CN110015387A - 一种适用于低速船舶的减摇装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于低速船舶的减摇装置，包括两个转柱、两个可旋转支撑架、驱动装置以及控制系统，两个转柱分别通过可旋转支撑架对称安装在船体的舭部或底部的两侧，转柱通过内部固定的连接杆与传动机构一相连，传动机构一由船舱内的电机一驱动旋转，可旋转支撑架通过传动机构二与船舱内的电机二相连；两个电机固定在船舱内的平台上与控制系统相连，转柱为锥体。本发明装置与现有减摇鳍相比构造简单，便于安装，能够减小船舶的横摇，使船舶具有良好的耐波性。适用于低速船舶和需要在海上系泊作业的海洋结构物，如科考船、钓鱼船、货船等。

Description

一种适用于低速船舶的减摇装置
技术领域
本发明涉及一种减摇装置，特别是一种适用于低速船舶和需要在海上系泊作业的海洋结构物的减摇装置。
背景技术
早在1852年，德国物理学家Heinrich Magnus就提出了Magnus效应，即：当一个旋转物体的旋转角速度矢量与物体前进速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力。在这个横向力的作用下物体前进轨迹发生偏转的现象。Magnus效应可以用来解释乒乓球中的弧线球、足球中的香蕉球等现象。先前的研究人员利用Magnus效应设计出了带旋转柱体的帆船，这艘帆船从围绕两个大的旋转圆筒的气流中得到推进力，并启发科学家和工程师使用旋转圆筒作为飞机的升降装置。之前的学者大多都是将Magnus效应用于推动船舶前进的动力，而本专利运用Magnus效应，发明了适用于低速船舶的减摇装置。目前世界上广泛采用的减摇装置，如减摇鳍、减摇水舱和舭龙骨等，其中减摇鳍与舭龙骨主要适用于高速船舶且安装位置受限，而减摇水舱可以适用于低速船舶但占用船体空间过大且价格昂贵，因此本专利发明了适用于低速船舶的经济可靠的减摇装置。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种易于生产制造、使用和操作方便、能够进一步提高船舶耐波性能、适用于低速船舶的经济可靠的减摇装置。
为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于低速船舶的减摇装置，包括两个转柱、两个可旋转支撑架、驱动装置以及控制系统，两个转柱分别通过可旋转支撑架对称安装在船体的舭部或底部的两侧，转柱通过内部固定的连接杆与传动机构一相连，传动机构一由船舱内的电机一驱动旋转，可旋转支撑架通过传动机构二与船舱内的电机二相连；两个电机固定在船舱内的平台上与控制系统相连，转柱为锥体。
本发明还包括：
1.转柱外表面沿周向等间距开设凹槽。
2.转柱尾部为中空结构。
3.在船舶航行状态下两侧转柱均旋转且旋转方向相反实现减摇，当船舶为系泊状态两侧转柱反方向同时旋转且同时摆动实现减摇。
4.转柱通过可旋转支架自动调整角度以适应不同航速。
5.在船体的底部开孔，船舶航速高或不需要减摇时，减摇装置回收到船内。
6.转柱采用碳纤维材料制作。
7.传动机构一为皮带轮，传动机构二为法兰盘或齿轮。
本发明有益效果：本发明装置与现有减摇鳍相比构造简单，便于安装，能够减小船舶的横摇，使船舶具有良好的耐波性。适用于低速船舶和需要在海上系泊作业的海洋结构物，如科考船、钓鱼船、货船等。
附图说明
图1为适用于低速船舶的减摇装置的示意图；
图2为适用于低速船舶的减摇装置的减摇原理图；
图3为90°的减摇装置的示意图；
图4为60°的减摇装置的示意图；
图5为0°的减摇装置的示意图；
图6为适用于低速船舶的减摇装置的细节图；
图7为表面具有凹槽的减摇装置的细节图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。
本发明是根据Magnus效应设计的船舶减摇装置。本发明是一种安装在船舶舭部或底部的高速旋转的锥形柱体，能够凭借锥形柱体旋转时产生的垂直于来流和锥形柱体旋转曲线方向的升力，以实现船舶减摇的目的。本发明包括锥形转柱1、可旋转支撑架2、驱动装置以及控制系统等主要部件。其中，锥形转柱为锥形，而不是普通圆柱，减摇效果比普通旋转圆柱好；可以通过在锥形转柱表面开设凹槽4等形式，以提高其减摇效果；采用碳纤维制作，强度最佳，重量轻，功耗小；锥形转柱的尾端一半为中空的，在船舶碰撞时会先断裂，避免损坏船底结构。驱动装置主要包括两个电机和传动机构，分别使锥形转柱和可旋转支撑架进行转动。控制系统主要包括对不同海况和船舶航速条件下的锥形转柱和可旋转支撑架的转速和转角等进行自动控制。本发明在船舶系泊与倒航时仍具有减摇能力。锥形转柱能够通过可旋转支架自动调整角度，以适应较高航速，同时不会给船舶增加太多附加阻力。如果船舶底部空间足够或者船舶对阻力性能要求较高时，可在船舶底部开孔，船舶航速较高或不需要减摇时，可将减摇装置回收到船内，占用空间小。
参照图1，锥形转柱1安装在船体3的舭部或底部。一般使用一对减摇装置即可得到较好的减摇效果，也可以根据实际需求使用多对减摇装置。
参照图6，锥形转柱固定在其内部的连接杆上，该连接杆可通过简单的传动机构(如皮带轮)由船舱内的电机驱动旋转，可旋转支撑架2也可通过简单的传动机构(如法兰盘或齿轮)与船舱内的另一个电机相连。两个电机固定在船舱内的平台上，通过同一个控制系统进行联合操作，可以实现锥形转柱的自转与横向摆动。当船舶航行时，根据减摇需要，两侧转柱旋转且旋转方向相反，当船舶系泊时，两侧转柱旋转且同时摆动实现减摇。
参照图2，根据Magnus效应，锥形转柱1在高速旋转时可以带动周围流体旋转，使得锥形转柱1一侧的流体速度增加，另一侧流体速度减小。根据伯努利定理，流体速度增加将导致压强减小，流体速度减小将导致压强增加，这样就会导致锥形转柱1在横向的压力差，并产生升力。当船舶右倾时，反横摇力矩应与波浪扰动力矩相反，以减小船舶横摇运动。要求右舷的锥形转柱1的升力是向上的，而左舷的升力是向下的。也就是说，如果从右舷到左舷可以看到，右舷上的锥形转柱1是逆时针旋转的，而从左舷往右舷看，左舷上的锥形转柱1是逆时针旋转的。两个锥形转柱1相对于纵轴所产生的合力带来了所需的恢复力矩。同样地，如果船舶左倾，右舷的锥形转柱反向旋转，带有一个向下的升力，左舷的锥形转柱1也反向旋转，带有一个向上的升力，以抑制船舶的横摇运动。
参照图3、4、5，在船舶系泊状态时，锥形转柱1能够通过可旋转支撑架2不断摆动，产生相对流速，以达到减摇效果。在船舶正航与倒航时，锥形转柱1能够通过可旋转支撑架2自动调整角度，以适应不同航速和海况，同时不会给船舶增加太多附加阻力。
参照图7，可以通过在锥形转柱表面开设凹槽4等形式，以提高其减摇效果。

