CN112224370B - 一种在商船上利用风能的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种在商船上利用风能的装置及方法，该装置包括：左旋筒、右旋筒、铰链、底座、轨道、支柱、风帆、液压油缸、旋筒导轨、旋筒内齿、电动机、旋座、拉绳位移传感器，本发明的风帆具有足够大的受风面积，提高了船舶航行过程中对风能的利用率，此外，本发明的风帆可以在船舶航行过程中根据不同风向进行位置和状态变化，在船首来风时，风帆可以进行翻转，将其迎风面平行于船舶基平面，降低了航行风阻。在左舷来风或右舷来风时，风帆可以调整位置，使左旋筒和右旋筒的中心连线平行于来风方向，可产生垂直于来风方向较大的压力差，进而产生航行方向上的分力，为船舶航行提供了部分动力，降低了船舶油耗，实现了船舶节能减排。
Description
技术领域
本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种在商船上利用风能的装置及方法。
背景技术
随着航运技术的发展，全球范围内航运贸易愈发的频繁，船舶运输已是货物运输的重要途径，然而船舶在航行过程中会消耗大量的燃油，还会排放出一氧化碳等有害废气，对环境造成严重的污染，所以关于如何降低船舶燃油损耗和减少船舶废气排放成为困扰人们的难题。
近年来，已有研究人员在航行船舶上对风能进行转化应用，将风能转化为船舶航行时的助推力，为船舶航行提供了部分动力，降低了船舶燃油消耗，实现了船舶节能减排。这是一个应用风能很好的思路，由于船舶在海上航行，海平面比较空旷，风阻小，海上风能资源十分丰富，所以对船舶而言利用风能助推有着很大的优势。
将一个旋转的圆柱体竖直放置在地面上，此时若受横向风力作用，那么圆柱体顺风转动的一侧风速加快，逆风转动的一侧风速减慢，根据伯努利定律可知，流体速度增加将导致压强减小，流体速度减小将导致压强增加，这样就会使圆柱体在水平方向产生垂直于来风方向的压力差，并形成垂直于来风方向的作用力，这就是马格努斯效应力。
鉴于此，若将上述圆柱体竖直安装在航行船舶上，在船舶左舷来风或右舷来风时，则圆柱体就能产生沿船首方向的助推力，虽然这是一个很好的思路，但是由于圆柱体的受风面积有限，所以马格努斯效应产生的助推力相对船舶所需的推进力较小，对航行船舶的助推效果不是特别理想。此外，传统马格努斯效应的风柱在船舶船首来风时，会造成额外的风阻。
针对上述问题，若是能够在航行船舶上发明一种风帆既有足够大的受风面积，又可以随风向变化而改变位置和状态，将具有更大的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是针对上述提到的问题，提出一种在商船上利用风能的装置及方法，该装置有较大的受风面积，还可以根据不同风向进行位置调整，从而实现商船航行过程中对风能的综合利用。
本发明的第一个目的是提出一种在商船上利用风能的装置。
该装置包括：左旋筒、右旋筒、铰链、底座、轨道、支柱、风帆，其中左旋筒与右旋筒的大小和形状相同。
所述底座包括：底座凹槽、液压马达、液压马达齿轮、同步齿轮。在底座内部设置液压油缸，所述液压油缸包括：活塞杆、活塞杆铰支座、油缸、油缸铰支座。
所述左旋筒和右旋筒是具有一定厚度的圆筒形，左旋筒和右旋筒的外表面上、中、下位置分别固定旋筒导轨，在内表面靠近底部位置分别固定旋筒内齿，在左旋筒和右旋筒的底部均设有旋座，所述旋座的形状为圆柱形，其直径小于旋筒直径，在旋座上固定电动机，所述电动机通过齿轮与旋筒内齿相啮合，在旋座外表面设置环形凹槽，左旋筒与右旋筒分别套在各自的旋座上，并与环形凹槽相配合，从而实现左旋筒和右旋筒绕各自轴线旋转。
所述风帆将左旋筒和右旋筒围起，其内侧设有上、中、下三层凹槽，分别与左旋筒和右旋筒的上、中、下三条导轨配合。
所述铰链是由上组件和下组件组成，所述旋座固定在上组件顶部，下组件固定在底座上，所述下组件设有水平位置传感器和竖直位置传感器。
所述支柱靠近船舶艏楼，刚性固定在船舶的甲板上，其高度为3m到4m，其上刚性固定着轨道。
所述轨道包括左轨道和右轨道，所述左轨道和右轨道的形状均是具有一定宽度的1/4圆弧，左轨道和右轨道不仅关于船舶的中纵剖面对称，而且其自身也是对称的，对称面与船舶的中横剖面平行，其中左轨道与船舶左舷相切，右轨道与船舶右舷相切，在左轨道和右轨道的一端分别固定拉绳位移传感器，左轨道上的拉绳位移传感器中出线口的钢丝绳一端固定在与左旋筒配合的底座上，右轨道上的拉绳位移传感器中出线口的钢丝绳一端固定在与右旋筒配合的底座上。
