基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)：包括光伏電池板、光伏蓄電池組、溫差驅(qū)動(dòng)渦輪、溫差發(fā)電機(jī)、磁流體推進(jìn)控制中心、磁流體推進(jìn)器；光伏太陽能板經(jīng)過光伏充放電控制器與光伏蓄電池組相連；光伏蓄電池組分別與磁流體推進(jìn)控制中心和溫差發(fā)電機(jī)相連；充放電蓄電池組分別與抽水泵和溫差發(fā)電機(jī)相連，溫差發(fā)電機(jī)還分別與磁流體推進(jìn)控制中心和溫差驅(qū)動(dòng)渦輪連接；磁流體推進(jìn)控制中心還分別與磁流體推進(jìn)器、北斗定位系統(tǒng)以及水文信息采集傳感器連接。本海洋浮體新能源動(dòng)力定位系統(tǒng)采用溫差能和太陽能作為主要能源、采用磁流體推進(jìn)技術(shù)作為定位手段具有維護(hù)成本低、操縱靈活、噪聲低、不受作業(yè)水深限制等優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】
基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋浮體位置與方向動(dòng)力定位系統(tǒng)，特別是涉及一種基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]溫差發(fā)電技術(shù)是一種利用海洋表面與深層之間所蘊(yùn)藏的巨大的溫差能來進(jìn)行發(fā)電的新型能源技術(shù)。由于溫差能來源于太陽輻射，溫差能又是一種取之不盡用之不竭的可再生清潔能源。將溫差發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于海洋浮體位置與方向動(dòng)力定位系統(tǒng)的能源供給，可以很好地解決海洋浮體的動(dòng)力來源和日常維護(hù)問題，從而大幅降低海洋浮體的維護(hù)和使用成本。
[0003]溫差發(fā)電技術(shù)采用低沸點(diǎn)工作流體作為循環(huán)工質(zhì)，在朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上，用高溫?zé)嵩醇訜岵⒄舭l(fā)循環(huán)工質(zhì)產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)葉輪發(fā)電的技術(shù)，其主要構(gòu)件包括蒸發(fā)器、冷凝器、渦輪機(jī)以及工作流體栗。通過高溫?zé)嵩醇訜嵴舭l(fā)器內(nèi)的工作介質(zhì)使其蒸發(fā)，蒸發(fā)后的工作介質(zhì)在渦輪機(jī)內(nèi)絕熱膨脹，推動(dòng)渦輪機(jī)的葉片而達(dá)到發(fā)電的目的，發(fā)電后的工作介質(zhì)蒸汽被導(dǎo)入冷凝器，并將其熱量傳給低溫?zé)嵩?，因而被冷卻，然后經(jīng)循環(huán)栗送入蒸發(fā)器，形成一個(gè)循環(huán)。傳統(tǒng)溫差發(fā)電技術(shù)選用低沸點(diǎn)的工質(zhì)來作為蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，以海洋表面海水為熱源，深層海水為冷源。雖然冷熱源的來源廣泛，但是由于海水熱容大的原因使得熱源的溫度不是很高，使得低沸點(diǎn)工質(zhì)受熱蒸發(fā)后形成的蒸汽壓力較低，限制了自身的能量轉(zhuǎn)換，降低了蒸汽推動(dòng)渦輪做功的效率，在一定程度上限制了溫差發(fā)電向著大功率的方向發(fā)展。
[0004]磁流體推進(jìn)器是在其海水噴出通道內(nèi)將海水作為導(dǎo)電體，利用勵(lì)磁線圈在通道內(nèi)形成磁場(chǎng)，通過電極向海水導(dǎo)電。當(dāng)海水進(jìn)入通道經(jīng)過電極電壓作用形成電流時(shí)，海水成為載流體，載流海水在垂直于它的磁場(chǎng)中受到力的作用，力的方向與海水在通道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)一致，形成一種方向一致的水動(dòng)力，這一水動(dòng)力作用于推進(jìn)器上則使推進(jìn)器受到反作用力一一即推進(jìn)力，使推進(jìn)器向與海水運(yùn)動(dòng)相反的方向運(yùn)動(dòng)。磁流體推進(jìn)利用了電磁力原理，其力的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流大小有關(guān)。因?yàn)槿虿煌赜虻暮Ｋ膶?dǎo)電能力相近，所以電流大小即與兩電極之間的電勢(shì)差成正比。由于磁流體推進(jìn)器內(nèi)的磁場(chǎng)由勵(lì)磁線圈產(chǎn)生，因而通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈的電流與兩電極之間的電勢(shì)差即可對(duì)推進(jìn)力進(jìn)行精確的調(diào)控。由此可知，與傳統(tǒng)的動(dòng)力定位裝置相比，在浮式海洋工程裝備中使用磁流體推進(jìn)器作為其軌跡與姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)將可以達(dá)到精準(zhǔn)控制、靈活操縱等目的。又因?yàn)樗{(diào)節(jié)的物理量均為電信號(hào)，所以所有的調(diào)節(jié)工作均可以由事先設(shè)定好的程序來執(zhí)行，從而大大的提高調(diào)節(jié)的速率與推進(jìn)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。
[0005]現(xiàn)有海洋浮體(海洋環(huán)境觀測(cè)浮筒、艦船、海洋平臺(tái)等海洋工程浮式結(jié)構(gòu)物)錨泊定位系泊系統(tǒng)常用錨及錨鏈、錨纜將浮體系留于海上，限制由于海洋環(huán)境外力的作用而引起浮體的漂移，使其維持在預(yù)定位置上。然而，隨著水深的增加，錨泊系統(tǒng)的抓底力減小，拋錨的困難程度增加，同時(shí)錨泊系統(tǒng)的錨鏈長(zhǎng)度和強(qiáng)度都要增加，進(jìn)而系留線(錨鏈、系纜等)重量劇增，海上布鏈作業(yè)也變得復(fù)雜，系泊錨鏈的造價(jià)和安裝費(fèi)用猛增，其定位能力也受到很大的限制。
