一种海浪能动力拖挂船
阅读说明：本技术 一种海浪能动力拖挂船 (Sea wave energy power trailer boat ) 是由 沈金钟 卢立祥 于 2020-07-28 设计创作，主要内容包括：一种海浪能动力拖挂船,挂船用来装载货物、拖船上有发电机组提供动力,拖船与挂船之间有拖挂装置和电缆连接；拖船的上部设有甲板、桥楼、驾驶舱,拖船的中部设有机舱层和拖船两侧凹进的拖船船体侧槽,拖船的下部为船体底层,里边有多个蓄电池、多个储水罐,船体底层后部有推进器；发电机组包括安装在拖船船体侧槽的众多浮体、浮体上的浮体推杆、安装在机舱里的多列超越离合器组合轴、多个发电机,浮体推杆与超越离合器轴上的超越离合器啮合,发电机的轴与超越离合器组合轴之间用传动带来连接。该拖挂船基本不用燃料、装货量大。(A wave energy power towing ship is used for loading goods, a generator set is arranged on the towing ship to provide power, and a towing device and a cable are connected between the towing ship and the towing ship; the upper part of the tugboat is provided with a deck, a bridge building and a cockpit, the middle part of the tugboat is provided with a cabin layer and tugboat body side grooves which are recessed at two sides of the tugboat, the lower part of the tugboat is a boat body bottom layer, a plurality of storage batteries and a plurality of water storage tanks are arranged inside the bottom layer, and the rear part of the boat body bottom layer is provided with a propeller; the generator set comprises a plurality of floating bodies arranged on a side groove of a tugboat body, floating body push rods on the floating bodies, a plurality of rows of overrunning clutch combined shafts arranged in a cabin and a plurality of generators, wherein the floating body push rods are engaged with the overrunning clutches on the overrunning clutch shafts, and the shafts of the generators are connected with the overrunning clutch combined shafts through a transmission belt. The trailer basically does not use fuel and has large loading capacity.)
技术领域
本发明涉及海浪发电技术领域，特别是涉及一种海浪能动力拖挂船。
背景技术
