一种大型商船风帆和多涡轮发电的自适应组合装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种大型商船风帆和多涡轮发电的自适应组合装置，该装置安装在大型航行商船的船首甲板上，在船舶航行时能自适应风向的变化实现风力发电和风帆助推的智能切换。在风力发电或风帆助推时都可以在液压马达的旋转作用下，调整装置的迎风状态，实现风能的最大利用。本发明专利技术装置采用多风力涡轮机的方式进行发电，可以增加风能的有效回收面积，提高发电效果。此外，在船舶逆风航行时，装置可以在液压油缸的推力作用下向船尾卧倒，不会产生额外的航行阻力。本发明专利技术可以减少船舶的燃油消耗，实现船舶的节能减排，具有较好的实际应用价值。值。

【技术实现步骤摘要】
一种大型商船风帆和多涡轮发电的自适应组合装置


[0001]本专利技术属于船舶
，具体涉及一种大型商船风帆和多涡轮发电的自适应组合装置。

技术介绍

[0002]随着国际范围内对船舶污染问题的普遍提高，船舶节能减排已成为当前航运业研究的热点之一。传统的大型商船航行需要燃烧燃油提供动力，燃烧燃油产生的NO
x
、SO
x
和CO2气体以及PM2.5等污染物更是加剧了对环境的负担。当前，风能在船舶上的利用备受青睐，这不仅是因为风能是一种清洁无污染的可再生能源，而且由于大型商船航行的大部分海运海平面空旷，风能资源非常丰富。风能在船舶上的应用，可以减少化石燃料的使用，缓解能源危机、减少环境污染，实现船舶的节能减排。
[0003]基于此，专利号为CN 212386673 U的中国专利公开了一种风能辅助推进的散货船，该专利虽然实现了风能助推，但风力捕获装置固定朝向，当风向发生改变与装置产生夹角时，会导致装置对风能的利用率非常低；并且当船舶逆风航行时，风力捕获装置会产生一定的阻力，会出现利用风能产生的推力还不足以弥补因安装装置所产生的额外阻力，造成得不偿失。专利号为CN 201296368 Y的中国专利公开了一种风力发电系统，该系统采用单个发电机捕获风能进行发电，与多个风力发电机(风力涡轮机)相比，风能的有效回收面积小，风能的利用率较低，发电效果差。专利号为CN 106536923 A的中国专利就公开了一种用于海上应用的多涡轮风力发电平台，利用多涡轮对风能进行回收，但此方法仅能定点安装，无法在航行船舶上进行应用产生能量来降低船舶的排放。专利号为CN 109667720 A的中国专利公开了一种船用风力助推与风力发电可切换的装置，该装置在船舶航行时进行风力助推，在船舶停航时利用风力发电，可以很大程度提高风能的利用率。但该装置在航行时只能单独使用风能助推模式，并不能发电，并且在船舶逆风航行时不可避免的会产生阻力，产生额外的燃油消耗。
[0004]风帆作为古老的船舶动力装置，至今在各类中小型船舶都有着重要的应用。帆船的最大动力来源是“伯努利效应”，当船舶顺风航行时，主要利用风对风帆的冲击产生的压力推动船舶前进；当船舶侧向来风时，由于风帆的弧形设计，气流通过帆时，帆前面的气流需要走更长的距离来和帆后面的气流汇合，使帆前后的气流会产生不同的流速，帆前面的气流的流速较快，根据伯努利原理“气体的流速越大，压强越小”可知，帆后面的压强比帆前面的压强大，这个压强差会对船舶产生向前的推力；逆风航行时，船舶航向与风向呈一定夹角，船舶采取“之”字型的路线航行，解决风帆无法利用逆向风的难题。大型商船可以实现燃油和风帆的共同推进，风帆可以为船舶提供部分推进力，节省燃油的消耗。但逆风航行时，大型商船无法采用“之”字航行实现风帆助推，原因是：大型商船因其较大的尺寸和总载重量，与海水的直接接触面积大，造成海水对船体产生非常大的阻力，风帆推进相对较小的推力只能作为船舶的辅助推进力，并不能作为大型船舶的主要推进力来源，如果大型商船采取“之”字型的路线航行，虽然能利用风帆实现助推，但是船舶的航线长度大大增加，燃油消
耗随之增加，会出现利用风帆助推可节省的燃油量远小于因航线改变使路程增加导致船舶产生额外的燃油消耗量，得不偿失。因此，风帆助推虽在大型商船顺风航行时能带来较大的助益，但逆风航行时并没有太多的可行性。