[0006]傳統(tǒng)的動(dòng)力定位系統(tǒng)采用螺旋槳推進(jìn)，這類動(dòng)力定位系統(tǒng)通過不斷檢測(cè)出被定位浮體的實(shí)際位置與目標(biāo)位置的偏差，再根據(jù)風(fēng)、浪、流等外界擾動(dòng)力的影響計(jì)算出使該被定位浮體恢復(fù)到目標(biāo)位置所需推力的大小，并對(duì)作用在浮體上各推進(jìn)器進(jìn)行推力分配，使各推進(jìn)器產(chǎn)生相應(yīng)的推力，從而使浮體盡可能地保持在海平面上要求的位置。但是這種推進(jìn)方式也存在推進(jìn)效率低、控制靈活性不高和懸停不精確等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明利用溫差發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能提供給磁流體推進(jìn)器維持其正常工作，以低維護(hù)成本實(shí)現(xiàn)對(duì)海上浮體動(dòng)力定位作用的目的。
[0008]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)，包括光伏太陽能板、光伏蓄電池組、光伏充放電控制器、充放電蓄電池組、溫差驅(qū)動(dòng)渦輪、溫差發(fā)電機(jī)、磁流體推進(jìn)控制中心、磁流體推進(jìn)器、北斗定位系統(tǒng)、抽水栗以及水文信息采集傳感器;所述光伏太陽能板經(jīng)過光伏充放電控制器與光伏蓄電池組相連;光伏蓄電池組分別與磁流體推進(jìn)控制中心和溫差發(fā)電機(jī)相連;充放電蓄電池組分別與抽水栗和溫差發(fā)電機(jī)相連，溫差發(fā)電機(jī)還分別與磁流體推進(jìn)控制中心和溫差驅(qū)動(dòng)渦輪連接;磁流體推進(jìn)控制中心還分別與磁流體推進(jìn)器、北斗定位系統(tǒng)以及水文信息采集傳感器連接。
[0010]所述磁流體推進(jìn)器主要由勵(lì)磁線圈、噴水通道和電離電極三部分構(gòu)成；噴水通道為一圓筒結(jié)構(gòu)，電離電極布置于噴水通道內(nèi)表面左右兩側(cè)，勵(lì)磁線圈布置于噴水通道外表面，勵(lì)磁線圈軸心與兩電極所在平面垂直。
[0011]為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述溫差驅(qū)動(dòng)渦輪主要由壓氣機(jī)、低壓渦輪、高壓渦輪、離合器、內(nèi)殼體、外殼體、壓縮機(jī)、冷凝管、儲(chǔ)存裝置組成;所述外殼體為圓筒形腔體，內(nèi)殼體從外殼體內(nèi)伸出，在外殼體內(nèi)的內(nèi)殼體為圓筒形腔體，伸出段為從外到內(nèi)的收縮錐形回轉(zhuǎn)腔體;外殼體與內(nèi)殼體之間的空間為外殼體空間；內(nèi)殼體圓筒形腔體的內(nèi)部空間為內(nèi)殼體空間；外殼體與內(nèi)殼體的圓筒形腔體部分從前向后方向依次設(shè)置有低壓渦輪和高壓渦輪；內(nèi)殼體收縮錐形回轉(zhuǎn)腔體的外端開口部分為熱空氣進(jìn)口，內(nèi)部設(shè)有壓氣機(jī);壓氣機(jī)與低壓渦輪通過壓氣機(jī)主軸連接，高壓渦輪主軸與溫差發(fā)電機(jī)連接;高壓渦輪主軸通過離合器與壓氣機(jī)主軸連接;排氣道與內(nèi)殼體空間后端連通;導(dǎo)引管道與外殼體空間后端連通，導(dǎo)引管道與壓縮機(jī)連接，壓縮機(jī)分別與溫差發(fā)電機(jī)和冷凝管連接，冷凝管與儲(chǔ)存裝置連接；儲(chǔ)存裝置通過管道與設(shè)置在外殼體空間上的多個(gè)工作介質(zhì)噴嘴連通;充放電蓄電池組與溫差發(fā)電機(jī)連接；
[0012]所述冷凝管包括管道和外管，管道設(shè)有多個(gè)突擴(kuò)管，管道設(shè)置在外管內(nèi)，外管一端設(shè)有注水口，引入深層海水，外管另一端設(shè)有泄水口，泄水口與外管連接處設(shè)有閥門；
[0013]所述低壓渦輪包括低壓渦輪外葉輪環(huán)、低壓渦輪內(nèi)盤面、凹槽、第一永磁體、第二永磁體和兩個(gè)滾珠軸承;低壓渦輪外葉輪環(huán)周向外表面均勻設(shè)有多個(gè)渦輪葉片，在低壓渦輪外葉輪環(huán)周向內(nèi)表面設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)安裝第一永磁體;低壓渦輪內(nèi)盤面中心與壓氣機(jī)主軸連接，周向上布置有多個(gè)渦輪葉片;低壓渦輪內(nèi)盤面上設(shè)有第二永磁體，第二永磁體的位置與第一永磁體相對(duì)應(yīng);低壓渦輪內(nèi)盤面外緣外側(cè)設(shè)置的滾珠軸承，滾珠軸承與內(nèi)殼7、低壓渦輪內(nèi)盤面形成緊配合；內(nèi)殼體外周布置有另一滾珠軸承，另一滾珠軸承與外低壓渦輪外葉輪環(huán)、內(nèi)殼體形成緊配合；
[0014]所述高壓渦輪包括高壓渦輪外葉輪環(huán)、高壓渦輪內(nèi)盤面、凹槽、第一永磁體、第二永磁體和兩個(gè)滾珠軸承;高壓渦輪的結(jié)構(gòu)與低壓渦輪的差異是:高壓渦輪外葉輪環(huán)渦輪葉片傾角較低壓渦輪大，布置較低壓渦輪密集，且高壓渦輪內(nèi)盤面中心與高壓渦輪主軸連接。
[0015]所述離合器包括抱軸板、壓緊彈簧、套筒和滑塊;抱軸板設(shè)置在壓氣機(jī)主軸和高壓渦輪主軸的外周，套筒通過間隔設(shè)置的多根壓緊彈簧與抱軸板連接;壓氣機(jī)主軸設(shè)有槽道，抱軸板上設(shè)有凹槽，凹槽與壓氣機(jī)主軸的槽道位置相對(duì)應(yīng)，滑塊下端插入壓氣機(jī)主軸上的槽道，上端插入抱軸板上的凹槽。
[0016]優(yōu)選地，所述的離合器還包括橡膠墊，橡膠墊設(shè)置在槽道底部。
[0017]優(yōu)選地，所述壓氣機(jī)包括壓氣機(jī)主軸、圓臺(tái)形葉片基座和壓氣葉片;在圓臺(tái)形葉片基座上沿軸向間隔布置多排壓氣葉片，壓氣葉片尺寸由前向后逐排減小，葉片傾角為25°?30。。
[0018]優(yōu)選地，所述圓臺(tái)形葉片基座的圓臺(tái)母線與圓臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸之間的夾角為10°_15%壓氣葉片為8-9排，每排壓氣葉片的數(shù)量為20?30個(gè)。
[0019]優(yōu)選地，所述的低壓渦輪由兩個(gè)渦輪片體組成，沿壓氣機(jī)主軸徑向均勻設(shè)置;低壓渦輪外葉輪環(huán)周向外表面均勻設(shè)有40個(gè)傾角為25°?30°渦輪葉片;在低壓渦輪外葉輪環(huán)周向內(nèi)表面設(shè)有四個(gè)凹槽;低壓渦輪內(nèi)盤面周向上布置有16個(gè)傾角為25°?30°渦輪葉片；
[0020]所述的高壓渦輪由兩個(gè)渦輪片體祖成，沿高壓渦輪主軸徑向均勻設(shè)置;高壓渦輪外葉輪環(huán)周向外表面均勻設(shè)有50個(gè)傾角為35°?40°渦輪葉片;在高壓渦輪外葉輪環(huán)周向內(nèi)表面設(shè)有四個(gè)凹槽;高壓渦輪內(nèi)盤面周向上布置有16個(gè)傾角為25°?30°渦輪葉片。
[0021]優(yōu)選地，所述的光伏太陽能板選用PANDA 60Cell系列YL300C_30b型光伏板，光伏充放電控制器選用LMS4820型太陽能控制器。
