CN114233554A - 基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站及应用 - Google Patents

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Abstract

基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站及应用，包括储能供电模块、发电模块、对转螺旋叶片和展臂；储能供电模块连接展臂，展臂延伸出若干个支撑臂，每个支撑臂上均设置有发电模块，每个发电模块上均设置有对转螺旋叶片。本发明设置多组对转螺旋叶片，适应低速启动，对转螺旋叶片旋转方向相反，不但会直接增加水动力效率，也会给发电模块提供相反的旋转方向，从而形成更高的切割磁感线线速度，达到更高的电机转换效率。

Description

基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站及应用
技术领域
本发明属于海流轮机技术领域，特别涉及基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站及应用。
背景技术
随着人类对于海洋探索的需求的不断增加，出现了由深海声纳无人潜航器组成的深海观测网，现阶段的深海观测网主要是以陆基供电，船基供电为主的，但是陆基供电面临着高昂的铺设维修费用，同时船基供电也要面临高昂的维护费用。在水下攻防体系中，以陆基供电为主的深海监测网，同样面临着主电网破坏后系统面临瘫痪的风险。
利用深海海流能的水下供电站可以很好的解决这一问题，所以这类充电站有着很广阔的应用前景。
但是深海的流速较低，其流速在0.1m/s-0.5m/s之间，此类供电站采用的海流轮机需要解决低速启动问题。根据行业报告显示升力型水平轴海流轮机，并没有办法很好的解决这样的一个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站及应用，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站，包括储能供电模块、发电模块、对转螺旋叶片和展臂；储能供电模块连接展臂，展臂延伸出若干个支撑臂，每个支撑臂上均设置有发电模块，每个发电模块上均设置有对转螺旋叶片。
进一步的，对转螺旋叶片为两个水平对称设置的旋转方向相反的螺旋叶片。
进一步的，发电模块包括发电机腔体和双转子发电机，双转子发电机设置在发电机腔体内。
进一步的，对转螺旋叶片通过联轴器对称连接在双转子发电机两侧。
进一步的，，储能供电模块包括蓄能装置和主腔体；蓄能装置设置在主腔体内，所有双转子发电机均通过电线连接到蓄能装置。
进一步的，主腔体上设置有喇叭型无线充电装置，喇叭型无线充电装置连接蓄能装置。
进一步的，主腔体底部设置有海底支架。
进一步的，各个发电模块上的对转螺旋叶片互相平行设置。
进一步的，对转螺旋叶片的中心轴为z轴，xy平面垂直于z轴，螺旋叶片的放样方程为
x＝r cosθ
y＝r sinθ
Figure BDA0003418778450000021
其中r0为螺旋叶片半径，θ和r为方程参数，其范围分别是0＜r＜r0；0＜θ＜2π，b为间距常数，k为曲率常数，k的范围为0.2＜k＜1；当k为0时螺旋叶片在zx平面投影为直线段，当k＝1时螺旋叶片在zx平面投影为半圆形。
进一步的，基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站的应用，用于海底发电及海底无线充电。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明设置多组对转螺旋叶片，适应低速启动，对转螺旋叶片旋转方向相反，不但会直接增加水动力效率，也会给发电模块提供相反的旋转方向，从而形成更高的切割磁感线线速度，达到更高的电机转换效率。
本发明使用双转子发电机，单位时间内发电效率更高。
本发明发电装置和储能装置连接，进而连接无线充电装置，实现海底发电充电。
附图说明
图1一种基于螺旋叶片海流轮机的海洋供电站轴测图
图2一种基于螺旋叶片海流轮机的海洋供电站主视图
图3一种基于螺旋叶片海流轮机的海洋供电站透明轴测图
图4对转螺旋俯视图
图5来流方向与转轴平行对转螺旋来流图
图6来流方向与转轴垂直对转螺旋来流图。
1对转螺旋叶片；2发电机腔体；3双转子发电机；4电线；5展臂；6主腔体；7蓄能装置；8喇叭型无线充电装置；9海底支架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图6，图1和图2分别为一种基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站的轴测图和主视图，如图1所示一种基于螺旋叶片海流轮机的海洋供电站由以下部件组成：对转螺旋叶片1；发电机腔体2；双转子发电机3；电线4；展臂5；主腔体6；蓄能装置7；喇叭型无线充电装置8；海底支架9；
基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站，包括储能供电模块、发电模块、对转螺旋叶片1和展臂5；储能供电模块连接展臂5，展臂5延伸出若干个支撑臂，每个支撑臂上均设置有发电模块，每个发电模块上均设置有对转螺旋叶片1。
对转螺旋叶片1为两个水平对称设置的旋转方向相反的螺旋叶片。
发电模块包括发电机腔体2和双转子发电机3，双转子发电机3设置在发电机腔体2内。
储能供电模块包括蓄能装置7和主腔体6；蓄能装置7设置在主腔体6内，所有双转子发电机3均通过电线4连接到蓄能装置7。
图3为一种基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站的透视轴测图。对转螺旋叶片1通过联轴器，轴承等装置与双转子发电机3连接，双转子发电机3安装在发电机腔体2内。发电机腔体2通过展臂5连接到主腔体6上。电线4安装在展臂5和主腔体6内，连接双转子发电机3和蓄能装置7，使得双转子发电机3的电能得以传递到蓄能装置7。其中蓄能装置7安装在主腔体6内。喇叭型无线充电装置8安装在主腔体6的一侧。喇叭型无线充电装置8与蓄能装置7通过电线4相连。
图4为对转螺旋俯视图。本发明的螺旋设计如下所示：以对转螺旋叶片1的中心轴为z轴，xy平面垂直于z轴，螺旋叶片的放样方程为
x＝r cosθ
y＝r sinθ
Figure BDA0003418778450000041
其中r0为螺旋叶片半径，θ和r为方程参数，其范围分别是0＜r＜r0；0＜θ＜2π，b为间距常数，k为曲率常数，本发明k的范围为0.2＜k＜1。如图1所示当k为0时螺旋叶片在zx平面投影为直线段，当k＝1时螺旋叶片在zx平面投影为半圆形。
图5和图6来流示意图，其中图5的来流方向为水流与转轴平行的工况，图6的来流方向为水流与转轴垂直的工况。当k＞0时，螺旋叶片顺流面和逆流面的形状不同，会在水流的作用下产生反向力矩，从而可以利用与转轴方向平行的水流，而常规的k＝0的螺旋不能利用平行转轴方向的水流。
在任何来流条件下，对转螺旋叶片1旋转方向相反，不但会直接增加水动力效率，也会给双转子发电机2提供相反的旋转方向，从而形成更高的切割磁感线线速度，达到更高的电机转换效率。

