具有动能回收的减摇水舱结构和船舶的制作方法

1.本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种具有动能回收的减摇水舱结构和船舶。


背景技术：

2.海上的风浪会使船舶发生摇晃继而危害船舶的安全运行性能，因此大部分船舶会配备减摇装置。减摇水舱就是其中一种，其利用舱内水摇晃周期的滞后来达到减摇的目的，提高船舶的摇荡安全性能。
3.减摇水舱按其控制特点可分为被动式减摇水舱和主动式减摇水舱。但由于被动式有效减摇的波浪频率范围较窄，主动式能量消耗大这些缺点，开发出了可控被动式减摇水舱。可控被动式减摇水舱通过底部液体连通道内的挡板的角度调节对水舱内液体运动进行控制，改变水舱中水流的固有周期，保证减摇水舱的横摇周期与当前海况达到最佳匹配状态。
4.但现有可控被动式减摇水舱仍需使用外部电源供电以驱动挡板转动，使用成本高。
5.因此，需要一种具有动能回收的减摇水舱结构和船舶来解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种具有动能回收的减摇水舱结构和船舶，能够对减摇水舱晃动产生的能量进行回收和利用，从而降低使用成本。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.具有动能回收的减摇水舱结构，包括：
9.减摇水舱本体，所述减摇水舱本体呈u形，包括依次连通的第一翼舱、第一连通道和第二翼舱；
10.气体通道，所述气体通道的一端与所述第一翼舱连通，所述气体通道的另一端与所述第二翼舱连通；
11.叶轮发电组件，所述叶轮发电组件设置在所述气体通道中，所述叶轮发电组件能够利用所述气体通道中流通的气体进行发电；
12.第一挡板装置，所述第一挡板装置转动设置在所述第一翼舱中，且所述叶轮发电组件与所述第一挡板装置电连接；
13.第二挡板装置，所述第二挡板装置转动设置在所述第二翼舱中，且所述叶轮发电组件与所述第二挡板装置电连接。
14.进一步地，所述气体通道中设置有空气阀，所述空气阀与所述叶轮发电组件电连接，所述空气阀的开度能够调节。
15.进一步地，所述叶轮发电组件包括发电机和叶轮组件，所述发电机设置在气体通道中，所述叶轮组件设置在所述气体通道中，且所述叶轮组件与所述发电机传动连接。
16.进一步地，所述叶轮组件包括转轴、轮毂和双向翼型叶片，所述转轴与所述发电机
可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.可控被动式减摇水舱通过底部液体连通道内的挡板的角度调节对水舱内液体运动进行控制，改变水舱中水流的固有周期，保证减摇水舱的横摇周期与当前海况达到最佳匹配状态。但现有可控被动式减摇水舱仍需使用外部电源供电以驱动挡板转动，使用成本高。
34.为了解决上述问题，能够对减摇水舱晃动产生的能量进行回收和利用，从而降低使用成本，如图1-图2所示，本发明提供一种具有动能回收的减摇水舱结构。减摇水舱结构包括减摇水舱本体1、气体通道2、叶片发电组件、第一挡板装置4和第二挡板装置5。
35.其中，减摇水舱本体1呈u形，包括依次连通的第一翼舱11、第一连通道12和第二翼舱13；气体通道2的一端与第一翼舱11连通，气体通道2的另一端与第二翼舱13连通；叶轮发电组件3设置在气体通道2中，叶轮发电组件3能够利用气体通道2中流通的气体进行发电；第一挡板装置4转动设置在第一翼舱11中，且叶轮发电组件3与第一挡板装置4电连接；第二挡板装置5转动设置在第二翼舱13中，且叶轮发电组件3与第二挡板装置5电连接。
36.在船舶晃动的过程中，减摇舱本体内的气流会在气体通道2中流动，在流动的过程中推动叶轮发电组件3进行发电，并供给第一挡板装置4和第二挡板装置5使用，从而将船舶在风浪中晃动的能量进行回收利用。而且调节第一挡板装置4在第一翼舱11中的角度，以及第二挡板装置5在第二翼舱13中的角度起到调节减摇水舱横摇周期的作用，在使用船舶减摇的同时，降低使用成本。