[0022]優(yōu)選地，所述的光伏蓄電池組與充放電蓄電池組均由多個(gè)船用6-CQ_195a型蓄電池組成;所述溫差發(fā)電機(jī)選用GRS-80型發(fā)電機(jī);所述抽水栗選用HL-1HP型管道栗。
[0023]優(yōu)選地，所述的磁流體推進(jìn)控制中心為由K-PosDP-21動(dòng)力定位系統(tǒng)。
[0024]優(yōu)選地，所述的低壓渦輪和高壓渦輪以鋁合金材料制成。
[0025]本發(fā)明由溫差發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能由磁流體推進(jìn)控制中心管理并配給與磁流體推進(jìn)器，其計(jì)算與控制過程為:首先將北斗定位系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的海洋浮體實(shí)際位置以及與設(shè)置在浮體水下部分的水文信息采集傳感器所采集的海洋浮體周圍水文信息反饋于磁流體推進(jìn)控制中心;磁流體推進(jìn)控制中心自動(dòng)計(jì)算實(shí)際位置與期望位置的差異即位置偏移；當(dāng)位置偏移超出預(yù)先設(shè)定允許的范圍時(shí)，磁流體推進(jìn)控制中心根據(jù)反饋而來的位置與方向信息計(jì)算出浮體歸位所需要的位移和方向，而后根據(jù)浮體偏移與水文信息綜合計(jì)算出推動(dòng)浮體復(fù)位所需要的推進(jìn)力大小及其方向；在此基礎(chǔ)上，將所需的推進(jìn)力換算為驅(qū)動(dòng)磁流體推進(jìn)器中施加在勵(lì)磁線圈的電流、電壓值;然后按照計(jì)算結(jié)果為磁流體推進(jìn)器配給電能，使之滿足計(jì)算所得的電流、電壓值。
[0026]本發(fā)明采用海面熱空氣與深層海水之間的溫差能和太陽能作為主要能源、采用磁流體推進(jìn)技術(shù)作為定位手段，包括光伏電池板、光伏蓄電池組、充放電蓄電池組、溫差驅(qū)動(dòng)渦輪、溫差發(fā)電機(jī)、磁流體推進(jìn)控制中心、磁流體推進(jìn)器、北斗定位系統(tǒng)、抽水栗以及水文信息采集傳感器等;所述的磁流體推進(jìn)器核心部分為一用以產(chǎn)生推進(jìn)力的管狀海水噴出通道，海水噴出通道內(nèi)的海水作為磁流體推進(jìn)器的導(dǎo)電體，管狀海水噴出通道豎直兩側(cè)設(shè)置了勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁線圈在海水噴出通道內(nèi)形成磁場(chǎng)，通過海水噴出通道水平兩側(cè)布置的電極向海水導(dǎo)電，使帶電海水在海水噴出通道內(nèi)磁場(chǎng)中受到電磁力的作用而產(chǎn)生一種用于為海洋浮體動(dòng)力定位的推進(jìn)力；
[0027]本發(fā)明溫差驅(qū)動(dòng)渦輪以海面熱空氣為熱源、深層海水為冷源所構(gòu)成的溫差作為其能源來源產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)溫差發(fā)電機(jī)發(fā)電的轉(zhuǎn)矩;溫差驅(qū)動(dòng)渦輪中壓氣機(jī)與低壓渦輪同軸，高壓渦輪與發(fā)電主機(jī)同軸，離合器以開關(guān)的方式將高壓渦輪與低壓渦輪進(jìn)行機(jī)械連接或斷離，渦輪低轉(zhuǎn)速啟動(dòng)階段，離合器將兩者機(jī)械連接，達(dá)到工作轉(zhuǎn)速后，將兩者機(jī)械連接斷離。
[0028]本發(fā)明光伏電池板通過光伏充放電控制器與光伏蓄電池組連接，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在光伏蓄電池組內(nèi)；溫差驅(qū)動(dòng)渦輪通過壓縮熱空氣加熱使工作介質(zhì)汽化而形成高壓蒸汽推動(dòng)輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電；其電能大部分用于維持海洋浮體定位系統(tǒng)工作，其余部分用于為充放電蓄電池組充電，以備晚間為海洋浮體新能源動(dòng)力定位系統(tǒng)供電和滿足抽水栗工作時(shí)的需要;磁流推進(jìn)器根據(jù)北斗定位系統(tǒng)檢測(cè)到的浮體實(shí)際位置與方向和期望的位置與方向的誤差信息，結(jié)合水文信息采集傳感器采集到的工作水域的基本海況，經(jīng)控制系統(tǒng)發(fā)出要求磁流體推進(jìn)器動(dòng)作的控制信號(hào)，來發(fā)出符合控制系統(tǒng)大小與方向要求的推進(jìn)力。
[0029]本發(fā)明的海洋浮體為主要用于海洋環(huán)境觀測(cè)的觀測(cè)型浮體，浮體的功能是為海洋環(huán)境觀測(cè)傳感器提供工作平臺(tái)。海洋浮體采用動(dòng)力定位系統(tǒng)而不是采用常規(guī)的錨+錨鏈的錨泊定位系統(tǒng)作為浮體定位的主要技術(shù)手段。采用磁流體推進(jìn)器作為海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)中操縱浮體的推進(jìn)力的產(chǎn)生裝置。
[0030]本發(fā)明采用溫差發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能作為磁流體推進(jìn)器的主要電能來源以維持海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)的正常工作，多余的電能用于為充放電蓄電池組充電，以備用電峰值期間溫差發(fā)電系統(tǒng)供電不足時(shí)補(bǔ)充之需，并滿足抽水栗的工作所需。所述的溫差發(fā)電系統(tǒng)中溫差驅(qū)動(dòng)渦輪采用渦輪外部熱空氣為其熱源、采用深層海水為其冷源所產(chǎn)生的溫差能作為驅(qū)動(dòng)渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)的主要能源。所述的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪中的壓氣機(jī)與低壓渦輪同軸，高壓渦輪則是與發(fā)電主機(jī)轉(zhuǎn)軸相連。離合器以開關(guān)的方式將高壓渦輪與低壓渦輪進(jìn)行機(jī)械連接或斷離，低轉(zhuǎn)速時(shí)二者通過離合器機(jī)械相連，高轉(zhuǎn)速時(shí)二者機(jī)械連接斷離。所述的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪采用丁烷作為驅(qū)動(dòng)高壓渦輪與低壓渦輪旋轉(zhuǎn)的工作介質(zhì)。
