CN202213707U - 一种贝壳式风帆助航机械装置 - Google Patents

一种贝壳式风帆助航机械装置 Download PDF

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张广印
胡以怀
崔爽
韩中建
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Abstract

本实用新型为一种贝壳式风帆助航机械装置，包括风帆；风帆(1)的中下部开一个圆孔洞(10)；在圆孔洞(10)洞口加设风轮机(2)；风帆(1)装置在配备有风帆定位自锁锁结(8)的雷达式旋转底座(3)上；雷达式旋转底座(3)实现水平旋转，其主要由二维连杆机构(11)、风帆防扭支柱(5)、旋转支架(7)、甲板导轨(6)组成；风轮机(2)根据风速、风向，由计算机自动调节叶片旋转角(12)。本实用新型较普通硬软帆增加了有效航程比例以增加经济性；添加应急发电装置以辅助人工操帆，增加船舶在恶劣海况突发停车情况下的安全可操性。

Description

一种贝壳式风帆助航机械装置
技术领域
本实用新型涉及船舶海洋工程领域，特别是风帆助航机械装置。
背景技术
常规远洋船舶大多采用柴油机和燃气轮机作为主动力装置，少数特殊工种船舶采用核动力装置，但核动力目前有诸多因素制约其在节能减排方面的应用。风能作为开发潜力巨大的一种清洁能源，若能实现高效大范围利用风能将会长久可持续性地造福人类及地球环境。
随着电子计算机和自动化技术的发展，风帆助航系统在以下方向发展成为可能：
1.利用计算机实现对风帆的自适应操纵；
2.风帆与主动力装置的优化配合，以经济航速航行；
3.随着自动化程度的不断提高，复杂型线风帆的应用和推广成为可能。
风帆的型线设计在近代有着较大的改进，早期的布帆有三角形、梯形桁或艉斜桁等。目前的硬帆均采用了微机自动控制系统，其形式和主要存在的问题总结如下：
a.翼形(CN201737153U 2011.02.09)、组合翼型、椭圆弧型(CN201745736U2011.02.16)：风向小角度攻角下，船舶“之”字形航行路线，增加无效形成；
b.滚筒式(CN201619683U 2010.11.03)：风帆有效面积小，风能利用率不高；
c.拉杆式百叶型(CN201619682U、CN201619684U)、多翼面高升力帆型：多帆面阵列，单个风帆单元强度难以保证，易抖动；
d.风筝式(德国“天帆”2010.4)：受风向限制大；
e.风轮机助航(德国Wagner250千瓦双叶片2008)：对风力级别要求高；
F.两舷浮体式(CN201849656U 2011.06.01)。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种贝壳式风帆助航机械装置，克服目前硬帆主要存在的问题，即风帆在风向与航向小角度攻角(-10°～10°)情况下“之”字形航行路线的缺点；实现风帆在风向与航向大角度攻角(120°～240°)情况下能有较大的侧推力；
本实用新型的技术方案要点：
1.在风帆1的中下部开一个圆孔洞10，(见图1)用以卸除一部分风力载荷，实现船舶在航向——风向小角度攻角情况下的直线航行，同时起到减震的效果；
2.在圆孔洞10洞口加设风轮机2，根据流体沿圆弧界面流动时产生侧推力原理，配合风帆1起到助航作用；(也可添置发电装置以辅助人工操帆)
3.风帆1装置在配备有风帆定位自锁锁结8的雷达式旋转底座3上；
4.风轮机2可根据风速、风向，由计算机自动调节叶片旋转角12；
5.采用旋转底座3实现水平旋转；带有自锁功能的气动控制机构4实现迎风面高低位切换。
有益效果
a、较普通硬软帆增加了有效航程比例以增加经济性；
b、添加发电装置以辅助人工操帆，增加船舶在恶劣海况突发停车情况下的安全可操性；应急风力发电，即主动力装置发生故障时，船员可人工轻松操帆，为空压机、蓄电池、空调等系统供电。
附图说明
下面结合附图与实施案例进一步说明本实用新型。
图1贝壳式风帆与船体相对位置示意图；
图2贝壳式风帆示意图；
图3风轮机主视图；
图4风轮机可调螺旋角：小角度迎风角+强风时；
图5风轮机可调螺旋角：小角度迎风角+弱风时；
图6风轮机可调旋转轴：大角度迎风角时；
图7小角度迎风角+强风时，风帆与风轮机相对位置示意图；
图8本实用新型机构图。
图中标号：
1、风帆2、风轮机3、雷达式旋转底座4、气动控制机构5、风帆防扭支柱6、甲板导轨7、旋转支架8、风帆定位自锁锁结9、船体10、圆孔洞11、二维连杆机构12、叶片螺旋角
具体实施方式
下面通过一个实施案例，进一步说明本实用新型。
为了克服风帆在风向与航向小角度攻角(-10°～10°)情况下“之”字形航行路线的缺点；本实用新型的实施过程中：
1.贝壳式风帆1迎风面的中下部挖一个圆孔洞10；(相当于一个篮球大小)
(见图1、2)
3.在风帆1迎风面的中部圆孔洞10洞口加设风轮机2，根据流体沿圆弧界面流动时产生侧推力原理，配合风帆1起到助航作用；
4.本实用新型配备计算机装置，根据风速、风向，风轮机2(图3)其叶片螺旋角12由计算机自动调节变化(见图4、5、6、7)；产生基本稳定变化的感应电动势，风轮机2配备外接发电装置，实现应急发电；
5.风帆1装置在配备有风帆定位自锁锁结8的雷达式旋转底座3上，雷达式旋转底座3主要由二维连杆机构11、风帆防扭支柱5、旋转支架7、甲板导轨6组成；(见图8)；
6.雷达式旋转底座3实现水平旋转；带有自锁功能的气动控制机构4实现迎风面高低位切换；
7.开发人员可采用嵌入式气动遥控与人工手动控制两种模式；实现船舶在复杂工况下的助航作用。
本实用新型实现风帆1在风向与航向大角度攻角(120°～240°)情况下能有较大的侧推力。

Claims (4)

1.一种贝壳式风帆助航机械装置，包括风帆，其特征在于：风帆(1)的中下部开一个圆孔洞(10)；在圆孔洞(10)洞口加设风轮机(2)；风帆(1)装置在配备有风帆定位自锁锁结(8)的雷达式旋转底座(3)上。
2.根据权利要求1所述的机械装置，其特征在于：所述的的雷达式旋转底座(3)实现水平旋转；其主要由二维连杆机构(11)、风帆防扭支柱(5)、旋转支架(7)、甲板导轨(6)组成。
3.根据权利要求1所述的机械装置，其特征在于：所述的风轮机(2)的叶片旋转角(12)由计算机自动调节。
4.根据权利要求1所述的机械装置，其特征在于：所述的风轮机(2)配置外接发电装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102756801A (zh) * 2012-07-16 2012-10-31 大连海洋大学 风帆、风电综合节能船
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