本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种顶边舱压载水机械能回收与利用系统。
背景技术：
当前，随着货物运输的需要，船舶类型也变得更加多样，仅货船就包括杂货船、散货船、集装箱船、滚装船、载驳船、油船、液化气船、冷藏船等多种类型。其中由于散货船运输的特殊性，其在返航时多为空载航行，如散货船中的矿砂船，由于出产的矿砂仅有载货港附近存在，所以矿砂船在到达卸货港返航时，通常不会装载货物，也即是空载航行。但船舶的正常航行需要维持一定的吃水，以避免船舶的重心过高易发生倾覆，与此同时，船舶的吃水也是为了保证船后的螺旋桨始终处在水平面之下，不会发生“飞车”现象，所以船舶需打入一定重量的海水来维持吃水，这些海水称之为“压载水”，因此，压载水是船舶安全、平稳、高效航行的重要保障。
压载水处在船舶的压载舱中，在一些散货船上，船舶的压载舱分为顶边舱和底边舱，其中顶边舱所处高度较高，大型散货船在空载航行时，顶边舱距水平面的高度能达20m左右，船舶在向顶边舱打入压载水时需消耗大量的能量，也就是说，当船舶到达载货港将顶边舱的压载水排出之前，顶边舱中的压载水中蕴含有大量可利用的机械能。
此外，船舶压载水的存在虽然保证船舶航行的安全性，但是由于远洋船舶的航线较长，载货港与卸货港之间的距离较远，二者海域中的生物种类区别较大，所以若是从卸货港携带的压载水直接排入载货港附近的水域，压载水中含有的大量生物，会对排放水域的生物造成影响，甚至会造成生物灭绝。为此，国际海事组织要求船舶必须设有压载水处理装置，在压载水装载和排出时对压载水进行处理。
目前，船上的压载水处理方法分为多种，其中紫外线处理压载水具有处理方法简单，无毒副作用，且对船舶管路、泵体和船舱涂层无不利影响等优点，在压载水处理方面应用较为广泛。但在压载水的处理过程中，紫外线辐照程度越高，杀菌效果越好，所以压载水处理系统中，为达到较好的处理效果，紫外线灯管的功率能达到上百千瓦，会消耗掉大量珍贵的船舶电能。
因此，若是能够在船舶的排放顶边舱压载水时，回收压载水中的机械能，并将其用于为紫外线灯管提供电能，这种方法将会有更大的实际意义，也契合现今“绿色航运”的主题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述提到的问题，提出一种顶边舱压载水机械能回收与利用系统，该系统可以回收船舶顶边舱排放压载水时所蕴含的能量，并将其转化为电能，为紫外线处理装置中的部分灯管供电，减少了紫外线处理装置对船舶的电力消耗，实现了船舶节能减排。
该系统包括：顶边舱、支水管、总水管、水轮机截止阀、水轮机、紫外线处理装置、第一排水阀、压载泵、第二排水阀、压载泵旁通阀、过滤装置截止阀、过滤装置、发电机、整流调压装置、主旁通阀、进水阀。可分为排水系统、进水系统和发电系统。
所述排水系统包括：顶边舱、支水管、总水管、水轮机截止阀、水轮机、紫外线处理装置、第一排水阀、压载泵、第二排水阀、主旁通阀。
所述进水系统包括：压载泵旁通阀、过滤装置截止阀、过滤装置、进水阀。
所述发电系统包括：发电机和整流调压装置。
所述顶边舱是位于货舱顶部两侧角隅处的密闭舱，且在船上设有多个。
所述顶边舱内设有用于进出压载水的支水管，各支水管都与总水管相连通。
在靠近顶边舱的总水管中设有水轮机，在水轮机与顶边舱的管路之间设有水轮机截止阀，在总水管内的水轮机距离顶边舱较远的一侧上，依次设有紫外线处理装置、第一排水阀、压载泵、第二排水阀，总水管一直延伸到舷外。
所述总水管内的水轮机与发电机相连，发电机通过电线与整流调压装置相连接，整流调压装置还与紫外线处理装置中的部分紫外线灯管的线路相连接。
在总水管上，所述第一排水阀和压载泵之间接有管路，管路的另一端与舷外海水相通，在该管路上设有压载泵旁通阀。
在总水管上，所述水轮机和紫外线处理装置之间也接有管路，该管路的另一端设在水轮机截止阀和各支水管与总水管相接的接口之间，该管路上设有进水阀。
在总水管上，所述第二排水阀和压载泵之间也接有管路，该管路的另一端设在第一排水阀和紫外线处理装置间的总水管上，该管路上还设有过滤装置截止阀和过滤装置。