大型船舶消耗的油料惊人，为此很多船舶采用了廉价的油料，每天的油料上的开支巨大的同时，存在较大废气污染的问题。可以用海浪发电的能量来推动大型船舶前进，该能源清洁、安全、可再生。
从海面到海洋内部，处处都存在着波动。海浪是海水的波动现象，海浪是海面起伏形状的传播，是水质点离开平衡位置，作周期性振动，并向一定方向传播而形成的一种波动，水质点的振动能形成动能，海浪起伏能产生势能，这两种能的累计数量是惊人的。
从我们众多海洋船舶的航行经历来看，所过之处都有海浪，且波高都是在一两米左右。我国黄海和东海平均波高为1.5米，南海的年平均波高为1米，很多海域都适合海浪发电船的自发电航行。航行中，船上能收到岸上发来的天气传真。我们设计一种海浪能动力拖挂船，在全球相当大范围的适合航行的海域挑选航线航行。
赤道无风带和南北半球副热带无风带海域，虽然水面开阔，但因风力微弱，风向不定，海浪一般都很小。大洋中如果海面宽广、风速大、风向稳定、吹刮时间长，海浪必定很强，如南北半球西风带的洋面上，常常浪涛滚滚。当最大风力达11级时，浪高在3米以上。海浪能动力拖挂船航行时可避开这些海域。船舶吨位越大，抗风浪的能力也会越好。
我们之前设计的海浪动力船为发电、载货一体的船舶。它存在的问题是载货时、卸货后船体水位差很多，因为发电用浮体要正常工作时的船体的水位要保持在一个合适的位置，依靠储水罐的加水、放水达到水位基本一致的目的。但这样加水、放水的工作量非常大、时间长，并且船体载货的有效空间较小。
我们要设计一种载货量更大，并且不采用经常加水、放水改变船舶吃水线的海浪发电船舶。该船舶可为分体式船舶，包括拖船和挂船。挂船载货，拖船用来发电拖动挂船前进，拖船不载货，吃水线基本保持不变，那么，安装在拖船上的众多浮体的工作状态基本不变。这样，就有了更进一步优化了的船舶。
发明内容
为了达成上述的目的，本发明提供了一种海浪能动力拖挂船，该拖挂船包括拖船和挂船，挂船用来装载货物，拖船上设有发电机组提供动力，拖船与挂船之间有拖挂装置和电缆连接；所述的拖船，其船体上部设有甲板、桥楼、驾驶舱，其船体中部设有机舱层和拖船两侧凹进的拖船船体侧槽，其船体下部为船体底层，里边有电池舱、水罐舱，电池舱有多个蓄电池，水罐舱有多个储水罐，船体底层后部有推进器；在船体横向的左部、中部、右部中，机舱层的左部和右部的底板作为两个拖船船体侧槽的顶部，船体底层的底部为平面构造，船体底层左部和右部的顶部为拖船船体侧槽的底部；所述的拖挂装置包括拖船船尾延伸段上的挂钩和挂船前凸起部位的挂轴；所述的发电机组包括安装在拖船船体侧槽的众多浮体、浮体上的浮体推杆、安装在机舱里的多列超越离合器组合轴、多个发电机，浮体随海浪上下运动，浮体推杆与超越离合器轴上的超越离合器啮合，发电机的轴与超越离合器组合轴之间用传动带来连接。
作为本发明技术方案的进一步描述，所述的机舱层，其左部和右部都设有由各个超越离合器轴用联轴器连接而成的多列超越离合器组合轴，每个超越离合器轴中间部位都套有两个超越离合器；所述的机舱层的底板上还设有多个设有浮体推杆安装孔的浮体推杆安装孔板，浮体导柱上安装板的两个宽边上的螺丝孔用螺栓安装在浮体推杆安装孔的下部的两个长边的中间，余下的浮体推杆安装孔的左右两个空间可供两个浮体推杆上下活动；所述的船体底层的左部和右部的顶部都为自内而外的斜坡，其上设有众多浮体导柱下安装轴，浮体导柱下端设有浮体导柱下部安装连接头用螺栓连接在浮体导柱下安装轴上，浮体导柱顶部***到浮体导柱上安装板的中间圆孔中；所述的浮体为上、下部之间设有浮体中心方孔的中空密闭体，所述的两个浮体推杆相平行，其顶部有推杆连接件，其下部通过前述的螺帽用螺栓安装在前述浮体中心方孔相对的两壁上，所述的浮体推杆下部还设有两个浮体滑轮呈夹着浮体导柱的状态，使浮体连同浮体推杆可沿着浮体导柱作上下运动；所述的浮体推杆的内侧两个壁的每一个壁上都安装有一个垂直的齿条，两个齿条隔着对应的超越离合器轴一左一右斜对，并且各自与紧贴的一个超越离合器的齿轮全程啮合，带动相应的各个超越离合器轴转动使发电机的轴转动发电。
