船用叶轮发电系统技术方案

本实用新型专利技术的目的在于提供船用叶轮发电系统，包括主机、弹性联轴器、主机齿轮箱、螺旋桨外轴、螺旋桨，主机通过弹性联轴器连接主机齿轮箱，螺旋桨外轴与主机齿轮箱里的齿轮相连，螺旋桨安装在螺旋桨外轴的端部上，其特征是：还包括发电机、增速齿轮箱、叶轮内轴、叶轮，螺旋桨外轴为空心结构，叶轮内轴的中部位于螺旋桨外轴里，叶轮内轴的一端安装叶轮，叶轮内轴的另一端穿过主机齿轮箱并通过增速齿轮箱连接发电机，螺旋桨位于叶轮和主机齿轮箱之间。本实用新型专利技术将螺旋桨旋转损失的能量转化为电能，从而实现节能的目的。叶轮的存在会对螺旋桨产生有利干扰，改善前桨的推进性能，提高效率。

【技术实现步骤摘要】
船用叶轮发电系统
[0001 ] 本技术涉及的是一种发电装置，具体地说是船舶发电装置。
技术介绍
螺旋桨做旋转运动，在推动流体向后运动的同时使流体产生了旋转运动。推动流体向后运动是螺旋桨产生推力所必须的，而尾流的旋转运动完全是一种能量浪费。尾流旋转运动所消耗的能量通常能够达到主机功率的15%以上。 专利“一种船舶螺旋桨余能发电系统”(申请号:201210002310.8)通过在桨后方加装发电叶轮来回收螺旋桨后尾流能量实现能量回收的目的，该技术存在明显的不足，首先桨后巨大的水流主要为向后的轴向流，该轴向流是船舶产生动力所必须的，以回收该轴向流的能量为目标只能减弱船舶的所需的推力，从而影响船舶的航行性能。其次，发电机叶轮固定支架及传动机构置于船后水流中会增加额外阻力。 对于螺旋桨尾流旋转能量回收较为理想的装置为Grim叶轮，而Grim叶轮叶片分涡轮段和螺旋桨段，直径一般为前桨直径的1.15?1.3倍，直径很大，但叶片窄且薄，对材料强度要求太过苛刻，就目前的材料工艺水平而言还很难制造出理想的Grim叶轮。 在现今大力倡导节能减排的大的背景下，开发螺旋桨尾流旋转能量回收装置成为船舶节能的主要研究课题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供通过将螺旋桨尾流旋转能量转化为电能，从而实现对螺旋桨尾流旋转能量回收的节能目的的船用叶轮发电系统。 本技术的目的是这样实现的: 本技术船用叶轮发电系统，包括主机、弹性联轴器、主机齿轮箱、螺旋桨外轴、螺旋桨，主机通过弹性联轴器连接主机齿轮箱，螺旋桨外轴与主机齿轮箱里的齿轮相连，螺旋桨安装在螺旋桨外轴的端部上，其特征是:还包括发电机、增速齿轮箱、叶轮内轴、叶轮，螺旋桨外轴为空心结构，叶轮内轴的中部位于螺旋桨外轴里，叶轮内轴的一端安装叶轮，叶轮内轴的另一端穿过主机齿轮箱并通过增速齿轮箱连接发电机，螺旋桨位于叶轮和主机齿轮箱之间。 本技术还可以包括: 1、叶轮与螺旋桨间距为螺旋桨直径的0.15?0.3倍。 2、所述的叶轮包括涡轮段且不包括螺旋桨段。 3、所述的叶轮直径为6.8m,螺旋桨直径为7.2m,叶轮的叶片为6?12个。 本技术的优势在于:本技术将螺旋桨旋转损失的能量转化为电能，从而实现节能的目的。叶轮的存在会对螺旋桨产生有利干扰，改善前桨的推进性能，提高效率。传统Grim叶轮叶片分涡轮段和螺旋桨段，直径一般为前桨直径的1.15?1.3倍，直径很大，但叶片窄且薄，对材料强度要求太过苛刻，就目前的材料工艺水平而言还很难制造出理想的Grim叶轮。本技术叶轮仅有涡轮段，直径相比Grim叶轮而言明显减小，避免了材料强度不足的问题，拥有很好的应用前景。 【附图说明】 图1为本技术的结构示意图； 图2为尾流收缩示意图； 图3a为螺旋桨速度多角形，图3b为叶轮速度多角形。 【具体实施方式】 下面结合附图举例对本技术做更详细地描述: 结合图1?3，本技术的船用叶轮发电系统主要由螺旋桨推进装置、叶轮I和发电机9组成。桨轴由内外轴3、4组成，外轴4驱动前置螺旋桨2旋转，叶轮I通过内轴3驱动发电机9发电。前桨2与叶轮I轴向距离在0.15?0.3倍前桨2直径。 