37.进一步地，气体通道2中设置有空气阀21，空气阀21与叶轮发电组件3电连接，空气阀21的开度能够调节。通过设置空气阀21，可以根据实际的需要调节减摇水舱本体1中空气流通的速度，从而间接调节减摇水舱本体1中水的横摇周期，达到相应的减摇效果和耐波性要求。
38.进一步地，叶轮发电组件3包括发电机31和叶轮组件，发电机31设置在气体通道2中，叶轮组件设置在气体通道2中，且叶轮组件与发电机31传动连接。利用空气的流动推动叶轮组件转动，叶轮组件带动发电机31进行发电，从而将空气流动的动能转换为电能，实现对气体通道2中气体流动动能的回收。
39.进一步地，叶轮组件包括转轴32、轮毂33和双向翼型叶片34，转轴32与发电机31的输入轴连接，轮毂33固定设置在转轴32上，双向翼型叶片34的一端固定设置在轮毂33上。通过气流带动双向翼型叶片34转动，双向翼型叶片34带动轮毂33从而带动转轴32转动，转轴32带动发电机31进行转动发电，从而实现动能转换为电能。常用叶片在正向来流时具有较好的气动性能，但在反向来流时气动性能下降十分严重，考虑到减摇水舱中水流来回往复的特性，为使叶轮组件正反两个方向都具有较好的、相似的能量转换效率，叶片采用双向翼型，双向翼型叶片34在正反两种流向下都具有相同的旋向，避免正转反转带来的能量损失，充分吸收空气的动能，提高整个发电机31的发电效率。
40.进一步地，沿轮毂33的周向间隔设置多个双向翼型叶片34。通过设置多个双向翼
型叶片34，能够保证叶轮组件转动的平稳性，而且能够充分利用空气流动的动能，提升动能向电能转换的效率。
41.进一步地，双向翼型叶片34的横截面呈水滴状。具体地，双向翼型叶片34的横截面由弧形和与弧形相接的三角形构成，整体截面呈水滴形。在空气流通的过程中，空气能够有效推动双向翼型叶片34转动，保证发电工作顺利进行。
42.进一步地，从气体通道2的两端向气体通道2的中间气体通道2的横截面积逐渐缩小。采用上述气体通道2结构，使得气流的能量在逐渐变窄的气体通道2中被慢慢放大，能够充分利用气体流通的能量，从而提升发电效率。
43.进一步地，减摇水舱结构还包括蓄电池组6，蓄电池组6与叶轮发电组件3、第一挡板装置4以及第二挡板装置5均电连接。由于船体摇荡的不规则性，发电量及电压会随摇荡幅值不同而变化。为更好的回收能量，通过添加蓄电池组6存储电能，然后再向外输出电能，保证第一挡板装置4和第二挡板装置5使用时电压稳定，且能够持续输出。
44.进一步地，减摇水舱本体1上开设有注水口、透气口和排水口。通过注水口能够往减摇水舱本体1中加注水，通过设置透气口能够将减摇水舱中的多余空气排出，保证减摇水舱本体1中的压力稳定，通过设置排水口，在船舶长时间不出海时，可以将减摇水舱本体1中的水排出，从而防止减摇水舱本体1的壁面出现锈蚀。
45.进一步地，减摇水舱本体1与外部连接的管路和电路都装有密封构件，减摇水舱本体1的内部结构应尽可能光滑平顺且必须完全密封，保证减摇水舱本体1结构稳定，而且避免减摇水舱本体1中水的泄漏。
46.进一步地，第一挡板装置4和第二挡板装置5均通过液压马达驱动进行转动，从而调节挡板在第一翼舱11中以及第二挡板在第二翼舱13中的角度。蓄电池组6与液压泵电连接，液压泵工作将液压油泵入到液压马达中，从而推动液压马达工作。在其他实施例中，也可以采用电机作为驱动件，在此不做过多限制。
47.减摇水舱结构的具体工作过程如下：
48.船在海里因为波浪而产生横摇，使减摇水舱本体1内的水随之流动，气体连通道内的空气产生流动，进而产生动能，当空气流过叶轮组件时，双向翼型叶片34驱动发电机31发电，产生的电能通过蓄电电路储存在蓄电池组6中，通过供电电路提供给第一挡板装置4和第二挡板装置5使用。在此过程中主要依靠第一挡板装置4和第二挡板装置5调节水流周期，使减摇水舱本体1中的水比船横摇的相位延迟约90
°
，空气阀21可起到辅助调节作用，达到船舶减摇的目的。
49.将减摇水舱本体1内的气流在船体摇晃过程中产生的动能转化为电能，即利用叶轮发电组件3回收减摇水舱本体1中气体通道2中气体的动能并转换为电能，从而将海浪和风的能量转化为船舶可以利用的能量，该过程中无污染，无排放，可达到节能减排的目的。
