一种船用发电风帆装置

1.本实用新型属于风力发电技术领域，具体涉及一种船用发电风帆装置。


背景技术：

2.普通风帆助航在船舶航行时能够提供的推力受气候因素影响较大，节能效果一般；在恶劣天气下由于不能及时收回辅助风帆，导致受力面增大，会进一步降低船舶操纵性；在跟船舶主机和螺旋桨配合时，由于控制的单一性和风速的不稳定性，难以达到理想效果。种种不确定因素增加了风帆助航船舶的航行风险，因此发展缓慢。


技术实现要素：

3.本发明针对以上问题的提出，申请提供一种船用发电风帆装置，以提高风帆助航的节能效果，提升船舶的操纵性和整体控制的灵活性，主要创新点是在船舶上将垂直轴风机和风帆结合起来形成发电风帆，达到船舶节能和助航的效果，并通过主动收放系统,快速回收和布放发电风帆。
4.本发明采用的技术方案如下：一种船用发电风帆装置，它包括风机底座、发电风帆、艏摇系统和控制器，所述发电风帆采用风机立柱的两侧对称设置风机支架，风机支架包括上横杆、侧杆和下横杆；风机支架内设置多个带有叶片的风机轴，风机轴的底部设置发电机；风机立柱下端与下横杆之间设置第一支撑杆和第二支撑杆；
5.所述风机立柱的底部设置艏摇系统，艏摇系统采用电机驱动设置在轴承座上的蜗杆，蜗杆与设置在风机立柱底部的蜗轮相啮合；
6.该装置还设有主动收放系统，收放系统采用在风机底座中心处通过旋转平台支座支撑的旋转平台，旋转平台绕平台支撑轴转动；旋转平台的两侧分别设置第一液压缸和第二液压缸，液压缸的一端与固定在风机底座上的液压缸支座相连，另一端与旋转平台的侧面相连。
7.所述风机底座设置在船舶的甲板上。
8.一种船用发电风帆装置的工作方法，所述发电风帆装置具有收束模式与发电助航模式：
9.收束模式：
10.当需要回收发电风帆时，控制器控制艏摇系统将发电风帆的帆面垂直于第一液压缸与第二液压缸的连线；启动第一液压缸拉伸，第二液压缸收缩，使得旋转平台绕平台支撑轴转动，将发电风帆从竖直状态倒向第二液压缸一侧，转换成水平状态，完成发电风帆的收束；
11.发电助航模式：
12.当需要布放发电风帆时，启动第一液压缸收缩、第二液压缸拉伸，使得使得旋转平台绕平台支撑轴转动，带动发电风帆从水平状态逐渐立起，直到发电风帆的帆面与第一液压缸、第二液压缸的连线垂直；控制器再根据风向启动艏摇系统调整风帆的方向，使风帆进
行助航与发电。
13.所述船用发电风帆装置将垂直轴风机和风机支架结合起来形成发电风帆装置。在保留风帆特性的同时能够发电，从而提高整体的助航效果。
14.本实用新型的有益效果为：这种船用发电风帆装置包括风机底座、风机立柱、风机支架、主动收放系统、艏摇系统和控制器。风机立柱保持竖直状态时，风机支架和其内部的垂直轴风机构成发电风帆，达到风帆助航的效果，同时垂直轴风机接收多个方向的风，将风能转化成电能，为船舶供电，以提高风帆助航的节能效果；在恶劣天气或其它不需要风帆的情况下通过主动收放系统快速回收发电风帆，减少受力面积，降低船舶倾覆的危险；在跟船舶主机和螺旋桨配合时，通过主动收放系统和艏摇系统改变发电风帆推力的方向和作用点，垂直轴风机转动速率和运行与否改变风帆推力的大小，就能提高控制的多样性，从而提升船舶的操纵性。
附图说明
15.图1是一种船用发电风帆装置的结构图。
16.图2是图1中a的放大图。
17.图3是一种船用发电风帆装置在船舶上的示意图。
18.图中：1、风机底座，2、风机立柱，3、旋转平台，4、艏摇系统，4a、蜗轮，4b、轴承座，4c、蜗杆，4d、电机，5、旋转平台支座，5a、平台支撑轴，6、第一液压缸，6a、第二液压缸，7、液压缸支座，8、垂直轴风机，8a、上横杆，8b、侧杆，8c、下横杆，8d、第一支撑杆，8e、第二支撑杆，8f、叶片，8g、风机轴，8h、发电机，9、发电风帆，10、甲板，11、船舶。
具体实施方式
19.图1、图2和图3示出了一种船用发电风帆装置，包括风机底座1、风机立柱2、风机支架、主动收放系统、艏摇系统4和控制器。
20.图1和图2示出了一种船用发电风帆装置的结构图。主动收放系统设置在风机底座1的中心处，包含两个旋转平台支座5，两个液压缸6，两个液压缸支座7和一个旋转平台3。液压缸6一端通过液压缸支座7与风机底座1相连，另一端与旋转平台3侧面相连。当需要回收风机立柱2时，一个液压缸拉伸，另一个液压缸收缩，从而将立柱从竖直状态转换成水平状态，当需要布放风机立柱2时同理；
