一種利用波浪能的聯合動力船舶的製作方法

2023-10-11 03:07:14 3

一種利用波浪能的聯合動力船舶的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用波浪能的聯合動力船舶，它包括輔船、主船、液壓系統以及進出水裝置。其中，主船的尾部設置有主推進器，主推進器的兩側後方對稱設置兩輔助推進器，每一輔助推進器伸出端均斜向主船的尾部。液壓系統包括四個以主船的船體中心線為對稱軸分布的液壓泵，每一液壓泵上均開設有出水孔和進水孔，每一液壓泵的伸出端均與輔船首部鉸接。進出水裝置包括兩個進水管和兩個出水管，兩個進水管的一端分別連通主船的船頭兩側的吸水口，兩個進水管的另一端分成兩路後分別通過單向閥與液壓泵的進水孔相連。兩個出水管的一端分別與主船兩側的輔助推進器相連，兩個出水管的另一端亦分成兩路後分別通過單向閥與液壓泵的出水孔相連。
【專利說明】一種利用波浪能的聯合動力船舶
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種聯合動力船舶，特別是關於一種採用柴油機發動螺旋槳並利用海洋波浪能驅動噴水推進器的聯合動力船舶。
【背景技術】
[0002]現階段，世界各國集中發展低碳經濟，而承擔了全球90%貿易運輸的航運業CO2排放量及其增長幅度嚴重製約低碳經濟的發展。根據國際海事組織(MO)公布的數據，2007年航運業CO2排放量約為10.5億噸，佔全球CO2總排放量的3.3%左右，如果不採取相應的措施，預計2050年的航運業CO2排放量將比2007年增長200%_300%，將佔全球CO2總排放量的12%-18%。根據非專利文獻「能源危機與船舶綜合節能[J]」的研究，航運業的能耗約佔全球能耗的10%，而傳統柴油推動動力船舶營運成本中的40%-60%是燃油消耗。因而,從節能減排和降低成本的角度考慮，需要開發一種節能環保的新型船舶。
[0003]根據非專利文獻「新能源在船舶上的應用進展及展望[J] 」的研究可知，目前新型節能船舶主要利用風能、太陽能、生物質能、核能、海洋能。其中海洋能具有儲量豐富、分布廣以及清潔無汙染等優點。但是，目前海洋能的利用主要集中在波浪能發電方面，小型波浪能發電裝置主要用於航標燈或小型燈船。然而，直接將波浪能應用到船舶推進動力裝置的研究特別少，並且還僅停留在設想階段。名稱為「Wave propulsion ship」的專利文獻公開了這樣一種利用波浪能推進船舶系統，該系統在船體底部安裝有浮筒，浮筒隨著波浪上下運動，通過機械傳動系統帶動安裝在船尾的推進器旋轉，從而推動船舶前行，但其將採集波浪能的浮體安裝在船體的底部，形成了較大的阻力，影響船舶前行速度。名稱為「一種渦輪噴水式船舶推進系統」的專利文獻中公開了這樣一種利用波浪能推進船舶系統，該系統引導波浪管進入並衝擊渦輪機，在發動機的共同推動下，渦輪機旋轉而產生高速水流，高速水流從噴水口噴出從而推動船舶高速前進。這種系統能獲得較大的推進效率，但其波浪能利用效率不高，而且需要發動機輔助推動渦輪機旋轉，沒有做到真正的節能。名稱為「浪動力船」的專利文獻中公開了這樣一種利用波浪上下運動產生的推力推動浪動力船上的波浪翼的裝置，該裝置大大節約船舶能源花費，但由于波浪翼安裝在船體的兩側，形成了較大的阻力，影響船舶前行速度。名稱為「海洋位能增壓噴射動力船」的專利文獻中公開了這樣一種波浪能動力船，該波浪能動力船利用波浪的水位改變帶動浮體及活塞升降，以驅動發電機發電及產生高壓氣流，所產生的電力及高壓氣流為船舶提供動力，該波浪能動力船的浮體位於船體底部，所以形成較大的阻力。上述各專利文獻所公開的裝置大多利用波浪的位能或振動浮體式的波浪能技術，目前尚未發表過利用筏式波浪能技術收集波浪能推進船舶的相關文獻。而筏式波浪能技術能保證較高的波浪能吸收效率及較高的結構可靠性，特別適用於船舶吸收波浪能。因而，可以開發利用筏式波浪能技術吸收波浪能用於推進的新型節能環保船舶。
