一种基于磁流体发电的波浪能原位供电远程强声驱离系统

本发明涉及液态金属磁流体发电系统，具体涉及一种基于磁流体发电的波浪能原位供电远程强声驱离系统。

背景技术：

1、海洋强国建设是中华民族的伟大战略任务。2023年，我国海洋生产总值首次突破9.9万亿，同比增长6%，海洋制造业增速7%，海洋原油产量连续4年占全国原油总增量的60%以上，海上发电装机容量同比增长17%。海洋产业作为我国经济的“引擎”作用愈加强劲。随着海洋资源开发和海洋工程建设的快速增长，以海上作业警戒、海洋资源保护、岛礁权益保障为目的海上安防装备需求异常迫切。

2、传统的海上物理围栏防护方式作用非常有限，船载高压水炮、催泪弹、烟雾弹、光电眩晕器等人工巡逻防护方式一则没有自主预警能力，二则时效性难以保证，而且容易引起事态升级。只有强声驱散器可同时具备远程喊话、警戒以及近程强声波驱离作用，且不受国际海上公约限制。由于海上作业逐渐趋向深远海发展，这使得适用于远海的海洋防卫装备首先要具备长时自供电能力，另外具有自主智能预警及打击于一体，从而才能实现无人值守下的主动目标预警及非致命性攻击驱离任务。公开号为cn111770401a发明专利申请公开了一种用于海上平台的强声驱散器控制系统，包括远程控制系统以及设置于海上平台上的强声驱散器：所述远程控制系统包括总控单元、声音录入单元、驱散调节单元、信号调和单元。通过设置强声驱散器控制系统，实现了对违规对象的驱散，也使海上生产作业的安全性得到了保障；通过设置升压降压模块，以便控制电压保持在强声驱散器的额定电压，保证了强声驱散器的正常工作。此发明只说明了强声驱散器系统的主要功能，没有实现基于海洋能的自供电技术。

3、公开号为cn206895682u的实用新型专利申请提供一种水下强声驱逐装置，包括：控制机构、收放机构及电极阵。其采用等离子体声源，采用液电效应原理将高功率脉冲电容器存储的能量在液体中瞬间释放，形成巨大的脉冲电流，从而将电能直接变成爆炸机械能，形成超声速的激波向外传播，然后衰减成强声脉冲。产生的复合声波为突发性声音，其频带在0khz～10khz以内，声脉冲峰值源级203db～220db，脉冲声压大，使鱼类和蛙人感到厌恶从而驱离出指定区域，达到保护水上工程项目的目的。此专利申请的核心在于采用水下液电效应产生高功率强声脉冲来实现水下驱离，对于水表以及低空目标的入侵无能为力，且水下爆炸激波对于海洋生物的伤害性较大。

4、申请号为cn20220203914.8的发明专利申请公布了一种具有报警功能的远程定向强声系统，其通过安装警报声控和警报灯进行报警，其没有说明供电驱动方式，也采用没有说明定向强声的具体型式。申请号为cn202222091611.4的发明专利申请公布了一种具有三级警戒的海上风电场电子围栏系统，其采用太阳能供电技术，由太阳能摄像头和强光照射以及警示单元，ais-vhf通信对话系统进行预警和全方位监控，由于海上气候快速变化，发电很难维持长时和夜间防护任务。

5、由此可见，虽然目前有强声驱离系统应用于海上作业的防卫，但都是基于岸上或舰载供电，没有利用海洋能进行原位供电的强声防卫系统，如何实现海洋波浪能的高效稳定发电，并将其所发的电能直接应用于强声驱离系统的原位供电，具有重要的现实意义，也是目前海洋强国建设中亟需解决的技术难题。

6、传统波浪能发电装置主要由一级波浪俘获系统、二级能量转换系统和三级发电机组成，按照波浪俘获系统的形式不同，主要包括振荡水柱式、振荡浮子式、越浪式、筏式等。这类系统由于存在能量的多级传递，系统结构复杂，造价非常昂贵，系统发电效率不高，而且运行维护难，是目前波浪能发电技术工程化所面临的一大难题。为此，国内外学者进行了大量的探索和研究，提出直驱式波浪能发电是实现波能高效利用的根本途径，目前形成了直线发电机和磁流体发电机两种系统。

7、公开号为cn87106457a的发明专利申请公开了一种往复直线式波浪能发电机，其中扁平型永磁直线发电机装在浮标内，随浮体受波浪的作用而周期性摇摆，磁铁滑块相对内嵌线圈的平板做往复直线运动，切割运动磁场，通过电磁感应而是定子上绕组输出电能。然而，该系统受浮体摇摆运动的限制较大，发电机输出功率有限，只能用在浮标等小功率电器设备。申请号为cn200410009793.x的发明专利申请公开了一种基于永磁振子的波浪能发电装置，其中通过钢丝绳链接多个永磁直线发电机的永磁振子，随着波浪起伏，重锤拉动永磁阵子做往复运动，感应定子上的绕组感应出电能，该装置抗风浪性差，强风暴时要提前拖航至避风港，限制了其使用的灵活性。

