CN103225585A - 一种用于船舶的节能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于应用于船舶的节能发电领域，特别是涉及一种在船舶静止和减速时利用风能与水流能的发电装置。用于船舶的节能发电装置，由风轮机、双转子发电机、水轮机组成，风轮机由叶片与风轮机转轴组成。该节能发电装置通过双转子发电机结构把风力发电与水流发电结合起来，结构简单，相同功率下体积更小，容易在船舶上实现，充分利用了海上风能、水流能和船舶自身的机械能，减少了船舶在使用传统能源时，也减少了对海洋造成的污染，提高了船舶对传统能源的利用效率。在船舶减速时应用此发电装置不仅能够吸收船舶多余的动能，而且能够达到更好的减速效果，大大的缩短了船舶减速过程的时间和增强了减速过程的操控性。

Description

一种用于船舶的节能发电装置

技术领域

本发明属于应用于船舶的节能发电领域，特别是涉及一种在船舶静止和减速时利用风能与水流能的发电装置。

背景技术

目前船舶行业的发展越来越快，船舶的吨位也越来越大，船舶的节能减排是一个值得研究的问题。现在的船舶用电大都是通过燃料的燃烧带动发电机发电，这将会消耗大量的能源。而船舶所能携带的燃料是有限的，并且这些能源的储藏量也是有限的，这些问题使我们不得不考虑怎样在船舶航行中尽量减少自身携带的能源的消耗。我们知道在自然界中存在各种各样可再生的能源，比如风能和水流能，只要我们能够合理的利用这些能源，就可以找到解决以上问题的途径。在船舶减速过程中，螺旋桨停转或反转，通过水的阻力和螺旋桨的作用，达到使船舶减速的目的。在这个过程中，船舶拥有的大量动能被白白浪费掉了，如果把这部分动能的一部分转化为电能，既能达到一定的节能减排效果，又能更好的实现减速的目的。目前对于这方面的研究还比较少，没有一个专门应用于船舶上的结合各种自然能源的发电装置。专利授权公告号为CN2675894、名称为“渔船舷挂式海流发电机”的实用新型专利提供了一种悬挂于渔船船舷的海流发电装置，提供了一种悬挂于渔船船舷上的发电装置，该装置利用挠性传动轴连接水轮机叶片与发电机。但是这种结构的功率低，不适用于大型船舶，并且只是对水流能发电的研究，并没有考虑到风能的应用。专利授权公告号为CN201891557U、名称为“风力与海流发电基桩相结合装置”的实用新型专利提供了一种风力与海流发电相结合的发电装置结构。该装置不适用于船舶上，并且这种结构只是简单地把风力发电与水流能发电放在一个平台上，两者分别发电，对把两种发电方式结合在一起的结构没有进行研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效地减少了船舶自身能量的消耗和浪费的节能发电装置。

本发明的目的是这样实现的：

用于船舶的节能发电装置，由风轮机、双转子发电机、水轮机组成，风轮机由叶片与风轮机转轴组成，风轮机的叶片固定在风轮机转轴上，叶片所处平面垂直于风轮机转轴；水轮机由叶片与水轮机转轴组成，水轮机的叶片固定在水轮机转轴上，叶片所处平面垂直于水轮机转轴；双转子发电机由外转子、永磁体、内转子、支架、滑环、转盘构成，内转子与风轮机相连，外转子与水轮机相连，风轮机旋转时直接带动内转子旋转，水轮机旋转时直接带动外转子旋转，外转子上安装有永磁体，内转子上缠有三相绕组线圈，内转子和外转子与支架之间通过轴承连接，内转子和外转子之间有卡槽结构。

支架连接在转盘上，通过转盘的旋转来改变节能发电装置的位置。

转盘的位置可以由液压或者电气方式控制。

风轮机与双转子发电机之间，水轮机与双转子发电机之间分别装有增速齿轮。

双转子发电机的外面安装有防水罩，防水罩和转盘形成一个整体密封结构。

发电装置安装在船体的船舷处。

本发明的有益效果在于：

该节能发电装置通过双转子发电机结构把风力发电与水流发电结合起来，结构简单，相同功率下体积更小，容易在船舶上实现，充分利用了海上风能、水流能和船舶自身的机械能，减少了船舶在使用传统能源时，也减少了对海洋造成的污染，提高了船舶对传统能源的利用效率。在船舶减速时应用此发电装置不仅能够吸收船舶多余的动能，而且能够达到更好的减速效果，大大的缩短了船舶减速过程的时间和增强了减速过程的操控性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为加入增速齿轮后的整体示意图；

图3为本发明未工作时位置示意图；

图4为本发明工作时位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

本发明的内容是设计一种应用于船舶的节能发电装置。该发电装置充分考虑到船舶航行时的各种条件，实现了对风能和水流能的利用，以及对船舶本身剩余能量的回收利用。该发电装置基于双转子型发电机的特殊结构，结合了风力发电和水流能发电两种发电形式，能够对两种能源进行充分的利用，有效地减少了船舶自身能量的消耗和浪费。

