；此外，结合图2所示，前述的发电机4上上安装有测速器6，同时前述发电机4还与蓄电池7电连接，电机5也与蓄电池7电连接；然后将测速器6、发电机4与电机5均接入控制模块，用于由测速器6实时采集发电机4的转速并传输至控制模块，由控制模块根据发电机4的当前转速值，判断是否控制电机5启动，由电机5辅助驱动所述驱动轴2；发电机4的电源输出端用于接入外部功率器件。即发电机4在正常运行时，一路向船舶等外部功率器件输出电压，一路对蓄电池进行充电。正如图中所示出的，发电机4的输入端与驱动轴2呈T字形安装，因此需增加一个力传导的转向齿轮，可将前述的驱动轴2通过一个齿轮箱13与发电机4的输入端动力连接，两者安装呈T字型。

进一步的，上述优选的是，为保证发电组装置结构的整体性，可在其中增设一个机械箱，然后将驱动轴2、叶轮3、发电机4、电机5与测速器6均安装在前述的机械箱8内；基于该结构，可将上述的气流收集伞1安装在机械箱8的一端上，并与驱动轴2的轴向相对应；然后在机械箱8的另一端安装一个气流追踪翼9；同时将发电机4活动安装在支柱上，用于由机械箱8、气流收集伞1与气流追踪翼9随风向在所述支柱上转动。前述的气流追踪翼9承风结构，在风力作用下，气流追踪翼9可带动气流收集伞1始终正对风向，从而提升装置对于气流的利用率。

在本实施例中，通过气流收集伞1收集气流并聚合气流推动叶轮3转动，从而通过驱动轴2带动发电机4运行发电，由发电机4同时对船舶供电及向蓄电池7充电，当气流驱动力不足发电机5无法达到额定转速时，由蓄电池7向电机5供电，由电机5回功辅助带动驱动轴2转动，对发电机5的转速进行补强，保证发电机5可长时间不间断直接输出稳定电压，也有利于节能环保。

基于上述实施例，为进一步提升风力，还可在上述气流收集伞1与机械箱8之间再增设一个气流聚合筒10，并将叶轮3在驱动轴2上的安装位置设计在气流聚合筒10的末端上。即由气流收集伞1进入的气流经过气流聚合筒10聚合增速后再到达叶轮3的位置，从而推动叶轮3转动，进而在相同风力大小的情况下，可提升叶轮3的转速。进一步的，为适应发电机组装置在船舶上安装，亦可采用升降支柱11作为上述的支柱，通过升降支柱11即可调整发电机组装置在船舶上的实际位置，并且该升降支柱11的顶端可通过玻珠连轴器12与所述发电机4活动连接，以避免影响气流追踪翼9带动机械箱8与气流收集伞1进行转动。

进一步的，为适应不同的风力大小，前述的气流收集伞1的大小可设计为可调式的结构，即将上述气流收集伞1通过伸缩骨架15安装在中轴16上，然后将中轴16与驱动轴2活动连接，用于由气流收集伞1通过伸缩骨架15进行伸缩，改变气流收集伞1进风口的大小；使用中，当风力小时扩大气流收集伞1的进风口，当风力大时则可适应性的缩小气流收集伞1的进风口，前述伸缩骨架15在中轴16上可设计自锁结构，可根据实际需要调整气流收集伞1进风口的实际大小。

另一方面，上述电机5采用永磁电机，这类电机需使用稳压器将发电机输出的交流电变为直流电驱动，也可由而蓄电池7输出的直流电驱动，为保证回功作业稳定，在机械箱8内安装两个永磁电机，并分别与驱动轴2动力连接，可共同对驱动前述的驱动轴，同时两个永磁电机需均接入控制模块。

上述控制模块的控制方式为：当叶轮3驱动发电机4的当前转速等于或接近于额定转速时，控制电机5关闭；当叶轮3驱发电机4的当前转速低于额定转速时，控制电机5启动，电机5由蓄电池7供电，回功辅助驱动前述驱动轴2，使发电机4达到额定转速；当叶轮3驱发电机4的当前转速高于额定转速时，控制电机5关闭，并对发电机4的进行转速限制，使其实际转速等于或接近于额定转速。