所述底座为圆柱形，其直径与轨道的宽度相等。所述液压马达设于底座内部，所述液压马达齿轮通过转轴与液压马达相连接，位于底座的一侧，轨道两侧各设有齿条，液压马达齿轮与轨道其中一侧齿条相配合。所述同步齿轮与液压马达齿轮大小相等，形状相同，位于同一高度，刚性固定在底座的另一侧，与轨道另一侧齿条相配合。底座上另设有底座凹槽，也可与轨道相配合，使得旋筒与对应的底座可以沿轨道移动。
所述油缸铰支座固定在底座内部底面上，所述油缸通过转轴与油缸铰支座配合。
所述活塞杆铰支座固定在铰链的上组件，所述活塞杆通过转轴与活塞杆铰支座配合。
本发明的第二个目的是提出一种在商船上利用风能的方法。
在船舶较高位置设置风向传感器，所述风向传感器可判断风向信息，风向信息的判断如下：设船舶航行方向逆时针转动到来风方向所转过的角度为θ，θ的范围为（0，360]，若θ∈（135°，225°]，则判断为船舶船首来风；若θ∈（0°，45°]∪（315°，360°]，则判断为船舶船尾来风；若θ∈（225°，315°]，则判断为船舶左舷来风；若θ∈（45°，135°]，则判断为船舶右舷来风。
在船舶设置控制装置，所述控制装置会根据风向传感器所接收的风向信息，输出信号控制电动机的启停与转向，同时也会输出信号控制电磁换向阀的启停与换向。所述电磁换向阀根据所接收的信息，控制液压油的流向，进而控制左旋筒和右旋筒所对应液压马达的启停与转向，从而控制左旋筒和右旋筒是否移动。当左旋筒和右旋筒移动到对应风向信息所设定的位置时，就会由拉绳位移传感器反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达供液，由于电磁换向阀是锁闭油口状态，所以液压马达的油路锁闭，将左旋筒和右旋筒锁定在相应的位置。
在船舶航行过程中，若受风力作用，则本发明在顺风转动的一侧风速加快，在逆风转动的一侧风速减慢，根据伯努利定律，流体速度增加将导致压强减小，流体速度减小将导致压强增加，这样就会使本发明在水平方向上产生垂直于来风方向的压力差，并形成垂直于来风方向的横向力。
当船舶左舷来风时，风向传感器将感应到的风向信息以信号形式传输给控制装置，控制装置随即输出信号控制电磁换向阀，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒和右旋筒所对应液压马达的启停与转向，液压马达从而带动左旋筒和右旋筒进行移动，当移动到左旋筒与右旋筒的中心连线与所受风向平行位置时，由拉绳位移传感器反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达供液，由于电磁换向阀是锁闭油口状态，所以液压马达的油路锁闭，将各左旋筒和右旋筒锁定在相应的位置。同时，控制装置会控制左旋筒和右旋筒中的电动机工作，进而驱动左旋筒和右旋筒产生从上往下看为顺时针的转动，从而带动风帆顺时针转动，根据伯努利定律，流体速度增加将导致压强减小，流体速度减小将导致压强增加，这样就使风帆产生垂直于来风方向的压力差，并形成横向力，该横向力沿船首方向会产生航向分力，为船舶航行助推。
当船舶右舷来风时，风向传感器将感应到的风向信息以信号形式传输给控制装置，控制装置随即输出信号控制电磁换向阀，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒和右旋筒所对应液压马达的启停与转向，液压马达从而带动左旋筒和右旋筒进行移动，当移动到左旋筒与右旋筒的中心连线与所受风向平行位置时，由拉绳位移传感器反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达供液，由于电磁换向阀是锁闭油口状态，所以液压马达的油路锁闭，将各左旋筒和右旋筒锁定在相应的位置。同时，控制装置会控制左旋筒和右旋筒中的电动机工作，进而驱动左旋筒和右旋筒产生从上往下看为逆时针的转动，从而带动风帆逆时针转动，根据伯努利定律，流体速度增加将导致压强减小，流体速度减小将导致压强增加，这样就使风帆产生垂直于来风方向的压力差，并形成横向力，该横向力沿船首方向会产生航向分力，为船舶航行助推。
