一种无人监测船波浪能吸收装置的制作方法

本发明属于海洋能利用技术领域，具体涉及一种无人监测船波浪能吸收装置。

背景技术：

由于全球化石能源等不可再生能源的日益枯竭以及环境污染日趋加剧，有效利用清洁、可再生的能源成为世界主要沿海国家能源战略的重要选择。波浪能主要用于发电，为边远海域的国防及海洋设施等提供清洁能源。此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等，但是目前波浪能具有稳定性差的特点，导致波浪能发电系统能量利用效率低、运行稳定性差。若合理地充分开发利用好这种海洋能，则有利于提高我国的海洋经济综合实力、辐射带动力和可持续发展能力，有利于促进海洋经济强国的建立。

目前，我国的船舶拥有量处在世界前列，则其船舶营运需要消耗大量的能源，而能源消耗不仅增加了企业的成本支出，而且会增加对环境的污染。因此新型推进装置和新能源在船舶上的综合应用，对节约能源、降低成本和缓解环境污染等具有重要意义。同时，船舶自动化的终极是无人操纵的船。自美国“9·11”之后，港口安全成了重要问题，推进了无人船的发展。目前已有多种无人艇开始应用于军事和民用领域。但我国在无人监测船方面的技术领域尚处于空白阶段，同时如何有效利用波浪能发电装置发电为监测船供能，还要保持波浪能发电装置高效能量转换，这一问题急需解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能克服波浪发电装置在发电过程中受横摇影响稳定性和发电效率的问题，并且能量转化率高，装置使用寿命长，维护成本低的无人监测船波浪能吸收装置。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：一种无人监测船波浪能吸收装置，包括至少两个相互连接的浮箱，浮箱内设有转换装置，转换装置通过浮箱侧方的摆动杆与设置于浮箱下方的摆动板连接，浮箱侧方设有浮块，浮块通过两根连接杆与浮箱形成三角结构连接。本发明的装置可通过将无人监测船与浮箱连接，浮箱内的转换装置依靠摆动板受水流冲击产生摆动进行能量转换为无人监测船进行供能实现无人监测船在区域内进行监测工作，并且本发明的装置采用浮块和两根连接杆实现与浮箱构成三角结构状连接，利用三角形稳定性原理，在不规则的波浪中承受冲击力并保持稳定，浮块与浮箱之间的三角形构造可消除或降低不规则海洋波浪对浮箱产生的横向摇摆作用，保持浮箱底部的摆动板产生摆动，并且使装置整体具有自我调节的作用，从而使浮箱受力稳定，克服转换装置在能量转换时会受到横向摇摆作用力而转换效率和稳定性降低的问题，同时有益于提高转换装置的使用寿命降低维护成本。

进一步的，浮箱之间通过固定杆连接，固定杆下方连接有可绕固定杆轴线摆动的矩形支架，支架下方连接有配重块。配重块的设置可进一步提高浮箱的稳定性，使浮箱形成竖直方向的浮动，避免横摇对浮箱的影响，同时配重块在受海流冲击时可与摆动板接触，推动摆动板运动提高能量转换效率。

进一步的，配重块两侧面为棱柱状，配重块前后两表面上设有相对应且带倒角的导流孔，导流孔之间设有流通孔。导流孔和流通孔的设置对海浪冲击配重块使配重块摆动具有调节作用，可实现部分海浪在作用到配重块表面时水流从流通孔内穿过降低配重块的摆动幅度，提高配重块对浮箱稳定性的作用。

进一步的，转换装置包括三根相互配合传动的转轴，转轴一端设有与转轴同轴的涡轮，另一端通过联轴器连接电机，转轴中部设有蜗杆。通过在转轴上分别设置涡轮和蜗杆，再将三根转轴上的涡轮、蜗杆分别配合设置，即其中一根转轴产生旋转带动电机发电同时分别带动相邻配合设置的第二根转轴、第三根转轴旋转使其对应电机进行发电，实现高效能量转换，发电效率是常规的波浪能发电装置的三倍以上。

进一步的，涡轮的齿面上设有依次连接“m”状的凹槽，凹槽之间平行设置且凹槽弯曲处通过连通槽连接，本发明设计的转换装置采用三根带涡轮、蜗杆的转轴可实现较高的能力转换效率，但是由于三根转轴之间相互配合涡轮蜗杆传动在传动过程中涡轮蜗杆的齿面容易磨损，通过设计“m”状的凹槽可减少齿面面积降低，接触面积和磨损量，“m”状的形状设计对齿面摩擦温度可产生导温作用使蜗轮蜗杆啮合时产生的齿面闪温降低，降低齿形轮廓变形，使传动效率保持恒定，同时通过连通槽和“m”状的凹槽的结合设置对蜗轮蜗杆在接触时齿面受力均衡，防止齿面出现微小列横或微量的材料转移的情况出现，即避免了齿面上出现微点蚀，凹槽和连通槽内还可容纳润滑油，为蜗轮蜗杆传动提供润滑效果，进一步降低磨损和摩擦，防止转换装置生锈并提高转换装置抗冲击作用特比是横摇产生的冲击影响，通过上述设计可降低蜗轮蜗杆之间的齿面磨损，避免微点蚀现象的产生，使蜗轮蜗杆传动效率保持恒定，转换装置高效工作。