所述系统中还设有排水旁通管路，排水旁通管路上设有主旁通阀。
当散货船抵达载货港，需将顶边舱的压载水排出时，系统中的水轮机截止阀、第一排水阀、第二排水阀打开，其余阀门关闭，此时，顶边舱中的压载水通过支水管汇集至总水管中，然后依次经过水轮机截止阀、水轮机、紫外线处理装置、第一排水阀、压载泵和第二排水阀排出舷外；或是系统中的水轮机截止阀、第一排水阀、压载泵旁通阀打开，其余阀门关闭，此时，在重力的作用下，顶边舱中的压载水通过支水管汇集至总水管中，然后依次经过水轮机截止阀、水轮机、紫外线处理装置、第一排水阀和压载泵旁通阀排出舷外。
在排水系统中，在重力的作用下，顶边舱中压载水的排出会带动总水管中的水轮机转动，从而带动与其相连接的发电机发电，经过整流调压装置使得供电参数达到紫外线灯管的要求，从而达到既定的杀灭微生物的效果。
本发明有益效果：
1.本发明在船舶需排出压载水时，利用船舶顶边舱的高度优势，将顶边舱压载水中所具有的势能进行回收，降低船舶压载水中机械能的损失，提高了船舶的经济效益。
2.本发明将船舶顶边舱压载水中蕴含的机械能转化为电能，为紫外线处理装置中的部分灯管供电，降低了紫外线处理装置对船舶的电力消耗，可有效减少船舶电网的负荷。
3.本发明系统设计方法简单实用，所产生的电能可通过整流调压装置供部分紫外线灯管直接使用，不必经过储存在蓄电池或并入船舶电网等复杂的中间环节，减少了此过程中电力硬件设备的投入和能量的消耗。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明中顶边舱在船舶上的位置示意图；
附图中：1.顶边舱；2.支水管3.总水管4.水轮机截止阀；5.水轮机；6.紫外线处理装置；7.第一排水阀；8.压载泵旁通阀；9.压载泵；10.第二排水阀；11.过滤装置截止阀；12.过滤装置；13.发电机；14.整流调压装置；15.主旁通阀；16.进水阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
一种顶边舱压载水机械能回收与利用系统，如图1所示，该系统包括：顶边舱1、支水管2、总水管3、水轮机截止阀4、水轮机5、紫外线处理装置6、第一排水阀7、压载泵旁通阀8、压载泵9、第二排水阀10、过滤装置截止阀11、过滤装置12、发电机13、整流调压装置14、主旁通阀15、进水阀16。
所述一种顶边舱压载水机械能回收与利用系统可分为排水系统、进水系统和发电系统。
所述排水系统包括：顶边舱1、支水管2、总水管3、水轮机截止阀4、水轮机5、紫外线处理装置6、第一排水阀7、压载泵9、第二排水阀10、主旁通阀15。
所述进水系统包括：压载泵旁通阀8、过滤装置截止阀11、过滤装置12、进水阀16。
所述发电系统包括：发电机13和整流调压装置14。
所述顶边舱1是位于货舱顶部两侧角隅处的密闭舱，且在船上设有多个。
所述顶边舱1内设有用于进出压载水的支水管2，各支水管2都与总水管3相连通。
在靠近顶边舱1的总水管3中设有水轮机5，在水轮机5与顶边舱1的管路之间设有水轮机截止阀4，在总水管3内的水轮机5距离顶边舱1较远的一侧上，依次设有紫外线处理装置6、第一排水阀7、压载泵9、第二排水阀10，总水管3一直延伸到舷外。
所述总水管3内的水轮机5与发电机13相连，发电机13通过电线与整流调压装置14相连接，整流调压装置14还与紫外线处理装置6中的部分紫外线灯管的线路相连接。
在总水管3上，所述第一排水阀7和压载泵9之间接有管路，管路的另一端与舷外海水相通，在该管路上设有压载泵旁通阀8。
在总水管3上，所述第二排水阀10和压载泵9之间接有管路，该管路的另一端设在第一排水阀7和紫外线处理装置6间的总水管3上，该管路上还设有过滤装置截止阀11和过滤装置12。
在总水管3上，所述水轮机5和紫外线处理装置6之间也接有管路，该管路的另一端设在水轮机截止阀4和各支水管2与总水管3相接的接口之间，该管路上设有进水阀16。
