一种具备助航与发电功能的两用型风帆制造技术

本发明专利技术公开了一种具备助航与发电功能的两用型风帆：包括一对弧形帆体，安装在桅杆上；还包括支架，所述支架包括底边及两个支撑臂，两个支撑臂的间距大于弧形帆体的宽度，支撑臂的臂长大于弧形帆体的长度；两个支撑臂之间，水平安装有转动轴，转动轴的中部位置，开设有一径向通孔，桅杆穿过该径向通孔固定安装在转动轴上，所述帆体I、帆体II安装在转动轴两侧的桅杆上；在转动轴的一侧，设有一圆柱体轴段，用于安装联轴器，连接发电机；还包括定位件，用于固定桅杆、弧形帆体与支架之间的相对位置；本发明专利技术具有结构简单、安装方便以及可以避免由于风力和风向的多变性而引起的偏离航线等优点，具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

A dual-purpose sail with navigation and power generation functions

【技术实现步骤摘要】
一种具备助航与发电功能的两用型风帆
本专利技术涉及船舶风帆结构，尤其涉及一种具备助航与发电功能的两用型风帆。
技术介绍
船舶行业作为能源消耗大户，船舶燃油费在船舶营运成本中的比例也在逐年增加。在当前国际油价保持较高的价格，以及世界各国开始注重保护环境、节能减排的情况下，提高石油利用效率，节约运营成本就成了各位船东以及各位学者的关注和研究对象。在诸多节能减排方案中，风帆助航既能减少船舶能源的消耗，又能降低船舶有害物质的排放，国外实践证明：风帆助推技术能够把油耗降低10％～30％。美国的一条利用catrig作为辅助动力的风帆助航船舶在最佳的风向条件下，可以节油30％并增加航速18％。由于使用的风帆较大，考虑固定风帆就需要增加成本，虽然降低了油耗，但船的造价就比常规的要高。同时，由于风力和风向的多变性，使得船舶在航行过程中要调整风帆方向以获得最大的风能，因此船舶就可能偏离预定航线，导致航程和航行时间的增加。考虑到风帆主要用于助航，但海上风向多变，要想一直助航并不容易，而在船舶逆风航行时，风帆会产生巨大阻力，反而会增加油耗，如将风帆收拢，则无法充分利用风力；因此，在船舶逆风航行时，如何将巨大的风能通过风帆转变成对船舶有利的能量，使得风帆既能助航，又能降低船舶运行成本，是亟待解决的难题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种风力助航与风力发电功能并存且可以根据需要方便切换形态的两用型风帆。技术方案：一种具备助航与发电功能的两用型风帆，包括一对弧形帆体，分别为帆体I、帆体II，所述帆体I、帆体II安装在桅杆上；还包括支架，所述支架包括底边及两个支撑臂，两个支撑臂的间距大于弧形帆体的宽度，支撑臂的臂长大于弧形帆体的长度；两个支撑臂之间，水平安装有转动轴，转动轴的中部位置，开设有一径向通孔，桅杆穿过该径向通孔固定安装在转动轴上，所述帆体I、帆体II安装在转动轴两侧的桅杆上；在转动轴的一端，设有一圆柱体轴段，用于安装联轴器，连接发电机；还包括定位件，用于固定桅杆、弧形帆体与支架之间的相对位置。进一步的，所述桅杆的中部设有一方形凸块，与之对应的，所述转动轴上的径向通孔为方形体，其尺寸与方形凸块的尺寸适配。优选的，所述转动轴采用阶梯轴结构，其中间主体轴段为方形体，两端轴段为圆柱体，所述通孔位于方形体轴段上。进一步的，所述定位件包括定位棒，在助航形态时，该定位棒的上端和弧形帆体固定连接，下端和支架的底边固定连接。优选的，所述底边的中点处，开设有一用于固定所述定位棒的安装孔。进一步的，所述弧形帆体的凹面设有一中空凸轴，弧形帆体通过该中空凸轴安装在桅杆上。当定位棒和弧形帆体固定连接时，其上端插入中空凸轴的通孔内。优选的，所述弧形帆体通过双头螺柱和螺母与桅杆固定连接。进一步的，所述支架安装在基座上。进一步的，所述弧形帆体为硬质帆，其展弦比为1.2～1.6，拱度比为1/7～1/9。与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：1、结构简单、安装简便：由两块风帆组成，相同尺寸要求下，本专利技术通过将风帆分成两个相同尺寸的小风帆，通过组合进行安装，运输方便，体积变小；2、操作方便：能够满足常规时助航，逆风航行时，通过调整定位棒及两块帆体的相对朝向，使得风帆在风力作用下进行旋转，进行风力发电，能够方便实现风力助航与风力发电的切换。2、降低成本：可将海上风向多变这一不利航行的因素转化为一种有利因素，通过风力发电来减少对船舶发电的依靠，从而满足降低成本的要求。3、可以避免由于风力和风向的多变性而引起的偏离航线，具有可预期的巨大的经济价值和社会价值。附图说明图1为帆体；图2为阶梯轴；图3为桅杆；图4为支架；图5为基座；图6为定位棒；图7为助航时风帆安装示意图；图8为发电时风帆安装示意图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。