CN102180237A - 游动式风力发电船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及游动式风力发电船，为小水线面双体船结构，平台船体的平台甲板上安装有风帆，平台船体的下部通过左、右各两个立柱分别与水下船体连接，在水下船体的前后段内均设置有发电装置舱，水下船体两端头之外装有导流喇叭筒及水轮机，内部依顺通过轴连接固定安装有离合器、变速器、发电机。发电机通过电缆依顺与变电装置、蓄电池连接；导流喇叭筒外面装有连接衍架，导流喇叭筒的中间位置固定安装有水轮机，水轮机的传动轴通过联轴节与离合器轴连接；发电装置舱后段的导流喇叭筒向外延伸设有扇形锥板，使水体驱动水轮机转动而带动发电机转动而发电。本发明平稳安全，不会因风向、风速的突然改变而使水轮机转速突然改变，易于调整电压。

Description

游动式风力发电船

技术领域

本发明涉及发电装置，应用于能在海洋上的强风状态下利用风帆的推力使船一边航行一边发电的航船，特别是涉及游动式风力发电船。

背景技术

根据查新现有的一切风力发电的资料及实际了解，现行风力发电全是采用旋浆式水平轴结构形式，因叶片之间空隙空间太大，漏掉了很大面积有相当能量的风力。船上空间有限，旋浆式远不如风帆形式效率高，并因现行旋浆式的塔架（立柱）都是嵌入地基中，如果大风不来，小风和无风占据一定时间，因此效率低，塔架太重，重心偏高，容易倾复，无法安装在船上。也有如中国专利公告号为CN201255074Y的发电船，其采用的是通过水轮转动来带动发电机的方式实现发电目的，这种发电船只适应于河流上的发电，不能用于海洋的大风条件下的发电。

发明内容

本发明的目的是，提供采用一种游动式上下层分开用立柱连接的小水线面风力发电船的发电装置，根据申请的气象导航并借助卫星定位所给定的风力可持久和适当风力强度的安全区域，进行可游动式风力发电，即利用安装在船体上的大面积的风帆所承受风的推力，使船达到一定的航速和惯性动力，从而使水中与船连接并同步运行的水轮机被波浪之下极低速或静止的水体驱动，通过水轮机转动而带动发电机转动而发电。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案，游动式风力发电船，一个小水线面双体船结构平台船体，其平台甲板上安装有风帆，平台船体的下部通过左、右各两个立柱分别与水下船体连接，在水下船体的前后段内均设置有发电装置舱，水下船体截面为圆形或椭圆形的筒体，水下船体沿行驶方向前端头部装有导流罩，导流罩呈喇叭状，其小口端与水轮机转叶中毂转动连接，大口端与水下船体头部连接，在船尾部则是与后方托架相联接；发电装置舱的前后段从联轴节向内通过轴依顺连接有离合器、变速器、发电机，发电机通过电缆依顺与变电装置、蓄电池连接；水下船体的前后段外装有连接衍架，连接衍架内装有导流喇叭筒及水轮机，导流喇叭筒的小口端与水轮机进出水口对位连接，导流喇叭筒大口端与连接衍架连接；水轮机的传动轴通过水轮机安装的托架固定于连接衍架内，水轮机的壳体外缘通过支撑连接杆固定于连接衍架内，传动轴通过联轴节与离合器的轴连接；水下船体后段外锥体壳上通过锥体支撑杆固定连接衍架，连接衍架内向行驶方向的导流喇叭筒的大口端向外延伸设有扇形锥板，扇形锥板外围设有栏鱼栅。所述连接衍架由纵向衍杆、横向衍杆和斜衍杆焊接而成圆形或椭圆形的笼状结构。所述水轮机在无风状态下可作为推进器使用。

本发明的优点是，船体采用双层连体式结构，水下部分为两并列的发电装置舱，平稳安全；并且船体航行时惯性很大，不会因风向、风速的突然改变而使水轮机转速突然改变，易于调整电压，易于调速和变频，能在广泛的海域获取大量风能资源，充分选择强而持久并很安全的海上风区一边航行一边发电。

