[发明专利]一种双飞轮减摇器及其减摇实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双飞轮减摇器，属于船舶控制技术领域。

背景技术

船舶的摇荡对船舶的舒适性、安全性以及航线的经济性都有较大的影响。通常船舶最容易发生的是横摇，而且横摇的摇摆幅度最大，对船上人员的影响也最为严重，目前减摇技术大部分是针对船舶横摇而开发的，其主要减摇方式有舭龙骨、减摇水舱、减摇鳍、舵减摇、陀螺进动。

舭龙骨是沿船长方向安装在船的舭部，用以增加横摇的阻尼。除非舭龙骨的尺寸相对增加，否则减摇效果很差。

减摇水舱有主动式和被动式之分，主动式由于需要短时内提供很大动力所以没有得到广泛应用。被动式水舱需要占用船体内部比较大的空间(约5％-6％)来储存足够的水才能起到效果，因此在较小的船上很少应用。同时由于是被动减摇，因此很难根据实际海况进行控制和调整减摇效果。

减摇鳍是目前应用最广泛效果最好的减摇装置，通常传感器检测船体姿态，通过执行机构控制减摇鳍的攻角和升力来达到减摇目的。但是减摇鳍结构复杂，成本较高，只能在航行时使用，一旦出现故障会增加船只的行驶阻力。

舵减摇的主要工作原理是当航行时，根据船体姿态，舵的角度在设定角度的正负两个方向进行摆动，由于船体是大惯性系统，舵角在设定角度正负两个方向快速摆动不会影响到航向，但是舵的快速摆动可以产生减摇恢复力矩，从而起到减摇效果，由于其减摇效果取决于航速，在低速时效果不够理想。

陀螺减摇器很好地解决了船舶低速甚至零速时的减摇效果。陀螺减摇器有一个高速转子，驱动机构控制转子低速进动时，可以获得较大的力矩来抑制船体的横摇。但是陀螺减摇器首先需要转子工作在高转速下才能获得较大的进动力矩，因此对轴承要求较高，而且需要抽真空以便减小高速旋转的陀螺的阻力，系统极为复杂；另外所有减摇力矩均作用在轴承的垂直方向上，传统滚动轴承和滑动轴承难以承受转子高转速下极高的径向载荷，轴承磨损严重，设备功耗很大，使其难以与减摇鳍竞争；陀螺减摇器的减摇力矩大小与转子轴受控进动速度大小有关，由于进动控制结构比较复杂，进动角度受限一般不超过90°，所以如果需要较大减摇力矩，那么其减摇力矩输出时间就会较小，而这个时间必须大于波浪引起横摇的周期，因此，如果船体横摇周期较长，就要降低进动角速度，导致无法得到有效控制；陀螺减摇器在船体正常转向或者横摇作用时，会产生纵摇力矩现象，而船体的纵摇会使人员不舒服，并且会增加行驶阻力；由于陀螺工作在极高转速下，因此系统起动和加速时间较长，耗能较大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提出了一种体积小、机构简单、零速时减摇效果好的双飞轮减摇器。

本发明的采取的技术方案为：本发明的一种双飞轮减摇器，包括船体、正转飞轮、反转飞轮、飞轮支架、正转飞轮变换器、反转飞轮变换器、超级电容、船舶电源，正转飞轮与反转飞轮安装在飞轮支架上，飞轮支架固定在船体上。

本发明的双飞轮减摇器中，正转飞轮变换器和反转飞轮变换器均为能量可以双向流动的变换器，分别与正转飞轮和反转飞轮连接，并同时与超级电容连接，超级电容的正负两端连接到船舶电源上，船舶电源是一个能量可以双向流动的交直流变换器。

所述正转飞轮和反转飞轮的飞轮转子轴线平行，且与船体艏向轴线平行；所述正转飞轮和反转飞轮的飞轮转子的工作点转速相同或者相近，旋转方向相反；

所述正转飞轮和反转飞轮有三种安装方式：

第一种，正转飞轮和反转飞轮沿船体艏向轴线前后串联排列，正转飞轮和反转飞轮的飞轮转子轴线通过船体中垂线与船体吃水线的交点与船体艏向轴线平行。

第二种，飞轮和反转飞轮在船体吃水线的上下对称并联排列，正转飞轮和反转飞轮的飞轮转子轴线与船体中垂线正交，并与船体艏向轴线平行。

第三种，正转飞轮和反转飞轮在船体中垂线的左右对称并联排列，正转飞轮和反转飞轮的飞轮转子轴线与船体吃水线正交，并与船体艏向轴线平行。

所述的一种双飞轮减摇器，其特征在于，所述正转飞轮和反转飞轮结构相同，旋转方向相反，均包括安装盘，外壳，飞轮轴，轴承，起动/发电机，飞轮盘，端盖；所述起动/发电机的转子与飞轮盘同轴安装，并通过飞轮轴和轴承安装在外壳上，起动/发电机的定子安装在外壳上。

所述一种双飞轮减摇器的船只减摇实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：

A：利用各自内部的起动/发电机将正转飞轮和反转飞轮的飞轮盘按照正转和反转不同方向逐渐加速到工作点转速；