本发明所设计的发电装置的创新之处在于不是简单地把风力发电装置与水流发电装置放在一起，而是通过一种发电装置把风能和水流能充分利用起来，这样不仅使得发电装置结构更合理，体积更小，相同体积的发电装置能够获得更大的输出功率。

船舶在行驶过程中根据不同情况需要调整到不同的速度，船舶减速过程中其自身蕴含大量的动能，在以往的过程中这部分能量会白白的浪费掉了，根据这些特点，本发明的发电装置可以专门应用于船舶减速的过程中和静止状态。在船舶正常航行的过程中发电装置处于非工作状态，当船舶需要减速和静止时，使发电装置工作，通过风轮机和水轮机部分的共同作用，把船舶所不需要的动能转化为电能储存起来，另一方面该发电装置还可以在船舶减速过程中起到辅助作用，大大缩短了船舶减速的时间和控制性能。

本发明共包括两种方案，如图1，图2，图3，图4所示。两种方案都采用双转子结构，分别通过风轮机和水轮机来获取风能和水流能，风轮机和水轮机分别带动一个转子相对旋转来发电。

如图1，图3，图4所示，发电装置由风轮机1、外转子2、永磁体3、内转子4、支架5、滑环6、转盘7、水轮机8组成。风轮机1的结构分为叶片和转轴，叶片与风轮机转轴固定在一起，由于此风轮机属于垂直轴形式，所以从各个方向吹来的风都可以使其工作，当从各个方向吹来的风带动风轮机叶片旋转时，风轮机转轴会一起旋转。水轮机8的结构包括水轮机叶片和水轮机转轴，叶片和转轴固定在一起，同样此水轮机属于垂直轴形式，所以各个方向的水流都可以使其工作，当水流冲击水轮机叶片时就会使水轮机叶片旋转，水轮机转轴也会一同旋转。双转子发电机由外转子2、永磁体3、内转子4、支架5和滑环6构成。内转子4与风轮机1相连，外转子2与水轮机8相连，风轮机1旋转时可直接带动内转子4旋转，水轮机8旋转时可直接带动外转子2旋转，且使风轮机与水轮机的旋转方向相反（通过对风轮机和水轮机叶片的设计，可实现旋转方向相反），这样外转子2与内转子4就会以一定的速度反向旋转。外转子2上安装有永磁体3，永磁体在空间形成磁场，内转子4上缠有三相绕组线圈，当外转子2与内转子4反向旋转时，内转子4的三相绕组切割永磁体形成的磁场，就会发出三相交流电，把机械能转化为电能，通过滑环6可以把发出的三相交流电导出。内转子4和外转子2与支架5之间通过轴承连接，使内外转子可单独旋转，两个转子之间有卡槽结构，使两个转子既能够独立旋转又能保持相对位置固定。支架5连接在转盘7上，通过转盘7的旋转来改变发电装置的位置，转盘7的位置可以由液压或者电气方式控制。为了增加发电装置的密封性，可以在发电机的外面安装一个防水罩，防水罩和转盘7形成一个整体密封的结构。发电装置的安装方式如图3，图4所示，发电装置17可以安装在船体16的船舷处。不工作时发电装置处于水平状态，整个发电装置都处于水面18上方，风轮机和水轮机均不旋转；当发电时通过液压或者电气控制方式使转盘7旋转，转盘7带动发电装置旋转到如图4所示的垂直状态，水轮机深入到水面下，垂直轴的风轮机和水轮机处于发电状态。

工作原理：本发电装置通过双转子发电机的两个转子分别与风轮机和水轮机相连接来实现发电的。当需要发电时，通过控制舱内按钮，驱动控制机构使处于水平位置的发电装置转到垂直位置，水轮机转到水面下，垂直轴风轮机与水轮机进入发电状态。风轮机和水轮机的旋转直接或者通过齿轮增速装置后带动发电机的转子旋转，两个转子转动的方向相反，这样能够获得更大的相对转速，使发电机的功率提高。当不需要发电时，通过控制机构使发电装置转到水平位置，水轮机离开水面，由于风轮机与水轮机都是垂直轴形式，处于水平位置时均不会发电，所以在船舶正常航行过程中发电装置不会给船舶带来过多的阻力。