附图说明

图1是本发明游动式风力发电船的主视图。

图2是图１的B向示意图。

图3是本发明的内部结构示意图。

图4是图2的A向内部结构示意图。

图5是图4中C—C向结构示意图。

图6是图4中D—D向结构示意图。

图7是图6中K向结构示意图。

图中：1、水轮机，101、水轮机转叶中毂，2、托架，3、导流罩，4、导流喇叭筒，5、联轴节，6、传动轴，7、离合器，8、连接衍架，81、纵向衍杆，82、横向衍杆，83、斜衍杆，9、变速器，10、发电机，11、变电装置，12、蓄电池，13、扇形锥板，14、栏鱼栅，15、立柱，16、平台船体，17、风帆，18、发电装置舱，19、水下船体，20、锥体支撑杆，21、支撑连接杆。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明作进一步说明，参见图1—7，游动式风力发电船，一个小水线面双体船结构平台船体16，其平台甲板上安装有风帆17，平台船体16的下部通过左、右各两个立柱15分别与水下船体19连接，在水下船体19的前后段内均设置有发电装置舱18，水下船体19截面为圆形或椭圆形的筒体，水下船体19沿行驶方向前端头部装有导流罩3，导流罩3呈喇叭状，其小口端与水轮机转叶中毂101属转动连接，用以抵档叶轮轴向巨大推力，大口端与水下船体19头部连接，在船尾部则是与后方托架2相联接；发电装置舱18的前后段从联轴节5向内通过轴依顺连接有离合器7、变速器9、发电机10，发电机10通过电缆依顺与变电装置11、蓄电池12连接；水下船体19的前后段外装有连接衍架8，连接衍架8内装有导流喇叭筒4及水轮机1，导流喇叭筒4的小口端与水轮机1进出水口对位连接，导流喇叭筒4 大口端与连接衍架8连接；水轮机1的传动轴6通过水轮机1安装的托架2固定于连接衍架8内，水轮机1的壳体外缘通过不同方向的支撑连接杆21固定于连接衍架8内，传动轴6通过联轴节5与离合器7的轴连接；水下船体19后段外锥体壳上通过锥体支撑杆20固定连接衍架8，连接衍架8内向行驶方向的导流喇叭筒4的大口端向外延伸设有扇形锥板13，扇形锥板13外围设有栏鱼栅14。其拦鱼栅14的骨架用于扇形锥板大口边与连接衍架8的定位张度连接，所述连接衍架8由纵向衍杆81、横向衍杆82和斜衍杆83焊接而成圆形或椭圆形的笼状结构。所述水轮机1在无风状态下可作为推进器使用。水下船体19前后端从圆形或椭圆形截面小端面中心，将此连接段锥体的中心轴线向内和向上平行移动0.5-1.0M，其向外延伸为圆锥形或椭圆锥形缩小，圆锥或椭圆锥小端与半球或椭圆半球连接，中部轮廓为圆筒或椭圆筒状的，连接衍架8根部张开角度与船锥体角一致，连接衍架8纵向衍杆81布局应与船锥体内纵梁布局一致，并与其贴紧进行螺栓或铆栓连接，缝隙用电焊堆满，并用U形扣板加焊牢固。

实施例：游动式风力发电船，参见图1至图4，一个小水线面双体船结构平台船体16，其平台甲板上安装有风帆17，平台船体16的下部有左、右各两个立柱15，并分别与水下船体19连接。参见图3、图4和图5，在水下船体19的前段和后段内，均设置有发电装置舱18，水下船体19截面为圆形或椭圆形的筒体，也可以为其它筒状，水下船体19两端头中心设有轴孔，其内为发电装置舱18，发电装置舱18的前后段从联轴节5向内通过轴依顺连接有离合器7、变速器9、发电机10，发电机10通过电缆依顺与变电装置11、蓄电池12连接；水下船体19前后端外通过固定连接方式固定安装有连接衍架8，连接衍架8内装有导流喇叭筒4及水轮机1，导流喇叭筒4小口端与水轮机1固定连接，其大口端与连接衍架8固定连接，水轮机1壳体外固定安装有支撑连接杆21，导流喇叭筒4进水口处固定装有栏鱼栅14，水轮机1的传动轴6通过水轮机1安装的托架2固定于连接衍架8内，且传动轴6与水下船体19端部的中心轴孔内的联轴节5相啮合，进而带动离合器7轴再经变速器9带动发电机10转动，联轴节5与水下船体19端部的中心轴孔间装有密封填料；参见图5，水下船体19后段外锥体壳上通过锥体支撑杆20固定连接衍架8，且连接衍架8内向行驶方向的导流喇叭筒4的大口端向外延伸设有扇形锥板13或导流喇叭筒4，扇形锥板13外围与水下船体锥形面间设有栏鱼栅14。所有栏鱼栅14网格间距小于水轮机1的叶片间距三分之一至二分之一。参见图6和图7，所述连接衍架8由纵向衍杆81、横向衍杆82和斜衍杆83焊接而成圆形或椭圆形的笼状结构。所述水轮机1在无风状态下可作为推进器使用。

本发明的工作原理是：当游动式风力发电船在大海的强风下游动时，强风对大面积风帆17的推力使船体按行驶方向航行，水面以下的发电装置舱18前段的水轮机1在水流的推动下，其叶片由水体而冲动，使水轮机1转动并通过离合器7带动变速器9进一步驱动发电机10转动而发电，发出的电经变电装置11处理后，对蓄电池12充电或通过电缆输出。水下船体19后段的连接衍架8内向行驶方向的导流喇叭筒4的大口端向外延伸设有扇形锥板13或导流板喇叭筒4，发电船在行驶过程中可通过扇形锥板13将水体导入导流喇叭筒4内，从而带动水轮机1转动，与上述方式相同，通过离合器7带动变速器9进一步驱动发电机10转动而发电。通常水轮机1直径为水下船体筒体直径的三分之一至三分之二。

