[发明专利]磁流体波浪能水下充电平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下充电平台，特别涉及一种为水下无人航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）提供能量补给和电力供应的水下充电平台。

技术背景

水下无人航行器（UUV），也称水下机器人，是一种能够在水下自主远程航行、进行综合作业的机电装置，已成为海洋开发、深海监测、海底考察的重要工具。UUV水下作业时间、有效载荷能力、采样频率以及数据传输周期受自身携带的能源限制。当UUV完成某一任务后，通常需要回收到水面支持平台，以便补充能源、回放数据和下载新的使命任务。目前UUV多采用电池作为动力源，电池的更换以及相应固定和半固定部件的重新调配增加了运行费用。在大深度海底工作时，UUV的布放与回收要花费相当长的时间。若作业海域海况较差，回收过程会增加一定的风险。为了提高UUV的水下作业时间、工作效率和降低风险，一方面，各国科学家在研制高能量密度的水下动力电池，如固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）；另一方面，在研究不同结构、形状各异的UUV水下对接系统，使其主动与水下静止平台或者移动平台目标对接，完成对UUV的能源补充、数据回放并下载新的使命任务。因而，世界各国海洋能开发利用组织都十分重视高性能、新型水下供电平台的探索；就地利用可再生能源，如太阳能、海洋温差能和海洋波浪能进行经济、全天候动力供给成为UUV水下充电平台的发展方向。

目前，用于UUV水下充电平台的波浪能发电技术均采用高速旋转发电机。专利GB2453645B公开了一种能潜入水中的UUV对接基站，该系统采用海流驱动的海流发电机为UUV的动力电池进行电能补给；其发电系统同时还包括透平机或振动水柱装置进行中间能量转换。2002年，George Hagerman提出了一种为自主水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）充电的波浪能发电系统（Wave Energy Systems for Recharging AUV Energy Supplies，Proceedings of the2002Workshop on Autonomous Underwater Vehicles，75-84），该波浪能发电系统综合了水下单锚腿系泊技术、日本海洋科学技术公司（Japan Marine Science and Technology Agency）提出的人工海底技术以及瑞典垂荡浮子发电技术。瑞典垂荡浮子发电技术用两个相反的、全循环的软管泵对水流加压；定向泵水到由一个水戽式水轮机驱动转换发电机组成的能量转换系统；此外，其点吸收式波能转换器除浮子外，还有一个庞大的垂直中空圆柱体加速管。海流流速较低（以流速强、流幅窄和厚度大而著称的黑潮的流速一般为0.5～1.5m/s），而波浪的运动特性是低速（0.5～2m/s）、大作用力（数吨）。因而，要将海流能或波浪能与高速旋转发电机相耦合，必须采用一系列的中间能量转换装置，如GB2453645B发电系统的透平机，瑞典垂荡浮子发电系统的软管泵、水轮机和中空圆柱体加速管等，增加了发电系统结构的复杂程度和发电成本、降低了系统的可靠性和海洋能量利用率。此外，旋转机械装置将引起振动和噪声，不利于水下平台的隐蔽。

发明内容

为克服现有技术的缺点，本发明提供了一种结构紧凑的低噪音、高可靠性的水下充电平台。本发明利用磁流体波浪能发电技术将波浪能直接转换为电能，为水下无人航行器的水下对接基站提供持续电力供应，对水下机器人进行能源补充。

本发明主要由支架、垂荡浮子、连杆、立管、限位块、主活塞、液压装置、往复式液态金属磁流体（liquid metal magnetohydrodynamic，LMMHD）发电机、水下浮体、水下无人航行器对接基站、储能装置、通讯装置、泊系装置，以及控制系统等组成，本发明所述的水下充电平台垂直悬浮于海水中。通讯装置和限位块固定在支架上；垂荡浮子穿过支架，支架固联在立管上，立管垂直固定在水下浮体上表面的中心位置；液压装置和往复式液态金属磁流体发电机固定在立管内；主活塞同轴置于液压装置内；连杆与主活塞及垂荡浮子固联；n（n>1）个水下无人航行器对接基站沿圆周方向均布在水下浮体的上表面；泊系装置与水下浮体固联；控制系统安放在支架上或水下浮体内；储能装置放在水下浮体内；往复式液态金属磁流体发电机、储能装置、控制系统、通讯装置之间为电缆连接，往复式液态金属磁流体发电机直接为控制系统和通讯装置以及储能装置提供电能；通讯装置通过无线网络下载指令、上传数据，控制系统和通讯装置之间通过有线方式传输数据和指令。