CN107762722A - 一种带有螺旋侧板的风力助航转筒 - Google Patents

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赵强
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程红蓉
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Abstract

本发明提出了一种带有螺旋侧板的风力助航转筒，它包括旋转圆筒、旋转圆筒驱动电机、圆筒旋转轴、端板和空气流动单元，所述旋转圆筒驱动电机安装在圆筒的底部且通过圆筒旋转轴与旋转圆筒连接，所述端板安装在旋转圆筒的顶部，并与圆筒同轴、同圆心固定连接，所述空气流动单元安装于圆筒的外表面，圆筒旋转时空气流动单元使马格纳斯升力增大。本发明是一种从低风速区到高风速区均能够高效率辅助推进的船用风力助航转筒。

Description

一种带有螺旋侧板的风力助航转筒
技术领域
本发明涉及一种船舶风力助航转筒，特别是助推装置的旋转圆筒外周表面设置有螺旋状的突条。
背景技术
近年来，由于全球能源紧张以及航运形势的低迷，船舶节能技术已成为航运业研究的热点之一。同时，随着世界各国对环保的关注越来越多，航运界和造船界纷纷制定出各种规范以满足日益严格的节能环保要求。能源问题和新的排放规定为全球新造船市场带来了挑战，但同时也提供了一次新的发展机遇。设计、开发出了一系列绿色船舶技术产品，切实做好节能减排工作是航运业应对当前局势的重要途径。其中，作为新能源之一的风能，将在新形势下的船舶节能减排技术中扮演重要的角色。
风能作为一种无污染且无限可再生资源，风能助推技术是绿色船舶技术的重要内容之一，合理的节能推进装置将有效地降低船舶能耗、减少船舶造成的环境污染。在船舶辅助推进(节能)的应用上，风能具有很高的可操作性，不仅能为船舶提供一定的推进力，有效降低船舶能耗，而且这些新技术基本都能用于旧船改装，对船体结构或者甲板布置的影响不大。因此，国外对此已经开展了不少研究与应用。
风能可以为船舶提供一定的推进力，从而降低船舶能耗，因此风能助推技术是绿色船舶技术的重要内容之一，这些新技术基本都能用于旧船改装，对船体结构或者甲板布置的影响不大，因此国内外对此已经开展了不少研究与应用。Flettner转子是其中一种节能效果良好、轻巧灵活的风力助航转筒，其产生的马格纳斯升力随着圆筒转速的增加而增大，但它需要额外的电机带动才能旋转，并且旋转需要的能耗也随着圆筒转速的增加而增大。这样若要提高Flettner转子的升力就必须提高转子的转速，而为了提高转速，就要消耗较多的能量，导致节能效果降低。另外一种著名的利用风能的装置叫Savonius转筒，其通过在圆筒上增加两个相反的叶片产生旋转矩而使圆筒自转。Savonius转筒的优点是启动转矩大，几乎能在任何风速下自启动，但由于Savonius圆筒不能超过风速进行旋转，所以不能产生较大的马格纳斯升力，风能转化率较低。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明提出一种带有螺旋侧板的风力助航转筒，包括旋转圆筒、旋转圆筒驱动电机、圆筒旋转轴、端板。所述端板安装在旋转圆筒的顶部，并与旋转圆筒同轴同圆心固定连接，圆筒驱动电机安装在旋转圆筒的底部且通过圆筒旋转轴与圆筒连接，在所述旋转圆筒的外周表面上，设置有可以使马格纳斯升力增大的空气流动单元。
所述空气流动单元为螺旋状突条或者多条平行的螺旋状突条。
所述空气流动单元为螺旋状凹条或者多条平行的螺旋状凹条。
在所述旋转圆筒的顶部，设置有比该旋转圆筒直径大的端板。
所述旋转圆筒是空心的。
本发明在旋转圆筒的外周表面上设置能产生空气流动而使马格纳斯升力增大的空气流动单元，更充分地利用风能，使圆筒的节能效率从低速区到较高风速区都大大得到提高。具体包括：在Flettner圆筒基础上，通过在圆筒外表面上加装螺旋状突条，从而增大马格纳斯升力；在Flettner圆筒端部加装端板从而进一步提高马格纳斯升力。
附图及说明
图1为本发明船用风力助航转筒的结构示意图；
图2为本发明的安装突条的旋转筒外表面的示意图；
图3为本发明的安装凹条的旋转筒外表面的示意图。
附图标识说明