控制模块可采用常规逻辑控制器，由于本实用新型的目的并非对发电机以及控制模块本身进行改进，因此对于其具体结构及原理不再详述。

参考图1与图2所示，本实用新型上述优选的一个实施例在实际使用中，发电机4额定转速为3000r/min，预先在控制模块设置与之相应的阈值范围；气流由气流收集伞1的进气口进入，经过气流聚合筒10后推动叶轮3转动，从而带动驱动轴2转动，进而带动发电机4运行，发电机4并联输出两路，一路带动船舶上的动力电动机运行，一路对蓄电池7进行充电；而在发电机4运行过程中，由测速器6实时采集发电机的转速，并传输至控制模块中：

当发电机4的实际转速低于上述的阈值范围时，由控制模块控制两个永磁电机启动，由蓄电池7供电带动驱动轴转动，从而对发电机4进行转速补强，确保发电机4的实际转速能维持在3000r/min；当发电机4的实际转速高于上述的阈值范围时，由控制模块控制永磁电机关闭，直接限制发电机4的转速，亦可通过缩小气流收集伞1进风口的大小，来改变叶轮3的受力大小与转速，从而对发电机4的转速进行限制；当发电机4的实际转速在上述阈值范围内时，控制模块不做任何处理，保持当前状态；同时在发电机4运行的过程中，气流追踪翼9实时带动机械箱8在升降支柱11上转动，使气流收集伞1始终朝向于来风方向。

参考图3所示，本实用新型的另一个实施例是一种全气流转电能驱动金属气垫喷射回收船舶结构，该船舶结构包括船体30与上述实施例中的气流驱动电机回功发电装置20，该气流驱动电机回功发电装置20安装在船体30上，并且船体30的中部具有至少两个独立的平衡气舱31，结合图4所示，这些平衡气舱31贯穿于船体进行安装，并且平衡气舱31的底部均具有敞开口；更为重要的是，前述船体30的中部的两侧还安装有喷嘴32，该喷嘴32与气压缸33相连通，并且喷嘴32还需与至少两个独立的平衡气舱31相连通，船体30的末端还安装有螺旋桨34，螺旋桨34与永磁电机的输出端动力连接，然后将前述的永磁电机与气压缸33均分别通过电缆接入上述实施例所述气流驱动电机回功发电装置中发电机4的电源输出端。

基于上述的实施例，为确保船体30的行驶的稳定性，上述平衡气舱31底部敞开口的平面位置，高于船体30底部的平面位置。亦或者在船体30底部的两侧增设翼板35，该翼板35向下延伸超过平衡气舱31底部敞开口的平面位置。

在本实施例中，参考图3与图4所示，本实施方式是全气流转电能驱动金属气垫喷射回收船舶结构，为一艘客船，包括船体30，船体30中部是由十五个独立平衡气舱31组成，平衡气舱31为方形，由上部的甲板、船体1的两侧面板、多块纵向隔板和横向隔板分别围成;平衡气舱31底部敞开口平面位置比船体30的底部水平线高，可以增加船体30的横摇角度，船体30的艉部和艏部未设置平衡气舱31， 艉部可用来设置动力装置等，而船体30艏部用来存放锚链等，全气流驱动电机回功发电装置20由甲板贯穿到船体30底部安装，通过电缆连接到气压缸33和永磁电机。

本实施方式中具体使用时，船下水后，用气泵向平衡气舱31冲气，直至把水从各平衡气舱31底中全部排出即可。在船底艏部设置了气压缸33和喷嘴32，在船舶启动前将气流喷射到船体中部的各平衡气舱31，各平衡气舱31回收气流，在气流累积过程中，气压达到饱和，也达到了稳定，从而形成了稳定的气垫层，这气垫层是不受船体的重量影响，由于气垫垫升的作用，一不但大大地降低了船体30的浸水表面积，同时亦大大地消除了水对船体30的摩擦阻力和兴波阻力，二同时对船体30产生了牵引力和吸附作用，船舶启动航行后，气垫层与水摩擦立即产生了滑动惯性力，船舶提速，产生的滑动惯性力就大，船舶速度越快，滑动惯性力就越大，航行阻力就越少，船的速度就越快，起到了一种回收应力的作用。因此，上述平衡气舱31配合喷嘴32与气压缸33的结构；喷射时，其起到推动船体向前移动的作用，回收时其使船体的气舱产生饱和气垫层，产生船体气浮作用。

