CN114394221A - 一种两舷导管式cpp电动帆船水流发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两舷导管式CPP电动帆船水流发电系统，包括固定在船尾两侧船的导管，所述导管的内部设置有用于驱动船体前进的可调螺距螺旋桨，还包括：变速箱和驱动机构，所述变速箱和所述驱动机构与所述可调螺距螺旋桨数量相对应，所述变速箱能够调节所述驱动机构传递到所述可调螺距螺旋桨上的扭矩和转速，使所述可调螺距螺旋桨得到不同的转速，通过其各自系统内的电池、电控系统、驱动机构运行，让两组可调螺距螺旋桨运行，为帆船本体提供前进动力，同时控制电控箱和螺距控制电机，调节可调螺距螺旋桨的螺距以使可调螺距螺旋桨达到在该转速下的最佳推进效果，同时实现无舵化操作。
Description
技术领域
本发明涉及帆船航海技术领域，具体为一种两舷导管式CPP电动帆船水流发电系统。
背景技术
CPP为可调螺距螺旋桨，是指通过桨毂内置机构转动桨叶，使其与桨毂的角度发生变化，达到调节螺距以适应各种工(海)况的“螺旋桨”。调距可由船舶驾驶员在驾驶台上远距离操纵，以便在自由航行状态和拖曳航行状态下均能充分发挥主机功率，同时还可有较好的反向、加速和制动性能。
现有的帆船通过柴油机带动螺旋桨进行推进，附带有舵装置以控制帆船前进方向，但是只能用于纯粹的正向或反向的推进作用，不能根据帆船行驶环境大范围灵活地调节螺旋桨与水流之间的阻力。
而且帆船上的舵装置只能通过改变舵叶左右舷的水流阻力来改变左右舷的相对速度，进而控制船舶航行方向，但这部分水流流经舵叶产生的阻力无法产生电能，无法将该电能回收储存，造成资源浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两舷导管式CPP电动帆船水流发电系统，具备电能回收利用，无舵化，更便于调节船体转向的优点，解决了背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种两舷导管式CPP电动帆船水流发电系统，包括导管，所述导管的内部设置有用于驱动船体前进的可调螺距螺旋桨，还包括：变速箱和驱动机构，所述变速箱和所述驱动机构与所述可调螺距螺旋桨数量相对应，所述变速箱能够调节所述驱动机构传递到所述可调螺距螺旋桨上的扭矩和转速，使所述可调螺距螺旋桨得到不同的转速。
电控系统，所述电控系统包括逆变器、稳压器和变频器控制电路。
整船控制系统和人机页面，通过操作所述人机页面来控制所述整船控制系统，通过所述整船控制系统控制所述电控系统运行。
螺距控制电机和电控箱，所述螺距控制电机为推拉式或液压式CPP调节电机。
电池，所述电池为所述电控箱和所述电控系统进行供电。
优选的，所述整船控制系统能够控制所述电控箱，所述电控箱能够控制所述螺距控制电机，所述螺距控制电机通过改变所述可调螺距螺旋桨的螺距来调节螺旋桨在水中的阻力面。
优选的，所述电控系统能够调节所述驱动机构的转动阻尼力矩，以使得该方向的所述可调螺距螺旋桨在水中被帆船前进而产生的向后水流拖动运转，反过来通过所述驱动机构和所述电控系统向所述电池充电。
优选的，所述驱动机构包括驱动机构a，所述驱动机构a为电动/发电一体式电机，所述驱动机构a能够对所述电池反向充电。
优选的，所述驱动机构还包括驱动机构b和发电机，所述驱动机构b为单体电动机，所述发电机为单体发电电机，所述发电机能够对所述电池充电。
优选的，其中一组所述电控系统改变相对应所述驱动机构转动时的阻力，能够改变与其对应的所述可调螺距螺旋桨工作状态，能够改变船两侧船舷相对船中心的速度，从而改变船头的方向。
优选的，包括帆船本体，还包括水流发电系统，所述水流发电系统的导管固定安装在所述帆船本体的船尾两侧船舷上。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.在常规电推进状态(包含联合风帆推进的状态)下：船长通过人机页面和整船控制系统给两套推进系统下达指令，通过其各自系统内的电池、电控系统、驱动机构运行，让两组可调螺距螺旋桨运行，为帆船本体提供前进动力，同时控制电控箱和螺距控制电机，调节可调螺距螺旋桨的螺距以使可调螺距螺旋桨达到在该转速下的最佳推进效果，同时实现无舵化操作。
2.在帆船本体以风帆模式前进状态下：船长通过人机页面和整船控制系统给两侧船舷的这两套系统下指令，通过电控箱和螺距控制电机的调节来改变可调螺距螺旋桨的螺距，进而改变可调螺距螺旋桨在水中的阻力面，通过电控系统调节驱动机构的转动阻尼力矩，使得可调螺距螺旋桨在水中被帆船前进时产生的向后水流拖动运转，反过来向电控系统充电，能够回收电能，节省能源。
