CN114233556A - 基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站及应用 - Google Patents

基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站及应用 Download PDF

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Abstract

基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站及应用，包括复合帆翼海流轮机和供电站；复合帆翼海流轮机连接到供电站；复合帆翼海流轮机包括轮机上圆盘、复合叶片、轮机下圆盘和轮机中心轴；轮机上圆盘和轮机下圆盘上下平行设置，且轮机上圆盘和轮机下圆盘的几何中心通过轮机中心轴连接；若干复合叶片等弧度设置在轮机上圆盘和轮机下圆盘边缘之间，形成圆柱状结构；本发明复合帆翼海流轮机的复合叶片由刚性曲线叶片和柔性帆翼叶片组成。柔性帆翼叶片安装在曲线复合叶片的凸面，在顺流方向张开，逆流方向上闭合，在柔性帆翼和曲线刚性复合叶片的共同作用下，产生正向力矩推动旋转，解决低流速启动问题。

Description

基于复合帆翼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，特别涉及基于复合帆翼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，所以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复合帆翼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：
基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站，包括复合帆翼海流轮机和供电站；复合帆翼海流轮机连接到供电站；
复合帆翼海流轮机包括轮机上圆盘、复合叶片、轮机下圆盘和轮机中心轴；轮机上圆盘和轮机下圆盘上下平行设置，且轮机上圆盘和轮机下圆盘的几何中心通过轮机中心轴连接；若干复合叶片等弧度设置在轮机上圆盘和轮机下圆盘边缘之间，形成圆柱状结构；
复合叶片为双层结构。
进一步的，复合叶片包括柔性薄膜和刚性曲线叶片；柔性薄膜设置在刚性曲线叶片的凸面曲面上。
进一步的，柔性薄膜为矩形薄膜，柔性薄膜的三个边通过密封条与刚性曲线叶片连接，柔性薄膜的开口侧在刚性曲线叶片形成口袋结构。
进一步的，刚性曲线叶片包括圆弧状长条形板和边缘柱，边缘柱沿圆弧状长条形板的边缘轴向设置。
进一步的，复合叶片的边缘柱位于圆柱状结构的内侧。
进一步的，复合叶片与轮机上圆盘和轮机下圆盘的安装关系为1.1<D1/D2<2，30°<α<120°，4<叶片数量<20；D1为复合叶片安装外径，D2为复合叶片安装内径，α为复合叶片曲线弦线与轮机上圆盘和轮机下圆盘中心同心圆的夹角。
进一步的，供电站包括充电站腔体、增速齿轮组、转轴、发电机和储能系统；增速齿轮组的一端设置在转轴上，另一端连接发电机，发电机连接储能系统；增速齿轮组、转轴、发电机和储能系统均设置在充电站腔体内。
进一步的，转轴与轮机中心轴连接；发电机通过电线连接储能系统。
进一步的，储能系统连接无线充电喇叭接口，无线充电喇叭接口设置在充电站腔体上；充电站腔体底部设置有海底支架。
进一步的，基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站的应用，用于海洋海流发电及水下航行器充电。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明复合帆翼海流轮机的复合叶片由刚性曲线叶片和柔性帆翼叶片组成。柔性帆翼叶片安装在曲线复合叶片的凸面，在顺流方向张开，逆流方向上闭合，在柔性帆翼和曲线刚性复合叶片的共同作用下，产生正向力矩推动旋转，解决低流速启动问题。
本发明口袋结构的复合叶片，正对水流的复合叶片的柔性薄膜张开，增加动力，逆水流的阻力面的复合叶片的柔性薄膜闭合，增加动力，从而增加海流轮机的能量转化效率。
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1一种基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站主视图；
图2一种基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站轴测图；
图3一种基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站腔体轴测图；
图4复合叶片轴测图(张开状态)；
图5复合叶片俯视图(张开状态)；
图6复合叶片轴测图(闭合状态)；
图7复合叶片俯视图(闭合状态)；
图8一种基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站A-A横截面；
图9一种基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站A-A横截面(摆动示意图)。
其中：1轮机上圆盘，2复合叶片，3轮机下圆盘，4轮机中心轴，5充电站腔体外壁，6增速齿轮组，7发电机，8电线，9蓄能系统，10海底支架，11无线充电喇叭口。
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9，基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站，包括复合帆翼海流轮机和供电站；复合帆翼海流轮机连接到供电站；
复合帆翼海流轮机包括轮机上圆盘1、复合叶片2、轮机下圆盘3和轮机中心轴4；轮机上圆盘1和轮机下圆盘3上下平行设置，且轮机上圆盘1和轮机下圆盘3的几何中心通过轮机中心轴4连接；若干复合叶片2等弧度设置在轮机上圆盘1和轮机下圆盘3边缘之间，形成圆柱状结构；
复合叶片2为双层结构。
复合叶片2包括柔性薄膜21和刚性曲线叶片23；柔性薄膜21设置在刚性曲线叶片23的凸面曲面上。
图1与图2分别为一种基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站的主视图和轴测图。
如图1，图2所示海洋充电站由轮机上圆盘1，复合叶片2，轮机下圆盘3，轮机中心轴4，充电站腔体外壁5，增速齿轮组6，发电机7，电线8，蓄能系统9，海底支架10，无线充电喇叭口11组成。
所述复合叶片2固定安装在轮机上圆盘1和轮机下圆盘3之间，且复合叶片2在上下圆盘之间均匀分布。轮机上圆盘1和轮机下圆盘3的中心与轮机中心轴4通过法兰盘等方式连接。由上圆盘1，复合叶片2，轮机下圆盘3，轮机中心轴4所组成的轮机整体通过轮机中心轴4安装于充电站腔体外壁5之上。同时轮机中心轴4向充电站腔体5传递力矩。海底支架10与充电站腔体外壁5下部配合固定，海底安装支架安装在海底或是河床，从而固定海底供电站整体。
图3为一种基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站腔体轴测图，如图所示，充电站腔体外壁5是由一个上底面和侧面有开孔的圆柱体壳体组成。其中上底面的孔连接着轮机中心轴4，侧面的孔连接无线充电喇叭口11。轮机中心轴4与增速齿轮组6的低速大齿轮连接，发电机7的一端与增速齿轮组6的高速小齿轮一端连接。电线8分别连接发电机7和蓄能系统9，蓄能系统9和无线充电喇叭口11，从而实现能量从发电机7转移到无线充电喇叭口11，进而实现无人潜航器的水下充电。
图4和图5分别为复合叶片2的轴测图和俯视图，所述复合叶片2由柔性薄膜21，密封条22，刚性曲线叶片23组成。刚性曲线叶片23的一侧存在一个圆柱凸起。在刚性曲线叶片23的凸面，存在3边密封条22，通过3边密封条22，柔性薄膜21的三边被固定在刚性曲线叶片23的凸面，其中未被固定的一端为柔性薄膜21，其开口程度与叶片相对水流位置相关。
图4和图5分别为柔性薄膜21张开时复合叶片2的轴测图和俯视图，图6和图7分别为柔性薄膜21闭合时复合叶片2的轴测图和俯视图。
图8和图9为图1的A-A横截面，如图8所示，复合叶片2通过自身的圆柱凸起结构与轮机上圆盘1和轮机下圆盘3配合固定。复合叶片2均匀的安转在轮机上圆盘1和轮机下圆盘3。D1为复合叶片2安装外径，D2为复合叶片2安装内径，α为轮机复合叶片4曲线弦线与轮机上圆盘1和轮机下圆盘3中心同心圆的夹角。复合叶片2与轮机上圆盘1和轮机下圆盘3的安装关系为1.1<D1/D2<2，30°<α<120°，4<复合叶片2数量<20。如图9所示，假设来流方向为自左向右，轮机的旋转方向为逆时针。此时动力面(下半圆周)的复合叶片2的柔性薄膜21张开，形成图4和图5的状态，增加动力。阻力面的复合叶片2的柔性薄膜21闭合，形成图6和图7的状态，增加动力，从而增加海流轮机的能量转化效率。