当船舶船首来风时，风向传感器将感应到的风向信息以信号形式传输给控制装置，控制装置随即控制左旋筒和右旋筒中的电动机停止工作，同时输出信号控制电磁换向阀，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒和右旋筒所对应液压马达的启停与转向，液压马达从而带动左旋筒和右旋筒进行移动，当移动到左旋筒与右旋筒的中心连线与船舶中横剖面平行位置时，由拉绳位移传感器反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达供液，由于电磁换向阀是锁闭油口状态，所以液压马达的油路锁闭，将各左旋筒和右旋筒锁定在相应的位置，此时，由控制装置传输信号给电磁换向阀，控制液压油缸的液压油从油缸a口进，b口出，从而带动活塞杆沿油缸向b口方向移动，进而带动铰链上组件相对于下组件发生翻转，使得左旋筒和右旋筒发生翻转，从而带动风帆发生翻转，当上组件翻转到水平位置传感器的位置时，水平位置传感器反馈信号给控制装置，控制装置随即控制电磁换向阀处在中位，停止向液压油缸供油，此时左旋筒和右旋筒翻转到各自轴线平行于船舶基平面位置。
当由船舶船首来风转换为其它方向来风时，由控制装置传输信号给电磁换向阀，控制液压油缸的液压油从油缸b口进，a口出，从而带动活塞杆沿油缸向a口方向移动，进而带动铰链上组件相对于下组件发生翻转，使得左旋筒和右旋筒发生翻转，从而带动风帆发生翻转，当上组件翻转到竖直位置传感器的位置时，也即旋筒翻转到垂直船舶基平面位置时，竖直位置传感器反馈信号给控制装置，控制装置随即控制电磁换向阀处在中位，停止向液压油缸供油，此时左旋筒和右旋筒翻转到各自轴线垂直于船舶基平面位置。
当船舶船尾来风时，风向传感器将感应到的风向信息以信号形式传输给控制装置，控制装置随即控制左旋筒和右旋筒中的电动机停止工作，同时输出信号控制电磁换向阀，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒和右旋筒所对应液压马达的启停与转向，液压马达从而带动左旋筒和右旋筒进行移动，当移动到左旋筒与右旋筒的中心连线与船舶中横剖面平行位置时，即风帆平行于船舶中横剖面，由拉绳位移传感器反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达供液，由于电磁换向阀是锁闭油口状态，所以液压马达的油路锁闭，将各左旋筒和右旋筒锁定在相应的位置。
本发明有益效果：
1.本发明装置的风帆在船舶左舷来风或右舷来风时，可以调整到与来风方向平行的位置，这样就使风帆产生垂直于来风方向的压力差，并形成横向力，该横向力沿船首方向会产生航向分力，为船舶航行提供了部分动力，本发明装置中的风帆受风面积大，提高了对风能的利用率，使风能对航行船舶的助推效果更加明显。
2.本发明装置的风帆可以根据不同风向调整状态，在船舶迎风航行时，风帆可以翻转到平行于船舶基平面状态，解决了传统的旋筒风帆在迎风航行时风阻较大的问题。
3.本发明装置的风帆还可以最大化的利用船舶船尾方向来风，在船舶船尾来风时可以调整位置，使风帆平行于船舶中横剖面，最大化利用船尾来风时的风能，降低了船舶油耗，实现了船舶节能减排。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明在船舶上的三维模型；
图3是本发明中底座的内部结构图；
图4是本发明中旋筒与风帆配合三维模型；
图5是本发明中旋座和铰链示意图；
图6是本发明中电动机和旋筒内齿的安装位置三维模型；
图7是本发明中旋筒、铰链和底座的安装位置三维模型；
图8是水平位置传感器和竖直位置传感器的位置示意图；
图9是本发明中拉绳位移传感器在轨道上的位置示意图；
图10是本发明中底座在轨道上的三维模型；
图11是船舶航行方向与所受风向的风向角示意图；
图12是本发明控制装置示意图；
图13是本发明在船舶左舷来风时的受力分析示意图；
图14是本发明电磁换向阀控制液压油缸的示意图；
图15是本发明中液压油缸三维模型；
图16是本发明的旋筒在船首来风时的翻转示意图；
图17是本发明的风帆在船首来风时的翻转示意图；
图18是本发明的旋筒在不受船首来风时的示意图；
图19是本发明的风帆在船尾来风时的示意图；
附图中：1.左旋筒；2.右旋筒；3.铰链；4.底座；401.底座凹槽；402.液压马达；403.液压马达齿轮；404同步齿轮；5.轨道；6.支柱；7.风帆；8.液压油缸；801.活塞杆；802.活塞杆铰支座；803.油缸；804.油缸铰支座9.旋筒导轨；10.旋筒内齿；11.电动机；12.旋座； 13.拉绳位移传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
一种在商船上利用风能的装置及方法，如图1所示，该装置包括：左旋筒1、右旋筒2、铰链3、底座4、轨道5、支柱6、风帆7，其中左旋筒1与右旋筒2的大小与形状相同。本发明装置在船舶上的三维模型如图2所示。
