CN105984575B - 一种风能驱动船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风能驱动船，包括：船体，所述船体的基板上设置有风能发电装置；所述风能发电装置与所述船体内的驱动装置连接，藉由所述风能发电装置将风能转化为电能并传输至所述驱动装置，以驱动所述船体航行；其中，所述风能发电装置包括球形风能发电装置和与所述球形风能发电装置连接的发电机；所述球形风能发电装置中心具有一轴承，所述轴承外围设置有一钢圈，所述钢圈与所述轴承之间设置有若干活动扇叶，各所述活动扇叶的一端通过转动销铰接在所述钢圈上；以及一可围绕轴承旋转的旋转壳体，所述旋转壳体将部分所述活动扇叶予以遮蔽。本发明通过在风能驱动装置上加设一S型的旋转壳体，可极大提高风能转化效率；在船体两侧加置真空钢管能够有效保证船体航行的平衡性；同时在风叶与船体甲板之间设置旋转轮也很好的起到了保护风叶及船体的作用。

Description

一种风能驱动船

技术领域

本发明涉及新能源及船舶领域，具体涉及一种风能驱动船。

背景技术

新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面与深层之间的热循环等，此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等，而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能等能源，称为常规能源。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。

风能是一种清洁、可再生、高效安全的能源，在当前世界上常规能源紧缺的情况下，已得到世界各个国家的重视。有资料显示，2009年我国风能装机容量已达到20CW。但是目前世界各个国家在风能的利用上仅仅停留在陆地上，同时风能发电装置一般也仅仅固定设置在某一位置处，无法移动，在实际应用中受到了一定的局限性。

发明内容

本发明提供了一种风能驱动船，其中，包括：

船体，所述船体的甲板上设置有风能发电装置；

所述风能发电装置与所述船体内的驱动装置连接，藉由所述风能发电装置将风能转化为电能并传输至所述驱动装置，以驱动所述船体航行；

其中，所述风能发电装置包括球形风能发电装置和与所述球形风能发电装置连接的发电机；

所述球形风能发电装置中心具有一轴承，所述轴承外围设置有一钢圈，所述钢圈与所述轴承之间设置有若干活动扇叶，各所述活动扇叶的一端通过转动销铰接在所述钢圈上；以及

一可围绕轴承旋转的旋转壳体，所述旋转壳体将部分所述活动扇叶予以遮蔽。

上述的风能驱动船，其中，所述驱动装置包括：

储能模组，与所述发电机连接，用于电能储存；

电动机，与所述储能模组相连，且该电动机还连接到一推进器，藉由所述电动机根据所述储能模组储存的电能驱动所述推进器运动。

上述的风能驱动船，其中，所述储能模组包括充电器、控制器、蓄电池组；

所述储能模组与所述电动机之间还设置有逆变器和补偿器；

所述电动机与所述推进器之间还设置有变速箱。

上述的风能驱动船，其中，所述风能驱动船还包括一与所述推进器相连的液压流量控制器，藉由所述液压流量控制器来控制所述船体的转向。

上述的风能驱动船，其中，所述旋转壳体与所述船体之间还设置有旋转轮。

上述的风能驱动船，其中，所述旋转壳体上固定设置有至少一个V型风向标，藉由所述V型风向标以带动所述旋转壳体进行旋转；

所述旋转壳体上设置的各V型风向标的朝向均相同。

上述的风能驱动船，其中，所述活动扇叶和所述旋转壳体均可拆卸。

上述的风能驱动船，其中，所述球形风能发电装置还设置有若干橡胶垫片，设置在各所述活动扇叶远离所述转动销的另一端附近，以限制所述活动扇叶转动。

上述的风能驱动船，其中，所述发电机为三相双馈风力发电机。

上述的风能驱动船，其中，所述船体两侧设置有真空钢管。

上述的风能驱动船，其中，各所述活动扇叶均各自设置在一固定面上，且每个所述活动扇叶所在的固定面还设置有一堵风门，该堵风门根据风向来自动开合。

本发明通过在风能驱动装置上加设一S型的旋转壳体，可极大提高风能转化效率；在船体两侧加置真空钢管能够有效保证船体航行的平衡性；同时在风叶与船体甲板之间设置旋转轮也很好的起到了保护风叶及船体的作用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明提供的一种风能驱动船的示意图；

图2为球形风能发电装置的俯视图；

图3为球形风能发电装置的截面图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

参照图1和图2所示，本发明提供了一种风能驱动船，主要包括船体1和风能发电装置，风能发电装置安装在船体1之上，风能发电装置与船体1内的驱动装置连接，藉由风能发电装置将风能转化为电能并传输至驱动装置，以驱动船体航行。进一步的，风能发电装置包括球形风能发电装置100和与球形风能发电装置连接的发电机16；球形风能发电装置中心具有一主轴14，主轴外围设置有一钢圈37，钢圈37与主轴14之间设置有若干活动扇叶6，各活动扇叶6的一端通过转动销8铰接在钢圈37上；且该球形风能发电装置还包括一可围绕主轴14旋转的旋转壳体4，旋转壳体4将部分活动扇叶6予以遮蔽。可选的，无论旋转壳体4旋转到何种位置，始终将一半的活动扇叶6进行遮蔽。由于船舶在水中航行时不可避免会产生左右摇摆，这会对其中一部分的活动扇叶6旋转造成影响(例如部分活动扇叶6的旋转方向不一致)，进而降低了风能转化效率。而本发明通过设置旋转壳体4来始终将部分的活动扇叶6进行遮罩，从而最大保证活动扇叶6顺着风进行旋转，提高风能转化效率。

