基于温差发电与磁流体推进的海洋浮体动力定位系统技术方案

本发明专利技术公开了基于温差发电与磁流体推进的海洋浮体动力定位系统：包括光伏电池板、光伏蓄电池组、温差驱动涡轮、温差发电机、磁流体推进控制中心、磁流体推进器；光伏太阳能板经过光伏充放电控制器与光伏蓄电池组相连；光伏蓄电池组分别与磁流体推进控制中心和温差发电机相连；充放电蓄电池组分别与抽水泵和温差发电机相连，温差发电机还分别与磁流体推进控制中心和温差驱动涡轮连接；磁流体推进控制中心还分别与磁流体推进器、北斗定位系统以及水文信息采集传感器连接。本海洋浮体新能源动力定位系统采用温差能和太阳能作为主要能源、采用磁流体推进技术作为定位手段具有维护成本低、操纵灵活、噪声低、不受作业水深限制等优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种海洋浮体位置与方向动力定位系统，特别是涉及一种基于温差发电与磁流体推进的海洋浮体动力定位系统。
技术介绍
温差发电技术是一种利用海洋表面与深层之间所蕴藏的巨大的温差能来进行发电的新型能源技术。由于温差能来源于太阳辐射，温差能又是一种取之不尽用之不竭的可再生清洁能源。将温差发电技术应用于海洋浮体位置与方向动力定位系统的能源供给，可以很好地解决海洋浮体的动力来源和日常维护问题，从而大幅降低海洋浮体的维护和使用成本。温差发电技术采用低沸点工作流体作为循环工质，在朗肯循环基础上，用高温热源加热并蒸发循环工质产生的蒸汽推动叶轮发电的技术，其主要构件包括蒸发器、冷凝器、涡轮机以及工作流体泵。通过高温热源加热蒸发器内的工作介质使其蒸发，蒸发后的工作介质在涡轮机内绝热膨胀，推动涡轮机的叶片而达到发电的目的，发电后的工作介质蒸汽被导入冷凝器，并将其热量传给低温热源，因而被冷却，然后经循环泵送入蒸发器，形成一个循环。传统温差发电技术选用低沸点的工质来作为蒸汽推动汽轮机进行发电，以海洋表面海水为热源，深层海水为冷源。虽然冷热源的来源广泛，但是由于海水热容大的原因使得热源的温度不是很高，使得低沸点工质受热蒸发后形成的蒸汽压力较低，限制了自身的能量转换，降低了蒸汽推动涡轮做功的效率，在一定程度上限制了温差发电向着大功率的方向发展。磁流体推进器是在其海水喷出通道内将海水作为导电体，利用励磁线圈在通道内形成磁场，通过电极向海水导电。当海水进入通道经过电极电压作用形成电流时，海水成为载流体，载流海水在垂直于它的磁场中受到力的作用，力的方向与海水在通道内的运动一致，形成一种方向一致的水动力，这一水动力作用于推进器上则使推进器受到反作用力——即推进力，使推进器向与海水运动相反的方向运动。磁流体推进利用了电磁力原理，其力的大小与磁感应强度和电流大小有关。因为全球不同地域的海水的导电能力相近，所以电流大小即与两电极之间的电势差成正比。由于磁流体推进器内的磁场由励磁线圈产生，因而通过调节励磁线圈的电流与两电极之间的电势差即可对推进力进行精确的调控。由此可知，与传统的动力定位装置相比，在浮式海洋工程装备中使用磁流体推进器作为其轨迹与姿态
控制机构将可以达到精准控制、灵活操纵等目的。又因为所调节的物理量均为电信号，所以所有的调节工作均可以由事先设定好的程序来执行，从而大大的提高调节的速率与推进控制系统的自动化程度。现有海洋浮体(海洋环境观测浮筒、舰船、海洋平台等海洋工程浮式结构物)锚泊定位系泊系统常用锚及锚链、锚缆将浮体系留于海上，限制由于海洋环境外力的作用而引起浮体的漂移，使其维持在预定位置上。然而，随着水深的增加，锚泊系统的抓底力减小，抛锚的困难程度增加，同时锚泊系统的锚链长度和强度都要增加，进而系留线(锚链、系缆等)重量剧增，海上布链作业也变得复杂，系泊锚链的造价和安装费用猛增，其定位能力也受到很大的限制。传统的动力定位系统采用螺旋桨推进，这类动力定位系统通过不断检测出被定位浮体的实际位置与目标位置的偏差，再根据风、浪、流等外界扰动力的影响计算出使该被定位浮体恢复到目标位置所需推力的大小，并对作用在浮体上各推进器进行推力分配，使各推进器产生相应的推力，从而使浮体尽可能地保持在海平面上要求的位置。但是这种推进方式也存在推进效率低、控制灵活性不高和悬停不精确等缺点。