具体实施方式1：参见图1、3、4，此设计主要通过双转子发电机的结构特点，充分结合风力发电与水流发电的优势，针对船舶航行时的特性，主要应用于船舶减速时和静止时。此发电装置可安装在如图3、4所示的船舷位置，当船舶正常航行时，此时不需要发电，而且需要尽量减小发电装置给船舶航行带来的额外阻力。发电装置不工作时，通过控制机构控制转盘7旋转使发电装置处于图3所示位置，发电装置处于水平状态，水轮机离开水面，垂直轴形式的风轮机和水轮机均不工作，且此状态对船舶正常航行的阻力很小。当船舶需要减速或者处于停泊状态时，通过控制机构控制转盘7旋转使发电装置旋转到图4所示的垂直状态，水轮机位于水面下方，垂直轴的风轮机和水轮机开始旋转，并带动发电机发电。发电装置主要由风轮机、水轮机和双转子发电机构成。风轮机1的结构分为叶片和转轴，叶片与风轮机转轴固定在一起，由于此风轮机属于垂直轴形式，所以从各个方向吹来的风都可以使其工作，当从各个方向吹来的风带动风轮机叶片旋转时，风轮机转轴会一起旋转。水轮机8的结构包括水轮机叶片和水轮机转轴，叶片和转轴固定在一起，同样此水轮机属于垂直轴形式，所以各个方向的水流都可以使其工作，当水流冲击水轮机叶片时就会使水轮机叶片旋转，水轮机转轴也会一同旋转。双转子发电机由外转子2、永磁体3、内转子4、支架5和滑环6构成。内转子4与风轮机1相连，外转子2与水轮机8相连，风轮机1旋转时可直接带动内转子4旋转，水轮机8旋转时可直接带动外转子2旋转，且使风轮机与水轮机的旋转方向相反，这样外转子2与内转子4就会以一定的速度反向旋转。外转子2上安装有永磁体3，永磁体在空间形成磁场，内转子4上缠有三相绕组线圈，当外转子2与内转子4反向旋转时，内转子4的三相绕组切割永磁体形成的磁场，就会发出三相交流电，把机械能转化为电能，通过滑环6可以把发出的电能导出。内转子4和外转子2与支架5之间通过轴承连接，使内外转子可单独旋转，两个转子之间有卡槽结构，使两个转子既能够独立旋转又能保持相对位置固定。支架5连接在转盘7上，通过转盘7的旋转来改变发电装置的位置，转盘7的位置可以由液压或者电气方式控制。为了增加发电装置的密封性，可以在发电机的外面安装一个防水罩，防水罩和转盘7形成一个整体密封的结构。

具体实施方式2：参见图1，2、3、4，发电装置的安装方式与方案1相同，在结构上实施方式2在实施方式1的基础上在风轮机与发电机之间和水轮机与发电机之间分别加入了如图2所示的齿轮增速装置。图2中9为风轮机的转轴，15为水轮机的转轴，由于风轮机和水轮机在工作时转速较慢，通过图2中齿轮10、齿轮11、齿轮13和齿轮14的作用，使输入发电机12的转速增加。发电机获得更大的转速，发电机的体积可以进一步减小，输出功率也能提高。

具体实施方式3：实施方式1和实施方式2中的发电装置都是工作在船舶减速或停泊状态下，在船舶正常航行时为了减小发电装置对船舶航行的阻力，发电装置将不工作。在船舶航行过程中的情况非常复杂，有可能会发生电力系统供电不足等情况，本发明中的发电装置也可以作为船舶正常航行中的常规发电装置使用。只要在船舶正常航行时，通过控制装置把发电装置固定在垂直方向上，发电装置经过变流器就可以为船舶电网持续供电。

Claims (6)

1.一种用于船舶的节能发电装置，由风轮机（1）、双转子发电机、水轮机（8）组成，其特征在于：风轮机由叶片与风轮机转轴组成，风轮机的叶片固定在风轮机转轴上，叶片所处平面垂直于风轮机转轴；水轮机由叶片与水轮机转轴组成，水轮机的叶片固定在水轮机转轴上，叶片所处平面垂直于水轮机转轴；双转子发电机由外转子（2）、永磁体（3）、内转子（4）、支架（5）、滑环（6）、转盘（7）构成，内转子与风轮机相连，外转子与水轮机相连，风轮机旋转时直接带动内转子旋转，水轮机旋转时直接带动外转子旋转，外转子上安装有永磁体，内转子上缠有三相绕组线圈，内转子和外转子与支架之间通过轴承连接，内转子和外转子之间有卡槽结构。

2.根据权利要求1所述的一种用于船舶的节能发电装置，其特征在于：所述的支架连接在转盘上，通过转盘的旋转来改变节能发电装置的位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于船舶的节能发电装置，其特征在于：所述的转盘的位置可以由液压或者电气方式控制。

4.根据权利要求3所述的一种用于船舶的节能发电装置，其特征在于：所述的风轮机与双转子发电机之间，水轮机与双转子发电机之间分别装有增速齿轮。

5.根据权利要求4所述的一种用于船舶的节能发电装置，其特征在于：所述的双转子发电机的外面安装有防水罩，防水罩和转盘形成一个整体密封结构。

6.根据权利要求5所述的一种用于船舶的节能发电装置，其特征在于：所述的发电装置安装在船体的船舷处。

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