如图1所示，船体1甲板面设置有驾驶室2，在驾驶室2顶设置有一层顶板12，顶板12周边设置多条支柱35与船面连接。顶板12上方设置有垂直的球形风能发电装置。球形风能发电装置的主轴14通过轴承与顶板12固定。同时，在驾驶室2顶部还设置有航灯32，在船尾设置有人字架24。

在本发明一可选的实施例中，上述的驱动装置包括：储能模组，与发电机16连接，用于电能储存；电动机22，与储能模组相连，且该电动机还连接到一推进器26，藉由电动机根据储能模组储存的电能驱动推进器运动。例如推进器26可为金属(例如铜)制的螺旋桨，通过电动机22带动螺旋桨旋转推动船体向前航行。

具体的，上述的储能模组包括充电器17、控制器18、蓄电池组19，在储能模组与电动机22之间还设置有逆变器20和补偿器21，以及在电动机22与推进器26之间还设置有变速箱23，变速箱23与推进器26通过轴承10带动。

在本发明一可选的实施例中，风能驱动船还包括一与推进器26相连的液压流量控制器33，根据该液压流量控制器33并通过方向盘34来控制船体1的转向，也即控制船体航行的方向；且在液压流量控制器33与推进器26之间还设置有一单出缸液压顶杆31。

在本发明一可选的实施例中，球形风能发电装置100与发电机16之间设置有一变速器15，且发电机16与变速器15之间、变速器15与球形风能发电装置之间均设置有一联轴器13。

在本发明一可选的实施例中，旋转壳体4上固定设置有至少一个V型风向标5，藉由V型风向标5以带动旋转壳体进行旋转；且旋转壳体4上设置的各V型风向标5的朝向均相同。

在本发明一可选的实施例中，活动扇叶6和旋转壳体4均可拆卸。

在本发明一可选的实施例中，发电机16为三相双馈风力发电机。之所以采用三相双馈风力发电机，是由于它具备三个可调量：1、可调节励磁电流幅值；2、可调励磁频率；3、可改变相位。也就是说，本发明提供的发电机可改变电机的转速，进而实现机组的变速恒频发电，提高发电的稳定性。

在本发明一可选的实施例中，船体1两侧设置有真空钢管3。由于本发明是风能驱动船，在船体上设置了球形风能发电装置，这在一定程度上增加了船体1向左右两侧的摇摆性，不仅影响了风能的利用效率，同时影响了船体的稳定性。为克服这些缺点，通过在船体两侧加置真空钢管3，使船体在球形风能发电装置受力而向一边倾斜时，真空钢管3与水接触起到浮力作用，减少船体两侧摇摆幅度，提高船体在航行中的安全性。

在本发明一可选的实施例中，各活动扇叶6均各自设置在一固定面38上，且每个活动扇叶所在的固定面38还设置有一堵风门40，该堵风门40根据风向来自动开合。

在本发明中，球形风能发电装置通过主轴14与甲板上的变速器15连接，变速器15与发电机16连接，藉由风带动球形风能发电装置运转，该球形风能发电装置通过变速器15提速带动发电机16运转，发电机16发出的电力输入船仓，通过充电器17→控制器18→蓄电池组19→逆变器20→电动机22，电动机22得到电能后运转，驱使尾轴处的螺旋桨(也即推进器26)转动，推动船体1在水面上航行。本发明提供的船体1在水面(例如海洋)上航行，可运作运输船、捕鱼船、发电船等多种用途，本发明提供的风能驱动船不要传统的石化能源，不产生噪音，实现零排放，无空气污染。

如图2所示，S型的旋转壳体4通过法兰盘36固定设置在主轴14外围，法兰盘36中心装配轴承10，轴承10与主轴14配合，因此主轴14在转动时，S型旋转壳体4在轴承10的滑动下不会转动，因此只有当风向改变时，S型旋转壳体4在风向标5的作用下才会随之变化。

如图2所示，活动扇叶6与上、下钢圈37采用转动销8连接，此外，球形风能发电装置还设置有若干橡胶垫片9，设置在各活动扇叶6远离转动销8的另一端附近，以限制活动扇叶转动，活动扇叶6在风的作用下紧贴橡胶片9上，并与球形风能发电装置中心的主轴14形成一定夹角，使10片活动扇叶6形成螺旋势态。在本发明中，由于橡胶垫片9对活动扇叶6的转动形成了限制作用，进而使得活动扇叶6的转动角度在一定范围内，活动扇叶6的转动角度α为20°～40°，较佳的为30°。

