专利名称：一种三体船用波浪发电装置及其排布方式的制作方法
技术领域：
本发明属于绿色船舶技术与海洋可再生能源综合利用领域，具体涉及到一种三体船用波浪发电装置。
背景技术：
近年来在船舶行业，绿色船舶理念被越来越多的国家纳入了产业发展战略；而国际性的海事组织也陆续出台了日益严格的节能环保规范，着眼于节约资源.注重保护环境。绿色船舶就是指在其全寿命周期中(包括设计、制造、营运、报废拆解)，通过采用先进技 术、能经济地满足用户功能和使用性能的要求，并节省资源和能源，减少或消除环境污染，对环境负面影响最小、资源效率最高，且对劳动者(生产者和使用者)具有良好保护的船舶。绿色船舶的评价指标分为能源指标与环境指标，这其中新能源的利用将极大地提高船舶的绿色性，成为绿色船舶产业在技术上的突破点。随着不可再生能源的日益短缺，能源问题逐渐形成世界性问题。可再生能源和清洁能源受到全世界的普遍重视，其中对海洋能源的开发利用逐步成为今后能源研究和应用的重点。海洋能源主要包括海洋风能、波浪能、潮汐能、海流能、温差能和盐差能等。波浪能作为一种清洁可再生的海洋能源，具有取之不尽用之不竭的特点，且波浪能储量十分可观，是作为绿色船舶能源的理想选择。随着技术的发展，各种波浪能发电装置层出不穷，主要形式有“点头鸭”式、震荡水柱式、摆板式、聚波蓄能式、震荡浮子式和阀式，广泛应用于近海波浪发电站。同时，由于波浪发电装置对船舶性能的影响，在船上应用的实例极少。专利申请CN 102345553 A公开了一种船用波浪发电装置，其主要存在以下不足其一，波浪发电装置只在船舶停泊时进行发电，航行过程中的波浪能量无法得到有效利用，只适合于停泊时间较长的船舶；其二，该发电装置安装在船底中部，而波浪能随水深的增加呈指数趋势下降，该装置无法利用水线面附近最大能量的波浪能。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提出一种适用于三体船的波浪发电装置，解决船舶在航行过程中的波浪发电难题，从而能最大限度的利用海上波浪能，达到节能减排、低碳环保的目的。本发明的技术方案如下一种三体船用波浪发电装置，包括摆板、摆轴、回复扭簧，齿轮传动装置、棘轮机构和电磁发电机，所述的摆板分为狭长的连接段和占大部分面积的受浪区两部分，所述的连接段通过键连接与摆轴相连接，在摆轴上设置有回复扭簧；所述的齿轮传动机构包括锥齿轮机构和三级加速齿轮机构，摆轴的末端与锥齿轮机构相连，通过锥齿轮机构改变转动方向，再通过三级加速齿轮机构将摆轴较慢的转速提高到电磁发电机所需的转速，在三级加速齿轮机构的输出轴处设置有棘轮机构，棘轮机构的棘爪部分与齿轮输出轴相配合，棘轮部分与发电机的转轴相配合，实现摆板的往复摆动转化为电磁发电机转子的高速单向转动。
本发明的三体船用波浪发电装置，所述的受浪区最好为薄板空心结构；其外表面最好为流线型。本发明的三体船用波浪发电装置，所述的锥齿轮机构包括相互啮合的第一锥齿轮
(6)、第二锥齿轮(7)，第一锥齿轮与摆轴末端紧密配合。所述的三级加速齿轮机构包括扇形齿轮(8)、一级变速小齿轮(9)、二级变速大齿轮(10)、二级变速小齿轮(11)、三级变速大齿轮(12)，第二锥形齿轮(7)和扇形齿轮(8)紧密配合在同一转轴上，一级变速小齿轮(9)与扇形齿轮(8)相啮合，并与二级变速大齿轮紧密配合在同一转轴上；二级变速大齿轮(10)与二级变速小齿轮(11)啮合，二级变速小齿轮(11)与三级变速大齿轮(12)紧密配合在同一转轴上；三级变速大齿轮(12)与三级变速小齿轮(13)啮合，三级变速小齿轮(13)紧密配合在三级加速齿轮机构的输出轴上。 