一种多段式风力助推转子装置及船舶的制作方法

本发明涉及船舶配件技术领域，尤其涉及一种多段式风力助推转子装置及船舶。

背景技术：

船用风力助推转子是一种借助风力为船舶提供辅助前行动力的装置。船用风力助推转子通常由内塔、转筒、驱动机构、传动系统和控制系统等子系统组成，船舶供电带动驱动机构运动，驱动机构驱动转筒进行旋转，由于马格努斯效应，在风力的作用下，转动的转筒产生与吹风方向相垂直的的升力，其在船舶前进方向的分力将推动船舶前进，从而减少船舶的能源消耗，达到节能减排的效果。目前，市场上出现的船用风力助推转子的外筒和内塔结构都采用单一结构形式，其存在以下问题：

由于转筒的转速和来流风速之间存在一个最佳的匹配关系，对任意风速存在可使风力助推转子的推进效率达到最大的转筒转速，目前转筒为一个整体，由驱动机构驱动，旋转速度沿展向统一。而由于船舶所处的风场在垂直高度方向存在一个速度剖面分布，并不是一个常值，即沿转筒上下具有一个速度由大到小的分布场，所以采用单一整体形式的转筒结构，推进效率不能达到最佳。

单体结构的转筒的尺寸相当大，而转筒常处于高速旋转状态，因此转筒在设计和生产制造时，所需要的材质的均匀度、同心度及尺寸精度要求相当高，对制造工艺提出了非常高的要求，造成造价高昂。其次，单体结构的转筒对安装精度要求非常高，同时起吊难度较大，安装过程也极其复杂。

目前风力助推转子的内塔和转筒等结构的尺寸和型号尚没有做到标准化，仅依据船舶的吨位和长度等将船舶分成了较粗的几类，还不能依据船舶的实际航线和气象、海况条件进行特殊设计，无法依据实际情况进行增长或缩短转筒尺寸，以达到更为优化的风力助推效率。

当外筒因意外或老化产生局部变形划破坏时，将使得整个转筒无法正常运转，这时应对外筒进行整体更换，不仅存在转筒拆卸不方便，整体起吊难度较大的问题，同时更换成本也十分昂贵。

技术实现要素：

基于以上所述，本发明的一个目的在于提供一种多段式风力助推转子装置，以充分利用来流风速，实现对船舶更高的助推效率。

本发明的另一个目的在于提供一种船舶，其采用上述多段式风力助推转子装置，具有更高的推进效率和更小的燃料消耗。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种多段式风力助推转子装置，其包括：多个依次纵向连接的助推转子段，每个所述助推转子段包括内塔、转筒及驱动机构，所述驱动机构用于根据来风驱动所述转筒相对于所述内塔转动，以对所述内塔产生侧向力；

多个所述内塔依次连接并固定于船体上，所述内塔所受的所述侧向力能够传递给所述船体以为所述船体提供前进的助推力。

作为一种多段式风力助推转子装置的优选方案，所述转筒同轴套装于所述内塔的外部，所述驱动机构设置于所述转筒的内部且与所述内塔固定，所述驱动机构通过传动机构驱动所述转筒转动。

作为一种多段式风力助推转子装置的优选方案，还包括风力检测机构，所述风力检测机构设置于所述助推转子段的一侧且与所述助推转子段平行，所述风力检测机构用于检测不同所述助推转子段所在高度的不同风速。

作为一种多段式风力助推转子装置的优选方案，还包括控制机构，所述控制机构与所述风力检测机构及所述驱动机构均电连接，所述控制机构接收风速信号并控制所述驱动机构以合适的速度驱动所述转筒转动。

作为一种多段式风力助推转子装置的优选方案，所述助推转子段还包括传力机构，所述传力机构包括固定杆和转动安装于所述传力杆上的转轮，所述固定杆固定于所述内塔，所述转轮与所述转筒的内壁抵接。

作为一种多段式风力助推转子装置的优选方案，所述助推转子段还包括限位机构，所述限位机构包括限位杆和转动安装于所述限位杆上的限位轮，所述限位杆固定于所述内塔，所述限位轮与所述转筒的内壁抵接。

作为一种多段式风力助推转子装置的优选方案，所述助推转子段还设置有冷却机构，所述冷却机构安装于所述内塔上且与所述驱动机构正对，所述冷却机构用于对所述驱动机构吹扫冷却。

