小型清漂船动力能源系统设计

张博骏

摘 要：港口垃圾和污油会对海洋环境造成污染，港口海域狭小，不容易清洗，限制了常规清洗船的使用。需要一种环保、灵活的小型垃圾清理船。本课题首先介绍了该小型清漂船具体参数以及船舶推进系统和收运系统的组成，分析计算了电机的特性和船舶轴的功率，确定了电机的类型和能量系统的组成，并进一步分析计算了太阳能发电系统。结果表明，以锂电池为主要能源，太阳能为辅助能源的模式能够满足小型清洁船的动力需求，符合相关环保要求。

关键词：清漂船;推进系统;收运系统;功率计算

1 清漂船系统概述

1.1 船舶总体参数

小型垃圾清理船是中间有传送带的双体船结构，船舶的具体参数如下：船长L=1.8 m;船宽W=0.9 m;船体深度h=0.43 m;浮体宽度B=0.3 m;浮体间距K=0.6 m;水下深度d=0.17 m;工作行驶速度为V=0.514 m/s;工作速度下的运行时间为t1=4 h;最大行驶速度为Vs=1.029 m/s;最大速度下的運行时间为t2=1 h;弗劳德系数是Fn=0.263;方形系数Cb=0.64;从实验中得到的船在水中的总阻力是R=26.378 N;海水密度为ρ=1 020 kg/m3;船上装有两个轴驱动的桨叶作为螺旋桨，螺旋桨的额定转速n=1 100 r/min;螺旋桨的直径D=0.14 m;螺距比为0.5。

1.2 推进系统和垃圾收运系统组成

船舶电力推进系统主要由电源、配电系统、太阳能光伏发电系统、控制系统、收运电机和收运器组成，垃圾收运系统由回收装置、垃圾箱、传送带、驱动电机等组成[1]，推进系统和收运系统共有同一组动力系统，该动力系统由电源提供给船舶的主电源，依靠配电系统利用太阳能光伏发电系统的电力作为船舶使用的辅助，以提高续航能力。根据电机负载，将上述两种功率通过控制系统转化为满足频率、电压、电流等条件的功率，使船舶在安全参数范围内正常工作，然后驱动电机带动螺旋桨旋转，并根据工况进行调整。调节电机速度，实现船舶的各种工作要求[2]。

2 船舶功率分析与计算

2.1 船舶轴功率的计算

3.2 太阳能发电系统的分析与计算

为了增加一些航程，在船舶外部安装太阳能电池板吸收能量，然后将吸收的能量储存在电池中，为船舶的电力收运系统提供能量，从而达到改善航程的目的。太阳能电池板不仅可以在船舶工作时储存能量，还可以在船舶待机时储存能量，不仅可以增加船舶的寿命，还可以减少岸电的使用和消耗，节约能源。

垂直于太阳能光伏板的太阳辐射约为1 000 W/m2，如果太阳辐射角偏离光伏板一个角度，光伏板上的太阳辐射为1 000cosα W/m2，因此太阳能光伏板的输出功率如等式（7）所示：

其中S是太阳能电池板的表面积，nq是太阳能转化为电能的效率。这艘船使用三块太阳能板，一块矩形板和两块梯形板。根据设计要求，两块梯形面板的水平角余弦值为0.6，矩形面板平行于水平面，梯形面板的面积为0.325 m2，矩形面板的面积为0.15 m2。因此可以计算出三块面板的输出功率p=54 W。太阳能电池产生的电力可以提供给船舶收运系统，以提高船舶的续航工作能力。

4 结论

通过对小型船舶电池电力垃圾收运系统的研究，得出了以锂离子电池为主要能源、太阳能光伏发电为辅助能源的电力驱动系统在小型垃圾清理漂流船舶上应用的可行性。为今后船舶的优化提供了依据。同时，电动船舶给港口清理漂浮污染物的工作带来了便利。与其他种类的船舶垃圾收运系统相比，这种电池电力推进系统更适合小型或微型船舶使用。

参考文献：

[1]余加俊，骆文韬，徐飞鸿，等.智能清漂船河道边界图像识别算法[J].电子设计工程，2018，26（13）：132-136.

[2]周群，李岳洋，管义锋.35 m多功能水上全自动清漂船设计[J].江苏船舶，2015，32（1）：18-20.