本发明同时提供一种上述波浪发电装置的排布方式摆板排布在三体船的两个侧体的外舷侧水线面附近，并使摆轴与船长方向平行，摆轴的末端与锥齿轮机构相连；齿轮传动装置和电磁发电机布置在狭长的侧体空间内。与现有技术相比具有如下优点(I)充分利用侧体狭长空间，不占用主体的空间，不会影响主体机舱、推进器等的布置。(2)摆板布置在三体船侧体的水线面附近，能充分利用波浪能；( 3 )摆板安装在三体船侧体外舷侧，其兴波不会对船体产生影响。同时为解决摆板会增加船舶航行阻力的问题，将摆板剖面设计成流线型且顺流线方向布置；(4)侧体上的摆板吸收波浪能量进行发电，从而避免了波浪对船体的直接影响，因此具有良好的减摇效果。当单体船发生横摇时，摆板可以充当减摇装置，吸收一部分横摇能量，将横摇的运动能量转化为电能的同时，也可起到减摇的作用。(5)加速齿轮传动机构效率高，传动比精确，将摆板的低速摆动转换为与传动装置末端齿轮相连的发电机永磁体的高速转动，从而达到发电的目的。整个过程能量转化率较高，可以有效地利用摆板所收集到的波浪能量，为船舶提供电力。(6)在绿色三体船的整个运营周期内，无论其停泊或航行，波浪发电装置均能够提供一定电能。(7)三体船是一种高速船舶，以设计航速航行时其阻力成分主要为兴波阻力。波浪发电装置中只有流线型摆板布置于侧体外侧，不会破坏主船体的线型，其所增加的摩擦阻力不是总阻力的主要成分，对于主船体两侧的流场影响也很小，因此相比将波浪发电装置装在单体船上更具经济性与实用性。
图I为波浪发电装置摆板布置示意图；图2 Ca)和图2 (b)分别为摆板的正视图和剖视图；图3为波浪发电装置结构示意图。图中标号说明I三体船；2摆板；3摆轴；4扭簧；5轴承；6锥形齿轮；7锥形齿轮；8 —级变速扇形齿轮；9 一级变速小齿轮；10 二级变速大齿轮；11 二级变速小齿轮；12三级变速大齿轮；13三级变速小齿轮；14棘轮；15电磁发电机；16船体型线。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的具体实施方式
作进一步描述。波浪发电装置的布置方式如图I所示，在三体船的两个侧体对称排布多组波浪发电装置，其摆板位于船体外侧。摆板的局部布置如图I右侧详图所示，摆轴布置于水线之上，防止浸水腐蚀，其方向与船长方向平行且内嵌于船体。摆板的正视图和剖视图如图2所示，摆板分为狭长的连接段和占大部分面积的受浪区两部分。其中狭长的连接段通过键联接与摆轴3紧密配合；受浪区的面积较大，以充分吸收波浪能，采用薄板空心结构以减轻重量，其横截面形状如剖视图A-A所示。摆板布置在设计水线附近，为保证充分利用波浪能，应使其受浪区完全浸没在水中；摆轴通过轴承5固定在船体上，两端分别安装扭簧，调整扭
簧刚度使得当其回复力与摆板所受重力、浮力达到平衡时，摆板正好位于与水平面成45°角的平衡位置。这样，摆板在波浪作用下就可围绕该平衡位置往复摆动。波浪发电装置结构示意图如图3所示。摆板2与摆轴3通过键联接紧密配合，摆轴两端分别安装扭簧4以提供回复力，在摆轴的一侧末端安装一紧密配合的锥齿轮6。锥齿轮7与扇形齿轮8紧密配合在同一转轴上，并与摆轴垂直布置，锥齿轮7与锥齿轮6啮合，以改变转动方向。扇形齿轮8与一级变速小齿轮9啮合，齿轮9与二级变速大齿轮10紧密配合在同一转轴上；大齿轮10与二级变速小齿轮11啮合，齿轮11与三级变速大齿轮12紧密配合在同一转轴上；大齿轮12与三级变速小齿轮13啮合。通过以上三级齿轮加速传动机构，实现将摆板的低速转动转化为发电机15的高速转动。齿轮13与电磁发电机15之间安装一个棘轮机构14，将摆板的往复转动转变为发电机15的单向转动。