CN117799808A - 一种可回收的复合材料旋筒风帆船 - Google Patents

Abstract

一种可回收的复合材料旋筒风帆船，甲板下方设置有伸缩桅杆回收舱，回收舱内放置有伸缩桅杆，伸缩桅杆与回转机构铆接，回转机构带有外部壳体，壳体固定在升降平台上，壳体带有固定凹槽孔，升降平台固定在回收舱舱底板上，壳体与所述回收舱均为圆形。伸缩桅杆分为三节，自上而下依次是第一节桅杆、第二节桅杆、第三节桅杆，每节桅杆上都固定有筒型帆面，第一节桅杆至第三节桅杆的直径依次变大，自上而下依次套叠。回收舱顶部和底部均设置有多个C型加强结构，多个C型加强结构带有弹簧限位件卡入固定凹槽孔内。本发明占地空间小，回收后的风帆可以降低整个船体的稳心高度，有利于船体的稳定性，帆面无需安装，回避狭窄空间焊接作业的问题，不遮挡视线。

Description

一种可回收的复合材料旋筒风帆船

技术领域

本发明属于船舶建造及设计领域，具体涉及一种可回收的复合材料旋筒风帆船。

背景技术

风能的利用是近年来国际船舶节能减排领域重新提出的技术。风能不仅可以满足环保的要求，而且迎合了航运企业追求成本效益的想法。因而近几年来，远洋运输的船舶逐渐开始向风能助航方向发展。风能动力虽然无法完全替代船舶燃料，但却可以减少船舶的二氧化碳排放，节省燃油消耗。

近年来，船用风帆主要分为翼型风帆和旋筒转子风帆两种方式。其中旋筒风帆是一种在船舶甲板上设置的垂直圆柱装置。航行过程中圆筒由电机带动旋转，在经过海上自然风场时，利用被称为马格努斯效应的空气动力学现象产生推力，为船舶行进提供动力，节省燃料和减少排放。

问题在于：

(1)现有技术，翼型风帆截面积大，无论是什么形式的翼型风帆回收占据的空间都较大，所以现有翼型风帆大多数是回收后仍然站立于船舶甲板之上，造成船舶重心高，影响船舶的稳定，特别是危险工况，给船舶造成安全隐患。

(2)旋筒风帆照比翼型风帆来说，占地面积较小，具有较好的回收性，现有技术中大多采用将旋筒放置在甲板上的方案，旋筒风帆的尺寸要越高，效果越好，所以即使旋筒风帆回收后仍然具有6m的高度，过高的旋筒也会影响船舶本身通过桥梁的能力。现有技术中存在将旋筒放置在船体中间，旋筒基座放置于双层底上的方案，桅杆直径和高度成正比，这种方案如果高度达到要求会损失货舱舱容，保证舱容将损失桅杆的高度，两者不可兼得。

(3)旋筒风帆作为一种机械结构，一般由钢结构制成，由于高度较高，自身重量较大，影响船舶整体稳性，圆柱半径较小的风帆结构不利于加强筋的焊接。

(4)现有风帆放置于甲板之上会导致甲板吊无法作业，所以如果想将风帆技术推广应用到其他船型，就必须解决甲板上的风帆与甲板吊干涉的问题，释放甲板空间。

因此，如何在必要时刻规避以上风险，是旋筒风帆设计面临的一个主要问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种可回收的复合材料旋筒风帆船，旨在达到占地空间小，降低船舶整体高度，保证船舶稳定性的目的，其所采用的技术方案是：

一种可回收的复合材料旋筒风帆船，甲板下方设置有伸缩桅杆回收舱，所述回收舱内放置有伸缩桅杆，所述伸缩桅杆的底部通过基座与回转机构铆接，所述回转机构带有外部壳体，所述壳体固定在升降平台上，所述升降平台通过液压缸驱动进行升降，在所述壳体侧壁、沿所述壳体周向开有多个固定凹槽孔，所述升降平台固定在所述回收舱舱底板上。