[0031]本發(fā)明光伏電池板用于將海洋浮體處的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，這些電能儲(chǔ)存在光伏蓄電池組內(nèi)，作為避免夜間空氣溫度相對(duì)較低，使得整個(gè)溫差發(fā)電模塊的發(fā)電效率降低，導(dǎo)致給磁流體推進(jìn)器供電不足、設(shè)備無法正常運(yùn)作等情況的發(fā)生而使用。所述的北斗定位系統(tǒng)和水文信息采集傳感器主要功能是為了向磁流體推進(jìn)控制中心提供準(zhǔn)確的海洋浮體實(shí)時(shí)位置與方向信息，以便確定要求磁流體推進(jìn)器動(dòng)作的控制信號(hào)，進(jìn)而發(fā)出符合維持海洋浮體定位要求的推進(jìn)力。
[0032]溫差驅(qū)動(dòng)渦輪工作介質(zhì)的選取上，根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)選取:價(jià)格低廉，環(huán)境友好，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，沸點(diǎn)低，易液化。綜合以上標(biāo)準(zhǔn)，并且考慮到溫差發(fā)電主機(jī)已經(jīng)配備了壓縮、冷凝兩套液化設(shè)備，故初步選定丁烷作為工作介質(zhì)。冷凝管的冷源由抽水栗從浮體下沉管道抽入的溫度較低的深層海水。其中冷凝抽水栗由充放電蓄電池組供電，壓縮機(jī)由發(fā)電機(jī)直接供電。本發(fā)明選用空氣而不是表層海水作為溫差驅(qū)動(dòng)渦輪的熱源。這是考慮到在同樣的海況條件下，海洋表面空氣的溫度比表層海水更高、也更容易獲得；同時(shí)，空氣的可壓縮性又使得其在壓縮后可以有更高的溫度，從而使得熱源與工質(zhì)的溫度差增大，進(jìn)而可以更容易獲得壓力更高的工質(zhì)蒸汽。利用壓氣機(jī)做功也使空氣溫度進(jìn)一步升高。
[0033]本發(fā)明磁流體推進(jìn)是利用海水中電流和磁場(chǎng)間的相互作用力使海水運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種推進(jìn)方法。具體地說，磁流體推進(jìn)時(shí)把海水作為導(dǎo)電體，利用磁體在通道內(nèi)建立磁場(chǎng)，通過電極向海水供電，此時(shí)載流海水就會(huì)在與它相垂直的磁場(chǎng)中受到電磁力(洛侖茲力)的作用，其受力方向按左手定則確定。海水受力時(shí)沿電磁力方向運(yùn)動(dòng)，其反作用力即推力推進(jìn)浮體運(yùn)動(dòng)。在磁場(chǎng)一定的情況下，電流大，電磁力大，推力也大，浮體運(yùn)動(dòng)的速度就快。當(dāng)電流方向改變時(shí)，電磁力與推力的方向也改變，浮體運(yùn)動(dòng)的方向也隨之改變。這樣可以通過調(diào)節(jié)電流大小的方法來控制速度，通過改變電流的方向來操縱浮體運(yùn)動(dòng)的方向。
[0034]磁流體推進(jìn)器的工作原理與傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)器不同，傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)器由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過機(jī)械裝置改變螺旋槳的轉(zhuǎn)速來改變推進(jìn)器的推力。而磁流體推進(jìn)器可以通過調(diào)節(jié)電極電壓的大小和電流的方向來控制推進(jìn)器的推力大小和方向，并以此來控制船舶的速度和航行方向。由于螺旋槳、傳動(dòng)軸、變速齒輪為機(jī)械裝置，機(jī)械裝置的反應(yīng)時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電流的反應(yīng)時(shí)間，所以與傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)器相比，磁流體推進(jìn)器具有操縱性能靈活，機(jī)動(dòng)性好，振動(dòng)和噪聲小，布局方便等的優(yōu)點(diǎn)。
[0035]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0036]I)采用光伏發(fā)電系統(tǒng)和溫差發(fā)電系統(tǒng)等新能源系統(tǒng)作為浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)的動(dòng)力來源可以有效地減少其維護(hù)成本。較之采用柴油等需要定期補(bǔ)充的燃料為其動(dòng)力來源的常規(guī)能源，采用采用光伏發(fā)電和溫差發(fā)電系統(tǒng)可以有效地減少浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)的維護(hù)成本。
[0037]2)采用熱空氣作為溫差發(fā)電系統(tǒng)的熱源降低了消耗于系統(tǒng)自身工作所需要的電能。常規(guī)的溫差發(fā)電系統(tǒng)采用表層海水作為系統(tǒng)的熱源。這一工作方式需要將系統(tǒng)所發(fā)出的部分電能消耗于表層海水的抽水水栗工作耗能上。由于熱空氣存在于溫差發(fā)電系統(tǒng)周圍，容易獲取，本發(fā)明分別采用熱空氣作為溫差驅(qū)動(dòng)渦輪的熱源，可以有效地降低了溫差發(fā)電系統(tǒng)自身工作所需要的電能消耗。
[0038]3)本發(fā)明所采用的磁流體推進(jìn)技術(shù)克服了螺旋槳推進(jìn)器所固有的不足。以磁流體推進(jìn)器代替螺旋槳推進(jìn)器具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)高效、低噪聲。磁流體推進(jìn)器是一個(gè)靜止設(shè)備，它沒有螺旋槳推進(jìn)器傳動(dòng)機(jī)械的功率損耗和振動(dòng)噪聲的問題。(2)布置靈活。與磁流體推進(jìn)器相關(guān)的各部件，如溫差發(fā)電機(jī)、磁流體推進(jìn)控制中心等設(shè)備之間沒有剛性的機(jī)械連接，它可以集中或分散安裝在被定位浮體上任何一個(gè)位置，因此在其定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可有效、靈活地利用被定位浮體設(shè)備空間，使浮體的總體布置設(shè)計(jì)有更多的靈活選擇。(3)操縱性好。磁流體推進(jìn)由磁流體推進(jìn)控制中心通過控制磁流體推進(jìn)器的輸入電壓或電流對(duì)浮體進(jìn)行操縱，通常通過調(diào)節(jié)電壓(電流)的大小來控制推進(jìn)力的大小;通過改變電壓的極性，即電流的方向，來推進(jìn)力的正反方向。這一操縱方式?jīng)]有機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所常見的響應(yīng)滯后問題，從而提高了對(duì)浮體定位操縱的靈活性。