如图3所示，当风从正面吹来，旋转壳体4将图示右侧部分活动扇叶6遮掩而不受风，位于旋转壳体4内的单向器阀门42将活动堵风门40开启，图示左侧部分扇叶在风力作用下推动球形风能发电装置转动，并在单向器阀门42的作用下催使活动堵风门40关闭，旋幅气流也只会流向球形风能发电装置旋转方向，使整体风力起到顺向作用，提高了风能的利用效率。

如图1和图3所示，由于球形风能发电装置直径比较大，在旋转壳体4下方设置有若干(例如两个)旋转轮11，在旋转壳体4转动时，旋转轮11将贴着底板39(即甲板面)活动，从而避免旋转壳体4下坠损坏。较佳的，旋转轮11可选用具有弹性的材料制成，以避免对甲板和球形风能发电装置造成损伤。

依照本发明的一个方面，发电机16输送电力输送给充电器17，充电器17通过对电流整流后输出控制器18到蓄电池组19，蓄电池组19把所得的电力通过控制器18输入逆变器20，逆变器20把蓄电池组19输入的直流变为三相交流电。

依照本发明的一个方面，逆变器20输出三相交流电至驾驶室2的配电箱28中，以供船上电器的电力需求。同时本发明在逆变器20与电动机22之间还设置有补偿器21，通过补偿器21把电力输给三相电动机22，这样能减少电动机启动的电流电能消耗。

依照本发明的一个方面，电动机22与推进器26的齿轮箱通过变速箱23连接，从而使推进器26旋转，给船体提供前行的动力。

依照本发明的一个方面，推进器26前方加置舵系统27，舵系统27的转向由驾驶室2的液压流量控制器33控制。

依照本发明的一个发明，如图3所示，当受到台风预报时，可直接将活动扇叶6中的转动销8拔出，将所有扇叶拆除下来；同时旋转壳体4也可拆除，将紧固螺栓41取下来，即可拆除。活动扇叶6和旋转壳体4都拆除后只存在圈架，大大减小了台风对风力发电装置造成的损伤。

依照本发明的一个方面，如图3所示，扇叶受风面积较大，受力直接，比传统的螺旋扇叶增加5倍以上的受力面积，进而有效保证了风能收集作用。

现就本发明提供一具体实施例加以具体说明：

在长16米、宽5米的船体上设置有直径6米、高4米的球形风能发电装置，扇叶高4米，宽2米，一片扇叶的受力面积为4×2＝8m²。设平均风速V＝5m/s，空气密度P＝1.29kg/m³，那么该扇叶受力为：P＝8×5×1.29＝51.6kg。球形风能发电装置转一周需要2.355秒，即球形风能发电装置一周转的风能为121.5kg，球形风能发电装置一转扭矩121.5÷3×2＝81kg。每分钟25转，那么受力则为81×25＝2025n·m/min，并可计算出风机功率 本发明提供的风能驱动装置的风机功率较大，能够基本满足一般风能驱动船舶航行的需求。

同时在一些可选的实施例中，为保证船体的有效长期航行，亦可在采用传统能源驱动方式的船舶加装本发明中的风能发电装置，与传统能源驱动方式混合使用，进而保证船舶在长期无风条件下也可正常航行。

综上所述，由于本发明采用了如上技术方案，通过风能发电驱使船体航行，不产生噪音，实现零排放，无空气污染，同时具有如下技术优点：

1、通过在球形风能发电装置上设置一可旋转的S型旋转壳体，并在固定面上设置有单向气阀门和堵风门，可以有效的提高球形风能发电装置对风能的转化效率；

2、在旋转壳体与船体之间设置旋转轮，避免了扇叶在旋转发电过程中对船体造成的损伤；

3、在船体两侧加置真空钢管，可有效避降低由于船体在水中的摇摆从而对风能发电装置造成的影响，同时也可以提高船体在航行过程中的安全性。

本发明通过在风能驱动装置上加设一S型的旋转壳体，可极大提高风能转化效率；在船体两侧加置真空钢管能够有效保证船体航行的平衡性；同时在风叶与船体甲板之间设置旋转轮也很好的起到了保护风叶及船体的作用。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种风能驱动船，其特征在于，包括：

船体，所述船体的甲板上设置有风能发电装置；

所述风能发电装置与所述船体内的驱动装置连接，藉由所述风能发电装置将风能转化为电能并传输至所述驱动装置，以驱动所述船体航行；

其中，所述风能发电装置包括球形风能发电装置和与所述球形风能发电装置连接的发电机；

所述球形风能发电装置中心具有一主轴，所述主轴外围设置有一钢圈，所述钢圈与所述主轴之间设置有若干活动扇叶和若干固定面，各所述活动扇叶的一端通过转动销铰接在所述钢圈上；每个所述活动扇叶均各自设置在一固定面上，且每个所述活动扇叶所在的固定面还设置有一堵风门，该堵风门根据风向来自动开合；各所述固定面的另一端接在所述主轴上；以及

一可围绕主轴旋转的旋转壳体，所述旋转壳体将部分所述活动扇叶予以遮蔽。