本发明的有益效果是：基本不用燃料，没有污染，无需频繁抽放水调整船舶吃水线，装货量大。
附图说明
图1为本发明的整体侧视示意图。
图2为本发明的整体俯视示意图。
图3为本发明的拖船船尾后视示意图。
图4为本发明的拖船船体底层布置示意图。
图5为本发明的浮体和发电机平面布置示意图。
图6为本发明的浮体安装示意图。
图7为本发明的浮体做功示意图。
图8为本发明的浮体导柱顶部安装示意图。
图9为本发明的浮体与超越离合器组合轴的连接示意图。
图10为本发明的超越离合器与齿条结合示意图。
以上附图中，各个部件的标识分别为：
1---挂船电动推进器， 2---挂船， 3---挂轴上连接板， 4---挂轴， 5---挂轴缓冲件，6---挂钩， 7---电缆， 8---拖船电动推进器， 9---吊机， 10---直升机起降平台， 11---机舱层， 12---浮体， 13---船体底层， 14---桥楼， 15---驾驶舱， 16---拖船船体侧槽，17---侧移推进器， 18---挂船前凸起， 19---挂钩上安装板19， 20---货物进出舱盖，21---船桥， 22---船头延伸板， 23---配电房， 24---船尾延伸段， 25---超越离合器，26---超越离合器轴， 27---传动带， 28---发电机， 29---储水罐， 30---蓄电池组，31---浮体导柱上安装板， 32---联轴器， 33---推杆安装孔板， 34---轴承， 35---浮体推杆， 36---齿条， 37---浮体导柱， 38---浮体导柱下安装轴， 39---浮体导柱下部安装连接头， 40---浮体下锁定盘， 41---浮体上锁定盘， 42---浮体滑轮， 44---推杆限位滑轮安装座， 45---浮体推杆限位滑轮， 46---螺栓， 47---甲板。
具体实施方式
本发明海浪能动力拖挂船用海浪的运动使浮体做功带动发电机发电并用蓄电池组存储电能，基本上不用燃料，进出港时可用港口拖船牵引并且避开无浪海域航行，仅在蓄电池组也无电时启用附设的备用发电机发电。要达到良好的使用效果，需要优化用浮体推动发电机发电的各个环节，包括船体布局、浮体的安装位置、超越离合器轴的安装、发电机的安装等，其中也有浮体推杆35与超越离合器的配合关系，作为我们设计的各个技术依据。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。为了能清楚地说明本发明实施例所提供的方案，下面将结合本发明实施例所展示的各个附图进行描述。
图1为本发明的整体侧视图。
该船舶包括拖船和挂船，中间用拖挂装置和电缆连接。拖船上设有浮体发电装置、拖船和挂船都设有电动推进器，达到在海洋中依靠海浪发电行驶船舶的目的，拖船上还设有拖船电动推进器和侧移推进器用来转弯。挂船上推进器的供电拖船上浮体随海浪上下运动做功所发的电供自身用电，还通过电缆向挂船提供。前述的浮体在浮体导柱的引导下由拖船上垂直地在海水面工作，根据浮体的工作面，已经设计好了可调整的拖船吃水线。
如图所示，右边的为拖船，左边的为挂船。本发明的拖船的船头为两个向后的斜面形，图中，机舱层和船体底层之间，从船头到船尾是整个的拖船船体侧槽16，拖船船体侧槽16用来放置各个浮体12。浮体12的上下端都有作限位。推进器在船体尾部，与浮体12在不同的水深位置上，不会相互碰撞。
前述拖船和挂船之间设有的拖挂装置，包括拖船上的船尾延伸段24上的挂钩6和挂船前凸起部位的挂轴4。所述的挂轴4为长条钢轴，竖向安装在挂船前凸起上设有的挂轴4上连接板、挂轴4下连接板之间。
所述的挂轴4设有挂轴4竖槽，其中安装有一个挂轴缓冲件5，挂轴缓冲件5与挂轴4竖槽之间设有多个缓冲弹簧。
所述的挂钩6由A钩片和B钩片组成，A钩片前端带弯钩、B钩片前端为斜口，它们前端合拢时挂钩6前部可形成一个钩圈。B钩片有向前述钩圈内斜出的部位，拖挂过程该部位与挂轴4的挂轴缓冲件5撞击。A钩片和B钩片水平放置，它们的中部都用一个挂钩主销铰接在拖船船尾的挂钩下安装板与挂钩上安装板19之间，它们的中部还都有可一段相啮合的齿，与挂轴4撞击时挂钩6通过所述的齿实现合拢。A钩片和B钩片的后部都用一个挂钩开启浮体推杆35销连接一个挂钩开启浮体推杆35的一端，挂钩开启浮体推杆35的另一端由人工操控使挂钩6张开。
