一种基于潮流能的船舶行驶辅助动力装置的制作方法

本实用新型属于可再生能源尤其是潮流能能源应用领域，特别涉及一种基于潮流能的船舶行驶辅助动力装置。

背景技术：

随着经济发展，我国水路货物运输量和港口吞吐量连续多年稳居世界第一。世界十大最繁忙的港口有7个在中国，占全球货物吞吐量的四分之一以上。繁忙的水运和海运带来了空气污染，由于船舶所使用的燃料主要是渣油或重油，都属于柴油范畴，其含硫量是车用油的100至3500倍，并且还含有镉、钒、铅等重金属。在京津冀、长三角、珠三角及沿海沿江地区，船舶港口排放已成为大气污染的重要来源之一。

潮流主要是由潮汐引起的海水流，我国潮流能资源极为丰富，沿岸130个水道的理论平均功率约为1.4×10⁴mw。其中浙江、福建、山东和台湾海峡是世界上潮流能资源最丰富的地区之一。潮流能作为绿色可再生能源，具有能量密度高、可预测性强、蕴藏量丰富等特点，越来越受到世界各国的重视。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于潮流能的船舶行驶辅助动力装置，解决了现有的船舶行驶动力能源造成的环境污染问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供的一种基于潮流能的船舶行驶辅助动力装置，包括潮流能能量转换系统、升降系统、储能系统、辅助动力驱动系统和控制系统。其中，潮流能能量转换系统用于将潮流能转化为电能，并将电能传输到储能系统；所述升降系统用于将潮流能能量转换系统置于海水中或升至船舱室内；所述储能系统用于存储电能并向辅助动力驱动系统提供电能；所述辅助动力驱动系统用于为船舶行驶提供辅助动力；控制系统用于控制该装置正常运行。

优选地，潮流能能量转换系统包括箱体、叶轮、垂直转轴、增速箱和发电机。其中，所述箱体是左右两端为喇叭口开口设计的箱体，其喇叭口朝向处于水平状态；所述垂直转轴的一端与箱体连接，且该端沿其圆周方向均布有四个叶轮，所述叶轮置于箱体的内腔中；所述垂直转轴的另一端通过增速箱与发电机连接；所述发电机与储能系统连接。

优选地，所述垂直转轴为两段式结构，分别为上段和下段，且两者之间通过法兰连接；所述叶轮布置在下段，且该下段与箱体下导流板连接；所述上段为嵌套多层伸缩式结构。

优选地，所述潮流能能量转换系统箱体上安有方向传感器和偏航装置；所述方向传感器和偏航装置均与控制系统连接。

优选地，储能系统包括蓄电池组，所述蓄电池组的输入端连接潮流能能量转换系统的发电机末端；所述蓄电池组的输出端连接辅助动力驱动系统。

优选地，所述蓄电池组的输入端通过整流器与潮流能能量转换系统的发电机输出端口连接。

优选地，所述辅助动力驱动系统包括行驶电动机、传动轴和螺旋桨，其中，所述传动轴的一端与螺旋桨连接，另一端与行驶电动机的输出轴连接；所述行驶电动机与储能系统连接。

优选地，所述控制系统包括控制器，所述控制器上设置有输入端口和输出端口；所述输出端口连接储能系统和安装在潮流能能量转换系统上的偏航装置；所述输入端口连接有安装在潮流能能量转换系统上的方向传感器。

优选地，所述升降系统包括升降电机；所述升降电机的输出轴连接有两条钢缆；所述钢缆通过锁扣与潮流能能量转换系统箱体连接；所述升降电机与控制系统连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种基于潮流能的船舶行驶辅助动力装置，利用船舶停靠港口位置处潮流速度大、岸边集流作用明显的有利条件，将清洁可再生能源潮流能的能量转化为电能进行存储，需要该装置工作时，储能系统为动力驱动系统输出电能，使电动机工作带动螺旋桨转动，进而推动船舶行驶。作为重油、柴油等化石燃料的辅助动力，替代(配合)使用，可减少具有高污染的重油、柴油等化石燃料的碳排放，具有清洁环保属性；该装置原理简单，可长时间无限次使用，不需要反复(或少量)购买柴油或燃煤动力原料，节省成本。

附图说明

图1是船舶行驶辅助动力装置整体结构示意图；

图2是控制系统连接图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型提供的一种基于潮流能的船舶行驶辅助动力装置，包括潮流能能量转换系统1、升降系统2、储能系统3、辅助动力驱动系统4和控制系统5五大部分。其中，潮流能能量转换系统1用于将潮流能转化为电能；升降系统2用于将潮流能能量转换系统置于海水中或升至船舱室内；储能系统3用于将潮流能能量转换系统产生的动力来源电能统一存储与输出；辅助动力驱动系统4用于为船舶行驶提供辅助(替代)动力与驱动；控制系统5用于控制该装置正常运行。

具体来说，潮流能能量转换系统包括箱体1-1、叶轮1-2、垂直转轴1-3、增速箱1-4、发电机1-5和基础1-6。其中，箱体1-1是由上、下、前、后、四个导流板组成的；下导流板与基础1-6连接；四个导流板组合成左右两端海水可流过的喇叭口设计，喇叭口朝向处于水平状态，该设计可增大潮流能进入量，加快潮流能通过叶轮的速度，保证水平轴方向的潮流能从叶轮1-2快速通过。

