一种基于反转差速水轮机的海底供电系统技术方案

一种基于反转差速水轮机的海底供电系统，包括水下航行器、无线充电及接驳装置、支架、重力基座、数据传输模块、组合反转式水轮机、行星齿轮机构、磁传动装置、静密封腔体和发电模块；本发明专利技术利用太阳轮与齿圈的转速差及行星轮的扭矩合成，实现了低转速高自启动性能的多叶片水轮机与高转速高效率的H型水轮机的组合，使得该装置同时具备低流速启动特性及高效发电特性。特性。特性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于反转差速水轮机的海底供电系统


[0001]本专利技术属于海底供电
，特别涉及一种基于反转差速水轮机的海底供电系统。

技术介绍

[0002]海洋尤其是深海的探索开发，依赖于海洋科学技术的发展。而任何海洋科学观点的产生、海洋学科的发展，都必须以可靠的观测数据为基础。水下自主航行器是新型的海洋环境移动观测设备，它拥有自主的动力和导航系统，可以装载各种传感器，对海洋环境进行动态、立体的观测。但是受到电池容量的限制，水下自主航行器的运行范围和工作时间很有限，需要船基回收站进行能量的补充，这大大限制了水下自主航行器的观测的范围，也极大的增加的观测成本。海洋浮标潜标也是一种重要的海洋观测设备，同样是由于电池容量的限制，其运行周期小于60天，不能长时间观测海洋数据。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于反转差速水轮机的海底供电系统，以解决海底观测设备不能连续长时间工作，限制了水下自主航行器的观测的范围，也极大的增加的观测成本的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种基于反转差速水轮机的海底供电系统，包括水下航行器、无线充电及接驳装置、支架、重力基座、数据传输模块、组合反转式水轮机、行星齿轮机构、磁传动装置、静密封腔体和发电模块；静密封腔体设置在重力基座上，发电模块设置在静密封腔体内部；支架的一端设置在静密封腔体的侧面，组合反转式水轮机的顶部连接支架的另一端，组合反转式水轮机的底部通过磁传动装置连接发电模块，行星齿轮机构设置在组合反转式水轮机的内部，用于力矩合成与传输；无线充电及接驳装置设置在支架上，且与发电模块连接，用于给水下航行器供电；数据传输模块连接支架，用于水下航行器的数据传输。
[0006]进一步的，组合反转式水轮机包括三叶片H型水轮机、阻力型多叶片水轮机和两叶片水轮机；三叶片H型水轮机位于阻力型多叶片水轮机的上方，两叶片水轮机设置在三叶片H型水轮机的内侧，两叶片水轮机和三叶片H型水轮机通过行星齿轮机构连接阻力型多叶片水轮机。
[0007]进一步的，三叶片H型水轮机通过上下两个端板固定，两个端板中心点之间设置有中心轴，两叶片水轮机设置在三叶片H型水轮机内侧的端板之间，两叶片水轮机的叶片为半圆叶片；两叶片水轮机的直径是三叶片H型水轮机的一半；阻力型多叶片水轮机通过上下两个端板固定，两个端板中心点之间设置有中心轴。
[0008]进一步的，行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮、外齿圈、齿轮传动杆和中心齿轮；太阳轮与三叶片H型水轮机的中心轴连接，外齿圈设置在三叶片H型水轮机的下端板中心处，外齿圈与阻力型多叶片水轮机的圆柱空腔连接，圆柱空腔连接阻力型多叶水轮机的上下两
个端板，太阳轮和外齿圈之间设置有若干行星轮，其中一个行星轮通过齿轮传动杆和中心齿轮啮合；中心齿轮位于阻力型多叶片水轮机下端板中心处。
[0009]进一步的，磁传动装置包括上磁传动装置和下磁传动装置，上磁传动装置和下磁传动装置均包括若干中心对称安装的永磁体，永磁体的充磁方式为厚度方向充磁，相邻永磁体的磁极安装方式相反；中心齿轮与上磁传动部件连接，上磁传动装置安装于组合反转式水轮机的下底面，下磁传动装置安装在静密封腔体内部，与发电模块连接。
[0010]进一步的，组合反转式水轮机的顶部通过磁悬浮支撑装置连接支架的另一端；磁悬浮支撑装置包括支撑装置外壳、外部被动式永磁磁悬浮轴承，内部被动式永磁磁悬浮轴承和陀尖装置；外部被动式永磁磁悬浮轴承嵌套于支撑装置外壳内部，内部被动式永磁磁悬浮轴承安装在陀尖的外部；外部被动式永磁磁悬浮轴承和内部被动式永磁磁悬浮轴承的充磁方式为辐射充磁，圆环的内部和外部分别具有不同的磁极，其中内环的外部和外环的内部具有相同的磁场；被动式永磁磁悬浮轴承的内环通过陀尖与组合反转式水轮机的中心轴端部相连，被动式永磁磁悬浮轴承的外环安装在支撑装置外壳从而和支架连接。
[0011]进一步的，支架上还设置有传感器系统，水下航行器通过传感器系统进行数据传输，与浮标传感器系统的数据一起通过浮标传输给指挥单元。
[0012]进一步的，数据传输模块包括浮标传感器系统、水下电缆和浮标；水下电缆的一端连接浮标，另一端连接传感器系统，浮标传感器系统设置在水下电缆上。
[0013]进一步的，浮标传感器系统包括轮式系统、传感器系统、控制系统及储能模块、无线充电系统和密封外壳；传感器系统和轮式系统设置在密封外壳外侧，轮式系统连接在水下电缆上，用于进行垂直移动；控制系统及储能模块、无线充电系统设置在密封壳体内部，无线充电系统连接控制系统及储能模块，控制系统及储能模块连接轮式系统。