[0039]4)不受浮體所在海域作業(yè)水深的限制。傳統(tǒng)的海洋浮體錨泊定位系統(tǒng)通常采用錨及錨鏈、錨纜將浮體維持在設(shè)定的海域中。隨著水深的增加，錨泊系統(tǒng)中錨鏈、錨纜的重量也急劇地增加。而這些重量均需要由浮體本身所提供的浮力來承擔(dān)。顯然傳統(tǒng)的錨泊定位系統(tǒng)不能用于作為深海浮體定位的一種技術(shù)手段。本發(fā)明采用溫差能和太陽能作為動(dòng)力定位系統(tǒng)，以此達(dá)到維持海洋浮體在作業(yè)海區(qū)的位置與方向的目的，這一定位手段與水深的大小無關(guān)。采用本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的錨泊定位系泊系統(tǒng)不能應(yīng)用于深海的缺陷。
【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)圖；
[0041 ]圖2是本發(fā)明溫差驅(qū)動(dòng)渦輪的剖面圖；
[0042]圖3-1是離合器工作原理示意圖
[0043]圖3-2是離合器結(jié)構(gòu)圖
[0044]圖4是低壓渦輪結(jié)構(gòu)示意圖
[0045]圖5是高壓渦輪結(jié)構(gòu)示意圖
[0046]圖6是定位系統(tǒng)工作流程圖。
[0047]圖7是磁流體推進(jìn)器示意圖。
[0048]圖中示出:光伏太陽能板1、光伏蓄電池組2、光伏充放電控制器3、充放電蓄電池組
4、溫差驅(qū)動(dòng)渦輪5、溫差發(fā)電機(jī)6、磁流體推進(jìn)控制中心7、磁流體推進(jìn)器8、北斗定位系統(tǒng)9、抽水栗10、水文信息采集傳感器11、熱空氣進(jìn)口 12、壓氣機(jī)13、工作介質(zhì)噴嘴14、外殼體空間15、內(nèi)殼體空間16、外殼體17、內(nèi)殼體18、低壓渦輪19、離合器20、高壓渦輪21、導(dǎo)引管道22、排氣管道23、壓縮機(jī)24、冷凝管25、儲(chǔ)存裝置26、壓氣機(jī)主軸27、高壓渦輪主軸28、抱軸板29、壓緊彈簧30、套筒31、滑塊32、橡膠墊33、低壓渦輪外葉輪環(huán)34、低壓渦輪內(nèi)盤面35、高壓渦輪外葉輪環(huán)36、高壓渦輪內(nèi)盤面37、凹槽38、第一永磁體39、第二永磁體40、滾珠軸承41、期望位置42、位置偏移43、浮體44、實(shí)際位置45、勵(lì)磁線圈46、噴水通道47、電離電極48、帶電海水49。
【具體實(shí)施方式】
[0049]為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0050]如圖1所示，基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)，包括光伏太陽能板1、光伏蓄電池組2、光伏充放電控制器3、充放電蓄電池組4、溫差驅(qū)動(dòng)渦輪5、溫差發(fā)電機(jī)6、磁流體推進(jìn)控制中心7、磁流體推進(jìn)器8、北斗定位系統(tǒng)9、抽水栗10以及水文信息采集傳感器U。光伏太陽能板I經(jīng)過光伏充放電控制器3與光伏蓄電池組2相連，優(yōu)選地，光伏太陽能板I選用英利綠色能源控股有限公司生產(chǎn)的PANDA 60Cell系列YL300C-30b型光伏板，光伏充放電控制器3選用廣州力牧電子科技有限公司生產(chǎn)的LMS4820型太陽能控制器;光伏蓄電池組2分別與磁流體推進(jìn)控制中心7和溫差發(fā)電機(jī)6相連，充放電蓄電池組4分別與抽水栗10和溫差發(fā)電機(jī)6相連，溫差發(fā)電機(jī)6還分別與磁流體推進(jìn)控制中心7和溫差驅(qū)動(dòng)渦輪5連接。優(yōu)選地，光伏蓄電池組2與充放電蓄電池組4均由多個(gè)風(fēng)帆股份有限公司生產(chǎn)的船用6-CQ-195a型蓄電池組成，溫差發(fā)電機(jī)6選用佛山格銳斯發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的GRS-80型發(fā)電機(jī)，抽水栗10選用廣東風(fēng)度冷暖科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的HL-1HP型管道栗;磁流體推進(jìn)控制中心7還分別與磁流體推進(jìn)器8、北斗定位系統(tǒng)9以及水文信息采集傳感器11連接。正常工作狀態(tài)下，溫差發(fā)電機(jī)6由溫差驅(qū)動(dòng)渦輪5驅(qū)動(dòng)，它所發(fā)出的電能主要通過磁流體推進(jìn)控制中心7向磁流體推進(jìn)器8提供所需的電能，其多余電量可為光伏蓄電池組2和充放電蓄電池組4充電。
[0051]如圖2所示，溫差驅(qū)動(dòng)渦輪5包括熱空氣進(jìn)口12、壓氣機(jī)13、工作介質(zhì)噴嘴14、外殼體空間15、內(nèi)殼體空間16、外殼體17、內(nèi)殼體18、低壓渦輪19、離合器20、高壓渦輪21、導(dǎo)引通道22、排氣道23、壓縮機(jī)24、冷凝管25和儲(chǔ)存裝置26、壓氣機(jī)主軸27、高壓渦輪主軸28;外殼體17為圓筒形腔體，內(nèi)殼體18從外殼體17內(nèi)伸出，在外殼體18內(nèi)的內(nèi)殼體17為圓筒形腔體，伸出段為從外到內(nèi)的收縮錐形回轉(zhuǎn)腔體;外殼體17與內(nèi)殼體18之間的空間為外殼體空間15;內(nèi)殼體18圓筒形腔體的內(nèi)部空間為內(nèi)殼體空間16;外殼體17與內(nèi)殼體18的圓筒形腔體部分從前向后方向依次設(shè)置有低壓渦輪19和高壓渦輪21;內(nèi)殼體18收縮錐形回轉(zhuǎn)腔體的外端開口部分為熱空氣進(jìn)口 12，內(nèi)部設(shè)有壓氣機(jī)13;壓氣機(jī)13與低壓渦輪19通過壓氣機(jī)主軸27連接，高壓渦輪主軸28通過高壓渦輪21的軸心連接;高壓渦輪主軸28通過離合器20與壓氣機(jī)主軸27連接。排氣道23與內(nèi)殼體空間16后端連通；導(dǎo)引通道22與外殼體空間15后端連通，導(dǎo)引通道22與壓縮機(jī)24連接，壓縮機(jī)13選用珠海凌達(dá)有限公司生產(chǎn)的QX-C238E030型壓縮機(jī)，壓縮機(jī)24分別與溫差發(fā)電機(jī)6和冷凝管25連接，冷凝管25與儲(chǔ)存裝置16連接;儲(chǔ)存裝置26通過管道與設(shè)置在外殼體空間15上的多個(gè)工作介質(zhì)噴嘴14連通。
