三叶型推进发电两用式风帆制造技术

一种三叶型推进发电两用式风帆，它主要由固定在船体甲板（１０）上的发电机组（１）和风帆转动机构（９），与风帆转动机构（９）转动连接的且只朝设计方向转动的风帆桅杆（２），设在风帆桅杆（２）上部通过第一推进发电帆面连接杆（４）与之相连的第一推进发电帆面（３），通过第二推进发电帆面连接杆（１１）与之相连的第二推进发电帆面（５），通过第三推进发电帆面连接杆（７）与之相连的第三推进发电帆面（８），以及装在所述的风帆桅杆顶部的风力风向采集及分析系统（６）构成。本发明专利技术能使常规风帆的效率提高２０％到４０％，采用“主推进辅发电”的运行方式使三叶型推进发电两用式风帆在任何风向情况下均可运行，节省船舶主机或发电机油耗的６％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及船用风帆，特别是一种三叶型推进发电两用式风帆。
技术介绍
风能是具有大规模发展潜力的可再生能源，上世纪70年代的石油危机使人们意 识到在船舶上开展风能利用的重要性。现代化风帆船舶研究已经成为一些发达国家，如德 国、日本、瑞典、丹麦等的研究重点。国外实践证明把风帆作为辅助动力用于船舶航行，能够把船舶主机油耗降低 10 % 30 %，而船舶工程师们绞尽脑汁也很难把发动机和螺旋桨的效率提高1 % 2 %。 对于油费已经占运营成本的40% -60%的船舶运输而言，风帆助推技术无疑有极大的诱惑 力。因此，也有人认为“风帆辅助技术是目前已知的降低船舶油耗的最佳方法”；“使用风 力推进的船舶并不是怀古情绪的复活，而是船舶动力的改革”。上世纪90年代，日本在一些吨位不太大的远洋船舶上开展了硬质风帆的实船试 验，后因石油价格下跌、技术不完善和操作复杂等原因，没有得到推广。这种风帆的形式和 操纵相对较简单，但效率不能让人完全满意，对风的利用受风向限制较大。尽管如此，日本 政府自2001年以来，一直在支持新型风帆助航船舶的研究。2006年，德国研发了风筝型(伞翼型)风帆，并在15000吨级远洋船舶上进行了实 船试验。风筝型风帆成本较低，结构简单，对船体改造要求低，占用船舶空间较小，但其释放 与控制难度高，对风向的要求更高。以上硬质风帆和风筝型风帆统称为现代风帆，装备现代风帆的船舶称为现代风帆 船，现代风帆船与传统风帆船有巨大的区别。我国从80年代初期开始，在武汉、广东、浙江、上海等地区相继开展了风帆助航的 研究，并取得了可喜的成果。其中，由华南理工大学、广东省水产局、广东省航运研究所共同 研制的小型渔船风帆助推装置在广东省各渔区近千艘渔船上推广应用，但是均为小吨位的 渔船，风帆装置和操帆系统都较为简单。武汉水运工程学院(现武汉理工大学)与江苏、湖 南航运部门共同研制了多艘小型风帆助推货船，由708和711所设计、宁波海运公司承建的 2500DWT风帆助航综合节能多用途集装箱船“明州22号”轮于1996年2月14日首航日本。综上，上述几种“现代帆型”技术，或则节能效果欠佳，或则建造和运行费用高昂， 或则对航线要求严苛，都难有较满意的结果。因此，有必要对现有技术进行创新，设计一种 推进效率高、工作时间稳定、节能效果明显的新型帆型。对于可应用于船舶上的风帆装置，目前已经公开了一些专利，但基本上都主要是 针对辅助船舶推进而设计的，而对可采用推进和发电两种用途使用的风帆研究却很少。公 开号为CN101209752A(申请号200610148105. 7)公开了一种以风帆为辅助动力的远洋货 轮，包括远洋货轮和一套辅助风帆，其特征在于辅助风帆由船尾帆和船侧帆两部分组成；该 装置主要是利用了与船舶行驶方向较为一致的风向，即船后来风，所能利用的风向角度较 小。公开号为CN101314397A(申请号200810048212. 1)公开了一种母子风帆船，它包括母船体、子船体、风帆以及风帆与船体连接物，其特征在于母船体与子船体的纵中剖面在船 舶前方的交角小于20度；在子船体内设置至少一套给水排水系统；该装置的主要是利用子 船体为母船体提供额外的稳性，使母船体能够采用面积巨大的日式硬帆，进而为船舶推进 提供辅助动力。公开号CN101486375A(申请号200910060732. 9)公开了一种子船体可移 动式母子风帆船，它包括母船体、子船体、风帆以及风帆与船体的连接物，结构连接物与母 船体及子船体的连接，是一种可水平转动的连接。使用风帆时，可伸缩传动物收缩，子船体 远离母船体，能使船舶获得巨大的恢复力矩。与母子风帆船相比，子船体可移动式母子风 帆船主要优点是可在航道宽度受限制、航道繁忙时航行。