叶轮1-2置于箱体1-1的内腔中，采用四片均匀排布式，叶轮1-2与垂直转轴1-3之间通过支撑臂连接。这样潮流流过叶轮，叶轮1-2转动带动垂直转轴1-3一起同步转动。

垂直转轴1-3分为两段式，箱体以上的为上段，下部为下段，上下两段通过法兰连接；下段为固定的长度，底部安装在下导流板上。上段采用套嵌多层伸缩式结构，每层转轴内壁上下两端都有卡死结构，保证各层可拉伸至一定范围卡死固定且不会脱离。

所述垂直转轴3的轴线方向与箱体1-1的喇叭口朝向方向互相垂直。

垂直转轴1-3多层套嵌的最内层与增速箱1-4连接；增速箱1-4的输出端与发电机1-5的输入端连接，增速箱1-4与发电机1-5固定置于船板内，不接触海水。发电机1-5末端为电缆1-7将产生的电能输送至储能系统中3。

在潮流能能量转换系统箱体的上导流板上设有方向传感器1-8，用来接收潮流能流向信息，并与控制系统连接。

在箱体1-1内设置有用于改变箱体方向的偏航装置1-9，所述偏航装置1-9与控制系统连接，接受控制系统控制。

升降系统包括升降电机2-1、输出轴2-2和钢缆2-3。钢缆2-3为两条采用对称排布，每条钢缆的一端固定在输出轴2-2上，另一端穿过船板通过锁扣与潮流能能量转换系统箱体1-1的上导流板连接。这样，通过升降电机2-1的正反转动，带动潮流能能量转换系统箱体1-1升降。

不工作时，箱体1-1叶轮1-2一体放置船舱室内部；工作时，打开舱盖，升降系统将箱体1-1下放于海水里，垂直转轴1-3套嵌的各层同步被动拉伸直至基础1-6坐落于海床上。

储能系统3是由蓄电池组3-1组成，其材料选择市场上最为普遍的铅蓄电池。

蓄电池组3-1的外壳两端为多种常见规格的输入输出端口，蓄电池组3-1的输入端接入潮流能能量转换系统产生的电能；所述蓄电池组3-1的输出端与辅助动力驱动系统4的行驶电动机4-1连接；同时，蓄电池组3-1还与控制系统连接，接受控制系统充、放电命令。

蓄电池组3-1的输入端通过整流器3-2与发电机1-5输出端口的电缆1-7相连；所述整流器3-2的作用是将发电机发出的交流电转化为符合蓄电池输入端可接收的直流电。

辅助动力驱动系统4包括行驶电动机4-1、传动轴4-2和螺旋桨4-3，其中，行驶电动机4-1采用直流电动机，所述传动轴4-2的一端与螺旋桨4-3连接，另一端与行驶电动机4-1的输出轴连接。这样就可将储能系统放出的电转最终化为螺旋桨的转动驱动力。

如图2所示，控制系统包括控制器5-1，所述控制器5-1上设置有输入端口5-2-1和输出端口5-2-2；输出端口5-2-2分别与偏航装置1-9、升降电机2-1和蓄电池组3-1连接。

输入端口5-2-1通过控制线连接方向传感器1-8；所述方向传感器1-8经采集到的数据传输到控制器5-1中，所述控制器5-1通过内部算法判断箱体的开口方向与潮流方向是否一致，若有偏差，则通过输出端口5-2-2输出启动信号控制偏航装置1-9使其转动对准潮流方向。

输出端口5-2-2与升降电机2-1连接，需要将箱体1-1升降时，根据实际需求人在电脑操作端上给出正(反)转信号指令，使升降电机2-1工作，输出轴2-2正(反)转动，带动潮流能能量转换系统的箱体1-1拉升到船舱室内或下沉至海底。

本实用新型分为停靠充电与放电行驶阶段，具体过程为：

停靠充电阶段：船舶在港口停靠时，港口、岸边的潮流速度很大，海岸的集流作用能使潮流更为丰富，在此期间充分利用良好的潮流能能源，达到为船舶存储更多清洁能量动力的目的。首先打开舱盖，控制系统发出启动信号至升降电机2-1，电机工作输出轴2-2转动，钢缆2-3带动潮流能能量转换系统中的箱体1-1和叶轮1-2下潜至海里(垂直转轴1-3上段套嵌多层转轴也同步被动跟随拉伸)，直至基础1-6临时坐落于海床上。海水流过潮流能能量转换系统的叶轮1-2使其转动，进而带动垂直转轴1-3转动，拖动增速箱1-4和发电机1-5工作发电；发电机输出端电缆1-7与储能系统的整流器3-2连接，将其发电机发出的交流电变为直流电输送至蓄电池组3-1中存储，完成充电工作。

辅助行驶放电阶段：船舶在港口停靠完准备出发行驶时，控制系统首先给升降电机2-1发出收起信号，升降电机2-1工作输出轴2-2反向转动(垂直转轴1-3上段嵌套的多层转轴同步被动跟随收缩)，最终将潮流能能量转换系统的箱体1-1收至船舱室内，关闭舱盖。使船舶在行驶过程中潮流能能量转换系统对船舶行驶不构成阻力。

船舶行驶过程中需要本装置配合辅助(替代)船舶原动力系统工作时，控制系统给储能系统3发出放电信号，蓄电池组3-1发出直流电带动行驶直流电机4-1工作，再通过传动轴4-2与螺旋桨4-3工作转动，最终将电能转化为旋转机械能，为船舶提供推辅助动力，使其行驶。

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