[0004]以往船舶的推進裝置大多用的是螺旋槳推進，而在非專利文獻「Waterjetpropulsion for a3500ton corvette from BL0HM+V0SS [C] 」中成功地米用了噴水推進器和螺旋槳混合推進。此後，關於噴水推進器和螺旋槳混合推進系統的研究逐漸開展。非專利文獻「混合推進系統噴水推進器與螺旋槳相互作用研究[J] 」論述「噴水推進器與螺旋槳混合推進系統具有推進效率高、噪聲小、工作模式多和機動性好等優點。噴水推進器與螺旋槳的聯合使用，可以有效地解決推進器與原動機最高效率不同步的問題。」然而，上述混合推進系統由柴油機驅動的，從節能環保角度考慮，可以將吸收的波浪能用於該混合推進系統中。

【發明內容】

[0005]針對上述問題，本發明的目的是對現有船舶進行改進，提供一種新型的利用柴油機推進螺旋槳和波浪能驅動噴水推進器的聯合動力船舶。
[0006]為實現上述目的，本發明採取以下技術方案:一種利用波浪能的聯合動力船舶，其特徵在於，它包括一用於採集波浪能的輔船，一尾部與所述輔船首部轉動連接的主船，一設置在所述輔船和主船之間的液壓系統，以及一設置在所述主船內部且連通所述液壓系統及所述主船外部海水的進出水裝置；其中，所述主船的尾部設置有一主推進器，所述主推進器的兩側後方對稱設置兩輔助推進器，每一所述輔助推進器伸出端均斜向所述主船的尾部；所述液壓系統包括四個以所述主船的船體中心線為對稱軸分布的液壓泵，每一所述液壓泵上均開設有出水孔和進水孔，每一所述液壓泵的伸出端均穿過其自身所在的所述主船尾部與所述輔船首部鉸接；所述進出水裝置包括兩個進水管和兩個出水管，兩個所述進水管的一端分別連通所述主船的船頭兩側的吸水口，兩個所述進水管的另一端分成兩路後分別通過一單向閥與所述液壓泵的進水孔相連；兩個所述出水管的一端分別與所述主船兩側的輔助推進器相連，兩個所述出水管的另一端亦分成兩路後分別通過一單向閥與所述液壓泵的出水孔相連。
[0007]所述主船和輔船通過一連接構件連接，所述連接構件包括一焊接在所述主船尾部的鉸座，一與所述鉸座相差90°焊接在所述輔船首部的另一鉸座，一轉動連接所述鉸座和所述另一鉸座的銷軸，所述銷軸與所述鉸座和所述另一鉸座連接端兩軸線相互垂直。
[0008]所述主推進器為螺旋槳推進器，所述輔助推進器為噴水推進器。
[0009]每一所述液壓泵包括一水平固定連接於所述主船尾部的液壓缸體，每一所述液壓缸體內部插設一活塞連杆，每一所述活塞連杆的輸出端均設置為球頭狀且均與一球頭杆鉸接，每一所述球頭杆的另一端均與設置在所述輔船首部的球頭座鉸接；每一所述活塞連杆中的活塞周緣均設置一截面呈L形的密封圈。
[0010]所述主船兩側的所述吸水口均設置在保證所述每一所述吸水口均能位於海水液面以下的位置，且每一所述吸水口處均設置一過濾器。
[0011]所述輔船的首部與所述主推進器相對應的位置開設一楔形槽。
