CN106401876A - 一种船用风力压差增速发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船用风力压差增速发电设备，包括在船舶上设置的自适应进风装置和在船舱内设置的压差风速风机装置，所述压差风速风机装置包括风机外壳，在风机外壳内设有压差增速叶片，所述压差增速叶片包括受力板，在每个受力板的外端部设置有导向板，所述导向板与受力板的端部形成一个压差管，所述压差管的入口与受力板的受力处相对应，在压差管的出口处设置有压降壁板，在压降壁板上设置有压降孔，所述压降孔与压差管相连通。本发明的进风聚能装置沿船尾及两舷方向设有多个方位的进风口，与其配合的自适应进风接口可根据传感器推算的最优风速及风向，动态选择进风口以提高进风量，同时利用船舶航行及压差增速叶片产生的压差对由自适应进风装置聚能后导入的风进行增速，进一步提高了发电效率。

Description

一种船用风力压差增速发电设备
技术领域
本发明涉及船用发电设备，尤其涉及一种船用风力压差增速发电设备。
背景技术
风能是一种清洁、安全、可再生的绿色能源，利用风能对环境无污染，对生态无破坏，环保效益和生态效益良好，对于人类社会可持续发展具有重要意义。
早在热机出现前的数千年前，风能就已经应用于船舶领域。但由于自然风稳定性差，能量密度有限等问题，使得柴油机等热机迅速取代了风力作为现代船舶的主要推进动力。
然而在公众对环保低碳的要求呼声日益增高的今天，人们重新将目光转向清洁能源。近年来，内河、近海、远洋船舶绝大多数采用风帆产生的辅助推力来降低主机功率，达到节能的目的。
对于船舶应用风力助航上公开了一些专利，大多数是采用风帆装置来利用风能的。如公开号为CN102700697A(公开日为2012年5月9日)的专利公开了一种船用风帆，能够利用自动控制系统让风帆实现摆动和升降动作。
然而，自然界中风速风向瞬息万变，风帆面积大、调整具有较大的延迟。同时较高的风帆会改变船舶的浮心，影响船舶的稳定性，尤其在恶劣天气条件下，风帆必须收起以确保船舶安全航行，因此很难高效率利用风能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高发电效率的船用风力压差增速发电设备。
本发明所采用的技术方案为：一种船用风力压差增速发电设备，包括在船舶上设置的自适应进风装置和在船舱内设置的压差风速风机装置，所述自适应进风装置包括进风支架，在进风支架的周向方向设置有多个进风口，在进风支架内设置有与进风口相配置的自适应进风接口，所述自适应进风接口与进风支架通过轴承活动连接，并通过步进电机驱动，在进风支架上设有传感器，所述传感器与步进电机通过控制器相连，所述自适应进风接口通过进风管道与压差风速风机装置的入口相连，所述压差风速风机装置包括风机外壳，在风机外壳内设有压差增速叶片，所述压差增速叶片的中心连接有转子，所述转子与发电装置的输入轴相连，其特征在于：所述压差增速叶片包括受力板，在每个受力板的外端部设置有导向板，所述导向板与受力板的端部形成一个压差管，所述压差管的入口与受力板的受力处相对应，在压差管的出口处设置有压降壁板，在压降壁板上设置有压降孔，所述压降孔与压差管相连通。
按上述技术方案，在船舶甲板上设有与风机外壳相连的背压风管。
按上述技术方案，所述压降孔与压差增速叶片的旋转方向相切。
按上述技术方案，所述各个受力板为向内凹的曲面状，所述压差管的出口朝向受力板的内凹处。
按上述技术方案，所述进风支架包括上支架和下支架，所述上支架安设在下支架上，所述下支架固设在船舶上，在上支架与下支架的中心设有安装腔，所述步进电机和自适应进风接口安设在安装腔内，在上支架与下支架之间沿周向方向设置有多个喇叭状进风口，各个进风口之间通过隔板隔开。
按上述技术方案，所述进风支架的横截面形状为水滴状，进风支架的凸起部的外围为光滑的封闭曲面，构成发电装置保护位。
按上述技术方案，所述自适应进风接口为一端封闭的圆管，在位于封闭端下方的侧壁上设有进风接口，其与喇叭状进风口相对应，其通过滚动轴承及滑动轴承装配再进风支架内，所述步进电机的输出轴与封闭端相连。
按上述技术方案，所述被压风管的入口与风机外壳连接，末端为T型管，并朝向船舷两侧。
按上述技术方案，所述上支架和下支架构成的进风口处的纵截面为双曲线母线构成的光滑曲面。
按上述技术方案，所述进风口为三个以上。
按上述技术方案，自适应进风装置安设在船舶上层建筑的顶部。
本发明所取得的有益效果为：
1、本发明的进风聚能装置沿船尾及两舷方向设有多个方位的进风口，与其配合的自适应进风接口可根据传感器推算的最优风速及风向，动态选择进风口以提高进风量，同时利用船舶航行及压差增速叶片产生的压差对由自适应进风装置聚能后导入的风进行增速，进一步提高了发电效率；