进一步的，凹槽与连通槽槽宽、槽深相等，凹槽槽宽为0.3-0.5mm，槽深为0.1-0.25mm。

进一步的，摆动杆与转换装置中任一根转轴配合连接，摆动杆通过轴承与浮箱连接且连接处密封处理，摆动杆与摆动板固接，通过设置摆动杆与转轴、摆动板、浮箱的连接方式可实现摆动板受波浪作用产生摆动，摆动杆将摆动力传递到转换装置使转换装置进行工作，即实现波浪能转机械能，机械能转电能。

进一步的，摆动板前后面均设有弧形凹面，可增大摆动板的表面积，即增大受力面积，提高摆动板的摆动幅度和频率，提升装置的能量转效率，即使在较小的波浪下也能保持较高的能量转换效率。

进一步的，浮箱侧方设有连接环。可通过连接管和绳体将无人监测船与浮箱连接，浮箱内的转换装置依靠摆动板受水流冲击产生摆动进行能量转换为无人监测船进行供能实现无人监测船在区域内进行监测工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的装置通过将无人监测船与浮箱连接，浮箱为无人监测船进行供能实现无人监测船在区域内进行监测工作；本发明的装置采用浮块和两根连接杆实现与浮箱构成三角结构状连接，利用三角形稳定性原理，消除或降低不规则海洋波浪对浮箱产生的横向摇摆作用，保持浮箱底部的摆动板产生摆动，使装置整体具有自我调节的作用，克服转换装置在能量转换时会受到横向摇摆作用力而转换效率和稳定性降低的问题，同时有益于提高转换装置的使用寿命降低维护成本。

附图说明

图1为本发明一种无人监测船波浪能吸收装置的结构示意图；

图2为本发明一种无人监测船波浪能吸收装置的俯视图；

图3为配重块的结构示意图；

图4为浮箱的剖视图；

图5为转轴连接电机及转轴上涡轮、蜗杆的示意图；

图6为转换装置的各转轴配合状态下的结构示意图；

图7为本发明实施例中实验组的涡轮齿面局部微观形貌图像；

图8为本发明实施例中对照组的涡轮齿面局部微观形貌图像。

附图标记说明：1.浮箱；1a-连接环；2-浮块；3-连接杆；4-海面；5-摆动杆；6-摆动板；7-支架；8-配重块；801-流通孔；802-导流孔；9-固定杆；10-转换装置；10a-涡轮；10b-蜗杆；10c-凹槽；10d-连通槽；10e-转轴；11-电机。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述：

实施例1：

如图1‐6所示，一种无人监测船波浪能吸收装置，包括至少两个相互连接的浮箱1，浮箱1内设有转换装置10，转换装置10通过浮箱1侧方的摆动杆5与设置于浮箱1下方的摆动板6连接，浮箱1侧方设有浮块2，浮块2通过两根连接杆3与浮箱1形成三角结构连接。本发明的装置可通过将无人监测船与浮箱1连接，浮箱1内的转换装置10依靠摆动板6受水流冲击产生摆动进行能量转换为无人监测船进行供能实现无人监测船在区域内进行监测工作，并且本发明的装置采用浮块2和两根连接杆3实现与浮箱1构成三角结构状连接，利用三角形稳定性原理，在不规则的波浪中承受冲击力并保持稳定，浮块2与浮箱1之间的三角形构造可消除或降低不规则海洋波浪对浮箱1产生的横向摇摆作用，保持浮箱1底部的摆动板6产生摆动，并且使装置整体具有自我调节的作用，从而使浮箱1受力稳定，克服转换装置10在能量转换时会受到横向摇摆作用力而转换效率和稳定性降低的问题，同时有益于提高转换装置10的使用寿命降低维护成本。

浮箱1之间通过固定杆9连接，固定杆9下方连接有可绕固定杆9轴线摆动的矩形支架7，支架7下方连接有配重块8。配重块8的设置可进一步提高浮箱1的稳定性，使浮箱1形成竖直方向的浮动，避免横摇对浮箱1的影响，同时配重块8在受海流冲击时可与摆动板6接触，推动摆动板6运动提高能量转换效率。