[0012]本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點:1、本發明在現有船舶(主船)的基礎上進行改裝，通過連接構件連接一輔船，該連接構件能使輔船相對主船發生水平平面內和垂直平面內的相對轉動。主船船體內設置有四個對稱的液壓泵，每一液壓泵缸體內的活塞通過活塞杆和球頭杆與輔船球鉸連接，每一液壓泵均連通海水進水管和出水管。在波浪能的作用下，主船和輔船在水平平面內和垂直平面內相對轉動。垂直平面內，當輔船相對主船逆時針轉動時，主船體上側兩個液壓泵缸體裡的活塞相對缸體向外運動，液壓泵內壓強降低形成負壓，將海水抽進液壓泵中，主船體下側兩個液壓泵缸體裡的活塞相對缸體向裡運動，活塞擠壓液壓泵內的海水，此時液壓泵充當高壓泵，海水在高壓作用下通過出水管向船體斜後方噴射，推動船體前進。垂直平面內，當輔船相對主船順時針轉動時，主船體上側兩個液壓泵出水，主船體下側兩個液壓泵抽水。水平平面內，當輔船相對主船順時針轉動時，主船體左側兩個液壓泵出水，主船體右側兩個液壓泵抽水。水平平面內，當輔船相對主船逆時針轉動時，主船體左側兩個液壓泵抽水，主船體右側兩個液壓泵出水。噴水過程由出水管上的噴水推進器控制，保證噴水滿足航速控制要求。因此，本發明能直接高效地將波浪能轉化成液壓能，完成噴水推進過程，推動船體前行。2、本發明直接高效地把波浪能轉化成液壓能，通過噴水控制器控制噴水，推動船體前行，而不必將波浪能轉化為電能，再利用電能驅動推進系統。因此簡化了船體推進的能量獲取過程，實現較高的能量轉換效率。3、本發明在船體左右側均設置有噴水推進器，噴水推進器斜向船後方。在船需要掉頭轉彎的時候，可以通過控制一側噴水，一側不噴水，迅速實現船的掉頭轉彎。4、本發明採用的連接構件使得輔船相對主船能發生水平平面內的轉動，能很好地適應主船帶動輔船轉彎的情況。5、本發明通過輔船和主船的相對轉動吸收波浪能，轉換為液壓能，實際上起到了消耗波浪能的作用，有利於船體在波浪環境中的結構安全。6、本發明利用波浪能代替柴油驅動噴水推進器，起到節能減排、降低船舶營運成本的作用。以耗油量為200g/kW-h的普通漁船為例，假設船體寬度6m，漁船平均一天運行8個小時，一年運行200天，漁船壽命20年，按其在波高2m，波周期6s的海況中航行。則由微幅波理論計算得入射波的功率為141.3kW，筏式波能轉換裝置的效率可以達到80%以上，考慮到船體航行的複雜性，按50%的波能轉換效率計算，則船體可以吸收70.7kff的能量轉換為液壓能。這樣，使用本發明一條漁船在20年的壽命裡共節省了 70.7 X 8 X 200 X 20 X 200/1000000=452.28t柴油，按燃燒It柴油排放3t 二氧化碳計算，使用本發明一條漁船在20年的壽命裡減少排放1400t左右二氧化碳，在不考慮通貨膨脹的情況下，柴油按8000元/噸計算，則使用本發明一條漁船在20年的壽命裡減少營運成本362萬元。從所述算例可以看出，本發明具有較高的環境效益和經濟效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的整體結構俯視示意圖
[0014]圖2是圖1的A-A剖面示意圖
[0015]圖3是圖1的B-B剖面圖
[0016]圖4是圖1的C-C剖面圖
[0017]圖5是本發明連接構件三維示意圖
[0018]圖6是本發明的主船和輔船垂直平面內發生相對轉動的主視示意圖
[0019]圖7是圖6的局部放大示意圖
[0020]圖8是本發明的主船和輔船水平平面內發生相對轉動的俯視示意圖
[0021]圖9是本發明的液壓系統示意圖
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本發明的進行詳細的描述。
[0023]如圖1、圖2所示，本發明包括一主船10，一用於採集波浪能的輔船20，一用於連接主船10和輔船20的連接構件30，一設置在主船10與輔船20之間的液壓系統40。本實施例中，主船10採用現有船舶。