A钩片和B钩片的后部设置有可塞入它们之间的挂钩锁板，所述的挂钩锁板两边部位设有长圆孔，长圆孔中设有限位销，限位销固定安装在拖船的船尾上，挂钩锁板后部设有一个锁板拉杆。当挂钩锁板被用锁板浮体推杆35往后拉时，A钩片和B钩片的后部可闭合、A钩片和B钩片的前端可张开，使挂钩6与挂轴4脱离。
根据不同的船的吨位，挂船载重、空载时的水位差可达几米，一般约二到五米，挂轴4的长度长达几米以上。
图2为本发明的整体俯视图。
如图所示，挂船有挂船前凸起18，该部位设有挂轴上安装板和挂轴上安装板，挂轴竖向安装于它们之间。拖船船尾有挂钩上安装板19和挂钩下安装板，挂钩安装在它们之间。
拖船船体上部有甲板47、桥楼14，桥楼里可包括有驾驶舱15。
拖船上部也可设有货物进出舱，用于放置少量的货物，在甲板上用一个货物进出舱盖20盖住其进出口。拖船甲板47上还设有吊机9、直升机起降平台10、配电房23。所述的桥楼14为船中部的上层建筑，有船桥，可提供居住空间顶层设有驾驶舱，作为指挥、操纵船舶航行的中心。拖船船头还设有船头延伸板22。
图3为本发明的拖船船尾后视图。
图中的拖船船体顶上的上层结构，包括塔台、雷达、天线等。除去所述的上层结构，拖船船体按纵向的上部、中部、下部三个部分划分，可划分为：船体上部有甲板47、桥楼14，船体中部有机舱层和其下的拖船船体侧槽16，船体下部为船体底层，船体底层的底部是平面或接***面，船体底层上有电池舱、水罐舱、推进器。船体底层左部和右部的顶部为拖船船体侧槽16的底部，如图所示呈自内而外的斜坡。
拖船船体还可以按横向的左、中、右顺序分为左部、中部、右部。拖船船体侧槽16为向船身内凹进的大面积空域，它们处于整个船体的左部和右部；船体的机舱层中设有大面积的机舱，机舱层和船体底层之间为钢结构的连接，连接的部位处于船体的中部，其内部可设房间。前述钢结构连接部位两边都为拖船船体侧槽16的内边。机舱层的地板可视为机舱层的底板，其中部可以为不设底板的空出部位，其左部和右部都为拖船船体侧槽16的顶部。
机舱层的后部还有向后突出船体下部的船尾延伸段24，船尾延伸段24上设有挂钩6。
图中推进器可以是两个，也可以是一个，当为一个时推进器安装在船尾的船体中轴线上。
图4为本发明的拖船船体底层布置图。
拖船不装载货物，因此无需多次调整吃水线，仅在船舶处在不用海水盐度区域的海洋时，因为海水浮力的不同而需要改变船体的吃水线，通过对储水罐加水、放水的方式来达成拖船船体吃水线最佳的目的。作为船体重心稳定性的设计，储水罐29和蓄电池布置在拖船船体底层。
拖船船体底层设有多个船体储水罐29，可设在船体前后两个部位以起到平衡船体的前后翘情况的作用。不同的海洋区域由于海水密度的问题，吃水线会有些变化，航行中需要调整吃水线时，可通过增加、减少各个储水罐29的水量来解决。
蓄电池以整齐摆放在船体中轴线的左右，其中心在船体中轴线上，由拖船上的发电机充电，也可以在需要时为推进器供电。蓄电池组可由一种合适的调电压的方法为推进器供电，可采取大功率调压器或自动、手动驳接到若干个串联的蓄电池上。
在进入海浪小的海域，需要预先给蓄电池组充好电，充满电后可持续的航行时间，电池的容量也是要经过具体计算配备，相比较潜艇的发电机功率约三百千瓦，五万吨船舶需要部分空间来装载蓄电池。
图5为本发明的浮体和发电机平面布置图。
机舱层的主体为机舱，机舱可贯通机舱层的前后部位的发电机安装架上。机舱可分为左部、中部、右部三部分，其中，左部和右部可设有安装墩放置各个超越离合器轴，中部的机舱底部不放置发电机的区域是空出的，空出部位使机舱与船体底层能连为一个互通的空间。
如图所示，各有八个大发电机放在船身机舱层的机舱4的中部和前部。