所述升降平台带有水平放置的顶板和底板，所述底板固定在所述回收舱内底上，所述底板边缘固定有长方形滑槽，所述滑槽一端封闭一端开放，所述滑槽封闭端设置有弹簧，所述底板靠近所述滑槽开放端处，固定有挡块，液压缸的缸体与所述挡块固定连接，所述缸体底部带有油口，所述液压缸内设置有活塞块，钢杆与所述活塞块固定连接，所述钢杆伸出所述缸体、穿过所述挡块伸入所述滑槽内，顶在所述弹簧上。

所述顶板通过伸缩架设置在所述底板上方，所述伸缩架顶部与所述顶板铰接，所述伸缩架底部一侧通过固定支座与所述底板连接，所述固定支座固定在所述底板上，所述伸缩架一侧与所述固定支座铰接，另一侧通过滑移支座与所述滑槽内的所述钢杆固定连接，所述伸缩架底部另一侧与所述滑移支座铰接。

所述伸缩桅杆分为三节，自上而下依次是第一节桅杆、第二节桅杆、第三节桅杆，所述第一节桅杆、所述第二节桅杆、所述第三节桅杆为液压驱动，每节桅杆上都固定有筒型帆面，所述第一节桅杆带有的帆面至所述第三节桅杆带有的帆面直径依次变小，自上而下依次套叠。

所述回收舱顶部和底部均设置有多个C型加强结构，多个C型加强结构沿所述回收舱外表面周向设置，C型加强结构带有弹簧限位件，所述弹簧限位件穿过所述回收舱壁卡入所述固定凹槽孔内，所述甲板下表面、所述壳体上方设置有感光传感器，所述感光传感器与所述弹簧限位件信号连接。

上述一种可回收的复合材料旋筒风帆船，更近一步地，沿所述筒型帆面周向等间距固定有多个凹槽加强结构，所述凹槽加强结构扦插式安装在所述筒型帆面上，所述凹槽加强结构上方设置有卡扣槽，下方设置有限位卡扣。

上述一种可回收的复合材料旋筒风帆船，更近一步地，所述回收舱底部开有吸口，所述吸口与污水舱相连通。

上述一种可回收的复合材料旋筒风帆船，更近一步地，多个所述C型加强结构等间距设置。

上述一种可回收的复合材料旋筒风帆船，更近一步地，帆面采用复合材料制成。

上述一种可回收的复合材料旋筒风帆船，更近一步地，所述壳体与所述回收舱内舱壁存在80mm到100mm间距。

上述一种可回收的复合材料旋筒风帆船，更近一步地，所述顶板与所述底板之间对称设置有两套所述伸缩架和所述滑槽，所述伸缩架形成的夹角a＞30°

上述一种可回收的复合材料旋筒风帆船，更近一步地，所述壳体与所述回收舱均为圆形。

上述一种可回收的复合材料旋筒风帆船，更近一步地，相邻C型加强结构之间固定有环形加强结构。

上述一种可回收的复合材料旋筒风帆船，更近一步地，所述回收舱配有圆形舱盖。

本发明的有益效果如下：

(1)旋筒型风帆装置占地空间小，可完全回收到舱内，在遇到危险海况时对风帆结构起到避险的作用，同时也可以减少释放风帆结构在甲板的占据的空间，以及不遮挡视线，同时不影响船舶通过桥体。

(2)设置升降平台可缩小风帆装置占据船舱的空间，如果不使用升降平台，风帆桅杆需要先将风帆抬升出船舱，再升帆，这样浪费了船舱内的风帆高度，由于旋筒型风帆是越高越好，所以节能效果要减少1半。

(3)设置回收舱结构，该结构既可以在当做风帆的回收结构，可也作为风帆的加强基座使用。相当于在使用时，力可以传递到船体结构，承担受力的效果更好。回收后的风帆可以降低整个船体的稳心高度，有利于船体的稳定性。