1-吊环、2-端板、3-旋转筒、4-轴承座、5-转轴、6-推力轴承、7-深沟球轴承、8-钢架、9-扭力臂、10-变频调速电机、11-齿轮箱、12-扭矩传感器、13-螺栓。
具体实施方式
为了使本发明船用风力助航转筒易于明白了解，下面结合附图，进一步详细阐述。
本发明通过在旋转圆筒1的外周表面上设置空气流动单元，使在旋转圆筒1上产生的马格纳斯升力增大进而达到减少能耗的目的。
本发明所述的风力助航转筒包括旋转圆筒1、旋转圆筒驱动电机4、空气流动单元、端板2、圆筒旋转轴5，所述端板2安装在旋转圆筒1的顶部，并与旋转圆筒1同轴、同圆心固定连接，空气流动单元安装于旋转圆筒1的外表面，通过在旋转圆筒1的外周表面上产生空气流动从而达到马格纳斯升力即加在旋转圆柱上的横向力增大的目的。除了自然风和随旋转圆筒1旋转的旋转圆筒1表面的空气流动外，通过在旋转圆筒1的外周表面上产生气流，使得因旋转和风力的相互作用产生的马格纳斯升力增大，成功地使风力助航转筒的节能效率从低风速区到较高风速区都大大得到提高。
本发明所述的风力助航转筒，空气流动单元为在旋转圆筒1的外周表面上设置的螺旋状突条3，产生至少与圆筒旋转轴5平行的空气的分流。相对于由自然风和随圆柱旋转的圆柱表面的空气流动而产生马格纳斯升力，又有和圆筒旋转轴5平行的空气分流，由此形成三维气流，使马格纳斯升力增大，由空气流动单元所赋予的气流不必全部都和旋转圆筒1平行，至少有和旋转圆筒1平行的矢量成分就会有充分的效果，而且无论气流流向旋转圆筒1端部还是底部都会增大旋转圆筒1上产生的马格纳斯升力。因此通过螺旋状突条3使空气均一、稳定地在旋转圆筒1的表面上流动，可以增大马格纳斯升力。
在旋转圆筒1的顶部，设置有比该旋转圆筒1直径大的端板2。实验证明在产生上述气流时，旋转圆筒1端部安装端板2，可以提高马格纳斯升力。旋转圆筒1设计为空心的，最大限度地控制本发明的重量，减少能源消耗。
如图1所示，旋转圆筒1的顶部装有端板2，并与旋转圆筒1同轴、同圆心固定连接，以增加气体在旋转圆筒1外表面上的流动，降低流动的湍流度，从而增加马格纳斯升力。旋转圆筒1的外周面表面上设置有螺旋状突条3，该螺旋状突条3可用合成树脂等材料或耐气候性轻型合金材料制成。
从旋转圆筒1的顶部方向看时，螺旋状突条3的缠绕方式呈右螺旋状圆筒底部延伸，而旋转圆筒1的旋转方向为左旋。由于螺旋状突条3的螺旋缠绕方向和旋转圆筒1的旋转方向相反，使得流过旋转圆筒1外周表面的部分空气流向旋转圆筒1底部；而当螺旋状突条3的螺旋缠绕方向和旋转圆筒1的旋转方向相同时，可以使流过旋转圆筒1外周表面的部分空气向旋转圆筒1顶部的方向流动。在本实施例中将使流过该旋转圆筒1的外周表面的空气朝向旋转圆筒底部流动的旋转圆筒1的旋转方向称为正转，将使流过旋转圆筒1的外周表面的空气向旋转圆筒1顶部方向流动的旋转圆筒1的旋转方向称为反转。
如图2所示为具有所需宽度及所需高度的一根螺旋状突条3被固定成螺旋状。在旋转圆筒1上设置螺旋状突条3，由此，在旋转圆筒1旋转时，通过螺旋状突条3产生气流F。此时在旋转圆筒1的外周表面，除了自然风和随旋转圆筒1旋转的旋转圆筒1表面的空气流动，另外产生了和旋转圆筒1的旋转轴平行的空气的分流V。
如图1和2所示，旋转圆筒1外周的空气流，即在旋转圆筒1外周表面上产生的气流V，和自然风及随旋转圆筒1旋转的旋转圆筒1的表面的空气的流动形成三维的气流。由旋转圆筒1的旋转和风力的相互作用而产生的马格纳斯升力被增大，这里所说的由空气流动单元所产生的气流F，不必全部和旋转圆筒1平行，只要至少具有和旋转圆筒1平行的矢量分流V就会有充分的效果。
研究表明，在设置端板2时，在低风速时，无论旋转圆筒1正转还是反转，它们所产生的力矩值比无端板2和螺旋状突条3的Flettner转子的大80％以上，马格纳斯效果更强；相对来说，旋转圆筒1正转比反转更能增大马格纳斯效果。随着风速的增大，设置螺旋状突条3的旋转圆筒1的力矩值随之增大，风力能高效率地转换为马格纳斯升力。因此说本发明是一种从低风速区到高风速区均能够高效率辅助推进的马格纳斯型船用风力助航转筒。
以上系根据附图对本发明船用风力助航转筒的一个实施例的说明，但是具体结构并不局限于此，只要在不脱离本发明宗旨的范围内进行改进和追加，均属于本发明的范畴。例如，在上述实施例中，作为在旋转圆筒上施加的空气流动单元设置了一条螺旋状突条，但本发明并不局限于此，也可以是多条突条，还可以是凹条等，只要在旋转圆柱的表面形成使升力产生的面，无论用什么方法使空气流动均可。

