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1、(10)申请公布号 CN 103939262 A (43)申请公布日 2014.07.23 CN 103939262 A (21)申请号 201410148171.9 (22)申请日 2014.04.14 F03B 13/00(2006.01) F03B 3/12(2006.01) H02K 7/18(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工程大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通 大街 145 号哈尔滨工程大学科技处知 识产权办公室 (72)发明人 胡安康 侯立勋 王超 黄胜 胡建 常欣 于凯 韩凤磊 汪春辉 (54) 发明名称 船用叶轮发电系统 (57) 摘要 本发明的目的。
2、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。本发明将螺旋桨 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。 (51。
3、)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103939262 A CN 103939262 A 1/1 页 2 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。
4、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 所述的船用叶轮发电系统， 其特征是 ： 叶轮与螺旋桨间距为螺旋桨 直径的 0.15 0.3 倍。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的船用叶轮发电系统， 其特征是 ： 所述的叶轮包括涡轮段 且不包括螺旋桨段。 4.根据权利要求1或2所述的船用叶轮发电系统， 其特征是 ： 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。 5.根据权利要求3所述的船用叶轮发电系统， 其特征是 ： 所述的叶轮直径为6.8m， 螺旋 桨直径为 7.2。
5、m， 叶轮的叶片为 6 12 个。 权 利 要 求 书 CN 103939262 A 2 1/3 页 3 船用叶轮发电系统 技术领域 0001 本发明涉及的是一种发电装置， 具体地说是船舶发电装置。 背景技术 0002 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。 0003 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。
6、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。 0004 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。 0005 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。
7、量回收装置成为 船舶节能的主要研究课题。 发明内容 0006 本发明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。 0007 本发明的目的是这样实现的 ： 0008 本发明船用叶轮发电系统， 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。
8、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。 0009 本发明还可以包括 ： 0010 1、 叶轮与螺旋桨间距为螺旋桨直径的 0.15 0.3 倍。 0011 2、 所述的叶轮包括涡轮段且不包括螺旋桨段。 0012 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。 0013 本发明的优势在于 ： 本发明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1.151.3倍， 。
9、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 说 明 书 CN 103939262 A 3 2/3 页 4 轮。本发明叶轮仅有涡轮段， 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 0014 图 1 为本发明的结构示意图 ； 0015 图 2 为尾流收缩示意图 ； 0016 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 0017 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述 ： 0018 结合图 1 3， 本发明的船用叶轮发电系统主要由螺旋桨推进装。
10、置、 叶轮 1 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 1 通过内轴 3 驱动 发电机 9 发电。前桨 2 与叶轮 1 轴向距离在 0.15 0.3 倍前桨 2 直径。 0019 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 1 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。 0020 与叶轮 1 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。
11、速齿 轮箱 7 相接， 通过发电机短轴 8 驱动发电机 9。叶轮 1 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 1 产生冲击， 根据前桨 2 尾涡在叶轮 1 盘面处的 收缩率来确定叶轮直径 DW， 如图 2 所示。 0021 图3给出了前置螺旋桨2和叶轮1在某半径处的速度三角形， 其中r为后置叶轮1 和前置螺旋桨 2 的无因次半径， 图 3（a） 为前桨 2 速度多角形， 图中 n 为前桨 2 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 1 对前置螺旋桨 2 的轴向 和周向诱导速度分别为。
12、 uapl和 utpl； VRP 为前桨 2 半径 r 处叶元体实际来流速度 ； i、 分 别代表水动力螺距角及进角。可知后置叶轮 1 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 1 所增加的阻力。 0022 图 3（b） 为后置叶轮 1 速度多角形， nL、 DW为叶轮 1 转速和直径， 叶轮 1 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 2 对后置叶轮 1 的轴向和周向诱导 速度分别为 ualp和 utlp； VRL 为叶轮 1。
13、 半径 r 处叶元体来流速度 ； i、 分别代表水动力螺 距角及进角。 可知， 叶轮1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。 0023 在最佳运行状态下， 叶轮 1 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 1 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 1 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。
14、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 1 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。 说 明 书 CN 103939262 A 4 3/3 页 5 0024 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。 说 明 书 CN 103939262 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103939262 A 6 2/2 页 7 图 3a 图 3b 说 明 书 附 图 CN 103939262 A 7 。