以上各轴通过轴承固定在船体上。本发明的波浪发电装置的安装方式如下摆板2的最佳布置位置为三体船两个侧体的外舷侧水线面附近，其纵向尺度约为侧体的1/10 ;摆板2横剖面为长方形，纵剖面为流线型；摆轴3与船长方向平行，轴端与齿轮传动装置相连；齿轮传动装置、电磁发电机布置在狭长的侧体空间内，而不必占用主体的空间，这样不仅使侧体的空间得到充分利用，还不会影响到主体机舱和推进器的布置。通过以上传动机构可以使波浪发电装置在船舶停泊与航行过程中有效的将波浪能转化为电能，为船舶提供电力，实现船舶能源的绿色化。
权利要求
1.一种三体船用波浪发电装置，包括摆板、摆轴、回复扭簧，齿轮传动装置、棘轮机构和电磁发电机，所述的摆板分为狭长的连接段和占大部分面积的受浪区两部分，所述的连接段通过键连接与摆轴相连接，在摆轴上设置有回复扭簧；所述的齿轮传动机构包括锥齿轮机构和三级加速齿轮机构，摆轴的末端与锥齿轮机构相连，通过锥齿轮机构改变转动方向，再通过三级加速齿轮机构将摆轴较慢的转速提高到电磁发电机所需的转速，在三级加速齿轮机构的输出轴处设置有棘轮机构，棘轮机构的棘爪部分与齿轮输出轴相配合，棘轮部分与发电机的转轴相配合，实现摆板的往复摆动转化为电磁发电机转子的高速单向转动。
2.根据权利要求I所述的三体船用波浪发电装置，其特征在于，所述的受浪区为薄板空心结构。
3.根据权利要求I所述的三体船用波浪发电装置，其特征在于，所述的受浪区的外表面为流线型。
4.根据权利要求I所述的三体船用波浪发电装置，其特征在于，所述的锥齿轮机构包括相互哨合的第一锥齿轮(6)、第二锥齿轮(7),第一锥齿轮与摆轴末端紧密配合。
5.根据权利要求4所述的三体船用波浪发电装置，其特征在于，所述的三级加速齿轮机构包括扇形齿轮(8 )、一级变速小齿轮(9 )、二级变速大齿轮(10 )、二级变速小齿轮(11)、三级变速大齿轮(12)，第二锥形齿轮(7)和扇形齿轮(8)紧密配合在同一转轴上，一级变速小齿轮(9)与扇形齿轮(8)相啮合，并与二级变速大齿轮(10)紧密配合在同一转轴上；二级变速大齿轮(10)与二级变速小齿轮(11)啮合，二级变速小齿轮(11)与三级变速大齿轮(12)紧密配合在同一转轴上；三级变速大齿轮(12)与三级变速小齿轮(13)啮合，三级变速小齿轮(13)紧密配合在三级加速齿轮机构的输出轴上。
6.一种权利要求I所述的三体船用波浪发电装置的排布方式，其特征在于，摆板排布在三体船的两个侧体的外舷侧水线面附近，并使摆轴与船长方向平行，摆轴的末端与锥齿轮机构相连；齿轮传动装置和电磁发电机布置在狭长的侧体空间内。
全文摘要
本发明属于绿色船舶技术与海洋可再生能源综合利用领域，涉及一种三体船用波浪发电装置，包括摆板、摆轴、回复扭簧，齿轮传动装置、棘轮机构和电磁发电机，摆板分为狭长的连接段和占大部分面积的受浪区两部分，所述的连接段通过键连接与摆轴相连接，在摆轴上设置有回复扭簧；齿轮传动机构包括锥齿轮机构和三级加速齿轮机构，摆轴的末端与锥齿轮机构相连，通过锥齿轮机构改变转动方向，再通过三级加速齿轮机构将摆轴较慢的转速提高到电磁发电机所需的转速，在三级加速齿轮机构的输出轴处设置有棘轮机构。本发明同时提供一种上述装置的排布方式。本发明适用于三体船，能最大限度的利用海上波浪能。
文档编号F03B13/14GK102797618SQ20121033156
公开日2012年11月28日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者余建星, 孙震洲, 翟宇轩, 林秋雅, 刘见德, 王睿, 唐必意, 刘春辉, 曾华章 申请人:天津大学