一种砰击能波浪能联合发电装置的制作方法

本发明涉及发电装置技术领域，特指一种砰击能波浪能联合发电装置。

背景技术：

船舶在汹涛中航行时，剧烈的摇摆运动会导致般舶底部出水，当船舶底部以超过临界速度阀值的速度再次入水时就会产生砰击现象。砰击现象轻者造成船体疲劳或使局部结构变形，重者引起结构的失效或崩溃。1994年在波罗地海的Estonia客滚船事故，在风浪中由于艏门被严重砰击打坏而导致舱内大量进水，造成沉没，最终900多人丧生。1980-1981年冬，66874吨散货船Onomichi.maria号由于恶劣海况发生砰击作用，导致整船强度崩溃船舶沉没。2013年6月，MOL Comfort号集装箱船在也门外海由于波浪中的砰击载荷作用导致船体中部发生断裂而沉没。随着船舶朝着高速，多体，大型化方向的发展，船艏和多体船的连接桥会发生激烈的砰击。砰击对船舶的结构强度安全性造成巨大威胁的同时，也蕴藏着巨大的能量。利用压电陶瓷吸收砰击能发电既能提高船舶的抗波浪冲击能力，又能给船舶的日常用电提供绿色能源。

1880年法国物理学家皮埃尔和雅各居里兄弟在研究石英晶体的物理性质时发现：当沿着晶片的某些方向施加作用力使晶片发生形变后，晶片上相对的两个表面会出现等量的正、负电荷，电荷面密度与施加的力的大小有关，该现象称为压电现象。具有压电现象的介质为压电体。

在离子性的晶体中，正负离子有规则地交错配置，构成结晶点阵，就形成固有电矩，在晶体表面出现极化电荷，由于晶体暴露在空气中，经过一段时间，这些电荷便被降落到晶面上的空气中的异号离子所中和，因此，极化面电荷和电矩都不会显现。但当晶体发生机械形变时，晶格就会发生变化。这样，电矩产生变化，表面极化电荷数值也发生改变。于是，表面上正电荷或负电荷都有了可以测量的增量，该增量是压电效应电量。

在无电场作用下，当沿着一定方向对压电体施力而使它产生机械变形时，其内部产生极化现象，相对的两个表面会出现异号电荷，外力与端面积大，出现的电荷就多。端面电荷的符号视外力而定。当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象，称为正压电效应。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。若将两个表面装上电极并用导线接通，变化的自由电荷便从一个极板移至另一极板，形成电流。具有压电效应的晶体称为压电晶体。

当在压电体的极化方向施加电场时，压电体就在一定方向上产生机械形变或机械压力，当外电场撤去时，这些形变或压力随之消失的现象称为逆压电效应。逆压电效应的产生，是由于压电晶体受到电场作用时，在晶体内部产生了应力，这种应力称为压电应力，通过它的作用产生压电应变。

因此，压电效应是由于晶体在机械力的作用下发生形变而引起带电粒子的相对位移，从而使晶体的总电矩发生变化而造成的。晶体是否呈现压电性，由构成晶体的原子和离子排列方式决定的。具有对称中心的晶体不可能有压电性。凡是具有正压电效应的晶体，也一定有逆压电效应，具有压电效应的材料称为压电材料。

技术实现要素：

本发明提供了一种砰击能波浪能联合发电装置，采用压电陶瓷固定于船艏外飘和船舯部，利用波浪与船艏的砰击和由于砰击引起的鞭击振动使压电陶瓷变形发电，压电陶瓷置于局部砰击最为严重的船艏外飘处，鞭击振动和波浪引起的船体总纵弯曲最严重的船舯部，可以最大限度的吸收砰击能，并减少砰击对船舶的损伤。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种砰击能波浪能联合发电装置，包括船舶、压电陶瓷安装模块、整流电路、超级电容、稳压充电电路和电池，压电陶瓷安装模块固定于船舶上，压电陶瓷安装模块、整流电路、超级电容、稳压充电电路和电池对应连接组成发电装置。