即在本实施例中，通过采用由气压缸33、喷嘴32与平衡气舱31相结合的结构，永磁电机螺旋桨34具有高转速、力矩长、无级变频的特点，能使船舶容易在60节以上的速度航行，船舶的推进效率不但得到大大的提高，而且其航行速度亦得到大大的提升，船舶航行中稳性和安全性亦得到大大的提高，航行噪音减少明显，还能使船体结构得到精造，船舶的驱动设备大大简化，使造船成本大大降低、不受载重吨位限制的优点，达到节能减排、效益倍增的效果，本实施方式的全气流转电能驱动金属气垫喷射回收船舶结构可广泛应用于各种类船舶上，该技术不受船体采用何种的材料限制。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (9)

1.一种全气流转电能驱动金属气垫喷射回收发电装置，其特征在于：所述的装置包括气流收集伞（1），所述气流收集伞（1）内安装有驱动轴（2），所述驱动轴（2）上安装有叶轮（3），所述驱动轴（2）还与发电机（4）的输入端、以及电机（5）的输出端动力连接，所述发电机（4）上安装有测速器（6），所述发电机（4）还与蓄电池（7）电连接，所述电机（5）也与所述蓄电池（7）电连接；

所述测速器（6）、发电机（4）与电机（5）均接入控制模块，用于由测速器（6）实时采集发电机（4）的转速并传输至控制模块，由控制模块根据发电机（4）的当前转速值，判断是否控制电机（5）启动，由电机（5）辅助驱动所述驱动轴（2）；

所述发电机（4）的电源输出端用于接入外部功率器件。

2.根据权利要求1所述的全气流转电能驱动金属气垫喷射回收发电装置，其特征在于：所述驱动轴（2）、叶轮（3）、发电机（4）、电机（5）与测速器（6）均安装在机械箱（8）内，所述气流收集伞（1）安装在机械箱（8）的一端上，并与驱动轴（2）的轴向相对应；所述机械箱（8）的另一端安装有气流追踪翼（9）；所述发电机（4）活动安装在支柱上，用于由机械箱（8）、气流收集伞（1）与气流追踪翼（9）随风向在所述支柱上转动。

3.根据权利要求2所述的全气流转电能驱动金属气垫喷射回收发电装置，其特征在于：所述气流收集伞（1）与机械箱（8）之间还设有气流聚合筒（10），所述叶轮（3）置于所述气流聚合筒（10）的末端上。

4.根据权利要求2或3所述的全气流转电能驱动金属气垫喷射回收发电装置，其特征在于：所述支柱为升降支柱（11），所述升降支柱（11）的顶端通过玻珠连轴器（12）与所述发电机（4）活动连接。

5.根据权利要求1所述的全气流转电能驱动金属气垫喷射回收发电装置，其特征在于：所述驱动轴（2）通过齿轮箱（13）与发电机（4）的输入端呈T字型动力连接；所述电机（5）通过逆变器（14）接入所述蓄电池（7）。

6.根据权利要求1所述的全气流转电能驱动金属气垫喷射回收发电装置，其特征在于：所述气流收集伞（1）通过伸缩骨架（15）安装在中轴（16）上，所述中轴（16）与驱动轴（2）活动连接，用于由气流收集伞（1）通过伸缩骨架（15）进行伸缩，改变气流收集伞（1）进风口的大小。

7.一种全气流转电能驱动金属气垫喷射回收船舶结构，其特征在于所述的船舶结构包括船体（30）与权利要求1至6任意一项所述的装置（20），所述装置安装在船体（30）上，所述船体的中部具有至少两个独立的平衡气舱（31），所述平衡气舱（31）的底部均具有敞开口；

所述船体（30）的中部的两侧还安装有喷嘴（32），所述喷嘴（32）与气压缸（33）相连通，且所述喷嘴（32）还与至少两个独立的平衡气舱（31）相连通，所述船体（30）的末端还安装有螺旋桨（34），所述螺旋桨（34）与永磁电机的输出端动力连接，所述永磁电机与气压缸（33）均分别通过电缆接入所述装置中发电机（4）的电源输出端。

8.根据权利要求7所述的全气流转电能驱动金属气垫喷射回收船舶结构，其特征在于：所述平衡气舱（31）底部敞开口的平面位置，高于所述船体（30）底部的平面位置。

9.根据权利要求7所述的全气流转电能驱动金属气垫喷射回收船舶结构，其特征在于：所述船体（30）底部的两侧具有翼板（35），所述翼板（35）向下延伸超过平衡气舱（31）底部敞开口的平面位置。

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