[0024]如圖3所示，主船10的尾部設置有一螺旋槳推進器11，螺旋槳推進器11兩側後方對稱設置兩噴水推進器12，每一噴水推進器12伸出端均斜向主船10的尾部，以便通過控制噴水實現主船10的掉頭或轉彎。
[0025]如圖4所示，為了不影響主船10的螺旋槳推進器11噴水，輔船20的首部與螺旋槳推進器11相對應的位置開設一楔形槽21。
[0026]如圖3?5所示，連接構件30包括一緊固在主船10尾部的鉸座31，一緊固在輔船20首部的鉸座32，一連接鉸座31和鉸座32的銷軸33。其中，鉸座31和銷軸33 —端的連接軸線與鉸座32和銷軸33另一端的連接軸線相互垂直。因此，輔船20不僅可以相對於主船10在垂直平面內轉動(如圖6所示)，還可以相對於主船10在水平平面內轉動(如圖8所示)。
[0027]如圖9所示，液壓系統40包括四個以主船10的船體中心線為對稱軸分布的液壓泵41、42、43、44，為了便於區分，將上部外側液壓泵定義為41，上部內側液壓泵定義為42，下部外側液壓泵定義為43，下部內側液壓泵定義為44。每一液壓泵均包括一水平固定連接於主船10尾部的液壓缸體45，液壓泵41、42的液壓缸體45下側均開設一進水孔，液壓泵43,44的液壓缸體45上側也均開設一進水孔，每一液壓缸體45的底端均開設一出水孔。每一液壓泵還包括一活塞連杆46，每一活塞連杆46的一端插設在液壓缸體45內，每一活塞連杆46中的活塞47周緣均設置有截面呈L形的密封圈，以保證每一液壓泵不發生洩漏。每一活塞連杆46的另一端與一球頭杆48鉸接，每一球頭杆48的另一端均與設置在輔船20首部的球鉸座49鉸接(如圖4、圖7所示)。
[0028]如圖9所示，本發明還包括一連通液壓系統40和海水的進出水裝置50，該進出水裝置50包括兩進水管51，兩進水管51的一端分別連通主船10船頭左右兩側的吸水口(圖中未示出)，吸水口設置的足夠低以保證其位於海水液面以下，每一吸水口處均設置一過濾器(圖中未示出)。兩進水管51的另一端分成兩進水支管52，每一進水支管52均經一單向閥(圖中未示出)連通每一液壓缸體45上的進水孔。進出水裝置50還包括兩齣水管53，兩齣水管53的一端分別與主船10兩側的噴水推進器12相連，兩齣水管53的另一端亦分成兩噴水支管54，每一噴水支管54均經一單向閥(圖中未示出)連通每一液壓缸體45底端的出水孔。
[0029]下面說明本發明的使用流程:
[0030]本發明的聯合動力船舶在航行時，當輔船20相對於主船10在垂直平面內逆時針轉動時，液壓泵41、42內的活塞連杆46抽離液壓缸體45，液壓缸體45內形成負壓，海水經過濾器和單向閥單方向進入液壓缸體45內。液壓泵43、44內活塞連杆46壓縮液壓缸體45，此時，液壓泵43、44充當高壓泵，海水在高壓作用下通過噴水推進器12調節，向主船10後方噴射，推動主船10前進。當輔船20相對於主船10在垂直平面內順時針轉動時，液壓泵41、42內的活塞連杆46壓縮液壓缸體45，此時液壓泵41、42充當高壓泵，海水在高壓的作用下通過噴水推進器12調節，向主船10斜後方噴射，推動主船10前進。液壓泵43、44內的活塞連杆46抽離液壓缸體45，液壓泵43、44內壓強降低形成負壓，海水經過濾器和單向閥進入兩液壓泵的缸體45內。