[0052]離合器20的主要功能是分離或接合壓氣機(jī)主軸27與高壓渦輪主軸28之間的機(jī)械聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)在壓氣機(jī)主軸與高壓渦輪主軸之間切斷或傳遞轉(zhuǎn)矩的目的。如圖3-1和圖3-2所示，離合器20包括抱軸板29、壓緊彈簧30、套筒31、滑塊32和橡膠墊33;抱軸板29設(shè)置在壓氣機(jī)主軸27和高壓渦輪主軸28的外周，套筒31通過間隔設(shè)置的多根壓緊彈簧30與抱軸板29連接;壓氣機(jī)主軸27設(shè)有槽道，槽道底部設(shè)有橡膠墊33，抱軸板29上設(shè)有凹槽，凹槽與壓氣機(jī)主軸27的槽道位置相對(duì)應(yīng)，滑塊32下端插入壓氣機(jī)主軸27上的槽道，上端插入抱軸板29上的凹槽。
[0053]本發(fā)明采用空氣作為熱源、深層的海水作為冷源所產(chǎn)生的海洋溫差能來驅(qū)動(dòng)低壓及高壓渦輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)溫差發(fā)電機(jī)發(fā)電。內(nèi)殼體18優(yōu)選采用非磁性的鋁合金材質(zhì)，作為包圍壓氣機(jī)13、低壓渦輪19、高壓渦輪31的空間，其作用是作為從外部吸入的熱空氣加壓的空間，同時(shí)也作為熱空氣與工作介質(zhì)的隔離裝置，將熱空氣的熱能通過內(nèi)殼體的熱傳導(dǎo)作用，將空氣熱量傳遞給工作介質(zhì)。
[0054]如圖4所示，低壓渦輪19包括低壓渦輪外葉輪環(huán)34、低壓渦輪內(nèi)盤面35、凹槽38、第一永磁體39、第二永磁體40和兩個(gè)滾珠軸承41。低壓渦輪外葉輪環(huán)34周向外表面均勻設(shè)有多個(gè)(40個(gè))傾角為25°?30°渦輪葉片，在低壓渦輪外葉輪環(huán)34周向內(nèi)表面設(shè)有四個(gè)凹槽38用于安裝第一永磁體39;低壓渦輪內(nèi)盤面35中心葉片，用于與壓氣機(jī)主軸27連接，其周向上布置有多個(gè)(16個(gè))傾角為25°?30°渦輪葉片；低壓渦輪內(nèi)盤面35上布置四塊第二永磁體40，其位置與第一永磁體39相對(duì)應(yīng);低壓渦輪內(nèi)盤面35外緣外側(cè)設(shè)置的滾珠軸承41，滾珠軸承41與內(nèi)殼體18、低壓渦輪內(nèi)盤面35形成緊配合。內(nèi)殼體18外周布置有另一滾珠軸承41，另一滾珠軸承41與外低壓渦輪外葉輪環(huán)34、內(nèi)殼體18形成緊配合。
[0055]低壓渦輪內(nèi)盤面35與壓氣機(jī)13共軸，其作用是利用在內(nèi)外殼體之間空間的受熱工作介質(zhì)在此空間膨脹做功，驅(qū)動(dòng)外葉輪環(huán)持續(xù)旋轉(zhuǎn)，并把這一旋轉(zhuǎn)動(dòng)能所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過磁傳動(dòng)技術(shù)傳遞到低壓渦輪內(nèi)盤面35，驅(qū)動(dòng)低壓渦輪內(nèi)盤面35持續(xù)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)壓氣機(jī)13工作，以滿足溫差驅(qū)動(dòng)渦輪可以持續(xù)吸入外部熱空氣，在內(nèi)殼體空間16內(nèi)加壓的正常工作需要。低壓渦輪內(nèi)盤面35和低壓渦輪外葉輪環(huán)34之間的間隙由內(nèi)殼體18進(jìn)行阻隔而沒有機(jī)械上的聯(lián)系，低壓渦輪內(nèi)盤面35和低壓渦輪外葉輪環(huán)34之間的轉(zhuǎn)矩傳遞通過磁傳動(dòng)技術(shù)來完成。
[0056]如圖5所示，高壓渦輪包括高壓渦輪外葉輪環(huán)36、高壓渦輪內(nèi)盤面37、凹槽38、第一永磁體39、第二永磁體40和兩個(gè)滾珠軸承41;高壓渦輪21的結(jié)構(gòu)與低壓渦輪19類似。差異是，高壓渦輪外葉輪環(huán)36周向外表面設(shè)置的渦輪葉片較之低壓渦輪相對(duì)密集、傾角也更大。高壓渦輪的葉片數(shù)量?jī)?yōu)選為50個(gè)、傾角范圍為35°?40°。高壓渦輪內(nèi)盤面37中心開孔與高壓渦輪主軸28連接，高壓渦輪主軸28與溫差發(fā)電機(jī)6相連。其作用是利用在內(nèi)外殼體之間空間的受熱工作介質(zhì)通過后的膨脹做功，使高壓渦輪外葉輪環(huán)36持續(xù)旋轉(zhuǎn)，形成轉(zhuǎn)矩，通過磁傳動(dòng)技術(shù)傳遞到高壓渦輪內(nèi)盤面37，通過傳高壓渦輪主軸28帶動(dòng)溫差發(fā)電機(jī)6工作，進(jìn)而達(dá)到發(fā)電的目的。
[0057]低壓渦輪內(nèi)盤面35外直徑優(yōu)選為450?500mm，外葉輪環(huán)的內(nèi)直徑優(yōu)選為530?580mm。高壓渦輪內(nèi)盤面37外直徑和高壓渦輪外葉輪環(huán)36的內(nèi)直徑與低壓渦輪19 一致。
[0058]如圖1、2、3_1和3-2所示，基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)開始啟動(dòng)工作時(shí)，充放電蓄電池組4處于滿電狀態(tài)，充放電蓄電池組4為溫差發(fā)電機(jī)6供電，使之以電動(dòng)機(jī)狀態(tài)工作來帶動(dòng)高壓渦輪主軸28旋轉(zhuǎn)。啟動(dòng)之初，由于轉(zhuǎn)速較低，離合器20處于結(jié)合狀態(tài)，將壓氣機(jī)主軸27和高壓渦輪主軸28連接在一起，把溫差發(fā)電機(jī)6發(fā)出的轉(zhuǎn)矩通過高壓渦輪主軸28傳遞給壓氣機(jī)主軸27。當(dāng)壓氣機(jī)主軸27和高壓渦輪主軸28轉(zhuǎn)速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器20處于斷開狀態(tài)，從而斷開兩軸之間的連接。低壓渦輪19與高壓渦輪21分別在外殼體空間15中接受了來自內(nèi)殼體空間16熱空氣熱量傳遞的工作介質(zhì)驅(qū)動(dòng)下，獲得克服各自所受的載荷的轉(zhuǎn)矩并以不同的速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)溫差驅(qū)動(dòng)渦輪5以工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，低壓渦輪19所發(fā)出的轉(zhuǎn)矩主要用于維持將外部熱空氣持續(xù)吸入內(nèi)殼體空間16內(nèi)的壓氣機(jī)13的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，高壓渦輪21所發(fā)出的轉(zhuǎn)矩則主要用于驅(qū)動(dòng)溫差發(fā)電機(jī)6發(fā)電。