公开号为CN101497369A(申请号 200910071582. 1)公开了一种空心帆船桅杆，它为解决现有帆船桅杆截面的对称性带来的 承载侧的材料强度不足、不承载侧的材料强度没有得到完全的发挥及下粗上细的大型桅杆 不便于在桅顶上装三角帆的问题。该装置的上桅杆和下桅杆的截面形状设计为空心且大半 椭圆形，这种截面形状使得装置在受风时，承载侧的材料得到充分利用；上桅杆和下桅杆的 等截面设计，保证了桅杆顶部有一个较大的截面和一定的负载量，使桅顶能够安装大三角 帆。上述公开专利都是基于给船舶提供辅助推进动力的出发点而提出的，但由于船舶 远洋航行时所面临的风向变化不定，船舶在面临相对不利风向时风帆便不能对船舶推进产 生有利作用甚至对船舶前进产生阻力，因此风向的变化对船舶的节能效果影响很大。另外， 由于海洋环境、航道和桥梁的限制，船舶使用风帆的面积不能过大。为更加有效地利用海洋 环境的风能资源，需要设计一种可灵活、高效利用风能的风帆装置。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为现代船舶提供一种具有合理构造、启动快捷的 三叶型推进发电两用式风帆，该风帆可在不良风速风向条件下取得较大经济收益，并且可 作为船舶的辅助和备用动力。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案一种三叶型推进发电两用风帆，它主要由固定在船体甲板上的发电机组和风帆转 动机构，与风帆转动机构转动连接的且只朝设计方向转动的风帆桅杆，设在风帆桅杆上部 通过第一推进发电帆面连接杆与之相连的第一推进发电帆面，通过第二推进发电帆面连接 杆与之相连的第二推进发电帆面，通过第三推进发电帆面连接杆与之相连的第三推进发电 帆面，以及装在所述的风帆桅杆顶部的风力风向采集及分析系统构成。本专利技术提供的三叶型推进发电两用风帆，其作为船舶的辅助和备用动力。本专利技术提供的三叶型推进发电两用式风帆(简称风帆)，其工作过程如下当船舶行驶方向与相对风向的夹角为40° 180°时，三个推进发电帆面先分别 通过与其相连的推进发电帆面连接杆转动合成一个整体帆面，然后，风帆转动机构将风帆 桅杆与整体帆面转动到设计角度固定，风作用在三个推进发电帆面上产生的推力通过风帆 桅杆传递到船体，产生辅助船舶前进的推力，此时，降低船舶主机转速以达到减少燃油消耗 量的目的；当船舶航行方向与来风方向的角度为0° 40°时，三个推进发电帆面先分别通 过与其相连的推进发电帆面连接杆转到固定位置，在此位置时，两个相邻的推进发电帆面连接杆之间的角度为120°，推进发电帆面在风力的作用下产生一个离心力，风帆桅杆在离 心力的作用下绕一个固定方向转动，发电机组被带动进行发电，进而为船舶电力系统提供 部分电能。本专利技术提供的三叶型推进发电两用风帆与现有技术相比具有以下的主要优点1.与单纯采用推进式风帆的船舶相比的主要优点传统推进式风帆采用空气动力学性能最佳的帆型，其推进性能较好；但在迎风 向-40° 40°之间时，风帆的推进性能不佳，甚至会对船舶正常航行产生额外的阻力。三叶型推进发电两用风帆在迎风向-40° 40°之间时采用发电模式运行，不会 对船舶正常航行产生影响，为船舶的电力系统提供部分能源；相对传统风帆，本专利技术减少了 不利风向下传统风帆对船舶的阻力，并将不利风向下的风能转化为电能，实现了风向的全 方位利用，使风帆对风能的利用效率极大地提高。2.与传统的岸基垂直轴风力发电机相比的主要优点海上风力资源丰富，三叶型推进发电两用风帆所能得到的节能收益更多。传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三叶型推进发电两用式风帆，其特征是，它主要由固定在船体甲板（１０）上的发电机组（１）和风帆转动机构（９），与风帆转动机构（９）转动连接的且只朝设计方向转动的风帆桅杆（２），设在风帆桅杆（２）上部通过第一推进发电帆面连接杆（４）与之相连的第一推进发电帆面（３），通过第二推进发电帆面连接杆（１１）与之相连的第二推进发电帆面（５），通过第三推进发电帆面连接杆（７）与之相连的第三推进发电帆面（，８），以及装在所述的风帆桅杆顶部的风力风向采集及分析系统（６）构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈顺怀，陈鲁愚，漆婓，徐立，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]