2、通过设置光滑流线型的发电装置保护位，当风速超过一定阈值时，自适应进风接口可转向船首方向的流线型发电装置保护位以保护发电装置，进一步提高了本发明的实用性；
3、进风聚能装置整体结构布置于船舶上层建筑顶部，其沿船首方向的流线型实体，可作为支座安装传感器及雷达等船用仪器，可合理利用船舶的空间；压差增速风机装置装载于船舶机舱内部，可将原本机座高、质量大的风力发电机移至船舶底部，提高船舶稳性；
4、配备该船用风力压差增速发电装置的船舶，高效率利用风能发电，减少船舶运营成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为压差风速风机装置的结构图。
图3为进风支架的机构图。
图4为进风支架的俯视图。
图5为自适应进风接口的结构图。
图6为自适应进风接口的横截面图。
图7a-7d为自适应进风口在不同角度的位置示意图。
图中：1—上支架，2—下支架，3—隔板，4—自适应进风接口，5—步进电机，6—盖板，7—传感器，8—滚动轴承，9—滑动轴承，10—进风管道，11—风机外壳，12—压差增速叶片，13—转子，14—背压风管，15—船舶上层建筑，16—机舱,17—压降壁板，18—导向板，19—受力板，20—压差管，21—进风口，22—压差管口的入口，23—压降孔，23-发电装置保护位。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种船用风力压差增速发电设备，包括在船舶建筑15顶部设置的自适应进风装置和在船舱16内设置的压差风速风机装置，所述自适应进风装置包括进风支架，在进风支架的周向方向设置有多个进风口，在进风支架内设置有与进风口相配置的自适应进风接口4，所述自适应进风接口4与进风支架通过轴承活动连接，并通过步进电机5驱动，在进风支架上设有传感器7，所述传感器7与步进电机5通过控制器相连，所述自适应进风接口4通过进风管道10与压差风速风机装置的入口相连。
如图2所示，所述压差风速风机装置包括风机外壳11，在风机外壳11内设有压差增速叶片12，所述压差增速叶片12的中心连接有转子13，所述转子13与发电装置的输入轴相连，所述压差增速叶片包括向内凹的曲面状的受力板19，其中，进风管道10的末端与风机外壳的进风口呈一定夹角设置，使风力直接作用在受力板的内凹处。
在每个受力板19的外端部设置有导向板18，所述导向板18与受力板19的末端形成一个压差管口20，所述压差管口的入口22朝向受力板的内凹处，在压差管20的出口处设置有压降壁板17，在压降壁板17上设置有压降孔23，所述压降孔23与压差管20相连通，所述压降孔与压差增速叶片12的旋转方向相切。在船舶甲板上设有与风机外壳相连的背压风管。所述被压风管14的入口与风机外壳连接，末端为T型管，并朝向船舷两侧。
如图3所示，所述进风支架包括上支架1和下支架2，所述上支架1安设在下支架2上，所述下支架2固设在船舶的建筑顶部，在上支架1与下支架2的中心设有安装腔，所述步进电机6和自适应进风接口4安设在安装腔内，其上端通过盖板6实现密封，防止步进电机损坏。所述上支架和下支架构成的进风口处的纵截面为双曲线母线构成的光滑曲面，在两者之间沿周向方向形成多个喇叭状进风口3，各个进风口之间通过隔板3隔开，所述进风支架的横截面形状为水滴状，进风支架的凸起部的外围为光滑的封闭曲面，构成发电装置保护位。本实施例以设有三个喇叭状进风口、一个发电装置保护位为例进行示意说明，即两块隔板3间隔90°固定在支架结构上，将其分为沿船尾及两舷三个方向的喇叭状聚能进风口。其中，通过设置发电装置保护位，一方面，当风速超过一定阈值时，自适应进风接口可转向船首方向的流线型发电装置保护位以保护发电装置，另一方面，在其内腔内还可以安设一些其它零部件，合理的利用了空间，且不增加阻力，非常方便。
如图4、5所示，所述自适应进风接口4的一端为封闭的圆管，在位于封闭端下方的侧壁上设有进风口21，其与喇叭状进风口无缝连接，，其通过滚动轴承8及滑动轴承9装配再进风支架内，所述步进电机5的输出轴与封闭端相连。并可以根据安装在流线型实体结构的传感器7推算的最优风速及风向，由步进电机5驱动其动态选择进风口以提高进风量，同时当风速超过一定阈值时，其可转向船首方向的流线型实体以保护发电装置。
所述被压风管14的入口与风机外壳连接，末端为T型管，并朝向船舷两侧。
该实施例工作过程如下：
当船舶在海上航行时，传感器7能实时采集海上的风速风向信息，计算出在可利用风速范围内的平均最大风向，即最优风向，并将此信号传送至步进电机5，由步进电机5驱动自适应进风接口4动态选择由进风上支架1、进风下支架2、风向隔板3、盖板6构成的进风聚能装置的最优进风口，实现与进风口无缝连接，使最优风向的风经喇叭状进风口聚能后导入机舱内部的压差增速风机装置进行发电。若当风速超过一定阈值时，步进电机5驱动自适应进风接口4转向船首方向的流线型发电装置保护位以停止进风，从而保护发电装置。