[0014]进一步的，发电模块包括永磁发电机和储能系统；永磁发电机连接磁传动装置，储能系统连接永磁发电机；水下自主航行器包括水下自主航行器主体、无线充电装置和观测系统；无线充电装置安装在水下自主航行器主体的头部，观测系统安装在水下自主航行器主体上部。
[0015]与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：
[0016]本专利技术提出了一种基于反转组合水轮机的海底供电系统，这种深海观测系统由水下自主航行器，深海基站和浮标系统组成。深海基站利用深海海流能的给水下自主航行器和自身携带的传感器提供能量，不需要科考船长时间停靠来补充能源。通过无线充电的方式，为水下自主航行器持续提供能量。同时，反转组合水轮机兼具H型水轮机的高发电效率与多叶片阻力型水轮机的低流速高启动特性，两种水轮机通过行星齿轮装置组合，不仅实现了扭矩的合成，同时发电机的转速也比单独的阻力型水轮机转速高。
[0017]本专利技术利用太阳轮与齿圈的转速差及行星轮的扭矩合成，实现了低转速高自启动性能的多叶片水轮机与高转速高效率的H型水轮机的组合，使得该装置同时具备低流速启动特性及高效发电特性。同时基于行星齿轮的特点，将两个独立的转速不同水轮机的扭矩合成到行星轮上，实现单发电机发电且发电机的转速也得以提高。最终将此水轮机安装在水下监测单元中作为发电端。
附图说明
[0018]图1是系统总成图；
[0019]图2是发电单元与传动单元的局部透视图；
[0020]图3是组合反转式水轮机轴测透视图；
[0021]图4是组合反转式水轮机表面轴测图；
[0022]图5是行星齿轮机构内部示意图；
[0023]图6是磁悬浮支撑装置轴测透视图(左)与内部结构透视图(右)；
[0024]图7是上磁传动装置和下磁传动装置的俯视图；
[0025]图8是浮标传感器系统的结构示意图(左)及无线充电示意图(右)；
[0026]图9是水下自主航行器的轴测图；
[0027]图10是一种基于反转差速水轮机的海底供电系统的工作示意图。
具体实施方式
[0028]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于反转差速水轮机的海底供电系统，其特征在于，包括水下航行器(7)、无线充电及接驳装置(8)、支架(1)、重力基座(9)、数据传输模块、组合反转式水轮机(3)、行星齿轮机构(4)、磁传动装置(5)、静密封腔体(6)和发电模块；静密封腔体(6)设置在重力基座(9)上，发电模块设置在静密封腔体(6)内部；支架(1)的一端设置在静密封腔体(6)的侧面，组合反转式水轮机(3)的顶部连接支架(1)的另一端，组合反转式水轮机(3)的底部通过磁传动装置(5)连接发电模块，行星齿轮机构(4)设置在组合反转式水轮机(3)的内部，用于力矩合成与传输；无线充电及接驳装置(8)设置在支架(1)上，且与发电模块连接，用于给水下航行器(7)供电；数据传输模块连接支架(1)，用于水下航行器(7)的数据传输。2.根据权利要求1所述的一种基于反转差速水轮机的海底供电系统，其特征在于，组合反转式水轮机(3)包括三叶片H型水轮机(31)、阻力型多叶片水轮机(32)和两叶片水轮机(33)；三叶片H型水轮机(31)位于阻力型多叶片水轮机(32)的上方，两叶片水轮机(33)设置在三叶片H型水轮机(31)的内侧，两叶片水轮机(33)和三叶片H型水轮机(31)通过行星齿轮机构(4)连接阻力型多叶片水轮机(32)。3.根据权利要求2所述的一种基于反转差速水轮机的海底供电系统，其特征在于，三叶片H型水轮机(31)通过上下两个端板固定，两个端板中心点之间设置有中心轴，两叶片水轮机(33)设置在三叶片H型水轮机(31)内侧的端板之间，两叶片水轮机(33)的叶片为半圆叶片；两叶片水轮机(33)的直径是三叶片H型水轮机(31)的一半；阻力型多叶片水轮机(32)通过上下两个端板固定，两个端板中心点之间设置有中心轴。4.根据权利要求3所述的一种基于反转差速水轮机的海底供电系统，其特征在于，行星齿轮机构(4)包括太阳轮(41)、行星轮(42)、外齿圈(43)、齿轮传动杆(44)和中心齿轮(45)；太阳轮(41)与三叶片H型水轮机(31)的中心轴连接，外齿圈(43)设置在三叶片H型水轮机(31)的下端板中心处，外齿圈43与阻力型多叶片水轮机32的圆柱空腔连接，圆柱空腔连接阻力型多叶水轮机的上下两个端板，太阳轮(41)和外齿圈(43)之间设置有若干行星轮(42)，其中一个行星轮(42)通过齿轮传动杆(44)和中心齿轮(45)啮合；中心齿轮(45)位于阻力型多叶片水轮机(32)下端板中心处。5.根据权利要求4所述的一种基于反转差速水轮机的海底供电系统，其特征在于，磁传动装置(5)包括上磁传动装置(51)和下磁传动装置(52)，上磁传动装置(51)和下磁传动装置(52)均包括若干中心对称安装的永磁体，永磁体的充磁方式为厚度方向充磁，相邻永磁体的磁极安装方式相反；中心齿轮(45)与上...

【专利技术属性】
技术研发人员：李景银，陈云瑞，张大禹，周家逸，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：