(4)复合材料帆面配合槽型加强结构使得不需要焊接就可以完成帆面的安装，回避狭窄空间焊接作业的问题，且复合材料强度够强，重量较轻，具有很大的优势。

(5)由于筒型风帆小，在船上可安装多组，且不遮挡视线。

(6)解决甲板吊与风帆相关干涉的问题。

(7)由于散货船或者矿砂船或者集装箱船甲板上有甲板吊，如果风帆安装在甲板以上将导致甲板吊无法工作。所以这个专利主要是解决甲板作业空间不足的问题。

附图说明

图1是本发明升起时的结构示意图；

图2是桅杆回收进回收舱的结构示意图；

图3是图2中A-A视角结构示意图；

图4是凹槽加强结构、卡扣槽、限位卡扣结构示意图；

图5是升降平台结构示意图；

图6是滑槽和液压缸俯视结构示意图；

其中：1-升降平台、2-回转机构壳体、3-基座、5-伸缩桅杆、6-帆面、7-甲板、8-回收舱、9-C型加强结构、10-环形加强结构、11-污水舱、12-凹槽加强结构、13-卡扣槽、14-限位卡扣、15-固定凹槽孔、16-弹簧限位件、17-感光传感器、101-底座、102-滑动凹槽、103-升降机构、104-固定支座、105-顶板、106-弹簧、107-钢杆、108-滑移支座、109-限位块、110-活塞块、111-液压缸、112-油口。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步说明。

一种可回收的复合材料旋筒风帆船，如图1、2、3所示，甲板7下方设置有圆形的伸缩桅杆回收舱，回收舱底部固定有升降平台(如图5、6所示)，伸缩桅杆5放置在回收舱内，伸缩桅杆固定在升降平台上，回收舱配有舱盖。伸缩桅杆的底部通过基座3与回转机构铆接，回转机构带有圆形外部壳体2，回转机构可提供桅杆的旋转动力，壳体与回收舱内舱壁存在80mm到100mm间距。壳体固定在升降平台上，在壳体侧壁、沿壳体周向开有多个固定凹槽孔15，升降平台固定在回收舱舱底板上。回收舱底部开有吸口，吸口与污水舱11相连通，吸口可将舱内污水排入污水舱。

如图5、6所示，升降平台带有水平放置的顶板105和底板101，底板铆接在回收舱内底上，风帆基座铆接于顶板，底板边缘固定有长方形滑槽102，滑槽一端封闭一端开放，滑槽封闭端设置有弹簧106，底板靠近滑槽开放端处，固定有挡块109，液压缸的缸体111与挡块固定连接，缸体底部带有油口112，液压缸内设置有活塞块110，钢杆107与活塞块固定连接，钢杆伸出缸体、穿过挡块伸入滑槽内，顶在弹簧上。活塞块在缸体内来回活动，带动钢杆在滑槽内左右伸缩。顶板与底板之间对称设置有两套伸缩架和滑槽。

顶板通过伸缩架103设置在底板上方，伸缩架上下伸缩，整体呈方形，伸缩架顶部与顶板铰接，伸缩架底部一侧通过固定支座104与底板连接，固定支座固定在底板上，伸缩架一侧与固定支座铰接，另一侧通过滑移支座108与滑槽内的钢杆固定连接，伸缩架底部另一侧与滑移支座铰接。活塞块被推动至挡块处时，此时，升降平台达到最高，伸缩架两个杆件之间形成的夹角a，a＞30°。

液压缸通过油口进油推动活塞块，钢杆带动滑移支座，升降平台上升，弹簧受压给滑移支座一个反作用力，滑移支座被固定。当升降平台下降时，释放压力，弹簧会将滑移支座向挡块方向推动，升降平台下降。此时，平台下降到最低。