如图3所示，所述底座4包括：底座凹槽401、液压马达402、液压马达齿轮403、同步齿轮404。在底座4内部设置液压油缸8，所述液压油缸8包括：活塞杆801、活塞杆铰支座802、油缸803、油缸铰支座804。
所述左旋筒1和右旋筒2是具有一定厚度的圆筒形，左旋筒1和右旋筒2在外表面的上、中、下位置各设有一条旋筒导轨9，所述风帆7将左旋筒1和右旋筒2围起，其内侧设有上、中、下三层凹槽，分别与左旋筒1和右旋筒2的上、中、下三条导轨配合，如图4所示。
在左旋筒1和右旋筒2的底部均设有旋座12，如图5所示，所述旋座12的形状为圆柱形，其直径小于旋筒直径。如图6所示，在左旋筒1和右旋筒2的内表面靠近底部位置分别固定旋筒内齿10，在旋座12上固定电动机11，所述电动机11通过齿轮与旋筒内齿10相啮合，在旋座12外表面设置环形凹槽，左旋筒1与右旋筒2分别套在各自旋座12上，并与环形凹槽相配合，从而实现左旋筒1与右旋筒2绕各自轴线旋转。
如图7和图8所示，所述铰链3是由上组件和下组件组成，所述上组件和下组件可以实现相对翻转，其中下组件设有水平位置传感器和竖直位置传感器。
所述旋座12固定在上组件顶部，所述下组件固定在底座4上。
所述油缸铰支座804固定在底座4内部底面上，所述油缸803通过转轴与油缸铰支座804配合，可以实现油缸803相对于油缸铰支座804翻转。
所述活塞杆铰支座802固定在铰链3的上组件，可以实现活塞杆801相对于铰链3上组件翻转。
所述支柱6靠近船舶艏楼，刚性固定在船舶的甲板上，其高度为3m到4m，其上刚性固定着轨道5。设置支柱6目的是：不影响船上人员在甲板处行走。
所述轨道5包括左轨道和右轨道，所述左轨道和右轨道相同，其形状均是具有一定宽度的1/4圆弧，左轨道和右轨道不仅关于船舶的中纵剖面对称，而且其自身也是对称的，对称面与船舶的中横剖面平行，其中左轨道与船舶左舷相切，右轨道与船舶右舷相切，在左轨道和右轨道的一端分别固定拉绳位移传感器13，如图9所示，左轨道上的拉绳位移传感器13中出线口的钢丝绳固定在与左旋筒1配合的底座4上，右轨道上的拉绳位移传感器13中出线口的钢丝绳固定在与右旋筒2配合的底座4上，所述拉绳位移传感器13的作用是：是把左旋筒1和右旋筒2的运动转换成可以计量或记录的电信号反馈给控制装置。
所述底座4为圆柱形，其直径与轨道5的宽度相等。所述液压马达402设于底座4内部，所述液压马达齿轮403通过转轴与液压马达402相连接，位于底座4的一侧，轨道5两侧各设有齿条，液压马达齿轮403与轨道5其中一侧齿条相配合。所述同步齿轮404与液压马达齿轮403大小相等，形状相同，位于同一高度，刚性固定在底座4的另一侧，与轨道5另一侧齿条相配合。底座4上另设有底座凹槽401，也可与轨道5相配合，使得旋筒与对应的底座4可以沿轨道5移动，如图10所示。
在船舶较高位置设置风向传感器，所述风向传感器可判断风向信息，风向信息的判断如下：如图11所示，设船舶航行方向逆时针转动到来风方向所转过的角度为θ，θ的范围为（0，360]，若θ∈（135°，225°]，则判断为船舶船首来风；若θ∈（0°，45°]∪（315°，360°]，则判断为船舶船尾来风；若θ∈（225°，315°]，则判断为船舶左舷来风；若θ∈（45°，135°]，则判断为船舶右舷来风。
图12为本发明控制装置示意图，图中数字11是电动机11，数字402是液压马达402，数字1是左旋筒1，数字2是右旋筒2，数字8是液压油缸8，数字13是拉绳位移传感器13。如图12所示，在船舶设置控制装置，所述控制装置会根据风向传感器所接收到的风向信息，输出信号控制电动机11的启停与转向，同时也会输出信号控制电磁换向阀的启停与换向，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒1和右旋筒2所对应液压马达402的启停与转向，从而控制左旋筒1和右旋筒2是否移动。当左旋筒1和右旋筒2移动到对应风向信息所设定的位置时，就会由拉绳位移传感器13反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达402供液，由于电磁换向阀是锁闭油口状态，所以液压马达402的油路锁闭，将左旋筒1和右旋筒2锁定在相应的位置。
在船舶航行过程中，若受风力作用，则本发明风帆7在顺风转动的一侧风速加快，在逆风转动的一侧风速减慢，根据伯努利定律，流体速度增加将导致压强减小，流体速度减小将导致压强增加，这样就会使本发明风帆7在水平方向上产生垂直于来风方向的压力差，并形成垂直于来风方向的横向力。