Claims (8)

1.一种适用于低速船舶的减摇装置，其特征在于：包括两个转柱、两个可旋转支撑架、驱动装置以及控制系统，两个转柱分别通过可旋转支撑架对称安装在船体的舭部或底部的两侧，转柱通过内部固定的连接杆与传动机构一相连，传动机构一由船舱内的电机一驱动旋转，可旋转支撑架通过传动机构二与船舱内的电机二相连；两个电机固定在船舱内的平台上与控制系统相连，转柱为锥体。
2.根据权利要求1所述的一种适用于低速船舶的减摇装置，其特征在于：转柱外表面沿周向等间距开设凹槽。
3.根据权利要求1所述的一种适用于低速船舶的减摇装置，其特征在于：转柱尾部为中空结构。
4.根据权利要求1所述的一种适用于低速船舶的减摇装置，其特征在于：在船舶航行状态下两侧转柱均旋转且旋转方向相反实现减摇，当船舶为系泊状态两侧转柱反方向同时旋转且同时摆动实现减摇。
5.根据权利要求1所述的一种适用于低速船舶的减摇装置，其特征在于：转柱通过可旋转支架自动调整角度以适应不同航速。
6.根据权利要求1所述的一种适用于低速船舶的减摇装置，其特征在于：在船体的底部开孔，船舶航速高或不需要减摇时，所述减摇装置回收到船内。
7.根据权利要求1所述的一种适用于低速船舶的减摇装置，其特征在于：所述转柱采用碳纤维材料制作。
8.根据权利要求1所述的一种适用于低速船舶的减摇装置，其特征在于：所述传动机构一为皮带轮，所述传动机构二为法兰盘或齿轮。
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