如图1至图6所示，一种助航与发电功能并存的两用型风帆，包括以下部件：帆体I1、帆体II2、转动轴3、桅杆4、U型支架5、基座6、定位棒7；帆体I1和帆体II2采用弧形结构，凹面设有凸出的轴，该凸轴从上至下均开有用于安装桅杆4的通孔，以桅杆4为对象，从上往下依次装第一帆体1、转动轴3和帆体II2。其中，桅杆4与帆体I1和帆体II2通过双头螺柱和螺母固定连接；桅杆4两端为圆柱体，中间优选采用方形体凸块，凸形方块是为了使桅杆和转动轴固定，使得风帆不移动，增加系统的稳定性。本实施例中，转动轴3优选为阶梯轴，包括方形体轴段与圆柱体轴段，方形体轴段上开设有方形体的径向通孔，阶梯轴的径向通孔与桅杆4的方形体凸块尺寸适配。阶梯轴的方形体轴段两端为圆柱体轴段，圆柱体轴段与支架5通过滚动轴承连接，并用双头螺柱和螺母固定。在该阶梯轴的一侧有一直径小于与支架5连接的圆柱体的轴段，用于安装联轴器，连接发电机。支架5安装在基座上，支架和基座之间，安装有滚动轴承，通过双头螺柱和螺母固定，支架可相对于基座进行转动。支架5的底边中央内侧开有一深孔，用于安装定位棒7。该定位棒7主要用于助航形态时固定帆体与支架之间的相对位置，实现两者的相对静止。下面结合图7和图8说明本专利技术在助航与发电两种形态下的安装位置与转换方法：如图7所示，当风帆用于助航时，帆体I1与帆体II2朝向一致，两者通过双头螺柱和螺母与桅杆4形成固定连接；调整帆体II2，使帆体II2与支架5形成一个偏角，将定位棒7放入帆体II2背部的通孔中，然后将帆体II2旋转至原位置，定位棒7自行滑入支架5上的深孔，从而将帆体II2与支架5固定。在风向改变时，通过调整支架5相对风向的位置，使得帆体处于一个最佳的利用风能发电的位置，然后拧下帆体II2背部的双头螺柱和螺母，调整帆体II2的朝向，使得帆体II2与帆体I1为背向，再拧上双头螺柱和螺母，使其与桅杆4固定；继而向上提起定位棒7，使得定位棒7离开支架5，拨动帆体II2，使得帆体II2与支架5形成一个偏角，接着取出定位棒7。在风力作用下，两个帆体绕阶梯轴转动，其动力通过该轴的圆形轴端输出；其运动形态如图8所示。综上，采用本专利技术的一种具备助航与发电的两用型风帆，可实现在不同风力和风向状态下，进行风力助航与风力发电的切换。常规时通过定位棒固定实现助航，即当风向适合助航(即相对风向为15°～180°，翼帆可以产生有效推力)时，可将风帆调整为助航形态；逆风航行时，取出定位棒、调整支架相对风向的位置以及两块帆体的相对朝向，使其背向，使得风帆在风力作用下进行旋转，不仅能够避免由于风向的改变引起船舶航向的变化，而且实现了风力发电。那么原本用于助航时，可节省10％～15％的燃料，在逆风航行时，又可以利用风力发电来补充船舶用电，减少对用于船舶供电使用的设备的使用，从而降低一定的运营成本。如此即可将海上风向多变这一不利航行的因素转化为一种有利因素。本专利技术中所涉及的风帆为硬质帆，其展弦比可选范围：1.2～1.6；拱度比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备助航与发电功能的两用型风帆，其特征在于：包括一对弧形帆体，分别为帆体I、帆体II，所述帆体I、帆体II安装在桅杆上；/n还包括支架，所述支架包括底边及两个支撑臂，两个支撑臂的间距大于弧形帆体的宽度，支撑臂的臂长大于弧形帆体的长度；两个支撑臂之间，水平安装有转动轴，转动轴的中部位置，开设有一径向通孔，桅杆穿过该径向通孔固定安装在转动轴上，所述帆体I、帆体II安装在转动轴两侧的桅杆上；在转动轴的一端，设有一圆柱体轴段，用于安装联轴器，连接发电机；/n还包括定位件，用于固定桅杆、弧形帆体与支架之间的相对位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种具备助航与发电功能的两用型风帆，其特征在于：包括一对弧形帆体，分别为帆体I、帆体II，所述帆体I、帆体II安装在桅杆上；
还包括支架，所述支架包括底边及两个支撑臂，两个支撑臂的间距大于弧形帆体的宽度，支撑臂的臂长大于弧形帆体的长度；两个支撑臂之间，水平安装有转动轴，转动轴的中部位置，开设有一径向通孔，桅杆穿过该径向通孔固定安装在转动轴上，所述帆体I、帆体II安装在转动轴两侧的桅杆上；在转动轴的一端，设有一圆柱体轴段，用于安装联轴器，连接发电机；
还包括定位件，用于固定桅杆、弧形帆体与支架之间的相对位置。


2.根据权利要求1所述的具备助航与发电功能的两用型风帆，其特征在于：所述桅杆的中部设有一方形凸块，与之对应的，所述转动轴上的径向通孔为方形体，其尺寸与方形凸块的尺寸适配。


3.根据权利要求1或2所述的具备助航与发电功能的两用型风帆，其特征在于：所述转动轴采用阶梯轴结构，其中间主体轴段为方形体，两端轴段为圆柱体，所述通孔位于方形体轴段上。


4.根据权利要求1所述的具备助航与发电功能的两用型风帆...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾丛汇，鲁佳峰，孙兆澎，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32