所述的发电机组包括安装在拖船船体侧槽16的众多浮体12、安装在机舱里的多列超越离合器组合轴和前述的多个发电机。发电机的轴与超越离合器组合轴之间用传动带来连接。
浮体连接的超越离合器轴26也安装在机舱4里。它们就近安置，是为了减短它们之间用传动带连接的长度，传动效率较好。
图中，每一个发电机连接的一个条形部件的视图都可视为超越离合器组合轴的视图，超越离合器组合轴就是各个超越离合器轴用联轴器32连接而成，每个超越离合器轴的两端都用轴承定位。
本图为俯视图，浮体12与超越离合器轴26是处在同一个位置的，一个浮体12对应一个超越离合器轴26相接触，浮体12上的浮体推杆35推动超越离合器轴26转动。浮体12上的浮体推杆35的下部可上升到在机舱里边与相应的超越离合器轴啮合，各个浮体推杆35随浮体12上下运动，带动相应的各个超越离合器轴转动使发电机的轴转动发电提供电力。该电力除了为推进器提供前进动力、照明等，也给蓄电池充电。
关于浮体，也关于船体大小与安装浮体数量的计算，以五万吨船舶为例，船舶舰长约两百米、舰宽约四十米，需要约三百个浮体12。一个浮体12的大小约二米左右，一边的拖船船体侧槽16中可放置三排浮体12，一排浮体12五十个或更多一些。前述浮体12上一立方单位产生的有效发电功率约十千瓦，一个浮体12产生的发电功率约三十千瓦。前述的五万吨的船舶以八到十节的经济航速航行时需要的动力约七八千个千瓦，包括照明等总用电量需要约九千个千瓦。测算推动五万吨的船舶前进需要正是需要三百个浮体12，满足设计条件。
五万吨的船舶以八到十节的经济航速航行时需要的动力约七八千个千瓦，包括照明等总用电量需要约九千个千瓦。所有浮体12产生的动力推动多大规模的船舶所需的能量需要针对所造的船舶具体设计并可计算入冗余推力。
图6为本发明的浮体安装示意图。
如图所示，本发明拖船船体前视、后视都可为工字长条形，工字形的两边向中间凹进的部分特定义为拖船船体侧槽16。两个拖船船体侧槽16的位置是在船体中部，浮体12安装在船体两侧的两个拖船船体侧槽16部位。浮体12在浮体导柱37上随海浪上下运动。
拖船船体船体底层的两边顶上左右部位都自内而外倾斜，使海浪充分冲刷进拖船船体侧槽16，有效地使浮体上下活动做功。
如图所示，船体底层的拖船船体侧槽16上设有多个浮体导柱下安装轴38，浮体导柱下安装轴38和机舱层之间设有浮体导柱37。
图7为本发明的浮体做功示意图。为清楚显示图中齿条，本图相比图9等，浮体和浮体推杆35的比例较大些。
机舱层底板上还设有多个设有浮体推杆安装孔的浮体推杆安装孔板33，用来使浮体18上的浮体推杆35能垂直地在伸入设备安装平面层3进行上下运动。推杆安装孔板33上浮体推杆安装孔的边上还连接有推杆限位滑轮安装座44。推杆限位滑轮安装座44高约一米，其上安装有浮体推杆限位滑轮45，用于对浮体推杆35上部的限位。
如图所示，浮体导柱上安装板31安装在推杆安装孔板33下边，具体为安装在浮体推杆安装孔的位置，详见图8所示。
浮体导柱37为圆轴构造，浮体导柱顶部的圆轴部分***到浮体导柱上安装板31的中间圆孔中、下端设有浮体导柱下部安装连接头39用螺栓连接在浮体导柱下安装轴38上。
如图所示，浮体12为上、下部之间设有浮体中心方孔的中空密闭体，浮体12上有浮体上锁定盘41、浮体下锁定盘40都为中间有方孔的钢质圆盘，用螺栓分别形状重合地安装在浮体12的上、下部。
所述的两个浮体推杆35相平行，其顶部有推杆连接件，其下部通过前述的螺帽用螺栓安装在上述的浮体中心方孔的面对面的两壁上。浮体推杆35下部还有上下两个位置上安装浮体滑轮42的安装座，两个浮体滑轮42隔着浮体导柱相对，浮体滑轮为凹形槽，其凹面都与所述的浮体导柱接触，呈夹着浮体导柱37的状态，使浮体可随着海浪起伏沿着浮体导柱37作上下运动。
图中展示的为一个超越离合器轴上的两个超越离合器在侧视情况下一前一后重叠的情形，只能看到视图前边的一个超越离合器，可见齿条在视图中也为一前一后分布的状态，一个在前、一个在后，在前可见的超越离合器不与所示的两个齿条同时接触，在后不可见的超越离合器也不与两个齿条同时接触，它们都只与前后方位上正向相对的一个齿条啮合。
