CN105799897A - 一种自动控制船用风帆 - Google Patents

Abstract

一种自动控制船用风帆，包括底座、风翼、升降系统、液压系统、应急控制系统、探测系统、自动控制系统、远程通讯系统，所述的风翼由两节或两节以上组成；所述的升降系统包括主升降立柱、副升降立柱、探测传感器，所述的主升降立柱、副升降立柱内设置有可调节的导向轨道；所述的液压系统包括若干泵站、电磁阀组、传感器、探测器；所述的探测系统包括风速仪、风向仪、绝对值角度编码器、位移传感器；自动控制系统由本地控制系统及远程控制系统组成；应急控制系统包括液压蓄能器、控制阀组、压力传感器；远程通讯系统包括信号放大器、网络板卡。本发明完全实现了自动化，无人化，减轻了船舶驾驶的操作难度，也大大降低了船舶的燃油能耗。

Description

一种自动控制船用风帆

技术领域

本发明涉及大型远洋船舶的推进装置，尤其是涉及到一种自动控制船用风帆。

背景技术

风力资源作为新能源的一种，具有潜力巨大、分布广泛、清洁可再生等诸多优点。风动力作为船舶推进动力具有悠久的历史，从帆船的产生到发展，风力资源一直扮演着重要的角色。如果现代远洋船舶能够合理地利用风能资源，则无疑会大幅降低船运油耗、减少CO2排放量，产生良好的经济效益和社会效益。

然而，由于海上风力资源的不稳定性，传统风帆作为海上远洋船舶推进手段时，存在效率较低、装置收放不便、影响船舶驾驶、通航限制等诸多不利因素，大大制约了现代风帆船舶的工程应用前景。

对于专利授权公告号为CN2135660Y、名称为“垂直轴塔式风力机”提供了一种由多组风轮串联而成的垂直轴塔形结构风能利用装置，此装置安装高度大、起动风力强、结构简单、整体性能好，但是在现代船舶中，风机仍只能作为辅机使用，在不宜使用风力发电装置的情况下，此处没有提出有效的解决方法，并且占用船舶空间比较大，难以在现代船舶中实现。

对于专利授权公告号为CN102635504B、名称为“一种用于船舶的风力发电装置”提供了一种在船舶动力装置遭到破坏，甚至备用发电机组、应急备用电源、蓄电池等都无法工作的情况下，可以手动操作升降杆，使风轮机或小型风力发电机组升到预设高度进行发电，需要根据人工判断是否需要进行风力发电，无法实现一体化、轻便化、自动化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由“风帆—柴油机混合动力—操作集成系统”联合控制推进的自动控制船用风帆。

本发明是这样实现的，本发明自动控制船用风帆是由底座、风翼、升降系统、液压系统、应急控制系统、探测系统、自动控制系统、远程通讯系统等组成。

风翼由两节或两节以上组成，其结构由承载梁、不锈钢框体及耐腐蚀金属材质为蒙皮构造而成。

升降系统主升降立柱、副升降立柱、探测传感器等组成，升降立柱内导向轨道可调节，升降定位精准、制动准确可靠，并可实现升降同步控制。

液压系统由两套泵站、电磁阀组、传感器、探测器等组成，两套泵站相互备用，电磁阀组根据控制系统指令控制风帆运动。

探测系统由风速仪、风向仪、绝对值角度编码器、位移传感器组成，各传感器检测变化的数据并发送至控制系统。

自动控制系统由本地控制系统及远程控制系统组成，各传感器将数据发送至本地控制系统，再通过远程通讯发送给远程控制系统，远程控制系统对数据过滤、分析、计算并根据计算机构将指令发送给本地控制端，本地控制端根据指令控制风帆作出相应动作。

应急控制系统由液压蓄能器、控制阀组、压力传感器等组成，可在系统失电或控制元件故障的情况下可控制风帆快速复位。

本发明充分利用了海上风能，减少了船舶在使用传统能源时对海洋造成的污染，且采用了“风帆—柴油机混合动力—操作集成系统”联合控制推进的技术，完全实现了自动化，无人化，减轻了船舶驾驶的操作难度，也大大降低了船舶的燃油能耗，

本发明已实现国内外首个实体56000DWT散货船“鹏龙号”的首次成功安装试航，并取得了良好经济效益。

附图说明

图1是本发明的“风帆—柴油机混合动力—操作集成系统”控制原理图；

图2是本发明风帆的安装结构示意图。

图中1、底座，2、基柱，3、升降立柱，4、风翼A，5、风翼B,

6、液压回转装置，7、油缸尾部销轴，8、油缸支架A，9、油缸支架B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明

一种自动控制船用风帆，包括底座、风翼、升降系统、液压系统、应急控制系统、探测系统、自动控制系统、远程通讯系统，所述的风翼由两节或两节以上组成；所述的升降系统包括主升降立柱、副升降立柱、探测传感器，所述的主升降立柱、副升降立柱内设置有可调节的导向轨道；所述的液压系统包括若干泵站、电磁阀组、传感器、探测器；所述的探测系统包括风速仪、风向仪、绝对值角度编码器、位移传感器；自动控制系统由本地控制系统及远程控制系统组成；应急控制系统包括液压蓄能器、控制阀组、压力传感器；远程通讯系统包括信号放大器、网络板卡。