附图说明
图1为本发明帆船本体结构示意图；
图2为本发明整体电气连接图；
图3为本发明驱动机构a电气连接图；
图4为本发明驱动机构b电气连接图。
图中：1、帆船本体；2、导管；3、可调螺距螺旋桨；4、变速箱；5、驱动机构；51、驱动机构a；52、驱动机构b；6、电控系统；7、整船控制系统；8、人机页面；9、电池；10、电控箱；11、螺距控制电机；12、发电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：如图1-图3所示，一种两舷导管式CPP电动帆船水流发电系统，包括导管2，导管2的内部设置有用于驱动船体前进的可调螺距螺旋桨3，还包括：变速箱4和驱动机构5，变速箱4和驱动机构5与可调螺距螺旋桨3数量相对应，变速箱4用于改变可调螺距螺旋桨3和驱动机构5之间的传动比，调节驱动机构5传递到可调螺距螺旋桨3上的扭矩和转速，使可调螺距螺旋桨3得到不同的转速。
包括帆船本体1，还包括水流发电系统，水流发电系统的导管2固定安装在帆船本体1的船尾两侧船舷上。
电控系统6，电控系统6包括逆变器、稳压器和变频器控制电路。
整船控制系统7和人机页面8，通过操作人机页面8来控制整船控制系统7，通过整船控制系统7控制电控系统6运行。
螺距控制电机11和电控箱10，螺距控制电机11为推拉式或液压式CPP调节电机。
电池9，电池9为电控箱10和电控系统6进行供电。
在常规电推进状态(包含联合风帆推进的状态)下：船长通过人机页面8和整船控制系统7给两套推进系统下达指令，通过其各自系统内的电池9、电控系统6、驱动机构5运行，让两组可调螺距螺旋桨3运行，为帆船本体1提供前进动力，同时控制电控箱10和螺距控制电机11，调节可调螺距螺旋桨3的螺距以使可调螺距螺旋桨3达到在该转速下的最佳推进效果。
导管2的作用是：增加推进效率和发电效率，在推进时节省电能的输入，在发电时增加电能的产生；在推进时增加推进的力量，在发电时增加阻挡水流的力量，在这两种工况下通过船两侧可调螺距螺旋桨3都将增大左右舷速度改变的效果(所谓的“舵效”)，从而更好地替代常规船上舵的作用；改进船舶航行性能如降低纵倾、保护整个可调螺距螺旋桨3等。
可调螺距螺旋桨3为现有技术，能够实现从全顺桨到桨的最大阻力面的螺距调节，以满足不同航速、不同水流速度、不同螺旋桨需求转速情况下的工况要求。
需要注意的是可调螺距螺旋桨3桨叶正面(从船尾往船头方向)为推进工况下的主受力面，桨叶的背面为发电工况下的主受力面，在做该桨叶设计时需同时考虑以上两种工况。
可调螺距螺旋桨3调节的是桨叶在水中的阻力面积，电控系统6和驱动机构5调节的是桨轴在水中的阻力转动力矩。
整船控制系统7能够控制电控箱10，电控箱10能够控制螺距控制电机11，螺距控制电机11通过改变可调螺距螺旋桨3的螺距来调节螺旋桨在水中的阻力面。
在帆船本体1以风帆模式前进状态下：船长通过人机页面8和整船控制系统7给两侧船舷的这两套系统下指令，通过电控箱10和螺距控制电机11的调节来改变可调螺距螺旋桨3的螺距，进而改变可调螺距螺旋桨3在水中的阻力面，使得可调螺距螺旋桨3在水中被帆船前进时产生的向后水流拖动运转，反过来向电控系统6充电。
通过设置两组可调螺距螺旋桨3的方案替代了原先的柴油机带螺旋桨方案，实现了帆船在风帆航行状态的多工况范围的选择，同时可将风能在水下安静地转化为电能、最终实现帆船上的能源自持以及降帆后全船的完全电动化打下坚实的基础。(工况范围包括：风帆航行状态下的单侧发电、双侧发电、一侧发电一侧推进、双侧推进等；以及船在抛锚状态下仍然可利用流经船身的流水进行发电；以及收帆状态下的纯电推进和转向等)。
驱动机构5包括驱动机构a，驱动机构a为电动/发电一体式电机，驱动机构a能够对电池9反向充电。
驱动机构a发动机能够根据航行需要改变工作模式，在风帆模式前进状态下进行反向充电，在纯电模式行驶下，提供动力。
其中一组电控系统6改变相对应驱动机构5转动时的阻力，能够改变与其对应的可调螺距螺旋桨3工作状态，能够改变船两侧船舷相对船中心的速度，从而改变船头的方向。
无论是帆船本体1为风帆航行状态还是纯电推进状态，均可以通过其中一组电控系统6改变相对应驱动机构5转动时的阻力，进而改变与其对应的可调螺距螺旋桨3工作状态，使得两组可调螺距螺旋桨3之间产生一定的压力差，能够改变船两侧船舷相对船中心的速度，从而改变船头的方向，通过两侧可调螺距螺旋桨3各自阻力(或推进力)的调节取代了常规舵机构的作用，从而实现了帆船的无舵化。
