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专利号: 2019103361019
申请人: 曲阜师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 液力机械或液力发动机;风力、弹力或重力发动机;其他类目中不包括的产生机械动力或反推力的发动机
更新日期:2025-07-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种海上磁悬浮垂直轴风力海水淡化系统,其特征是,包括海上风电支撑平台、磁悬浮盘式电机、风机桨叶、风机旋转体、机械传动装置、高压泵、高压罐、反渗透膜组件、淡水罐、蓄电池、变流器部分、监督控制单元;所述海上风电支撑平台为风力机、高压泵、高压罐、淡水罐、反渗透膜组件提供支撑;所述磁悬浮盘式电机包括轴向放置的定子绕组和悬浮绕组,所述定子绕组为三相交流绕组,刚性固定在塔架底端,输出经变流器部分调控,将超过高压泵功率的多余风能,储存至蓄电池,所述悬浮绕组与悬浮变流器相联,位于风机旋转体底部,所述悬浮变流器为H桥变流器,调控悬浮绕组电流以及磁悬浮盘式电机的励磁电流,悬浮风机旋转体和无摩擦捕获风能;所述风机桨叶采用多层梯形式布局结构,风机桨叶力臂按照高度下降三次方关系增大,弱化风机桨叶高度下降对风速影响,提高风能利用率;所述风机旋转体包括机壳、悬浮绕组以及太阳轮,悬浮绕组及其铁芯置于风机旋转体底部,重心下移风机旋转体,提高风机旋转体悬浮稳定性,所述机壳为流线型结合的上下两圆柱体结构,上圆柱体结构为上端封闭中空结构,由塔架支撑,在风机桨叶驱动下,旋转捕获风能,下圆柱体结构为上下中空盘式结构,下端刚性联结太阳轮,通过机械传动装置与4组高压泵机械耦合;所述机械传动装置包括盘式支撑体、变速齿轮以及电磁离合器,将风机旋转体捕获转矩经太阳轮、变速齿轮驱动高压泵运行,所述盘式支撑体与塔架刚性联结,按等分原则分布4组变速齿轮以及轴承,所述变速齿轮与风机旋转体上的太阳轮啮合,并将风机旋转体转速升速,所述电磁离合器安装在变速齿轮的旋转中轴上,控制高压泵个数,辅助盘式电机定子绕组进行功率调控;所述高压泵固定在海上风电支撑平台上,高压提升海水存储在高压罐内,将风机旋转体捕获风能转化为高压海水储存;所述高压罐储存高压海水,将风能波动与反渗透膜海水流入两部分隔离,上端设置高压泄水阀,内部设置浮子液位传感器,高压罐立式放置,与卧式放置的反渗透膜高度,设置额定高度差,制造自然液位高度差,提供反渗透膜淡化压力;所述反渗透膜组件为海水淡化的核心组件,前端设置进水阀和压力传感器,下侧设置浓盐水排出阀,两流量阀协同一起,调控反渗透膜淡化压力,提升海水淡化效率;所述淡水罐放置在海上风电支撑平台下侧,形成天然液压差,罐内设置有液位传感器,实测淡水余量;所述变流器部分包括捕获变流器、悬浮变流器、蓄电池管理变流器,所述捕获变流器为三相可控整流器,实时根据风速变化调控盘式电机电磁转矩,进行最大风能捕获和功率控制;所述蓄电池管理变流器为BUCK‑BOOST拓扑结构,根据风速以及高压罐内液位,改变盘式电机的电动机和发电机的工作模式,对蓄电池进行充放电;所述监督控制单元的主核心CPU为DSP28335,实时根据传感器测量的风速、高压罐液位、淡水液位、进水压力、风机旋转体转速、蓄电池充放电电流,控制电磁离合器吸合、电磁转矩、反渗透膜数量、进水阀开度、BUCK‑BOOST工作状态及充放电电流,协同实现海上磁悬浮垂直轴风力海水淡化系统的悬浮电驱海水淡化、悬浮捕获海水淡化、阻尼额定转速海水淡化和停机海水淡化四种工作模式,根据实测风速,选择风机旋转体悬浮或阻尼控制,当风速V<额定风速VN时,悬浮绕组上电,风机旋转体悬浮,进而根据高压罐内液位,选择高压泵和反渗透膜组件工作数量,基于电磁离合器吸合和进水阀开度,控制高压泵和反渗透膜组件的投切,同时以风机旋转体风能最大功率点对应转速为目标,调控盘式电机电磁转矩,实现最大风能捕获,此时额定风速VN≥V≥Vin为悬浮捕获海水淡化模式,风机桨叶捕获风能,风机旋转体经太阳轮驱动机械耦合装置中变速轮,驱动高压泵将海水存储至高压罐,超过高压泵功率部分的风能,经蓄电池管理变流器存储至蓄电池内;当风速V<切入风速Vin,无风状态下进入悬浮电驱海水淡化模式,此时蓄电池释能,捕获变流器工作在逆变状态,驱动盘式电机电驱动高压泵提水;当风速V≥VN时,减小盘式电机悬浮绕组电流,将风机旋转体悬浮降落至塔架上,此时切出风速Vout≥V≥VN,进入阻尼额定转速海水淡化模式,调控悬浮电流改变摩擦转矩以及盘式电机电磁转矩,使风机旋转体工作在额定转速,同时高压泵全部工作,将海水高压存储至高压罐内,高压罐内海水经进水阀,送入反渗透膜组件,海水淡化至淡水罐内;当V≥Vout时垂直风力机停机海水淡化,完全由高压罐内海水经由反渗透膜组件淡化。