伸缩桅杆分为三节，自上而下依次是第一节桅杆、第二节桅杆、第三节桅杆，第一节桅杆、第二节桅杆、第三节桅杆为液压驱动，每节桅杆上都固定有筒型帆面6，筒型帆面采用硬质复合材料制成，复合材料可采用型号为UDCF300/MT0928Z的碳纤维单向带预浸料，使用复合材料帆面，回避狭窄空间焊接作业的问题，同时复合材料在保证强度的同时可以减轻重量，且具有较好的柔韧性。

第一节桅杆带有的帆面至第三节桅杆带有的帆面直径依次变小，自上而下依次套叠。如图4所示，沿筒型帆面周向每隔15°就固定有一个凹槽加强结构12，凹槽加强结构扦插式安装在筒型帆面上，凹槽加强结构上方设置有卡扣槽13，下方设置有限位卡扣14。槽型加强结构形成闭合空间，安装时卡扣槽使得凹槽加强结构只能在帆面上下移动。安装后，卡槽加强结构将无法移动，因为被限位卡扣卡住了。且与帆面结合且不需要粘合与焊接等，限位卡扣是限制凹槽加强结构上下运动，限位卡扣一侧为固定的一侧需要等凹槽结构安装好后滑动到位置安装。

回收舱顶部和底部均设置有多个C型加强结构，多个C型加强结构沿回收舱外表面周向等间距设置，相邻C型加强结构之间固定有环形加强结构。C型加强结构与环形加强结构相互支撑形成桁架结构，且便于人员上去检修，可做检修通道使用。C型加强结构带有弹簧限位件16，弹簧限位件穿过回收舱壁卡入固定凹槽孔15内，甲板下表面、壳体上方设置有感光传感器17，感光传感器与弹簧限位件信号连接。

当回转机构上表面与甲板接近时，感光传感器可感受圆形开口，感光传感器感受到传统光，也就是固定凹槽孔和弹簧限位件对位的时候，感光传感器将信号传送给集控室，集控室查看位置的准确性，然后开启弹簧限位件，弹簧限位件弹入圆形固定凹槽孔内，将其固定于此处。

风帆工作流程：

(1)初始状态：旋筒风帆处于回收状态。

(2)工作状态：打开回收舱舱盖，开启升降平台，将桅杆抬升至甲板上方，此时甲板下安装的感光传感器感受到穿透光，自动开启，将弹簧限位件弹出到回转机构壳体上的圆形固定凹槽孔中，将回转机构限制于此处，开启风帆桅杆装置，将风帆升至最高点，开启回转机构，风帆处于工作状态。

(3)回收状态：关闭风帆回转机构并降帆，第一节帆面套叠在第三节帆面之上，将风帆收起。将弹簧限位件弹回，开启升降平台，将风帆结构回收到舱内，关闭回收舱舱盖。

1.采用旋筒式风帆，根据其高度设计出直径相匹配的旋筒，在旋筒外侧设置回收舱，回收舱设置于货舱区内，回收舱内净舱，风帆可完全回收到舱内，甲板上设置回收舱盖，放置舱内进水。降低风帆放置在甲板上的重量重心。

2.内底上设置液压升降平台，旋筒风帆基座安装于平台之上，基座上设置桅杆，基座内设置旋转机构，可使旋筒转动，利用马格努斯效应的空气动力学现象产生推力，为船舶行进提供动力，节省燃料和减少排放。

3.旋筒风帆基座上设置凹槽，回收舱内设置弹簧顶针，下方升降平台以及弹簧顶针可将风帆基座固定于回收舱内的，通过在回收舱设置对位加强结构保证其强度。

4.内底上设置液压升降平台可先将旋筒风帆整体抬升到甲板处，风帆桅杆再将旋筒风帆抬升到指定的高度，这样可以使旋筒风帆具有更大的甲板上告诉和受风面积，而且回收后也可完全放置于舱内，不占据甲板空间，不遮挡视线。

5.使用复合材料代替旋筒的钢结构，旋筒上使用槽型卡扣，可取消旋筒内侧的加强筋。

Claims (10)