所述的风翼包括承载梁、不锈钢框体以及蒙皮，所述的蒙皮为耐腐蚀金属材质；所述探测系统设置在风翼机械部位。

实施例相关技术指标：

Ⅰ形状尺寸

伸展开的翼面形状近似为矩形的翼型帆；

风翼翼面高：8m；

风翼翼面平均宽度：6m

风翼面积：8m×6m=48m2

风翼桅杆高：翼面完全升起时，翼面下沿相对甲板高度为4m

翼面完全收回时，翼面下沿相对甲板高度为1.7m

风翼尾轴长度：＜15.0m

转盘机构直径：＜5.0m

风翼数量：2套。

Ⅱ重量

考虑到风帆安装方便以及使用的安全性单个风帆样机总重量不大于15t。

Ⅲ材质

风翼翼面材料具有轻便及抗锈蚀作用，翼面光洁，外形美观大方。风帆立柱满

足相应的力学强度要求。

Ⅳ承力

选择用于轴向伸缩的液压缸布放位置时，液压缸承力特性、有效收缩距离、液压装置的拆装及维修等问题。安装在风帆内部的液压缸，仅用于轴向伸缩运动控制，不承受横向力及扭力作用。由主、副升降立柱内置可调节导轨承载工作状态下的横向力及扭力作用。根据风帆各伸缩段受力特点（抗弯、抗扭），设计了有效的承力机械结构，并设置了可靠的受力保护装置。以避免由于风载作用力过大造成整个机械结构的变形，而影响整个风帆样机的正常升降。

Ⅴ装拆

风帆系统应为套杆结构具有较好的维护性能，各组件容易拆装及更换。

Ⅵ动作

风帆能做±170°周向转动，在任意角度均能自锁；转动速度无级、可设定；

风帆为全部收回状态时的风帆面与舱壁保持平行。转动作业可与收回或升起作业同步进行；风帆可实现单个伸缩段收回、锁紧功能，即风帆可工作在不同翼面高度状态。

Ⅶ数据采集系统

风帆系统为计算机智能控制，在风帆机械上安装了一定的数据采集装置，

以作为控制器的输入信号。使控制器根据项目组预先编制的控制策略程序，输出控制信号，实现风帆智能转动、升降的目标。所有采集数据经信号放大后，直接输入到控制器中，经计算机分析后，自动判断输出转动及升降运动信号到下位机。

Ⅷ控制系统

风帆控制系统分为控制器（上位机）及下位机（运动控制卡）两部分系统。控制器安置在船舶驾驶室内，实现对各部分监测系统的监测数据的分析、判断，并输出控制信号到下位机。下位机根据控制器输出信号，控制风帆机械传动系统实现转动和升降运动。

风帆在船舶甲板上布置，风速、风向感应器采集信号发送至控制系统，控制系统机根据信号自动计算，若当前海况满足风帆使用条件控制系统会自动发送指令开启泵站并优先向应急操作系统充能，应急操作系统传感器满载压力信号传至上位机后，控制系统会自动控制风帆由回收状态转向工作状态，风翼（一）（二）逐级升高并回转到上位机计算出的最佳角度位置后由抱闸及平衡阀等组件固定在工作位。系统每10分钟检测一次航向、风速、风向等信号并自动计算分析，根据分析结论自动调整风帆角度。若系统检测到当前海况不满足风帆使用条件PC会自动控制左右弦风帆回收。若在系统失电或有突发状况自动控制失效的情况下可用应急控制系统回收风帆。

该发明成果在国内外首次成功安装使用于实船（56000DWT散货船鹏龙号），并取得了良好的成果。

Claims (3)

1.一种自动控制船用风帆，包括底座、风翼、升降系统、液压系统、应急控制系统、探测系统、自动控制系统、远程通讯系统，其特征在于：所述的风翼由两节或两节以上组成；所述的升降系统包括主升降立柱、副升降立柱、探测传感器，所述的主升降立柱、副升降立柱内设置有可调节的导向轨道；所述的液压系统包括若干泵站、电磁阀组、传感器、探测器；所述的探测系统包括风速仪、风向仪、绝对值角度编码器、位移传感器；自动控制系统由本地控制系统及远程控制系统组成；应急控制系统包括液压蓄能器、控制阀组、压力传感器；远程通讯系统包括信号放大器、网络板卡。

2.根据权利要求1所述的一种自动控制船用风帆，其特征在于：所述的风翼包括承载梁、不锈钢框体以及蒙皮，所述的蒙皮为耐腐蚀金属材质。

3.根据权利要求1所述的一种自动控制船用风帆，其特征在于：所述探测系统设置在风翼机械部位。