作为一种多段式风力助推转子装置的优选方案，所述助推转子段还包括转筒转速检测机构，所述转筒转速检测机构设置于所述转筒内且固定于所述内塔上，所述转筒转速检测机构与所述控制机构电连接，用于检测并反馈所述转筒的转速。

作为一种多段式风力助推转子装置的优选方案，多个所述内塔通过法兰固定连接，最下端的所述内塔通过所述法兰固定于基座上，所述基座固定于所述船体。

一种船舶，其包括如上述任一方案所述的多段式风力助推转子装置。

本发明的有益效果为：

本发明提供的多段式风力助推转子装置将单体的内塔和转筒分成多个体积和高度较小的助推转子段，可依据不同船型、船舶实际的运营环境和客户的具体需求增加或减少助推转子段的数量，达到更为优化的风力助推效率，且分段的结构也更便于安装且安装成本更低。

每个助推转子段的转筒的转速能够与所在高度的风力风速相匹配，充分利不同速高度的风力所含的风能，风力助推转筒能够达到更佳的推进效率，实现更小的助推能量消耗。

每个助推转子段运行时产生的升力小于单一整体结构式的转子，其采用的驱动机构尺寸和驱动机构启动及制动时功率均较小，不仅能够较好的节能能源，还能提高助推转子段的可靠性，降低转筒的设计和生产制造的难度及成本。

本发明提供的船舶采用上述多段式风力助推转子装置，具有更高的推进效率和更少的燃料消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的多段式风力助推转子装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的助推转子段的结构示意图。

图中标示如下：

1-助推转子段；11-内塔；12-转筒；13-驱动机构；14-传动机构；15-传力机构；151-固定杆；152-转轮；16-限位机构；161-限位杆；162-限位轮；17-冷却机构；18-转筒转速检测机构；19-法兰；

2-基座；21-固定脚；3-风力检测机构；31-支撑杆；32-风速传感器。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1和图2所示，本实施例提供的多段式风力助推转子装置，其作用为充分利用船舶前进过程中的侧向来风，将所受到的风力转化成船舶前进方向的助推力，以减少船舶的能源消耗，达到能源减排的效果。本装置包括沿纵向依次连接的多个助推转子段1，每个助推转子段1包括内塔11、转筒12以及驱动机构13，其中多个内塔11依次连接并与船舶的船体固定，转筒12同轴套装于内塔11的外部，驱动机构13用于驱动转筒12相对于内塔11转动。转动的转筒12受到侧向来风的推力，由于马哥努斯效应，转筒12所受推力对内塔11产生一个与船舶前进的方向一致的侧向力，内塔11对将该侧向力传递给船体，从而实现助推船舶前进的作用。

助推转子段1的数目可以根据船舶的吨位和长度、船舶类型、航行条件以及客户的具体要求等确定，以能实现较佳的助推效率和较低的安装运行成本为准，本实施例在此不做限定。同样地，对于转推转子段中内塔11和转筒12等结构的尺寸本实施例也不做具体限定。对于大部分船舶而言，助推转子段1的数目一般设置为3～10个，每个助推转子段1的外径一般从不到一米至数十米不等，每个助推转子段1的高度从数米至数十米不等。

如图1所示，本实施例中每个助推转子段1的上下两端均设置有法兰19，多个助推转子段1通过法兰19彼此固定连接。位于最下方的助推转子段1通过法兰19固定于基座2上，基座2的底面设置有固定脚21，固定脚21与船体固定连接，从而实现多个助推转子段1与船舶的固定连接，以将内塔11所受的侧向力传递至船体以推动船体向前运动。在其他实施例中，多个助推转子段1也可以通过插销或焊接等方式实现固定连接。

本实施例提供的多段式风力助推转子装置还包括风力检测机构3，用于检测风速，风力检测机构3设置于助推转子段1的一侧且与助推转子段1平行。风力检测机构3包括支撑杆31和安装于支撑杆31上的多个风速传感器32，支撑杆31的下端固定于船体上，支撑杆31的上端向上延伸，风速传感器32间隔安装于支撑杆31上。进一步地，风速传感器32的数量与助推转子段1的数量相同，且多个风速传感与多个助推转子段1的高度一一对应，以检测每个助推转子段1所在高度的风速。驱动机构13根据风速控制转筒12的转速，以使转筒12的转速和来流风速之间达到最佳的匹配关系，实现最佳的助推效率。