[0005]基于此，若是能在大型商船中提出一种风能利用装置，该装置不仅能够充分回收航行船舶周围所存在的大量风能，根据风向自适应调节迎风状态，而且在船舶逆风航行时能够克服上述风能利用装置因安装在船舶上产生额外的航行阻力所造成的得不偿失的现象，那么这种风能利用装置对大型商船利用风能有较好的实际应用意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对上述提到的问题，提出一种大型商船风帆和多涡轮发电的自适应组合装置。该装置安装于大型商船的船首甲板上，在船舶航行过程中，后向来风时装置可以利用风力涡轮机进行发电，产生的电能可以为船舶其他用电设备供电；侧向来风时，装置可将风帆升起利用风能实现船舶助推；正向来风时，装置可以呈90
°
向船尾卧倒，避免产生额外的航行阻力。本专利技术应用于大型商船上，有利于减少船舶的燃油消耗，实现了船舶的节能减排。
[0007]本专利技术装置包括：底座、底座顶盖、液压马达、风帆转轴、风帆底板、风帆支架、风帆、风机支架、风力涡轮机、风向传感器、上铰支座、下铰支座、液压油缸、卡扣、卡座。
[0008]所述底座固定在船首甲板上。
[0009]所述底座顶盖设置在底座上方，一端与底座通过转轴连接，底座顶盖可绕转轴翻转。
[0010]所述液压马达设置在底座中。
[0011]所述风帆转轴位于底座顶盖上，风帆转轴与液压马达的传动轴同轴心配合，利用液压马达的传动轴进行转动。
[0012]所述风帆底板固定在风帆转轴上。
[0013]所述风帆支架固定在风帆底板上，在本专利技术装置中风帆支架是由三根竖向布置的直杆和多根横向布置的弯杆组成曲面的结构，三根竖向直杆分别位于风帆底板两侧和中间部位。
[0014]所述风帆设置在风帆支架上，可沿着竖向的竖杆升起或收起，风帆升起时由横向弯杆将风帆撑起形成弧面。
[0015]所述风机支架固定在风帆底板上，风机支架是由若干的横杆、竖杆和斜杆组成的网状结构。
[0016]所述风力涡轮机包括数十个，分别均匀固定在风机支架上。
[0017]所述风向传感器安装在风帆支架上。
[0018]所述上铰支座设有两个，分别固定在底座顶盖上。
[0019]所述下铰支座设有两个，分别固定在底座内部。
[0020]所述液压油缸设有两个，设置在底座内，两端分别由上铰支座和下铰支座固定。
[0021]所述卡扣设有两个，分别固定在底座顶盖上。
[0022]所述卡座设有两个，位于底座顶端，可与卡扣配合。
[0023]风向传感器用于收集风向信息，船舶航行方向与风向的关系如下：设从船舶航行
方向沿逆时针方向到风向所转过的角度为θ，当θ∈[0
°
，45
°
]∪[315
°
，360
°
]时，则判断为船首方向来风，船舶逆风航行；当θ∈(45
°
，135
°
)∪(225
°
，315
°
)时，则判断为船舶侧向来风；当θ∈[135
°
，225
°
]时，则判断为船尾方向来风。风向传感器可以将收集的风向信息以电信号的形式传输给控制系统，控制系统根据接收的信号控制液压马达旋转，实现装置的自适应风向旋转。
[0024]在船尾方向来风时，风帆为收起状态，根据风向传感器收集的风向信息，在液压马达的传动作用下控制风力涡轮机与风向垂直，利用风力涡轮机发电；在船舶侧向来风时，风帆升起，在液压马达的作用下控制风帆后侧形成的平面与风向平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型商船风帆和多涡轮发电的自适应组合装置，其特征在于：该装置包括底座(1)、底座顶盖(2)、液压马达(3)、风帆转轴(4)、风帆底板(5)、风帆支架(6)、风帆(7)、风机支架(8)、风力涡轮机(9)、风向传感器(10)、上铰支座(11)、下铰支座(12)、液压油缸(13)、卡扣(14)和卡座(15)，所述底座(1)固定于船首甲板上，所述液压马达(3)设置于底座(1)中，所述底座(1)上设有底座顶盖(2)，所述底座顶盖(2)上设有风帆转轴(4)，所述风帆转轴(4)与风帆底板(5)连接，所述风帆底板(5)上固定风帆支架(6)，所述风帆支架(6)上设有风帆(7)，所述风机支架(8)设置在风帆底板(5)上，所述风力涡轮机(9)设有数十个，按一定间距均匀固定在风机支架(8)上，所述液压油缸(13)设置在底座(1)中，在活塞杆上设有上铰支座(11)与底座顶盖(2)配合，在油缸底...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博洋，鲁捷，邓芳，吕竞泽，杨奉儒，张荣秀，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：