技术实现思路
本专利技术利用温差发电系统产生的电能提供给磁流体推进器维持其正常工作，以低维护成本实现对海上浮体动力定位作用的目的。本专利技术通过以下技术方案实现：基于温差发电与磁流体推进的海洋浮体动力定位系统，包括光伏太阳能板、光伏蓄电池组、光伏充放电控制器、充放电蓄电池组、温差驱动涡轮、温差发电机、磁流体推进控制中心、磁流体推进器、北斗定位系统、抽水泵以及水文信息采集传感器；所述光伏太阳能板经过光伏充放电控制器与光伏蓄电池组相连；光伏蓄电池组分别与磁流体推进控制中心和温差发电机相连；充放电蓄电池组分别与抽水泵和温差发电机相连，温差发电机还分别与磁流体推进控制中心和温差驱动涡轮连接；磁流体推进控制中心还分别与磁流体推进器、北斗定位系统以及水文信息采集传感器连接。所述磁流体推进器主要由励磁线圈、喷水通道和电离电极三部分构成；喷水通道为一圆筒结构，电离电极布置于喷水通道内表面左右两侧，励磁线圈布置于喷水通道外表面，励磁线圈轴心与两电极所在平面垂直。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述温差驱动涡轮主要由压气机、低压涡轮、高压涡轮、离合器、内壳体、外壳体、压缩机、冷凝管、储存装置组成；所述外壳体为圆筒
形腔体，内壳体从外壳体内伸出，在外壳体内的内壳体为圆筒形腔体，伸出段为从外到内的收缩锥形回转腔体；外壳体与内壳体之间的空间为外壳体空间；内壳体圆筒形腔体的内部空间为内壳体空间；外壳体与内壳体的圆筒形腔体部分从前向后方向依次设置有低压涡轮和高压涡轮；内壳体收缩锥形回转腔体的外端开口部分为热空气进口，内部设有压气机；压气机与低压涡轮通过压气机主轴连接，高压涡轮主轴与温差发电机连接；高压涡轮主轴通过离合器与压气机主轴连接；排气道与内壳体空间后端连通；导引管道与外壳体空间后端连通，导引管道与压缩机连接，压缩机分别与温差发电机和冷凝管连接，冷凝管与储存装置连接；储存装置通过管道与设置在外壳体空间上的多个工作介质喷嘴连通；充放电蓄电池组与温差发电机连接；所述冷凝管包括管道和外管，管道设有多个突扩管，管道设置在外管内，外管一端设有注水口，引入深层海水，外管另一端设有泄水口，泄水口与外管连接处设有阀门；所述低压涡轮包括低压涡轮外叶轮环、低压涡轮内盘面、凹槽、第一永磁体、第二永磁体和两个滚珠轴承；低压涡轮外叶轮环周向外表面均匀设有多个涡轮叶片，在低压涡轮外叶轮环周向内表面设有凹槽，凹槽内安装第一永磁体；低压涡轮内盘面中心与压气机主轴连接，周向上布置有多个涡轮叶片；低压涡轮内盘面上设有第二永磁体，第二永磁体的位置与第一永磁体相对应；低压涡轮内盘面外缘外侧设置的滚珠轴承，滚珠轴承与内壳7、低压涡轮内盘面形成紧配合；内壳体外周布置有另一滚珠轴承，另一滚珠轴承与外低压涡轮外叶轮环、内壳体形成紧配合；所述高压涡轮包括高压涡轮外叶轮环、高压涡轮内盘面、凹槽、第一永磁体、第二永磁体和两个滚珠轴承；高压涡轮的结构与低压涡轮的差异是：高压涡轮外叶轮环涡轮叶片倾角较低压涡轮大，布置较低压涡轮密集，且高压涡轮内盘面中心与高压涡轮主轴连接。所述离合器包括抱轴板、压紧弹簧、套筒和滑块；抱轴板设置在压气机主轴和高压涡轮主轴的外周，套筒通过间隔设置的多根压紧弹簧与抱轴板连接；压气机主轴设有槽道，抱轴板上设有凹槽，凹槽与压气机主轴的槽道位置相对应，滑块下端插入压气机主轴上的槽道，上端插入抱轴板上的凹槽。优选地，所述的离合器还包括橡胶垫，橡胶垫设置在槽道底部。优选地，所述压气机包括压气机主轴、圆台形叶片基座和压气叶片；在圆台形叶片基座上沿轴向间隔布置多排压气叶片，压气叶片尺寸由前向后逐排减小，叶片倾角为25°～30°。优选地，所述圆台形叶片基座的圆台母线与圆台旋转轴之间的夹角为10°-15°；压气叶