通过设置电控系统6改变相对应驱动机构5转动时的阻力，即使不使用可调螺距螺旋桨3，在船舷的两侧只安装普通螺旋桨，采用此方法依旧能够改变与其对应的螺旋桨工作状态，使得两组螺旋桨之间产生一定的压力差，能够改变船两侧船舷相对船中心的速度，从而改变船头的方向。
实施例二：如图4所示，在实施例一的基础上，将驱动机构a进行替换为驱动机构b52和发电机12，具体的替换方案是：驱动机构5还包括驱动机构b52和发电机12，驱动机构b52为单体电动机，发电机12为单体发电电机，发电机12能够对电池9充电。
驱动机构b52纯粹提供动力，发电机12纯粹发电，电控系统6能够根据航行需要改变驱动机构b52和发电机12的工作模式，在风帆模式前进状态下进行反向充电，在纯电模式行驶下，提供动力。
本发明工作原理：该两舷导管式CPP电动帆船水流发电系统在使用时，在常规电推进状态(包含联合风帆推进的状态)下：船长通过人机页面8和整船控制系统7给两套推进系统下达指令，通过其各自系统内的电池9、电控系统6、驱动机构5运行，让两组可调螺距螺旋桨3运行，为帆船本体1提供前进动力，同时控制电控箱10和螺距控制电机11，调节可调螺距螺旋桨3的螺距以使可调螺距螺旋桨3达到在该转速下的最佳推进效果；
在帆船本体1以风帆模式前进状态下：船长通过人机页面8和整船控制系统7给两侧船舷的这两套系统下指令，通过电控箱10和螺距控制电机11的调节来改变可调螺距螺旋桨3的螺距，进而改变可调螺距螺旋桨3在水中的阻力面，通过电控系统6调节驱动机构5的转动阻尼力矩，使得可调螺距螺旋桨3在水中被帆船前进时产生的向后水流拖动运转，反过来向电控系统6充电。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种两舷导管式CPP电动帆船水流发电系统，包括导管(2)，所述导管(2)的内部设置有用于驱动船体前进的可调螺距螺旋桨(3)，其特征在于：还包括：
变速箱(4)和驱动机构(5)，所述变速箱(4)和所述驱动机构(5)与所述可调螺距螺旋桨(3)数量相对应，所述变速箱(4)能够调节所述驱动机构(5)传递到所述可调螺距螺旋桨(3)上的扭矩和转速，使所述可调螺距螺旋桨(3)得到不同的转速；
电控系统(6)，所述电控系统(6)包括逆变器、稳压器和变频器控制电路；
整船控制系统(7)和人机页面(8)，通过操作所述人机页面(8)来控制所述整船控制系统(7)，通过所述整船控制系统(7)控制所述电控系统(6)运行；
螺距控制电机(11)和电控箱(10)，所述螺距控制电机(11)为推拉式或液压式CPP调节电机；
电池(9)，所述电池(9)为所述电控箱(10)和所述电控系统(6)进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种两舷导管式CPP电动帆船水流发电系统，其特征在于：所述整船控制系统(7)能够控制所述电控箱(10)，所述电控箱(10)能够控制所述螺距控制电机(11)，所述螺距控制电机(11)通过改变所述可调螺距螺旋桨(3)的螺距来调节螺旋桨在水中的阻力面。
3.根据权利要求1所述的一种两舷导管式CPP电动帆船水流发电系统，其特征在于：所述电控系统(6)能够调节所述驱动机构(5)的转动阻尼力矩，以使得该方向的所述可调螺距螺旋桨(3)在水中被帆船前进而产生的向后水流拖动运转，反过来通过所述驱动机构(5)和所述电控系统(6)向所述电池(9)充电。
4.根据权利要求1所述的一种两舷导管式CPP电动帆船水流发电系统，其特征在于：所述驱动机构(5)包括驱动机构a，所述驱动机构a为电动/发电一体式电机，所述驱动机构a能够对所述电池(9)反向充电。
5.根据权利要求1所述的一种两舷导管式CPP电动帆船水流发电系统，其特征在于：所述驱动机构(5)还包括驱动机构b(52)和发电机(12)，所述驱动机构b(52)为单体电动机，所述发电机(12)为单体发电电机，所述发电机(12)能够对所述电池(9)充电。
6.根据权利要求1所述的一种两舷导管式CPP电动帆船水流发电系统，其特征在于：其中一组所述电控系统(6)改变相对应所述驱动机构(5)转动时的阻力，能够改变与其对应的所述可调螺距螺旋桨(3)工作状态，能够改变船两侧船舷相对船中心的速度，从而改变船头的方向。
7.一种帆船，包括帆船本体(1)，其特征在于，还包括权利要求1-7中任意一项所述的水流发电系统，所述水流发电系统的导管(2)固定安装在所述帆船本体(1)的船尾两侧船舷上。
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