所述系统中还设有排水旁通管路，排水旁通管路上设有主旁通阀15，所述排水旁通管路的作用是当船舶遇到特殊情况时，压载水可不经过处理直接排放进水中，如在同一海域进行装载压载水和排出压载水时。
当散货船抵达载货港，需将顶边舱1的压载水排出时，系统中的水轮机截止阀4、第一排水阀7、第二排水阀10打开，其余阀门关闭，此时，顶边舱1中的压载水通过支水管2汇集至总水管3中，然后依次经过水轮机截止阀4、水轮机5、紫外线处理装置6、第一排水阀7、压载泵9和第二排水阀10排出舷外；或是系统中的水轮机截止阀4、第一排水阀7、压载泵旁通阀8打开，其余阀门关闭，此时，在重力的作用下，顶边舱1中的压载水通过支水管2汇集至总水管3中，然后依次经过水轮机截止阀4、水轮机5、紫外线处理装置6、第一排水阀7和压载泵旁通阀8排出舷外。
在排水系统中，在重力的作用下，顶边舱1中压载水的排出会带动总水管3中的水轮机5转动，从而带动与其相连接的发电机13发电，经过整流调压装置14使得供电参数达到紫外线灯管的要求，从而达到既定的杀菌效果。由于紫外线灯管消耗能量较多，所以此部分产生的电能可为紫外线装置6中的部分灯管供电，其余紫外线灯管仍需船舶电网中的电能来维持正常的工作。
当散货船即将从卸货港出发，需将海水打入顶边舱1中时，压载泵旁通阀8、过滤装置截止阀11和进水阀16打开，其余阀门关闭。此时，舷外的海水从总水管3进入，依次经过压载泵旁通阀8、压载泵9、过滤装置截止阀11、过滤装置12、紫外线处理装置6和进水阀16，然后通过与各个压载舱1相连的支水管2进行各个压载舱1中。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，但实现时不受上述实施例限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种顶边舱压载水机械能回收与利用系统，其特征在于：该系统包括顶边舱(1)、支水管(2)、总水管(3)、水轮机截止阀(4)、水轮机(5)、紫外线处理装置(6)、第一排水阀(7)、压载泵旁通阀(8)、压载泵(9)、第二排水阀(10)、过滤装置截止阀(11)、过滤装置(12)、发电机(13)、整流调压装置(14)、主旁通阀(15)，分为排水系统、进水系统、发电系统；
所述排水系统包括：顶边舱(1)、支水管(2)、总水管(3)、水轮机截止阀(4)、水轮机(5)、紫外线处理装置(6)、第一排水阀(7)、压载泵(9)、第二排水阀(10)、主旁通阀(15)；
所述进水系统包括：压载泵旁通阀(8)、过滤装置截止阀(11)、过滤装置(12)、进水阀(16)；
所述发电系统包括：发电机(13)和整流调压装置(14)。
2.根据权利要求1中所述的一种顶边舱压载水机械能回收与利用系统，其特征在于：在靠近顶边舱(1)的总水管(3)中设有水轮机(5)，在水轮机(5)与顶边舱(1)的管路之间设有水轮机截止阀(4)，在总水管(3)内的水轮机(5)距离顶边舱(1)较远的一侧上，依次设有紫外线处理装置(6)、第一排水阀(7)、压载泵(9)、第二排水阀(10)，总水管(3)一直延伸到舷外。
3.根据权利要求1中所述的一种顶边舱压载水机械能回收与利用系统，其特征在于：所述总水管(3)内的水轮机(5)与发电机(13)相连，发电机(13)通过电线与整流调压装置(14)相连接，整流调压装置(14)还与紫外线处理装置(6)中的部分紫外线灯管的线路相连接。
技术总结
本发明提出了一种顶边舱压载水机械能回收与利用系统，该系统包括：排水系统、进水系统和发电系统。本发明在船舶需排出压载水时，利用船舶顶边舱的高度优势，将顶边舱压载水中所具有的势能进行回收，降低船舶能量的损失，与此同时，将船舶顶边舱压载水中蕴含的机械能转化为电能，为紫外线处理装置中的部分灯管供电，降低了紫外线处理装置对船舶的电力消耗，可有效减少船舶电网的负荷，此外，本发明系统中所产生的电能可直接通过整流调压装置供部分紫外线灯管直接使用，不必经过储存在蓄电池等中间过程，减少了中间的能量消耗。
技术开发人、权利持有人：李博洋;李雅静;于成龙;吕竞泽;郭超;杨倩倩;张荣秀