1.一种可回收的复合材料旋筒风帆船，其特征在于，甲板(7)下方设置有伸缩桅杆回收舱(8)，所述回收舱内放置有伸缩桅杆(5)，所述伸缩桅杆的底部通过基座(3)与回转机构铆接，所述回转机构带有壳体(2)，所述壳体固定在升降平台(1)上，所述升降平台通过液压缸驱动进行升降，在所述壳体侧壁、沿所述壳体周向开有多个固定凹槽孔(15)，所述升降平台固定在所述回收舱舱底板上；

所述升降平台带有水平放置的顶板(105)和底板(101)，所述底板固定在所述回收舱内底上，所述底板边缘固定有长方形滑槽(102)，所述滑槽一端封闭一端开放，所述滑槽封闭端设置有弹簧(106)，所述底板靠近所述滑槽开放端处，固定有挡块(109)，液压缸的缸体(111)与所述挡块固定连接，所述缸体底部带有油口(112)，所述液压缸内设置有活塞块(110)，钢杆(107)与所述活塞块固定连接，所述钢杆伸出所述缸体、穿过所述挡块伸入所述滑槽内，顶在所述弹簧上；

所述顶板通过伸缩架(103)设置在所述底板上方，所述伸缩架顶部与所述顶板铰接，所述伸缩架底部一侧通过固定支座(104)与所述底板连接，所述固定支座固定在所述底板上，所述伸缩架一侧与所述固定支座铰接，另一侧通过滑移支座(108)与所述滑槽内的所述钢杆固定连接，所述伸缩架底部另一侧与所述滑移支座铰接；

所述伸缩桅杆分为三节，自上而下依次是第一节桅杆、第二节桅杆、第三节桅杆，所述第一节桅杆、所述第二节桅杆、所述第三节桅杆为液压驱动，每节桅杆上都固定有筒型帆面(6)，所述第一节桅杆带有的帆面至所述第三节桅杆带有的帆面直径依次变小，自上而下依次套叠；

所述回收舱顶部和底部均设置有多个C型加强结构(9)，多个C型加强结构沿所述回收舱外表面周向设置，C型加强结构带有弹簧限位件(16)，所述弹簧限位件穿过所述回收舱壁卡入所述固定凹槽孔内，所述甲板下表面、所述壳体上方设置有感光传感器(17)，所述感光传感器与所述弹簧限位件信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种可回收的复合材料旋筒风帆船，其特征在于，沿所述筒型帆面周向等间距固定有多个凹槽加强结构(12)，所述凹槽加强结构扦插式安装在所述筒型帆面上，所述凹槽加强结构上方设置有卡扣槽(13)，下方设置有限位卡扣(14)。

3.根据权利要求1所述的一种可回收的复合材料旋筒风帆船，其特征在于，所述回收舱底部开有吸口，所述吸口与污水舱(11)相连通。

4.根据权利要求1所述的一种可回收的复合材料旋筒风帆船，其特征在于，多个所述C型加强结构等间距设置。

5.根据权利要求1所述的一种可回收的复合材料旋筒风帆船，其特征在于，帆面采用复合材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种可回收的复合材料旋筒风帆船，其特征在于，所述壳体与所述回收舱内舱壁存在80mm到100mm间距。

7.根据权利要求1所述的一种可回收的复合材料旋筒风帆船，其特征在于，所述顶板与所述底板之间对称设置有两套所述伸缩架和所述滑槽，所述伸缩架形成的夹角a＞30°。

8.根据权利要求6所述的一种可回收的复合材料旋筒风帆船，其特征在于，所述壳体与所述回收舱均为圆形。

9.根据权利要求1或4所述的一种可回收的复合材料旋筒风帆船，其特征在于，相邻C型加强结构之间固定有环形加强结构(10)。

10.根据权利要求1或4所述的一种可回收的复合材料旋筒风帆船，其特征在于，所述回收舱配有圆形舱盖。