8、申请号为cn200810116532.6的发明专利申请公开了一种摇摆式波浪能液态金属磁流体发电浮管，其整个装置漂浮在海面上，液态金属随波浪的起伏在通道内流动，由于波浪动能沿横向差异小，因此通道内的液态金属流速很小，流动不均匀，发电功率小，且装置容易受风浪的影响非常大。申请号为cn201510661287.7的发明专利申请公开了一种环形通道液态金属磁流体发电机，其通过上下两组活塞和活塞缸形成发电通道，然而其环形磁体直接置于外部，存在漏磁和腐蚀风险，且装置的稳定性差，很难在海水中平衡。申请号为cn202410058571.4的发明专利申请公开了一种双盘式通道液态金属磁流体发电机，其采用盘式磁流体通道，轴向磁场，液态金属沿径向流动，产生切向的感应电流，其外加磁场的特征距离为盘式发电通道的周长，但其盘式通道中液态金属的流向要发生多次改变，导致流动损失较大，效率较低。

技术实现思路

1、为克服以上技术缺陷，本发明提出一种基于磁流体发电的波浪能原位供电远程强声驱离系统，该系统具有多个环向通道的直驱式液态金属磁流体发电系统，将瞬时变化的波浪能转换为交流电，再通过功率变换系统后直接供应于载体上的多通道阵列强声驱散器。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现。

3、一种基于磁流体发电的波浪能原位供电远程强声驱离系统，包括：

4、振荡浮子式捕浪装置，包括：振荡浮子，周向对称分布，固连顶部的支撑支座，通过联结支架装置与活塞杆联结，用于在海浪冲击下上下运动，并带动活塞杆一起上下运动；联结支架装置，包括支撑杆和支撑架，其中，支撑杆竖直向上支撑于振荡浮子上方，与振荡浮子通过螺栓固定，支撑杆另一端与支撑架连接，支撑架水平固定在支撑杆上方；活塞杆，与支撑架的中心固连，活塞杆穿过过渡舱通过联轴器与液态金属磁流体发电机的活塞相连；滑动轴承，位于强声系统隔振底座中心，用于降低活塞杆经过强声系统隔振底座时的摩擦阻力，并起到轴向限位的作用，与强声系统隔振底座对中，螺纹连接于过渡舱顶部；

5、联轴器，用于在过渡舱内连接活塞杆和活塞；

6、电磁限位开关，位于电能变换舱上部，用于检测活塞的垂向位移，其采用法兰螺纹固定于电能变换舱上部中心；

7、液态金属磁流体发电机，垂直对中布置于环向液态金属磁流体发电机舱内部，底部通过安装基座固定于环向液态金属磁流体发电机舱的底板上，其内部具有活塞，通过联轴器与活塞杆连接；液态金属磁流体发电机包括环向分布的多极磁体，位于内、外液态金属发电通道的中间和外侧，通过基座与环向液态金属磁流体发电机舱的底部固定；

8、承压舱，包括：下部连接舱，位于上部的环向液态金属磁流体发电机舱和下部的阻尼底座之间，与阻尼底座固定连接；环向液态金属磁流体发电机舱，位于电能变换舱与下部连接舱之间，用于容纳液态金属磁流体发电机；电能变换舱，位于环向液态金属磁流体发电机舱和过渡舱之间，用于容纳电能变换系统，电能变换系统用于将液态金属磁流体发电机产生的不稳定低压交流电转换成稳定的直流电，并由蓄电池进行蓄能；过渡舱，位于电能变换舱和强声系统隔振底座之间，用于匹配振荡浮子的垂向运动，限制振荡浮子不至于产生过大横向位移；各舱之间轴向同心式连接，其中液态金属磁流体发电舱、电能变换舱全水密设计；

9、强声驱散系统，位于过渡舱上方，与过渡舱通过强声系统隔振底座上的螺纹孔相连，强声驱散系统包括：强声系统隔振底座；功率驱动舱和功率驱动系统，位于强声系统隔振底座上方，用于将电能变换舱输出的电能供给各强声驱散器发射声波；强声驱散器，对称分布于功率驱动舱的上方。

10、有益效果：

11、根据本发明技术方案，第一，解决了以往定向强声驱散器应用于海上时的远程供电问题，消除了岸基供电导致造价高、安装和维护难等难题，可实现远海无人化智能防卫；第二，解决了波浪能供电系统面临的防护手段缺失问题，本系统（基于波浪能供电的强声驱离系统）能24小时全天候执行警戒、喊话、驱离等安防任务；第三，将高效可靠的磁流体波浪能发电装置与定向强声系统的创新结合，实现了清洁能源的自产自用和零碳排放，从海洋能-电能-声能全过程无外部能源消耗，真正实现全链绿色循环。此系统可为岛屿、港口、海洋牧场等重点区域建立预警保护圈，大大提升领海安全保障能力，具有广阔的市场应用前景。