[0059]在正常運(yùn)行條件下的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪5中，壓氣機(jī)13吸入并壓縮外界高溫空氣至溫差驅(qū)動(dòng)渦輪5的內(nèi)殼體空間16內(nèi)，使之內(nèi)能增加。工作介質(zhì)噴嘴14將丁烷以霧化液滴形式噴灑至外殼體空間15內(nèi)。丁烷在儲(chǔ)存及輸送至工作介質(zhì)噴嘴14過程中皆處于高于大氣壓的環(huán)境，內(nèi)殼體空間16內(nèi)的壓縮空氣的溫度大大高于丁烷的沸點(diǎn)。在噴入過程中，丁烷液滴由于壓力降低與溫度升高而發(fā)生劇烈的汽化，使得外殼體空間15內(nèi)充滿丁烷高壓蒸汽，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)高壓渦輪21和低壓渦輪19做功。內(nèi)殼體18將內(nèi)殼體空間16與外殼體空間15分隔開，使二者各自形成密閉空間而避免了丁烷高壓蒸汽與高溫空氣在渦輪處混合。由于內(nèi)殼體18作為分隔而存在，所以轉(zhuǎn)矩均由磁傳動(dòng)技術(shù)來完成傳遞。做功后的丁烷蒸汽壓力降低，內(nèi)能減少。即在外殼體空間內(nèi)形成的未做功的丁烷蒸汽其壓力為PO，在渦輪處膨脹至渦輪后壓力為Pl，P0>P1。丁烷蒸汽以這樣一種方式對(duì)外做功從而推動(dòng)高壓渦輪12旋轉(zhuǎn)。完成做功過程的丁烷蒸汽沿著導(dǎo)引通道22，經(jīng)過與溫差發(fā)電機(jī)6相連并由其供能的壓縮機(jī)24壓縮變成高壓丁烷蒸汽，然后經(jīng)以深層海水作為冷源的冷凝管25冷卻后重新變?yōu)橐簯B(tài)回到儲(chǔ)存裝置26，從而完成了丁烷的一個(gè)循環(huán)過程。內(nèi)殼體16內(nèi)的熱空氣釋放完自身熱量之后，直接從排氣道23排出到大氣。
[0060]溫差發(fā)電機(jī)6所發(fā)出的電能大部分用于供給磁流體推進(jìn)器8運(yùn)轉(zhuǎn)，剩余部分連同光伏太陽能板I所獲得的電能一起用以給光伏蓄電池組2，并給充放電蓄電池組4充電。兩個(gè)蓄電池組所儲(chǔ)存的電能用于夜間空氣溫度相對(duì)較低、溫差發(fā)電機(jī)6發(fā)電效率降低時(shí)提供補(bǔ)充電能，以維持磁流體推進(jìn)器8在夜間的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。其中光伏太陽能板I為光伏蓄電池組2充電過程由光伏充放電控制器3來控制完成。當(dāng)光伏太陽能板I在白天正常光照條件下時(shí)，光伏充放電控制器3通過其自身的最大功率追蹤技術(shù)，保證光伏太陽能板I處于最大效率工作狀態(tài)為光伏蓄電池組2充電，并對(duì)光伏太陽能板1、光伏蓄電池組2、光伏充放電控制器3所構(gòu)成的電路提供完善的保護(hù)。當(dāng)光伏太陽能板I所接受的光照不滿足其發(fā)電的最低要求時(shí)，光伏充放電控制器3斷開光伏蓄電池組2與光伏太陽能板I之間的連接，停止對(duì)光伏蓄電池組2的充電過程。
[0061]如圖6、圖7所示，由溫差發(fā)電機(jī)6所發(fā)出的電能由磁流體推進(jìn)控制中心7管理并配給與磁流體推進(jìn)器8 ο磁流體推進(jìn)控制中心7為由挪威Kongsberg Maritime公司生產(chǎn)的K-Pos DP-21動(dòng)力定位系統(tǒng)，其計(jì)算與控制過程為:首先將北斗定位系統(tǒng)9所監(jiān)測(cè)的海洋浮體實(shí)際位置45以及與設(shè)置在浮體水下部分的水文信息采集傳感器11所采集的海洋浮體周圍水文信息反饋于磁流體推進(jìn)控制中心7。磁流體推進(jìn)控制中心7自動(dòng)計(jì)算實(shí)際位置45與期望位置42的差異即位置偏移43。當(dāng)位置偏移43超出預(yù)先設(shè)定允許的范圍時(shí)，磁流體推進(jìn)控制中心7根據(jù)反饋而來的位置與方向信息計(jì)算出浮體歸位所需要的位移和方向，而后根據(jù)浮體偏移與水文信息綜合計(jì)算出推動(dòng)浮體復(fù)位所需要的推進(jìn)力大小及其方向。在此基礎(chǔ)上，將所需的推進(jìn)力換算為驅(qū)動(dòng)磁流體推進(jìn)器8中施加在勵(lì)磁線圈46的電流、電壓值。然后按照計(jì)算結(jié)果為磁流體推進(jìn)器8配給電能，使之滿足計(jì)算所得的電流、電壓值。
[0062]如圖7所示，磁流體推進(jìn)器8由勵(lì)磁線圈46、噴水通道47和電離電極48三部分構(gòu)成。噴水通道47為一圓筒結(jié)構(gòu)，電離電極48布置于噴水通道47內(nèi)表面左右兩側(cè)，勵(lì)磁線圈46布置于噴水通道47外表面，勵(lì)磁線圈46軸心與兩電極所在平面垂直。
[0063]其工作過程為:接受根據(jù)磁流體推進(jìn)控制中心7計(jì)算所得的電能，在電離電極48間產(chǎn)生由磁流體控制中心7計(jì)算所得電壓值，在勵(lì)磁線圈46內(nèi)產(chǎn)生由磁流體控制中心7計(jì)算所得電流值。勵(lì)磁線圈46通電后在噴水通道47內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而噴水通道47內(nèi)的海水在電離電極48之間的電壓作用下帶電成為帶電海水49 ο帶電海水49在通道內(nèi)磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，該電磁力大小和方向與磁流體推進(jìn)控制中心7計(jì)算所得的推動(dòng)浮體復(fù)位所需要的推進(jìn)力大小和方向相同。該電磁力作為推進(jìn)力來使浮體44回復(fù)至期望位置42。
[0064]如此所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)，其特征在于，包括光伏太陽能板、光伏蓄電池組、光伏充放電控制器、充放電蓄電池組、溫差驅(qū)動(dòng)渦輪、溫差發(fā)電機(jī)、磁流體推進(jìn)控制中心、磁流體推進(jìn)器、北斗定位系統(tǒng)、抽水栗以及水文信息采集傳感器;所述光伏太陽能板經(jīng)過光伏充放電控制器與光伏蓄電池組相連;光伏蓄電池組分別與磁流體推進(jìn)控制中心和溫差發(fā)電機(jī)相連;充放電蓄電池組分別與抽水栗和溫差發(fā)電機(jī)相連，溫差發(fā)電機(jī)還分別與磁流體推進(jìn)控制中心和溫差驅(qū)動(dòng)渦輪連接;磁流體推進(jìn)控制中心還分別與磁流體推進(jìn)器、北斗定位系統(tǒng)以及水文信息采集傳感器連接； 所述磁流體推進(jìn)器主要由勵(lì)磁線圈、噴水通道和電離電極三部分構(gòu)成；噴水通道為一圓筒結(jié)構(gòu)，電離電極布置于噴水通道內(nèi)表面左右兩側(cè)，勵(lì)磁線圈布置于噴水通道外表面，勵(lì)磁線圈軸心與兩電極所在平面垂直。