50.本实施例还提供了一种船舶，包括船体和如上的具有动能回收的减摇水舱结构，减摇水舱结构设置在船体上，能够对减摇水舱晃动产生的能量进行回收和利用，从而降低使用成本。
51.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本
发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.具有动能回收的减摇水舱结构，其特征在于，包括：减摇水舱本体(1)，所述减摇水舱本体(1)呈u形，包括依次连通的第一翼舱(11)、第一连通道(12)和第二翼舱(13)；气体通道(2)，所述气体通道(2)的一端与所述第一翼舱(11)连通，所述气体通道(2)的另一端与所述第二翼舱(13)连通；叶轮发电组件(3)，所述叶轮发电组件(3)设置在所述气体通道(2)中，所述叶轮发电组件(3)能够利用所述气体通道(2)中流通的气体进行发电；第一挡板装置(4)，所述第一挡板装置(4)转动设置在所述第一翼舱(11)中，且所述叶轮发电组件(3)与所述第一挡板装置(4)电连接；第二挡板装置(5)，所述第二挡板装置(5)转动设置在所述第二翼舱(13)中，且所述叶轮发电组件(3)与所述第二挡板装置(5)电连接。2.根据权利要求1所述的具有动能回收的减摇水舱结构，其特征在于，所述气体通道(2)中设置有空气阀(21)，所述空气阀(21)与所述叶轮发电组件(3)电连接，所述空气阀(21)的开度能够调节。3.根据权利要求1所述的具有动能回收的减摇水舱结构，其特征在于，所述叶轮发电组件(3)包括发电机(31)和叶轮组件，所述发电机(31)设置在气体通道(2)中，所述叶轮组件设置在所述气体通道(2)中，且所述叶轮组件与所述发电机(31)传动连接。4.根据权利要求3所述的具有动能回收的减摇水舱结构，其特征在于，所述叶轮组件包括转轴(32)、轮毂(33)和双向翼型叶片(34)，所述转轴(32)与所述发电机(31)的输入轴连接，所述轮毂(33)固定设置在所述转轴(32)上，所述双向翼型叶片(34)的一端固定设置在所述轮毂(33)上。5.根据权利要求4所述的具有动能回收的减摇水舱结构，其特征在于，沿所述轮毂(33)的周向间隔设置多个所述双向翼型叶片(34)。6.根据权利要求4所述的具有动能回收的减摇水舱结构，其特征在于，所述双向翼型叶片(34)的横截面呈水滴状。7.根据权利要求1所述的具有动能回收的减摇水舱结构，其特征在于，从所述气体通道(2)的两端向所述气体通道(2)的中间所述气体通道(2)的横截面积逐渐缩小。8.根据权利要求1所述的具有动能回收的减摇水舱结构，其特征在于，还包括蓄电池组(6)，所述蓄电池组(6)与所述叶轮发电组件(3)、所述第一挡板装置(4)以及所述第二挡板装置(5)均电连接。9.根据权利要求1所述的具有动能回收的减摇水舱结构，其特征在于，所述减摇水舱本体(1)上开设有注水口、透气口和排水口。10.船舶，其特征在于，包括船体和如权利要求1-9任一项所述的具有动能回收的减摇水舱结构，所述减摇水舱结构设置在所述船体上。

技术总结
本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种具有动能回收的减摇水舱结构和船舶，具有动能回收的减摇水舱结构包括减摇水舱本体，所述减摇水舱本体呈U形，包括依次连通的第一翼舱、第一连通道和第二翼舱；气体通道，所述气体通道的一端与所述第一翼舱连通，所述气体通道的另一端与所述第二翼舱连通；叶轮发电组件，所述叶轮发电组件设置在所述气体通道中，所述叶轮发电组件能够利用所述气体通道中流通的气体进行发电；第一挡板装置，所述第一挡板装置转动设置在所述第一翼舱中；第二挡板装置，所述第二挡板装置转动设置在所述第二翼舱中。本发明能够对减摇水舱晃动产生的能量进行回收和利用，从而降低使用成本。从而降低使用成本。从而降低使用成本。


技术研发人员：鲁悦 刘佳明 王声森 黄深 刘益平
受保护的技术使用者：中船黄埔文冲船舶有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/6/26