当船舶左舷来风时，风向传感器将感应到的风向信息以信号形式传输给控制装置，控制装置随即输出信号控制电磁换向阀，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒1和右旋筒2所对应液压马达402的启停与转向，液压马达402从而带动左旋筒1和右旋筒2进行移动，当移动到左旋筒1和右旋筒2的中心连线与所受风向平行位置时，由拉绳位移传感器13反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达402供液，由于电磁换向阀是锁闭油口状态，所以液压马达402的油路锁闭，将各左旋筒1和右旋筒2锁定在相应的位置。同时，控制装置会控制左旋筒1和右旋筒2中的电动机11工作，进而驱动左旋筒1和右旋筒2产生从上往下看为顺时针的转动，从而带动风帆7顺时针转动，根据伯努利定律，流体速度增加将导致压强减小，流体速度减小将导致压强增加，这样就使风帆7产生垂直于来风方向的压力差，并形成横向力，该横向力沿船首方向会产生航向分力，为船舶航行助推，如图13所示。
当船舶右舷来风时，风向传感器将感应到的风向信息以信号形式传输给控制装置，控制装置随即输出信号控制电磁换向阀，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒1和右旋筒2所对应液压马达402的启停与转向，液压马达402从而带动左旋筒1和右旋筒2进行移动，当移动到左旋筒1与右旋筒2的中心连线与所受风向平行位置时，由拉绳位移传感器13反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达402供液，由于电磁换向阀是锁闭油口状态，所以液压马达402的油路锁闭，将各左旋筒1和右旋筒2锁定在相应的位置。同时，控制装置会控制左旋筒1和右旋筒2中的电动机11工作，进而驱动左旋筒1和右旋筒2产生从上往下看为逆时针的转动，从而带动风帆7逆时针转动，根据伯努利定律，流体速度增加将导致压强减小，流体速度减小将导致压强增加，这样就使风帆7产生垂直于来风方向的压力差，并形成横向力，该横向力沿船首方向会产生航向分力，为船舶航行助推。
当船舶船首来风时，风向传感器将感应到的风向信息以信号形式传输给控制装置，控制装置随即控制左旋筒1和右旋筒2中的电动机11停止工作，即左旋筒1和右旋筒2停止旋转，同时控制装置输出信号控制电磁换向阀，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒1和右旋筒2所对应液压马达402的启停与转向，液压马达402从而带动左旋筒1和右旋筒2进行移动，当移动到左旋筒1与右旋筒2的中心连线与船舶中横剖面平行位置时，由拉绳位移传感器13反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达402供液，由于电磁换向阀是锁闭油口状态，所以液压马达402的油路锁闭，将各左旋筒1和右旋筒2锁定在相应的位置，此时，由图14和图15所示，由控制装置传输信号给电磁换向阀，控制液压油缸8的液压油从油缸803的a口进，b口出，从而带动活塞杆801沿油缸803向b口方向移动，进而带动铰链3上组件相对于下组件发生翻转，使得左旋筒1和右旋筒2发生翻转，从而带动风帆7发生翻转，当上组件翻转到水平位置传感器的位置时，水平位置传感器反馈信号给控制装置，控制装置随即控制电磁换向阀处在中位，停止向液压油缸8供油。如图16和图17所示，此时左旋筒1和右旋筒2翻转到各自轴线平行于船舶基平面位置，从而减小了风帆7的迎风面积，进而减小了船舶航行风阻。
当由船舶船首来风转换为其它方向来风时，由控制装置传输信号给电磁换向阀，控制液压油缸8的液压油从油缸803的b口进，a口出，从而带动活塞杆801沿油缸803向a口方向移动，进而带动铰链3上组件相对于下组件发生翻转，使得左旋筒1和右旋筒2发生翻转，从而带动风帆7发生翻转，当上组件翻转到竖直位置传感器的位置时，也即旋筒翻转到竖直位置时，竖直位置传感器反馈信号给控制装置，控制装置随即控制电磁换向阀处在中位，停止向液压油缸8供油，此时，左旋筒1和右旋筒2翻转到各自轴线垂直于船舶基平面位置，如图18所示。