Claims (10)

1.基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站，其特征在于，包括储能供电模块、发电模块、对转螺旋叶片(1)和展臂(5)；储能供电模块连接展臂(5)，展臂(5)延伸出若干个支撑臂，每个支撑臂上均设置有发电模块，每个发电模块上均设置有对转螺旋叶片(1)。
2.根据权利要求1所述的基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站，其特征在于，对转螺旋叶片(1)为两个水平对称设置的旋转方向相反的螺旋叶片。
3.根据权利要求1所述的基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站，其特征在于，发电模块包括发电机腔体(2)和双转子发电机(3)，双转子发电机(3)设置在发电机腔体(2)内。
4.根据权利要求3所述的基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站，其特征在于，对转螺旋叶片(1)通过联轴器对称连接在双转子发电机(3)两侧。
5.根据权利要求3所述的基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站，其特征在于，储能供电模块包括蓄能装置(7)和主腔体(6)；蓄能装置(7)设置在主腔体(6)内，所有双转子发电机(3)均通过电线(4)连接到蓄能装置(7)。
6.根据权利要求5所述的基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站，其特征在于，主腔体(6)上设置有喇叭型无线充电装置(8)，喇叭型无线充电装置(8)连接蓄能装置(7)。
7.根据权利要求5所述的基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站，其特征在于，主腔体(6)底部设置有海底支架(9)。
8.根据权利要求1所述的基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站，其特征在于，各个发电模块上的对转螺旋叶片(1)互相平行设置。
9.根据权利要求1所述的基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站，其特征在于，对转螺旋叶片(1)的中心轴为z轴，xy平面垂直于z轴，螺旋叶片的放样方程为x＝r cosθ
y＝r sinθ
Figure FDA0003418778440000021
其中r0为螺旋叶片半径，θ和r为方程参数，其范围分别是0＜r＜r0；0＜θ＜2π，b为间距常数，k为曲率常数，k的范围为0.2＜k＜1；当k为0时螺旋叶片在zx平面投影为直线段，当k＝1时螺旋叶片在zx平面投影为半圆形。
10.基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站的应用，其特征在于，基于权利要求1至9任意一项所述的基于对转螺旋叶片海流轮机的海洋供电站，用于海底发电及海底无线充电。
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