CN104061112A - 轮缘发电喷水推进器 - Google Patents

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CN201410234151.3A
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胡安康
侯立勋
王超
韩凤磊
汪春辉
杨放青
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Harbin Engineering University
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Harbin Engineering University
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Abstract

本发明的目的在于提供轮缘发电喷水推进器，包括进流管道、发电机、叶轮、水泵，水泵设置在进流管道里，发电机安装在进流管道外壳上，与发电机相连的叶轮设置在进流管道里，各叶轮内端部均连接叶轮中心毂，在进流方向上，叶轮和叶轮中心毂设置在水泵后方。本发明可为船舶的正常运转提供额外的电能。此外，叶轮的存在可对前置水泵产生有利的干扰，改善其推进性能，提高效率。在现如今节能减排的大背景下，该发电***具有很好的实际应用前景。

Description

轮缘发电喷水推进器
技术领域
本发明涉及的是一种船舶装置，具体地说是船舶发电装置。
背景技术
喷水推进器水泵做旋转运动，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推进器产生推力所必须的，而尾流的旋转运动完全是一种能量浪费。
专利“一种船舶螺旋桨余能发电***”(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，该发明存在明显的不足，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。
喷水推进器通常通过在水泵后方加装定子来消除水泵产生的尾旋流，但效果并不是特别显著。在现今大力倡导节能减排的大的背景下，开发用于回收喷水推进器水泵尾流旋转能量的装置成为船舶节能的主要研究课题。
发明内容
本发明的目的在于提供实现尾流旋转能量转化为电能的轮缘发电喷水推进器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明轮缘发电喷水推进器，其特征是：包括进流管道、发电机、叶轮、水泵，水泵设置在进流管道里，发电机安装在进流管道外壳上，与发电机相连的叶轮设置在进流管道里，各叶轮内端部均连接叶轮中心毂，在进流方向上，叶轮和叶轮中心毂设置在水泵后方。
本发明还可以包括：
1、所述的发电机包括轮缘发电机或环形发电机。
2、所述的发电机包括叶轮外环、静环、永久磁体阵列，叶轮外环、静环、永久磁体阵列均为环形结构，永久磁体阵列固定在叶轮外环外侧，静环设置在永久磁体阵列外部，静环与进流管道外壳相连，各叶轮外端部均与叶轮外环相连，永久磁体阵列设置成海尔贝克筒。
3、水泵与叶轮距离为0.15±0.01倍船舶前桨直径。
本发明的优势在于：本发明可为船舶的正常运转提供额外的电能。此外，叶轮的存在可对前置水泵产生有利的干扰，改善其推进性能，提高效率。在现如今节能减排的大背景下，该发电***具有很好的实际应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的轮缘发电机结构示意图；
图3为本发明的轮缘发电机局部示意图；
图4为水泵速度多角形；
图5为发电机叶轮速度多角形。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1～5，本发明采用轮缘发电机或环形发电机代替常规喷水推进器的后置定子。轮缘发电机同喷水推进器外壳固定安装，通过前置水泵旋转产生的尾旋流驱动轮缘发电机的叶片，从而带动发电机发电，可为船舶的正常运转提供额外的电能。前置水泵与发电机叶轮距离为0.15倍前桨直径左右。
图1给出了该***装置的总体布置。该装置由叶轮中心毂1、轮缘发电机或环形发电机2、进流管道3、水泵4以及叶轮5等组成。叶轮5各个叶片沿周向均匀分布并固定连接在叶轮中心毂1上，外部与涡轮发电机连接。
图2给出了轮缘发电机整体正视图，图3为图2发电机轮缘局部放大图，叶轮5各个叶片直接与叶轮外环6相连，永久磁体阵列7位于外环6上。磁体围绕叶轮的周向并且沿着叶轮外环6大致均匀分布。磁体阵列被设置成海尔贝克筒，即具有在外环外部的磁场。静环8固定安装在轮缘发电机的环形外壳上，与外环6严格对准。
图4和图5分别给出了前置水泵4和发电机叶轮在某半径处的速度多角形，其中r为后置叶轮和前置螺旋桨的无因次半径，图4中n为前桨转速，进速为船速Vp，其轴向和周向自身诱导速度分别为uap和utp，后置叶轮对水泵4的轴向和周向诱导速度分别为uapl和utpl；VRP为水泵4半径r处叶元体实际来流速度；βi、β分别代表水动力螺距角及进角。可知后置叶轮对前桨引起的诱导速度uapl和utpl与前桨自身的诱导速度uap和utp方向相反，水动力性能得到了改善，前桨增加的推力可弥补由发电机叶轮所增加的阻力。
图5为发电机叶轮速度多角形，nL、DW为叶轮转速和直径，叶轮进速为船速Vp，其轴向和周向自身诱导速度分别为ual和utl，前桨对后置叶轮的轴向和周向诱导速度分别为ualp和utlp；VRL为叶轮半径r处叶元体来流速度；βi、β分别代表水动力螺距角及进角。可知，叶轮自身周向诱导速度utl与螺旋桨的周向诱导速度utlp方向相反，从而可以部分或全部抵消前置螺旋桨尾流的旋转。从而实现能量回收的目的。

Claims (4)

1.轮缘发电喷水推进器，其特征是：包括进流管道、发电机、叶轮、水泵，水泵设置在进流管道里，发电机安装在进流管道外壳上，与发电机相连的叶轮设置在进流管道里，各叶轮内端部均连接叶轮中心毂，在进流方向上，叶轮和叶轮中心毂设置在水泵后方。
2.根据权利要求1所述的轮缘发电喷水推进器，其特征是：所述的发电机包括轮缘发电机或环形发电机。
3.根据权利要求1所述的轮缘发电喷水推进器，其特征是：所述的发电机包括叶轮外环、静环、永久磁体阵列，叶轮外环、静环、永久磁体阵列均为环形结构，永久磁体阵列固定在叶轮外环外侧，静环设置在永久磁体阵列外部，静环与进流管道外壳相连，各叶轮外端部均与叶轮外环相连，永久磁体阵列设置成海尔贝克筒。
4.根据权利要求1-3任一所述的轮缘发电喷水推进器，其特征是：水泵与叶轮距离为0.15±0.01倍船舶前桨直径。
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