当船舶船尾来风时，风向传感器将感应到的风向信息以信号形式传输给控制装置，控制装置随即控制左旋筒1和右旋筒2中的电动机11停止工作，即左旋筒1和右旋筒2停止旋转，同时控制装置输出信号控制电磁换向阀，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒1和右旋筒2所对应液压马达402的启停与转向，液压马达402从而带动左旋筒1和右旋筒2进行移动，当移动到左旋筒1与右旋筒2的中心连线与船舶中横剖面平行位置时，即风帆7平行于船舶中横剖面，由拉绳位移传感器13反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达402供液，由于电磁换向阀是锁闭油口状态，所以液压马达402的油路锁闭，将各左旋筒1和右旋筒2锁定在相应的位置，此时风帆7在来风方向的投影面积最大，有效的利用了船尾来风对本发明的助推作用，本发明在此风向状态下的示意图如图19所示。
上述所描述的旋筒的中心指的是旋筒中轴线上的任一点，左旋筒1和右旋筒2的中心连线指的是在同一水平面上，两旋筒中轴线与该水平面相交两点的连线。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，但实现时不受上述实施例限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种在商船上利用风能的方法，其特征在于：所述 方法通过风能装置实现对风能的利用，所述风能装置包括左旋筒（1）、右旋筒（2）、铰链（3）、底座（4）、轨道（5）、支柱（6）、风帆（7）、液压油缸（8）、电动机（11）、旋座（12）、拉绳位移传感器（13），所述底座（4）包括底座凹槽（401）、液压马达（402）、液压马达齿轮（403）、同步齿轮（404），所述液压油缸（8）包括活塞杆（801）、活塞杆铰支座（802）、油缸（803）、油缸铰支座（804），
所述左旋筒（1）和右旋筒（2）的外表面分别固定旋筒导轨（9），在内表面靠近底部位置分别固定旋筒内齿（10），在左旋筒（1）和右旋筒（2）的底部均设有旋座（12），在旋座（12）上固定电动机（11），所述电动机（11）通过齿轮与旋筒内齿（10）相啮合，在旋座（12）外表面设置环形凹槽，左旋筒（1）与右旋筒（2）分别套在各自的旋座（12）上并与环形凹槽相配合，从而实现左旋筒（1）和右旋筒（2）绕各自轴线旋转，所述风帆（7）将左旋筒（1）和右旋筒（2）围起，与左旋筒（1）和右旋筒（2）的旋筒导轨（9）配合，
所述铰链（3）是由上组件和下组件组成，所述旋座（12）固定在上组件顶部，下组件固定在底座（4）上，
所述轨道（5）包括左轨道和右轨道，在左轨道和右轨道的一端分别固定拉绳位移传感器（13），左轨道上的拉绳位移传感器（13）中出线口的钢丝绳一端固定在与左旋筒（1）配合的底座（4）上，右轨道上的拉绳位移传感器（13）中出线口的钢丝绳一端固定在与右旋筒（2）配合的底座（4）上，
所述底座（4）上设有底座凹槽（401），可与轨道（5）相配合，使得旋筒与对应的底座（4）可以沿轨道（5）移动，所述液压马达（402）设于底座（4）内部一侧，轨道（5）两侧各设有齿条，液压马达齿轮（403）与轨道（5）其中一侧齿条相配合，所述同步齿轮（404）与轨道（5）另一侧齿条相配合，
所述油缸铰支座（804）固定在底座（4）内部底面上，所述油缸（803）通过转轴与油缸铰支座（804）配合，所述活塞杆铰支座（802）固定在铰链（3）的上组件，所述活塞杆（801）通过转轴与活塞杆铰支座（802）配合，
所述方法中设有风向传感器、水平位置传感器、竖直位置传感器和控制装置，其中所述风向传感器可判断风向信息，设船舶航行方向逆时针转动到来风方向所转过的角度为θ，θ的范围为（0，360]，若θ∈（135°，225°]，则判断为船舶船首来风；若θ∈（0°，45°]∪（315°，360°]，则判断为船舶船尾来风；若θ∈（225°，315°]，则判断为船舶左舷来风；若θ∈（45°，135°]，则判断为船舶右舷来风，
所述水平位置传感器和竖直位置传感器设于铰链（3）的下组件，
所述控制装置会根据风向传感器所接收到的风向信息，输出信号控制电动机（11）的启停与转向，同时也会输出信号控制电磁换向阀的启停与换向，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒（1）和右旋筒（2）所对应液压马达（402）的启停与转向，从而控制左旋筒（1）和右旋筒（2）是否移动，当左旋筒（1）和右旋筒（2）移动到对应风向信息所设定的位置时，就会由拉绳位移传感器（13）反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达（402）供液。
