引言

燈浮標作為一種目視水面助航標志,在船舶經(jīng)濟、安全的海上航行中發(fā)揮著重要作用。目前,海上燈浮標供電形式比較單一,最為常見的是太陽能和蓄電池一體式供電。本文充分考慮了海浪的資源,設計了一種新的浮標結構,能將波浪能轉換為電能,實現(xiàn)海上燈浮標的自發(fā)電。

1研究的必要性

研究自發(fā)電式海上燈浮標最重要的目的是增加燈浮標能源,加大燈浮標儲能,延長燈浮標的工作時間。海上燈浮標長期工作的瓶頸就是能源問題。海上燈浮標無光照持續(xù)工作時間應不少于20天,受天氣影響,單獨依靠太陽能發(fā)電實現(xiàn)較為困難。另外,隨著船舶吃水和航速的不斷加大,為保障航行安全,對航行區(qū)域尤其是近港區(qū)域,海況、氣象、水文等各種信息需求越來越大,海上燈浮標作為搭載各種信息接收裝置的平臺具有很多優(yōu)勢,目前搜集信息裝置、信息傳輸裝置陸續(xù)在燈浮標上應用,但其面臨的一個重要問題就是能源不足。目前,技術最成熟、應用最多的是太陽能發(fā)電和蓄電池儲電結合,形成供電裝置,但是受浮標尺寸影響,燈浮標上太陽能產能模塊不能較好地滿足需要。

利用自發(fā)電式海上燈浮標發(fā)電裝置可以全天候,24h不間斷產能,作為太陽能發(fā)電的有力補充,能夠很好地解決海上燈浮標能源不足的重大問題,全面發(fā)揮海上燈浮標的助航效能。

2總體結構設計

自發(fā)電式海上燈浮標的整體結構如下:該裝置由浮球、浮球連桿、浮標倉體、蓄電裝置、太陽能發(fā)電板、指示燈以及雷達反射裝置組成。如圖1所示,每隔60°設置一個浮球,共設置六個浮球,兩兩一組在同一條直線上。浮球通過連桿與浮標倉體內的空間固定圓柱相連,浮球連桿與浮標倉體接觸處設置槽口,浮標倉體下底有微小的錐度,中心留有一小孔,如大浪將水帶入浮標倉體內部可以短時間將水排出。浮標倉體上方固定著上體支架,蓄電裝置放置在支架體中下方位置,通過兩條橫向支撐板固定,支架上方設置太陽能發(fā)電板、指示燈以及雷達反射裝置。浮標倉體底部通過錨固定的方式控制浮標所能移動的范圍。

其中,浮球連桿與倉體內的空間固定圓柱連接方式如圖2所示。

如圖3所示,倉體內部涵蓋了升降機構、空間固定圓柱、棘輪機構、電機及聯(lián)軸器等構件。其中升降機構與浮球連桿固接,升降桿連接著固定軸①,固定軸①通過兩端固定圓盤與浮標倉體本身固接,升降機構上方連著兩根中間連桿,連桿與棘輪機構相連接,棘輪機構與固定軸②相連接,固定軸③通過聯(lián)軸器與發(fā)電機相連。

3工作原理

當燈浮標裝置置于水上時,六個浮球呈星形分布在海面上,海面的波浪起伏會導致浮球連桿上下晃動,升降機構的長方體固定塊固接在浮球連桿上,當浮球連桿往上運動時會帶動升降機構向上運動,兩側中間連桿與升降機構固接,升降機構上升通過中間連接桿帶動棘輪擺桿順時針轉動,棘爪運動一個角度,當浮球連桿往下運動時,通過一系列的傳動最后使棘爪帶動棘輪轉動,棘輪轉動通過反置的減速機增速后帶動發(fā)電機發(fā)電。同時,本裝置還保留了太陽能板發(fā)電,兩者互補,能夠給浮標提供足夠的電能。

本設計選用了小型永磁發(fā)電機,因此,即使海浪較小時,只要有浮球中的一組在上下浮動,即可帶動發(fā)電機工作。太陽能板在晴天可以為蓄電裝置提供一定的電能,在太陽能板與蓄電裝置之間設置控制電路,當蓄電裝置的電量達到一定的數(shù)值時,停止對蓄電裝置供電:當電量低于一個標準值時,繼續(xù)對蓄電裝置供電,以有效避免縮短電池的壽命。在我國大部分區(qū)域尤其是長江中下游區(qū)域的海面,以前在梅雨季節(jié),太陽能發(fā)電往往并不能產生良好的效果,而此裝置在梅雨季節(jié)來臨時也可使蓄電裝置保持良好的儲電量。

4結語

本文所述裝置利用星形分布的六個浮球解決了海上燈浮標的能源問題,通過浮球連桿的上下運動帶動棘輪轉動,從而使波浪能轉換為電能,基本保證了浮標在海面上所需用電量。該裝置既可應用于助航浮標,也能較好地應用在氣象觀測浮標中,具有較好的應用前景。