进一步地，本实施例提供的多段式风力助推转子装置还包括控制机构(未示出)，控制机构安装于船体上或者助推转子段1的转筒12内，用于接收风力检测机构3的风速检测数据，同时根据风速检测数据控制驱动机构13的运行。控制机构与多个风速传感器32及驱动机构13均电连接，其接收每个风速传感器32检测的风速信号，根据每个风速传感器32检测的风速信号控制与该风速传感器32同一高度的助推转子段1中的驱动机构13，使转筒12的转速达到与风速之间的最佳匹配关系。

控制机构可以是集中式或分布式的控制机构，比如，控制机构可以是一个单独的单片机，也可以由分布的多块单片机构成，单片机中可以运行控制程序，进而控制风力检测机构3及驱动机构13实现其功能。控制机构的结构及控制原理为本领域内的现有技术，在此不再赘述。

如图2所示，助推转子段1除包括内塔11、转筒12及驱动机构13外，还包括传力机构15、限位机构16及冷却机构17等。转筒12的上下端面开设有安装孔，内塔11安装于安装孔内，在安装孔内安装有轴承，以实现内塔11和转筒12的相对转动。驱动机构13设置于转筒12内，驱动机构13的固定端固定于内塔11，驱动机构13的驱动端通过与转筒12通过传动机构14传动连接。在本实施例中，驱动机构13为电机，内塔11上设置有支撑板，电机的固定端固定于支撑板上，电机的输出通过传动机构14与转筒12连接。传动机构14可以是皮带传动机构14或者齿轮传动机构14，当传动机构14为齿轮传动机构14时，转筒12的内壁上开设有与传动机构14对齐的一圈齿槽，齿槽与传动机构14最后一级的齿轮相啮合，以实现传动。当传动机构14为皮带传动机构14时，最后一级传动轮设置为摩擦轮，转筒12内壁与摩擦轮对齐处设置有一圈摩擦系数较大的摩擦带，通过摩擦轮与摩擦带之间的静摩擦实现传动。当然，在其他实施例中，传动机构14也可以是其他合适的传动结构，只要能够驱动转筒12转动的其他驱动机构13均落入本发明的保护范围之内。

为保证足够的驱动力，使转筒12满足转速要求，可选地，驱动机构13设置为多个，多个驱动机构13等间隔角度固定于内塔11上。一般地，根据助推转子段1的规格及助推要求，驱动机构13可设置为2～6个。

传力机构15用于将转筒12所受的风力传递给内塔11。传力机构15包括固定杆151和转动安装于固定杆151上的转轮152，固定杆151的第一端固定于内塔11，第二端朝向转筒12延伸，转轮152转动安装于固定杆151的第二端，转轮152与转筒12的内壁抵接。转轮152随转筒12转动的同时，其受到转筒12对其施加的侧向力，转轮152将该侧向力传递给内塔11，从而实现传力。优选地，传力机构15上设置有多个，多个传力机构15等间隔角度安装于内塔11上，以实现传力和结构的稳定。

限位机构16用于对转筒12进行导向，防止转筒12出现径向偏斜。同时，限位机构16的另一个作用与传力机构15类似，可起到一定的传力作用。限位机构16的结构与传力机构15类似，其包括限位杆161和转动安装于限位杆161上的限位轮162，限位杆161的第一端固定于内塔11上，限位杆161的第二端朝向转筒12延伸，限位轮162转动安装于限位杆161的第二端，限位轮162与转筒12的内壁抵接。优选地，限位机构16可设置有多个，多个限位机构16沿内塔11的周向等间隔布置。

进一步地，助推转子段1还包括冷却机构17和转筒转速检测机构18。冷却机构17固定于内塔11上，且与驱动机构13正对，冷却机构17包括叶片，其用于对驱动机构13进行吹扫降温，防止驱动机构13温度过高。冷却机构17的数量与驱动机构13的数量相同，每个驱动机构13均由一个冷却机构17吹扫，以高效降温。进一步地，在转筒12的上下表面开设有多个通风孔，用于排出高温空气，高效散热。转筒转速检测机构18的固定端安装于内塔11上，其检测头朝向转筒12，在转筒12的内壁与检测头同一高度处设置有待检贴片，检测头每扫描到待检贴片一次，代表转筒12旋转一圈，从而检测转筒12转速。转筒转速检测机构18与控制机构电连接，其将转筒12的转速反馈给控制机构，控制机构根据风速及所检测的转筒12的转速对驱动机构13进行闭环控制，使转筒12的转速始终保持与风速的最佳匹配关系。

本实施例还提供了一种船舶，该船舶船体上安装有如上文任一方案所描述的多段式风力助推转子装置，具有更高的推进效率和更少的燃料消耗。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除