配重块8两侧面为棱柱状，配重块8前后两表面上设有相对应且带倒角的导流孔802，导流孔802之间设有流通孔801。导流孔802和流通孔801的设置对海浪冲击配重块8使配重块8摆动具有调节作用，可实现部分海浪在作用到配重块8表面时水流从流通孔801内穿过降低配重块8的摆动幅度，提高配重块8对浮箱1稳定性的作用。

转换装置10包括三根相互配合传动的转轴10e，转轴10e一端设有与转轴10e同轴的涡轮10a，另一端通过联轴器连接电机11，转轴10e中部设有蜗杆10b。通过在转轴10e上分别设置涡轮10a和蜗杆10b，再将三根转轴10e上的涡轮10a、蜗杆10b分别配合设置，即其中一根转轴10e产生旋转带动电机发电11同时分别带动相邻配合设置的第二根转轴10e、第三根转轴10e旋转使其对应电机11进行发电，实现高效能量转换，发电效率是常规的波浪能发电装置的三倍以上。

涡轮10a的齿面上设有依次连接“m”状的凹槽10c，凹槽10c之间平行设置且凹槽10c弯曲处通过连通槽10d连接，本发明设计的转换装置10采用三根带涡轮10a、蜗杆10b的转轴10e可实现较高的能力转换效率，但是由于三根转轴10e之间相互配合涡轮蜗杆传动在传动过程中涡轮蜗杆的齿面容易磨损，通过设计“m”状的凹槽10c可减少齿面面积降低，接触面积和磨损量，“m”状的形状设计对齿面摩擦温度可产生导温作用使蜗轮蜗杆啮合时产生的齿面闪温降低，降低齿形轮廓变形，使传动效率保持恒定，同时通过连通槽10d和“m”状的凹槽10c的结合设置对蜗轮蜗杆在接触时齿面受力均衡，防止齿面出现微小裂横或微量的材料转移的情况出现，即避免了齿面上出现微点蚀，凹槽10c和连通槽10d内还可容纳润滑油，为蜗轮蜗杆传动提供润滑效果，进一步降低磨损和摩擦，防止转换装置10生锈并提高转换装置10抗冲击作用特比是横摇产生的冲击影响，通过上述设计可降低蜗轮蜗杆之间的齿面磨损，避免微点蚀现象的产生，使蜗轮蜗杆传动效率保持恒定，转换装置10高效工作。

凹槽10c与连通槽10d槽宽、槽深相等，凹槽10c槽宽为0.3-0.5mm，优选为0.35mm，槽深为0.1-0.25mm，优选为0.15mm。

摆动杆5与转换装置10中任一根转轴10e配合连接，摆动杆5通过轴承与浮箱1连接且连接处密封处理，摆动杆5与摆动板6固接，通过设置摆动杆5与转轴10e、摆动板6、浮箱1的连接方式可实现摆动板6受波浪作用产生摆动，摆动杆5将摆动力传递到转换装置10使转换装置10进行工作，即实现波浪能转机械能，机械能转电能。

摆动板6前后面均设有弧形凹面，可增大摆动板6的表面积，即增大受力面积，提高摆动板6的摆动幅度和频率，提升装置的能量转效率，即使在较小的波浪下也能保持较高的能量转换效率。

浮箱1侧方设有连接环1a。可通过连接管1a和绳体将无人监测船与浮箱1连接，浮箱1内的转换装置10依靠摆动板6受水流冲击产生摆动进行能量转换为无人监测船进行供能实现无人监测船在区域内进行监测工作。

实施例2：

本发明的一种无人监测船波浪能吸收装置实际使用时：将浮箱1放置在海面4上，依次安装连接摆动杆5、摆动板6、支架7、配重块8等部件，通过连接环1a和绳体将无人监测船与浮箱1连接，浮箱1内的转换装置10依靠摆动板6受水流冲击产生摆动进行能量转换为无人监测船进行供能实现无人监测船在区域内进行监测工作。

同时本发明还对本发明的蜗轮蜗杆(实验组)与同一规格未设有凹槽10c与连通槽10d的蜗轮蜗杆(对照组)进行疲劳试验，两组涡轮蜗杆表面粗糙度均为ra0.6，试验时间为1140h，循环次数为1.23×10⁸，并且进行130％的加速疲劳试验，试验时间为400h，循环次数为0.424×10⁸，疲劳试验后分别获取了实验组、对照组的涡轮齿面局部微观形貌图像(放大200倍)，实验组的涡轮齿面局部微观形貌为图7所示，对照组的涡轮齿面局部微观形貌为图8所示，可见实验组的涡轮齿面未发生微点蚀，而对照组的涡轮齿面出现了微点蚀。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。