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)，其特征在于，所述溫差驅(qū)動(dòng)渦輪主要由壓氣機(jī)、低壓渦輪、高壓渦輪、離合器、內(nèi)殼體、外殼體、壓縮機(jī)、冷凝管、儲(chǔ)存裝置組成;所述外殼體為圓筒形腔體，內(nèi)殼體從外殼體內(nèi)伸出，在外殼體內(nèi)的內(nèi)殼體為圓筒形腔體，伸出段為從外到內(nèi)的收縮錐形回轉(zhuǎn)腔體;外殼體與內(nèi)殼體之間的空間為外殼體空間；內(nèi)殼體圓筒形腔體的內(nèi)部空間為內(nèi)殼體空間；外殼體與內(nèi)殼體的圓筒形腔體部分從前向后方向依次設(shè)置有低壓渦輪和高壓渦輪；內(nèi)殼體收縮錐形回轉(zhuǎn)腔體的外端開口部分為熱空氣進(jìn)口，內(nèi)部設(shè)有壓氣機(jī);壓氣機(jī)與低壓渦輪通過壓氣機(jī)主軸連接，高壓渦輪主軸與溫差發(fā)電機(jī)連接;高壓渦輪主軸通過離合器與壓氣機(jī)主軸連接;排氣道與內(nèi)殼體空間后端連通;導(dǎo)引管道與外殼體空間后端連通，導(dǎo)引管道與壓縮機(jī)連接，壓縮機(jī)分別與溫差發(fā)電機(jī)和冷凝管連接，冷凝管與儲(chǔ)存裝置連接;儲(chǔ)存裝置通過管道與設(shè)置在外殼體空間上的多個(gè)工作介質(zhì)噴嘴連通;充放電蓄電池組與溫差發(fā)電機(jī)連接； 所述冷凝管包括管道和外管，管道設(shè)有多個(gè)突擴(kuò)管，管道設(shè)置在外管內(nèi)，外管一端設(shè)有注水口，引入深層海水，外管另一端設(shè)有泄水口，泄水口與外管連接處設(shè)有閥門； 所述低壓渦輪包括低壓渦輪外葉輪環(huán)、低壓渦輪內(nèi)盤面、凹槽、第一永磁體、第二永磁體和兩個(gè)滾珠軸承;低壓渦輪外葉輪環(huán)周向外表面均勻設(shè)有多個(gè)渦輪葉片，在低壓渦輪外葉輪環(huán)周向內(nèi)表面設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)安裝第一永磁體;低壓渦輪內(nèi)盤面中心與壓氣機(jī)主軸連接，周向上布置有多個(gè)渦輪葉片;低壓渦輪內(nèi)盤面上設(shè)有第二永磁體，第二永磁體的位置與第一永磁體相對(duì)應(yīng);低壓渦輪內(nèi)盤面外緣外側(cè)設(shè)置的滾珠軸承，滾珠軸承與內(nèi)殼7、低壓渦輪內(nèi)盤面形成緊配合；內(nèi)殼體外周布置有另一滾珠軸承，另一滾珠軸承與外低壓渦輪外葉輪環(huán)、內(nèi)殼體形成緊配合； 所述高壓渦輪包括高壓渦輪外葉輪環(huán)、高壓渦輪內(nèi)盤面、凹槽、第一永磁體、第二永磁體和兩個(gè)滾珠軸承;高壓渦輪的結(jié)構(gòu)與低壓渦輪的差異是:高壓渦輪外葉輪環(huán)渦輪葉片傾角較低壓渦輪大，布置較低壓渦輪密集，且高壓渦輪內(nèi)盤面中心與高壓渦輪主軸連接。 所述離合器包括抱軸板、壓緊彈簧、套筒和滑塊;抱軸板設(shè)置在壓氣機(jī)主軸和高壓渦輪主軸的外周，套筒通過間隔設(shè)置的多根壓緊彈簧與抱軸板連接;壓氣機(jī)主軸設(shè)有槽道，抱軸板上設(shè)有凹槽，凹槽與壓氣機(jī)主軸的槽道位置相對(duì)應(yīng)，滑塊下端插入壓氣機(jī)主軸上的槽道，上端插入抱軸板上的凹槽。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的離合器還包括橡膠墊，橡膠墊設(shè)置在槽道底部。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)，其特征在于，所述壓氣機(jī)包括壓氣機(jī)主軸、圓臺(tái)形葉片基座和壓氣葉片;在圓臺(tái)形葉片基座上沿軸向間隔布置多排壓氣葉片，壓氣葉片尺寸由前向后逐排減小，葉片傾角為25°?30°。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)，其特征在于，所述圓臺(tái)形密閉殼體的圓臺(tái)母線與圓臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸之間的夾角為10°-15°;壓氣葉片為8-9排，每排壓氣葉片的數(shù)量為20?30個(gè)。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的低壓渦輪由兩個(gè)渦輪片體組成，沿壓氣機(jī)主軸徑向均勻設(shè)置;低壓渦輪外葉輪環(huán)周向外表面均勻設(shè)有40個(gè)傾角為25°?30°渦輪葉片;在低壓渦輪外葉輪環(huán)周向內(nèi)表面設(shè)有四個(gè)凹槽;低壓渦輪內(nèi)盤面周向上布置有16個(gè)傾角為25°?30°渦輪葉片； 所述的高壓渦輪由兩個(gè)渦輪片體祖成，沿高壓渦輪主軸徑向均勻設(shè)置;高壓渦輪外葉輪環(huán)周向外表面均勻設(shè)有50個(gè)傾角為35°?40°渦輪葉片;在高壓渦輪外葉輪環(huán)周向內(nèi)表面設(shè)有四個(gè)凹槽;高壓渦輪內(nèi)盤面周向上布置有16個(gè)傾角為25°?30°渦輪葉片。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的光伏太陽能板選用PANDA 60 Cell系列YL300C-30b型光伏板，光伏充放電控制器選用LMS4820型太陽能控制器。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的光伏蓄電池組與充放電蓄電池組均由多個(gè)船用6-CQ-195a型蓄電池組成;所述溫差發(fā)電機(jī)選用GRS-80型發(fā)電機(jī);所述抽水栗選用HL-1HP型管道栗。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的磁流體推進(jìn)控制中心為由K-Pos DP-21動(dòng)力定位系統(tǒng)。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫差發(fā)電與磁流體推進(jìn)的海洋浮體動(dòng)力定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的低壓渦輪和高壓渦輪以鋁合金材料制成。
【文檔編號(hào)】H02J7/32GK106005281SQ201610420441
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日
【發(fā)明人】吳家鳴, 梁嚴(yán), 劉書棟, 曾嘉城, 廖華, 梁惠群
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué), 廣州市順海造船有限公司