本发明利用安装在船体上的大面积的风帆所承受风的推力，使船达到一定的航速和惯性动力，从而使水中与船连接并同步运行的水轮机被波浪之下极低速或静止的水体驱动，使水轮机转动而带动发电机转动而发电。

实施例：本发明游动式风力发电船，宜采用小水线面结构形式。初次适宜的主尺度：平台甲板长为60m±15，宽度为25m±8，风帆桅杆高度为32m±12；桅杆根数：左右两纵列，每列4-6根，共8-12根，每根桅杆风帆宽15m-20m、帆高28m±12。使绳索及卷扬机操纵帆的起落。

关于连接衍架，水下船体筒体形状可为圆形其半径为1m-2.5m，因其不可超出水下船体侧边延长线及底线，即宽度和吃水深限界，对于圆形或椭圆形筒体两端头，锥体解决方案为，水下船体与连接衍架相连接的船体，为圆锥体或椭圆锥体，锥体中轴线对整个筒体中部的中轴线向全船内侧和上方向平行移动0.5m -1.0m，必须有一段过渡，圆锥体小端圆与船首或尾呈近似半球状连接。

连接衍架中部为圆筒状或椭圆筒状笼形结构，其纵向主杆与船下体前后端圆锥面内相应纵梁连接，应先弯折成与船圆或椭圆锥体内纵梁表面一致的角度，并在相搭接段管孔内垫以钢板，再行锻扁，使其密贴于船锥体表面，与船锥体内纵梁对位钻孔，用螺栓或铆栓连接，用电焊堆满缝隙或再用“U”形扣板焊牢加固，纵向主杆通常不割断，横杆及斜杆端头先制作为双碗口卡式向纵横交点的纵杆卡紧焊满后，还需在内外部帮块焊接加固。连接杆架之外，固定安装有能使海水顺流壳体。

关于过渡段内外锥坡不等所产生对船体的水平方向的不对称推力，采用导流喇叭筒进水口端内外长度不等予以解决，也可又在水下船体内侧增设鳍用以抵销。

因水轮机及连接衍架、喇叭筒自重加起来很大，为改变其受力为悬臂受力的不利状态，应在连接衍架上增设钭拉杆加固，并与立柱内骨架用螺栓连接并在钭拉杆中部分用“人”字式钭撑，即可将悬臂式受力状态变为简支梁式。连接衍架全用圆形截面中空金属管制成，其尺寸放样先按设计，用1：1正多边形放样，须事先进行多截面力系分析及检算。

Claims (3)

1.游动式风力发电船，一个小水线面双体船结构平台船体[16]，其平台甲板上安装有风帆[17]，其特征在于，平台船体[16]的下部通过左、右各两个立柱[15]分别与水下船体[19]连接，在水下船体[19]的前后段内均设置有发电装置舱[18]，水下船体[19]截面为圆形或椭圆形的筒体，水下船体[19]沿行驶方向前端头部装有导流罩[3]，导流罩[3]呈喇叭状，其小口端与水轮机转叶中毂[101]转动连接，大口端与水下船体[19]头部连接，在船尾部则是与后方托架[2]相联接；

发电装置舱[18]的前后段从联轴节[5]向内通过轴依顺连接有离合器[7]、变速器[9]、发电机[10]，发电机[10]通过电缆依顺与变电装置[11]、蓄电池[12]连接；

水下船体[19]的前后段外装有连接衍架[8]，连接衍架[8]内装有导流喇叭筒[4]及水轮机[1]，导流喇叭筒[4]的小口端与水轮机[1]进出水口对位连接，导流喇叭筒[4] 大口端与连接衍架[8]连接；

水轮机[1]的传动轴[6]通过水轮机[1]安装的托架[2]固定于连接衍架[8]内，水轮机[1]的壳体外缘通过支撑连接杆[21]固定于连接衍架[8]内，传动轴[6]通过联轴节[5]与离合器[7]的轴连接；

水下船体[19]后段外锥体壳上通过锥体支撑杆[20]固定连接衍架[8]，连接衍架[8]内向行驶方向的导流喇叭筒[4]的大口端向外延伸设有扇形锥板[13]，扇形锥板[13]外围设有栏鱼栅[14]。

2.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述连接衍架[8]由纵向衍杆[81]、横向衍杆[82]和斜衍杆[83]焊接而成圆形或椭圆形的笼状结构。

3.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述水轮机[1]在无风自主航行状态下可作为推进器使用。

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