2.根据权利要求1所述的一种在商船上利用风能的方法，其特征在于：若风向传感器判断风向信息为左舷来风时，控制装置随即输出信号控制电磁换向阀，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒（1）和右旋筒（2）所对应液压马达（402）的启停与转向，液压马达（402）从而带动左旋筒（1）和右旋筒（2）进行移动，当移动到左旋筒（1）和右旋筒（2）的中心连线与所受风向平行位置时，由拉绳位移传感器（13）反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达（402）供液，将各左旋筒（1）和右旋筒（2）锁定在相应的位置，同时，控制装置会控制左旋筒（1）和右旋筒（2）中的电动机（11）工作，进而驱动左旋筒（1）和右旋筒（2）产生从上往下看为顺时针的转动，从而带动风帆（7）顺时针转动。
3.根据权利要求1所述的一种在商船上利用风能的方法，其特征在于：若风向传感器判断风向信息为右舷来风时，控制装置随即输出信号控制电磁换向阀，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒（1）和右旋筒（2）所对应液压马达（402）的启停与转向，液压马达（402）从而带动左旋筒（1）和右旋筒（2）进行移动，当移动到左旋筒（1）与右旋筒（2）的中心连线与所受风向平行位置时，由拉绳位移传感器（13）反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达（402）供液，将各左旋筒（1）和右旋筒（2）锁定在相应的位置，同时，控制装置会控制左旋筒（1）和右旋筒（2）中的电动机（11）工作，进而驱动左旋筒（1）和右旋筒（2）产生从上往下看为逆时针的转动，从而带动风帆（7）逆时针转动。
4.根据权利要求1所述的一种在商船上利用风能的方法，其特征在于：若风向传感器判断风向信息为船首来风时，控制装置随即控制左旋筒（1）和右旋筒（2）中的电动机（11）停止工作，同时控制装置输出信号控制电磁换向阀，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒（1）和右旋筒（2）所对应液压马达（402）的启停与转向，液压马达（402）从而带动左旋筒（1）和右旋筒（2）进行移动，当移动到左旋筒（1）与右旋筒（2）的中心连线与船舶中横剖面平行位置时，由拉绳位移传感器（13）反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达（402）供液，左旋筒（1）和右旋筒（2）锁定在相应的位置，此时，由控制装置传输信号给电磁换向阀，控制液压油缸（8）的液压油从油缸（803）的a口进，b口出，从而带动活塞杆（801）沿油缸（803）向b口方向移动，进而带动铰链（3）上组件相对于下组件发生翻转，使得左旋筒（1）和右旋筒（2）发生翻转，从而带动风帆（7）发生翻转，当上组件翻转到水平位置传感器的位置时，水平位置传感器反馈信号给控制装置，控制装置随即控制电磁换向阀处在中位，停止向液压油缸（8）供油，此时左旋筒（1）和右旋筒（2）翻转到其轴线平行于船舶基平面位置。
5.根据权利要求1所述的一种在商船上利用风能的方法，其特征在于：若风向传感器判断风向信息为船尾来风时，控制装置随即控制左旋筒（1）和右旋筒（2）中的电动机（11）停止工作，即左旋筒（1）和右旋筒（2）停止旋转，同时控制装置输出信号控制电磁换向阀，电磁换向阀根据所接收的信号，控制液压油的流向，进而控制左旋筒（1）和右旋筒（2）所对应液压马达（402）的启停与转向，液压马达（402）从而带动左旋筒（1）和右旋筒（2）进行移动，当移动到左旋筒（1）与右旋筒（2）的中心连线与船舶中横剖面平行位置时，即风帆（7）平行于船舶中横剖面，由拉绳位移传感器（13）反馈信号给控制装置，此时控制装置输出信号，使电磁换向阀处在中位，停止向液压马达（402）供液，将各左旋筒（1）和右旋筒（2）锁定在相应的位置。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR840002314A (ko) * | 1981-11-14 | 1984-06-25 | 요아킴 뮬러 | 선박용 풍력 구동장치 |