21.艏摇系统设置在主动收放系统的中心处，包含一个蜗轮4a、两个轴承座4b、两个蜗杆4c、两个电机4d。发电风帆装置9上设有风速传感器以控制风机支架的迎风角，在风速较大时，风速传感器将信号传送给控制器，控制器控制艏摇系统4的电机继电器让电机4d正转，使风机支架的迎风角变小；在风速较小时，风速传感器将信号传送给控制器，控制器控制艏摇系统4的电机继电器让电机4d反转，使风机支架的迎风角变大；
22.风机立柱2与主动收放系统为转动连接，采用艏摇系统4驱动旋转的风机立柱2的下端与主动收放系统中的轴承相配合。风机立柱2的上部设有风机支架，在风机支架上设置多个垂直轴风机8，垂直轴风机8包含叶片8f和风机轴8g，多个叶片8f通过合理排列的支杆与风机轴8g固定连接，风机轴8g的一端与固定在风机支架下横杆8c的发电机8h连接，另一端与固定在风机支架上横杆8a的轴承连接；
23.风机支架采用平面式垂直风机支架，形成风帆，垂直风机支架的上横杆8a、侧杆8b与下横杆8c构成垂直框架，垂直框架是以风机立柱2为轴的对称结构，垂直框架中竖直分布有垂直轴风机8。垂直风机支架下部设置第一支撑杆8d和第二支撑杆8e，第一支撑杆8d的一端固定连接在风机立柱2，另一端固定连接在下横杆8c的外端部，第二支撑杆8e的一端固定连接在风机立柱2上，另一端固定连接在下横杆8c的中部；
24.图3示出了一种船用发电风帆装置在船舶上的示意图。船用发电风帆装置9在船舶11上通过风机底座1与甲板10连接。
25.采用上述技术方案，风机立柱保持竖直状态时，风机支架和其内部的垂直轴风机构成发电风帆，达到风帆助航的效果，同时垂直轴风机接收多个方向的风，将风能转化成电能，为船舶供电，以提高风帆助航的节能效果；在恶劣天气或其它不需要风帆的情况下通过主动收放系统快速回收发电风帆，减少受力面积，降低船舶倾覆的危险；在跟船舶主机和螺旋桨配合时，通过主动收放系统和艏摇系统改变发电风帆推力的方向和作用点，垂直轴风机转动速率和运行与否改变风帆推力的大小，就能提高控制的多样性，从而提升船舶的操纵性。
26.主动收放系统的外型和尺寸、垂直轴风机的数量和大小、风机支架形式、风机底座形状、发电风帆在甲板上的位置等参数可以根据实际情况进行调节。
27.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种船用发电风帆装置，它包括风机底座（1）、发电风帆（9）、艏摇系统（4）和控制器，艏摇系统采用电机（4d）驱动设置在轴承座（4b）上的蜗杆（4c），蜗杆（4c）与设置在风机立柱（2）底部的蜗轮（4a）相啮合；其特征在于：所述发电风帆（9）采用风机立柱（2）的两侧对称设置风机支架，风机支架包括上横杆（8a）、侧杆（8b）和下横杆（8c）；风机支架内设置多个带有叶片（8f）的风机轴（8g），风机轴（8g）的底部设置发电机（8h）；风机立柱（2）下端与下横杆（8c）之间设置第一支撑杆（8d）和第二支撑杆（8e）；所述风机立柱（2）的底部设置艏摇系统（4）；该装置还设有主动收放系统，收放系统采用在风机底座（1）中心处通过旋转平台支座（5）支撑的旋转平台（3），旋转平台（3）绕平台支撑轴（5a）转动；旋转平台（3）的两侧分别设置第一液压缸（6）和第二液压缸（6a），液压缸的一端与固定在风机底座（1）上的液压缸支座（7）相连，另一端与旋转平台（3）的侧面相连。2.根据权利要求1所述的一种船用发电风帆装置，其特征在于：所述风机底座（1）设置在船舶（11）的甲板（10）上。

技术总结
一种船用发电风帆装置，其属于风力发电技术领域。该发电风帆装置包括风机底座、发电风帆、风机立柱、风机支架、主动收放系统、艏摇系统和控制器。主动收放系统设置在风机底座的中心处，负责风机立柱的回收和布放。艏摇系统的上端与风机立柱连接，下端设置在主动收放系统上，负责驱动风机立柱的轴向旋转。风机立柱的上部设有风机支架，风机支架内布置了多个垂直轴风机。风机轴的一端与固定在风机支架下横杆的发电机连接，另一端与固定在风机支架上横杆的轴承连接。该发电风帆装置一方面能够利用垂直轴风机和风机支架组成的发电风帆达到船舶节能和助航的效果，另一方面，通过主动收放系统,可以快速回收和布放发电风帆。统,可以快速回收和布放发电风帆。统,可以快速回收和布放发电风帆。


技术研发人员：姜宜辰 王传晟 宗智 刘世杰 董宇
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2022.07.14
技术公布日：2023/3/23