Claims (10)

1.基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站，其特征在于，包括复合帆翼海流轮机和供电站；复合帆翼海流轮机连接到供电站；
复合帆翼海流轮机包括轮机上圆盘(1)、复合叶片(2)、轮机下圆盘(3)和轮机中心轴(4)；轮机上圆盘(1)和轮机下圆盘(3)上下平行设置，且轮机上圆盘(1)和轮机下圆盘(3)的几何中心通过轮机中心轴(4)连接；若干复合叶片(2)等弧度设置在轮机上圆盘(1)和轮机下圆盘(3)边缘之间，形成圆柱状结构；
复合叶片(2)为双层结构。
2.根据权利要求1所述的基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站，其特征在于，复合叶片(2)包括柔性薄膜(21)和刚性曲线叶片(23)；柔性薄膜(21)设置在刚性曲线叶片(23)的凸面曲面上。
3.根据权利要求2所述的基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站，其特征在于，柔性薄膜(21)为矩形薄膜，柔性薄膜(21)的三个边通过密封条(22)与刚性曲线叶片(23)连接，柔性薄膜(21)的开口侧在刚性曲线叶片(23)形成口袋结构。
4.根据权利要求2所述的基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站，其特征在于，刚性曲线叶片(23)包括圆弧状长条形板和边缘柱，边缘柱沿圆弧状长条形板的边缘轴向设置。
5.根据权利要求4所述的基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站，其特征在于，复合叶片(2)的边缘柱位于圆柱状结构的内侧。
6.根据权利要求1所述的基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站，其特征在于，复合叶片(2)与轮机上圆盘(1)和轮机下圆盘(3)的安装关系为1.1<D1/D2<2，30°<α<120°，4<叶片数量<20；D1为复合叶片(2)安装外径，D2为复合叶片(2)安装内径，α为复合叶片(2)曲线弦线与轮机上圆盘(1)和轮机下圆盘(3)中心同心圆的夹角。
7.根据权利要求1所述的基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站，其特征在于，供电站包括充电站腔体(5)、增速齿轮组(6)、转轴、发电机(7)和储能系统(9)；增速齿轮组(6)的一端设置在转轴上，另一端连接发电机(7)，发电机(7)连接储能系统(9)；增速齿轮组(6)、转轴、发电机(7)和储能系统(9)均设置在充电站腔体(5)内。
8.根据权利要求7所述的基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站，其特征在于，转轴与轮机中心轴(4)连接；发电机(7)通过电线(8)连接储能系统(9)。
9.根据权利要求7所述的基于复合帆翼海流轮机的海洋供电站，其特征在于，储能系统(9)连接无线充电喇叭接口(11)，无线充电喇叭接口(11)设置在充电站腔体(5)上；充电站腔体(5)底部设置有海底支架(10)。
10.基于复合帆翼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复合帆翼海流轮机的海洋供电站，用于海洋海流发电及水下航行器充电。
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