片为8-9排，每排压气叶片的数量为20～30个。优选地，所述的低压涡轮由两个涡轮片体组成，沿压气本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于温差发电与磁流体推进的海洋浮体动力定位系统，其特征在于，包括光伏太阳能板、光伏蓄电池组、光伏充放电控制器、充放电蓄电池组、温差驱动涡轮、温差发电机、磁流体推进控制中心、磁流体推进器、北斗定位系统、抽水泵以及水文信息采集传感器；所述光伏太阳能板经过光伏充放电控制器与光伏蓄电池组相连；光伏蓄电池组分别与磁流体推进控制中心和温差发电机相连；充放电蓄电池组分别与抽水泵和温差发电机相连，温差发电机还分别与磁流体推进控制中心和温差驱动涡轮连接；磁流体推进控制中心还分别与磁流体推进器、北斗定位系统以及水文信息采集传感器连接；所述磁流体推进器主要由励磁线圈、喷水通道和电离电极三部分构成；喷水通道为一圆筒结构，电离电极布置于喷水通道内表面左右两侧，励磁线圈布置于喷水通道外表面，励磁线圈轴心与两电极所在平面垂直。

【技术特征摘要】
1.基于温差发电与磁流体推进的海洋浮体动力定位系统，其特征在于，包括光伏太阳能板、光伏蓄电池组、光伏充放电控制器、充放电蓄电池组、温差驱动涡轮、温差发电机、磁流体推进控制中心、磁流体推进器、北斗定位系统、抽水泵以及水文信息采集传感器；所述光伏太阳能板经过光伏充放电控制器与光伏蓄电池组相连；光伏蓄电池组分别与磁流体推进控制中心和温差发电机相连；充放电蓄电池组分别与抽水泵和温差发电机相连，温差发电机还分别与磁流体推进控制中心和温差驱动涡轮连接；磁流体推进控制中心还分别与磁流体推进器、北斗定位系统以及水文信息采集传感器连接；所述磁流体推进器主要由励磁线圈、喷水通道和电离电极三部分构成；喷水通道为一圆筒结构，电离电极布置于喷水通道内表面左右两侧，励磁线圈布置于喷水通道外表面，励磁线圈轴心与两电极所在平面垂直。2.根据权利要求1所述的基于温差发电与磁流体推进的海洋浮体动力定位系统，其特征在于，所述温差驱动涡轮主要由压气机、低压涡轮、高压涡轮、离合器、内壳体、外壳体、压缩机、冷凝管、储存装置组成；所述外壳体为圆筒形腔体，内壳体从外壳体内伸出，在外壳体内的内壳体为圆筒形腔体，伸出段为从外到内的收缩锥形回转腔体；外壳体与内壳体之间的空间为外壳体空间；内壳体圆筒形腔体的内部空间为内壳体空间；外壳体与内壳体的圆筒形腔体部分从前向后方向依次设置有低压涡轮和高压涡轮；内壳体收缩锥形回转腔体的外端开口部分为热空气进口，内部设有压气机；压气机与低压涡轮通过压气机主轴连接，高压涡轮主轴与温差发电机连接；高压涡轮主轴通过离合器与压气机主轴连接；排气道与内壳体空间后端连通；导引管道与外壳体空间后端连通，导引管道与压缩机连接，压缩机分别与温差发电机和冷凝管连接，冷凝管与储存装置连接；储存装置通过管道与设置在外壳体空间上的多个工作介质喷嘴连通；充放电蓄电池组与温差发电机连接；所述冷凝管包括管道和外管，管道设有多个突扩管，管道设置在外管内，外管一端设有注水口，引入深层海水，外管另一端设有泄水口，泄水口与外管连接处设有阀门；所述低压涡轮包括低压涡轮外叶轮环、低压涡轮内盘面、凹槽、第一永磁体、第二永磁体和两个滚珠轴承；低压涡轮外叶轮环周向外表面均匀设有多个涡轮叶片，在低压涡轮外叶轮环周向内表面设有凹槽，凹槽内安装第一永磁体；低压涡轮内盘面中心与压气机主轴连接，周向上布置有多个涡轮叶片；低压涡轮内盘面上设有第二永磁体，第二永磁体的
\t位置与第一永磁体相对应；低压涡轮内盘面外缘外侧设置的滚珠轴承，滚珠轴承与内壳7、低压涡轮内盘面形成紧配合；内壳体外周布置有另一滚珠轴承，另一滚珠轴承与外低压涡轮外叶轮环、内壳体形成紧配合；所述高压涡轮包括高压涡轮外叶轮环、高压涡轮内盘面、凹槽、第一永磁体、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴家鸣，梁严，刘书栋，曾嘉城，廖华，梁惠群，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州市顺海造船有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44