本图表现本发明浮体12在一个浮体导柱37上随海浪下降时的状态，此时一个假设为A齿条的齿条对一个假设为A超越离合器的超越离合器做功，另一个假设为B超越离合器的超越离合器与另一个假设为B齿条的齿条处于超越状态。
图中的两个浮体推杆35，分布于超越离合器轴轴线两旁等距离的位置，两个浮体推杆35之间的两个内壁上设有隔着超越离合器轴一左一右斜对的齿条，分别与双超越离合器两边的一个超越离合器的齿圈全程啮合。为此，浮体浮体推杆35需要依靠一个固定的浮体导柱上下活动。
图8为本发明的浮体导柱顶部安装示意图。
本发明机舱底板可用螺栓连接有多个推杆安装孔板33，一个推杆安装孔板33上开辟有一个方形的浮体推杆安装孔，在图中也以浮体导柱上安装板31的中间圆圈为中心。
如图所示，浮体导柱37顶部的圆轴部分***到浮体导柱上安装板31的中间圆圈中。浮体导柱上安装板31的两个宽边上的螺丝孔用螺栓46安装在浮体推杆安装孔的下部的两个长边的中间，余下的浮体推杆安装孔的左右两个空间为浮体12与浮体推杆35组合体上的两个浮体推杆35一左一右可上下活动。浮体推杆安装孔足够大，也为长方形结构。
下面两个附图为本发明海浪能动力拖挂船浮体通过超越离合器轴带动发电机发电的情形说明。
图9为本发明的浮体与超越离合器组合轴的连接示意图。
本发明浮体12在一个浮体导柱37上随海浪上升时的状态。前述B齿条对前述B超越离合器做功，前述A超越离合器与前述A齿条处于超越状态。
所述的机舱左部和右部都有多列超越离合器组合轴，超越离合器组合轴是由各个超越离合器轴用联轴器32连接而成，每个超越离合器轴中间部位都套有两个超越离合器，每个超越离合器轴的两端都用轴承定位。
前述两个浮体推杆35分布于双超越离合器轴的中轴线两旁等距离的位置。
两个浮体推杆35的内侧两个壁的每一个壁上都用螺栓安装有一个垂直的超越离合器推动齿条，它们隔着前述两个超越离合器一左一右斜对，并且各自与紧贴的一个超越离合器的齿轮全程啮合。
每一列的各个超越离合器轴之间都用联轴器32连接，并且它们都有一个水平面上前后左右的四个轴承限位。
众多浮体12位于船体左部和右部的拖船船体侧槽16中，每一个浮体12上的两个浮体推杆35都可以在机舱里边分别与一个超越离合器轴上的两个超越离合器全程啮合，即，一个浮体推杆35与一个超越离合器轴全程啮合、另一个浮体推杆35与另一个超越离合器轴全程啮合。
当每一个浮体12上下运动，各个浮体推杆35都带动相应的两个超越离合器转动，使双超越离合器轴朝一个方向运转。各个双超越离合器组合轴传送到传动过渡轮上的方向一致，它们都驱动发电机发电。
图10为本发明的超越离合器与齿条结合示意图。
如图中所示，两个超越离合器处于一个超越离合器组合轴中的一个超越离合器轴的中间部位。
本图也可视为超越离合器的俯视图。两个浮体推杆35可分别指定为左浮体推杆35和右浮体推杆35，可见到，左浮体推杆35和右浮体推杆35分布于超越离合器轴轴线两旁等距离的位置并且各自紧贴一个超越离合器的齿轮的齿圈。
左浮体推杆35和右浮体推杆35相对形成的内壁有两个，一个内壁为左浮体推杆的内壁、一个内壁为右浮体推杆的内壁，它们隔着两个超越离合器相面对，每个内壁上都可视为有一个在左一个在右的两边垂直带。根据两个成对的超越离合器的运动中分别产生的作用力，选取斜对的前述每个内壁的各一边垂直带用内六角螺栓分别固定做功推动齿条，使左浮体推杆或右浮体推杆分别可与双超越离合器两边的各自与紧贴的一个离合器齿圈全程啮合。
以上在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。说明书的描述为实施本发明的较佳实施方式，所描述是以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围以所附权利要求所界定者为准。