聚能后的风由进风管道10进入压差增速风机装置，同时由于航行中船舶外部的风流经背压风管14，会在压差增速风机装置的出口管处产生低压，在压差的作用下提高了进入压差增速风机装置的风速。
在压差增速风机装置中，风经进风管道末端150°的出口吹向压差增速叶片11，一部分风经过压降壁板17处，使导向板18内侧与受力板形成的空间内产生低压，再次引起系统内产生压差而增速。另一部分风经由导向板18的外表面流向叶片的受力板19，使增速聚能后的风推动受力板19，从而带动与其相连的发电机转子13用以发电。
本发明的工作原理是：
在装置内部气压与大气压为P0、空气密度为ρ时，航行中风以风速V0通过背压风管14，根据伯努利原理，压差增速发电装置的出口压力P1为：
由于有压流动，且经过喇叭状的进风聚能装置聚能，风经背压风管14产生的压差一级增速后，速度V1可由可压缩流体公式计算，式中R为气体常数、κ为绝热指数、T为当地温度：
同样地，在压差增速风机装置中，风经进风管道末端150°的出口吹向压差增速叶片12，一部分风经过压降壁板17处，使导向板内侧与受力板形成的空间内产生低压P2为：
由于有压流动，风经压差增速叶片12二级增速后，速度V2为：
风能转换可参考风轮风能转换关系式，式中CP为风能转换效率、P为风轮输出功率、R为风轮半径、A为风轮面积：
因此，船用风力压差增速发电装置对风进行了二次增速，显著提高了输出功率，从而提高发电效率。
相较于现有技术，船用风力压差增速发电装置可合理利用船舶的空间；装置可对最优风向的风聚能、增速，实现了风能的高效利用，增加了节能效益，并且增强了船舶的续航能力，节约了船舶运营成本。同时，压差增速风机装置装载于船舶机舱内部，可将原本机座高、质量大的风力发电机移至船舶底部，提高船舶稳性，使船舶能够既安全又高效利用风能。

Claims (10)

1.一种船用风力压差增速发电设备，包括在船舶上设置的自适应进风装置和在船舱内设置的压差风速风机装置，所述自适应进风装置包括进风支架，在进风支架的周向方向设置有多个进风口，在进风支架内设置有与进风口相配置的自适应进风接口，所述自适应进风接口与进风支架通过轴承活动连接，并通过步进电机驱动，在进风支架上设有传感器，所述传感器与步进电机通过控制器相连，所述自适应进风接口通过进风管道与压差风速风机装置的入口相连，所述压差风速风机装置包括风机外壳，在风机外壳内设有压差增速叶片，所述压差增速叶片的中心连接有转子，所述转子与发电装置的输入轴相连，其特征在于：所述压差增速叶片包括受力板，在每个受力板的外端部设置有导向板，所述导向板与受力板的端部形成一个压差管，所述压差管的入口与受力板的受力处相对应，在压差管的出口处设置有压降壁板，在压降壁板上设置有压降孔，所述压降孔与压差管相连通。
2.根据权利要求1所述的船用风力压差增速发电设备，其特征在于：在船舶甲板上设有与风机外壳相连的背压风管。
3.根据权利要求2所述的船用风力压差增速发电设备，其特征在于：所述压降孔与压差增速叶片的旋转方向相切。
4.根据权利要求2或3所述的船用风力压差增速发电设备，其特征在于：所述各个受力板为向内凹的曲面状，所述压差管的出口朝向受力板的内凹处。
5.根据权利要求1或2所述的船用风力压差增速发电设备，其特征在于：所述进风支架包括上支架和下支架，所述上支架安设在下支架上，所述下支架固设在船舶上，在上支架与下支架的中心设有安装腔，所述步进电机和自适应进风接口安设在安装腔内，在上支架与下支架之间沿周向方向设置有多个喇叭状进风口，各个进风口之间通过隔板隔开。
6.根据权利要求5所述的船用风力压差增速发电设备，其特征在于：所述进风支架的横截面形状为水滴状，进风支架的凸起部的外围为光滑的封闭曲面，构成发电装置保护位。
7.根据权利要求5所述的船用风力压差增速发电设备，其特征在于：所述自适应进风接口为一端封闭的圆管，在位于封闭端下方的侧壁上设有进风接口，其与喇叭状进风口相对应，其通过滚动轴承及滑动轴承装配再进风支架内，所述步进电机的输出轴与封闭端相连。
8.根据权利要求2所述的船用风力压差增速发电设备，其特征在于：所述背压风管的入口与风机外壳连接，末端为T型管，并朝向船舷两侧。
9.根据权利要求5所述的船用风力压差增速发电设备，其特征在于：所述上支架和下支架构成的进风口处的纵截面为双曲线母线构成的光滑曲面。
10.根据权利要求1或2所述的船用风力压差增速发电设备，其特征在于：所述进风口为三个以上。
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