Claims (10)

1.一种带有螺旋侧板的风力助航转筒，垂直固定在船甲板的支撑平台上，其包括旋转筒(3)、旋转筒驱动电机(4)、筒旋转轴(5)、端板(2)，所述端板(2)安装在旋转筒(3)的顶部，并与旋转圆筒(1)同轴同心固定连接，旋转筒驱动电机(10)安装在旋转筒(3)的底部且通过筒旋转轴(5)与旋转筒(3)连接，其特征在于，在所述旋转筒(3)的外周表面上，设置有N条螺旋状凸或/和凹条，N>1，所述螺旋状凸或/和凹条互相平行。
2.根据权利要求1所述的风力助航转筒，其特征在于：所述旋转筒是空心的。
3.根据权利要求1所述的风力助航转筒，其特征在于，所述旋转筒的高度为支撑平台的1.5-10倍。
4.根据权利要求1所述的风力助航转筒，其特征在于，所述旋转筒的外周表面上，设置有1条螺旋状凸条或/和凹条。
5.根据权利要求1所述的风力助航转筒，其特征在于，所述旋转筒的外周表面上，设置有1条螺旋状凸条和1条凹条。
6.根据权利要求1所述的风力助航转筒，其特征在于，所述端板的直径为旋转筒的1-3倍。
7.根据权利要求1至3之一所述的风力助航转筒，其特征在于，所述旋转筒为横截面呈流线形的空心金属筒。
8.根据权利要求1至3之一所述的风力助航转筒，其特征在于，所述旋转筒为圆柱形空心金属筒。
9.根据权利要求1至3之一所述的风力助航转筒，其特征在于，所述旋转筒为椭圆柱形空心金属筒。
10.根据权利要求1至3之一所述的风力助航转筒，其特征在于，所述旋转筒表面采用磨砂处理。
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