进一步而言，所述船舶5的船艏外飘固定有船艏压电陶瓷安装模块，船舶的船舯部固定有船舯压电陶瓷安装模块。

进一步而言，所述船艏压电陶瓷安装模块固定于水线面上方位置，船舯压电陶瓷安装模块固定于舷顶列板位置。

进一步而言，所述船艏压电陶瓷安装模块由外框架一和覆盖在上面的压电陶瓷片一组成。

进一步而言，所述船舯压电陶瓷安装模块由多个长条形的压电陶瓷片二固定在外框架二上组成，多个长条形的压电陶瓷片二平行安装，且相邻两块压电陶瓷片二之间的间隙相等。

本发明有益效果：

本发明采用这样的结构设置，利用波浪与船艏的砰击和由于砰击引起的鞭击振动使压电陶瓷变形，将变形能转换成电能，然后通过一个整流电路将产生的电能进行处理储存在超级电容中，最后设计一个稳压充电电路输出稳定的直流电源给电池充电，同时有效减少砰击对船舶造成的损伤，提高船舶结构的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明整体结构图；

图2是船艏压电陶瓷安装模块结构图；

图3是船舯压电陶瓷安装模块结构图；

图4是发电装置设计流程图。

1.外框架一；2.压电陶瓷片一；3.外框架二；4.压电陶瓷片二；5.船舶；10.船艏压电陶瓷安装模块；11.船舯压电陶瓷安装模块。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明所述一种砰击能波浪能联合发电装置，包括船舶5、压电陶瓷安装模块、整流电路、超级电容、稳压充电电路和电池，压电陶瓷安装模块固定于船舶5上，压电陶瓷安装模块、整流电路、超级电容、稳压充电电路和电池对应连接组成发电装置。以上所述构成本发明基本结构。

本发明采用这样的结构设置，利用波浪与船艏的砰击和由于砰击引起的鞭击振动使压电陶瓷变形，将变形能转换成电能，然后通过一个整流电路将产生的电能进行处理储存在超级电容中，最后设计一个稳压充电电路输出稳定的直流电源给电池充电，同时有效减少砰击对船舶5造成的损伤，提高船舶5结构的安全性和可靠性。

更具体而言，所述船舶5的船艏外飘固定有船艏压电陶瓷安装模块10，船舶5的船舯部固定有船舯压电陶瓷安装模块11。船艏压电陶瓷安装模块10固定于水线面上方位置，船舯压电陶瓷安装模块11固定于舷顶列板位置。采用这样的结构设置，利用波浪与船艏的砰击和由于砰击引起的鞭击振动使压电陶瓷变形发电，压电陶瓷置于局部砰击最为严重的船艏外飘处，鞭击振动和波浪引起的船体总纵弯曲最严重的船舯部，可以最大限度的吸收砰击能，并减少砰击对船舶5的损伤。

更具体而言，如图2所示，所述船艏压电陶瓷安装模块10由外框架一1和覆盖在上面的压电陶瓷片一2组成。如图3所示，所述船舯压电陶瓷安装模块11由多个长条形的压电陶瓷片二4固定在外框架二3上组成，多个长条形的压电陶瓷片二4平行安装，且相邻两块压电陶瓷片二4之间的间隙相等。采用这样的结构设置，便于利用波浪与船艏的砰击和由于砰击引起的鞭击振动使压电陶瓷变形，将变形能转换为电能。

本发明工作原理：砰击是一种波浪与船舶5以一定速度相互冲击的现象，砰击对船舶5的局部强度和整体强度造成巨大威胁，而且随着船舶5的大型化发展，由砰击引起的鞭击振动更加强烈。然而，船舶5与波浪之间的砰击蕴藏着大量的能量，本发明可以合理的将这些能量进行吸收利用。一方面可以减少砰击对船舶5的损伤，提高船舶5的结构的安全性和可靠性，另一方面可以利用这些砰击能发电，作为一种绿色能源给船舶5以能量补给。由于砰击是一种船舶5与波浪之间的高速冲击现象，所以传统的波浪发电装置不完全适合于砰击能的收集，这里采用压电陶瓷固定于船艏外飘和船舯部，利用波浪与船艏的砰击和由于砰击引起的鞭击振动使压电陶瓷变形发电，压电陶瓷置于局部砰击最为严重的船艏外飘处，鞭击振动和波浪引起的船体总纵弯曲最严重的船舯部，可以最大限度的吸收砰击能，并减少砰击对船舶5的损伤。

如图4所示，本发明工作流程：利用波浪的波浪能使船舶5总纵弯曲，利用对船舶5的砰击和由于砰击引起的鞭击振动使船艏局部变形，将变形能通过压电陶瓷转换为电能，然后通过整流电路将产生的电能进行处理储存在超级电容中，最后设计一个稳定充电电路输出稳定的直流电源给电池充电。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。