| SU1474026A1 (ru) * | 1987-02-18 | 1989-04-23 | Ч.-К.А. Будревич | Судовой движитель |
| GB0910640D0 (en) * | 2009-06-22 | 2009-08-05 | Redcliffe Stephen M | Vertical axis magnus effect wind turbine |
| CN106938693A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-07-11 | 中国海洋大学 | 利用马格纳斯效应的圆台形旋筒风帆装置 |
| CN107128470A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-09-05 | 中国海洋大学 | 一种套用在船舶烟囱外的马格努斯风帆 |
| CN206914607U (zh) * | 2017-03-27 | 2018-01-23 | 广州航海学院 | 一种用于调整风帆角度的装置 |
| CN108105038A (zh) * | 2017-12-06 | 2018-06-01 | 中船重工（上海）节能技术发展有限公司 | 一种可收放式风能转子 |
| CN109050856A (zh) * | 2018-07-24 | 2018-12-21 | 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） | 一种具有风能辅助推进装置的散货船 |
| CN208344518U (zh) * | 2018-05-29 | 2019-01-08 | 中国海洋大学 | 基于马格纳斯效应的旋筒风帆装置 |
| KR20200104823A (ko) * | 2019-02-27 | 2020-09-04 | 현대중공업 주식회사 | 선박 |
-
2020
- 2020-10-15 CN CN202011103175.7A patent/CN112224370B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR840002314A (ko) * | 1981-11-14 | 1984-06-25 | 요아킴 뮬러 | 선박용 풍력 구동장치 |
| SU1474026A1 (ru) * | 1987-02-18 | 1989-04-23 | Ч.-К.А. Будревич | Судовой движитель |
| GB0910640D0 (en) * | 2009-06-22 | 2009-08-05 | Redcliffe Stephen M | Vertical axis magnus effect wind turbine |
| CN206914607U (zh) * | 2017-03-27 | 2018-01-23 | 广州航海学院 | 一种用于调整风帆角度的装置 |
| CN106938693A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-07-11 | 中国海洋大学 | 利用马格纳斯效应的圆台形旋筒风帆装置 |
| CN107128470A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-09-05 | 中国海洋大学 | 一种套用在船舶烟囱外的马格努斯风帆 |
| CN108105038A (zh) * | 2017-12-06 | 2018-06-01 | 中船重工（上海）节能技术发展有限公司 | 一种可收放式风能转子 |
| CN208344518U (zh) * | 2018-05-29 | 2019-01-08 | 中国海洋大学 | 基于马格纳斯效应的旋筒风帆装置 |
| CN109050856A (zh) * | 2018-07-24 | 2018-12-21 | 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） | 一种具有风能辅助推进装置的散货船 |
| KR20200104823A (ko) * | 2019-02-27 | 2020-09-04 | 현대중공업 주식회사 | 선박 |
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