[0031]當輔船20相對主船10在水平平面內做逆時針轉動時，液壓泵42、44內的活塞連杆46分別相對於液壓泵42、44的液壓缸體45向外運動,液壓泵42、44內壓強降低形成負壓，將海水抽進液壓泵42、44中。液壓泵41、43內的活塞連杆46分別相對於其液壓缸體45向裡運動，活塞連杆46擠壓液壓泵41、43內的海水，此時液壓泵41、43充當高壓泵，海水在高壓作用下通過噴水推進器12調節，向主船10斜後方噴射，推動主船10前進。當輔船20相對於主船10在水平平面內做順時針轉動時，液壓泵42、44內的活塞連杆46分別相對於其液壓缸體45向裡運動，活塞連杆46擠壓液壓泵42、44內的海水，此時液壓泵42、44充當高壓泵，海水在高壓作用下通過噴水推進器12調節，向船體斜後方噴射，推動主船10前進。此時，液壓泵41、43內的活塞連杆46分別相對於液壓泵41、43的液壓缸體45向外運動，液壓泵41、43內壓強降低形成負壓，將海水抽進液壓泵41、43中。
[0032]上述各實施例僅用於說明本發明，其中各部件的結構、連接方式和製作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護範圍之外。
【權利要求】
1.一種利用波浪能的聯合動力船舶，其特徵在於，它包括一用於採集波浪能的輔船，一尾部與所述輔船首部轉動連接的主船，一設置在所述輔船和主船之間的液壓系統，以及一設置在所述主船內部且連通所述液壓系統及所述主船外部海水的進出水裝置； 其中，所述主船的尾部設置有一主推進器，所述主推進器的兩側後方對稱設置兩輔助推進器，每一所述輔助推進器伸出端均斜向所述主船的尾部； 所述液壓系統包括四個以所述主船的船體中心線為對稱軸分布的液壓泵，每一所述液壓泵上均開設有出水孔和進水孔，每一所述液壓泵的伸出端均穿過其自身所在的所述主船尾部與所述輔船首部鉸接； 所述進出水裝置包括兩個進水管和兩個出水管，兩個所述進水管的一端分別連通所述主船的船頭兩側的吸水口，兩個所述進水管的另一端分成兩路後分別通過一單向閥與所述液壓泵的進水孔相連；兩個所述出水管的一端分別與所述主船兩側的輔助推進器相連，兩個所述出水管的另一端亦分成兩路後分別通過一單向閥與所述液壓泵的出水孔相連。
2.如權利要求1所述的一種利用波浪能的聯合動力船舶，其特徵在於，所述主船和輔船通過一連接構件連接，所述連接構件包括一焊接在所述主船尾部的鉸座，一與所述鉸座相差90°焊接在所述輔船首部的另一鉸座，一轉動連接所述鉸座和所述另一鉸座的銷軸，所述銷軸與所述鉸座和所述另一鉸座連接端兩軸線相互垂直。
3.如權利要求1或2所述的一種利用波浪能的聯合動力船舶，其特徵在於，所述主推進器為螺旋槳推進器，所述輔助推進器為噴水推進器。
4.如權利要求1到3任一項所述的一種利用波浪能的聯合動力船舶，其特徵在於，每一所述液壓泵包括一水平固定連接於所述主船尾部的液壓缸體，每一所述液壓缸體內部插設一活塞連杆，每一所述活塞連杆的輸出端均設置為球頭狀且均與一球頭杆鉸接，每一所述球頭杆的另一端均與設置在所述輔船首部的球頭座鉸接；每一所述活塞連杆中的活塞周緣均設置一截面呈L形的密封圈。
5.如權利要求1到4任一項所述的一種利用波浪能的聯合動力船舶，其特徵在於，所述主船兩側的所述吸水口均設置在保證所述每一所述吸水口均能位於海水液面以下的位置，且每一所述吸水口處均設置一過濾器。
6.如權利要求1到5任一項所述的一種利用波浪能的聯合動力船舶，其特徵在於，所述輔船的首部與所述主推進器相對應的位置開設一楔形槽。
【文檔編號】B63H21/20GK103482050SQ201310400999
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】張永良, 陳文創 申請人:清華大學