主机5通过短轴、弹性联轴器、齿轮箱6带动外轴4驱动螺旋桨2旋转，叶轮I在螺旋桨2旋转拖出的旋转尾涡的作用下旋转，并带动内轴3旋转从而驱动发电机9发电，从而实现了对螺旋桨2尾流旋转能量的回收，总体布置如图1所示。 与叶轮I直接相连的内轴3比外轴4略长，贯穿主减速齿轮箱6与发电机增速齿轮箱7相接，通过发电机短轴8驱动发电机9。叶轮I与前桨2间距D为前桨2直径Dp的 0.15?0.3倍，为了避免前桨2梢涡对叶轮I产生冲击，根据前桨2尾涡在叶轮I盘面处的收缩率来确定叶轮直径Dw，如图2所示。 图3给出了前置螺旋桨2和叶轮I在某半径处的速度三角形，其中r为后置叶轮I和前置螺旋桨2的无因次半径，图3 Ca)为前桨2速度多角形，图中η为前桨2转速，进速为船速\，其轴向和周向自身诱导速度分别为Uap和utp，后置叶轮I对前置螺旋桨2的轴向和周向诱导速度分别为Uapl和utpl ；VRP为前桨2半径r处叶元体实际来流速度；β 1、β分别代表水动力螺距角及进角。可知后置叶轮I对前桨2引起的诱导速度Uapl和Utpl与前桨2自身的诱导速度Uap和Utp方向相反，水动力性能得到了改善，前桨2增加的推力可弥补由于加装叶轮I所增加的阻力。 图3 (b)为后置叶轮I速度多角形，nL, Dff为叶轮I转速和直径，叶轮I进速为船速\，其轴向和周向自身诱导速度分别为Ual和utl，前桨2对后置叶轮I的轴向和周向诱导速度分别为Ualp和utlp ；VRL为叶轮I半径r处叶元体来流速度；β 1、β分别代表水动力螺距角及进角。可知，叶轮I自身周向诱导速度Utl与螺旋桨2的周向诱导速度Utlp方向相反，从而可以部分或全部抵消前置螺旋桨2尾流的旋转。从而实现能量回收的目的。 在最佳运行状态下，叶轮I转速一般为前桨2转速的0.3倍左右，对于Dp=7.2m转速为120rpm的货船实桨，相应的叶轮I直径Dw及转速分别可达6.8m和50rpm。为了使螺旋桨2尾涡的旋转能量能够被最大限度地回收，叶轮I 一般安装6?12个叶片，结构上与Grim叶轮相似，而Grim叶轮叶片分涡轮段和螺旋桨段，直径一般为前桨直径的1.15?1.3倍，直径很大，但叶片窄且薄，对材料强度要求太过苛刻，就目前的材料工艺水平而言还很难制造出理想的Grim叶轮。本文提出的叶轮I仅有涡轮段，直径相比Grim叶轮而言明显减小，避免了材料强度不足的问题，拥有很好的应用前景。 就本文提出的实例而言，发电机可采用2机异步发电机，电压240V，增速齿轮箱增速比取1:100，功率可达500KW，可供给船舶电量需求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
船用叶轮发电系统，包括主机、弹性联轴器、主机齿轮箱、螺旋桨外轴、螺旋桨，主机通过弹性联轴器连接主机齿轮箱，螺旋桨外轴与主机齿轮箱里的齿轮相连，螺旋桨安装在螺旋桨外轴的端部上，其特征是：还包括发电机、增速齿轮箱、叶轮内轴、叶轮，螺旋桨外轴为空心结构，叶轮内轴的中部位于螺旋桨外轴里，叶轮内轴的一端安装叶轮，叶轮内轴的另一端穿过主机齿轮箱并通过增速齿轮箱连接发电机，螺旋桨位于叶轮和主机齿轮箱之间。

【技术特征摘要】
1.船用叶轮发电系统，包括主机、弹性联轴器、主机齿轮箱、螺旋桨外轴、螺旋桨，主机通过弹性联轴器连接主机齿轮箱，螺旋桨外轴与主机齿轮箱里的齿轮相连，螺旋桨安装在螺旋桨外轴的端部上，其特征是:还包括发电机、增速齿轮箱、叶轮内轴、叶轮，螺旋桨外轴为空心结构，叶轮内轴的中部位于螺旋桨外轴里，叶轮内轴的一端安装叶轮，叶轮内轴的另一端穿过主机齿轮箱并通过增速齿轮箱连接发电机，螺旋桨位于叶轮和主机齿轮箱之间。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡安康，侯立勋，王超，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江;23