CN115027653A - 一种升降式风力助航装置及船舶 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种升降式风力助航装置及船舶，用于船舶，所述升降式风力助航装置包括：桅杆设置于所述船舶；升降装置，所述桅杆与所述升降装置可升降地连接；风帆与所述桅杆可滑动地连接；围阱设置于所述船舶的内部，所述桅杆通过所述升降装置可伸缩地设置于所述围阱。该升降式风力助航装置通过桅杆的升起和降落，并配合风帆的滑动，实现了在风向、风力合适且满足风力助航的条件时的风力助航，同时可以根据风向和风力进行调节，节约能耗，低碳环保；在风向、风力不合适，不满足风力助航的条件时，桅杆可以自动伸缩进船体的内部，风帆自动收起，节约了甲板的使用空间，优化了使用空间。

Description

一种升降式风力助航装置及船舶

技术领域

本申请涉及船舶制造技术领域，尤其是涉及一种升降式风力助航装置及船舶。

背景技术

随着节能减排的要求，航运和海上旅游业受到的影响越来越大，绿色低碳已成为目前航运业关注的重点，船舶特别客船，尤其是大型邮轮因其载客多、功能复杂及船舶自身机动性强等特点，对能源的消耗更大。船舶各项装置的能耗中，推进***能耗较多，因此，一系列的新能源的动力推进***在客船上开始进行应用和研究。

现有技术中，风能是一种比较成熟的且获取方便的绿色能源，但因船舶具有上建丰满、稳性敏感等特点，船舶的风力辅助***的设计受到重量和迎风面积等因素的制约。现有技术中经常使用风帆以获取风能，但其应用在大型船舶特别是大型客船中的应用存在诸多限制。首先，无法充分利用风能，船舶的风帆首选设置于船舶的顶部的高处以充分利用风场，这就要求风帆装置的重量轻且结构强度大，传统帆船使用的柔性帆无法满足这一条件；其次，风帆展开后，将形成巨大的侧风面积，在满足稳性衡准的前提下，若始终展开，将极大限制船舶的重心高度，因此需要在恶劣的风速条件下，自行对风帆面积进行调节，以避免形成过大的横倾力矩造成倾覆的风险；最后，当风帆在客船中应用时，会占据较大的客船顶部露天甲板面积，进而减少客船顶部公共区域的营运面积，因此要求风帆***在顶部甲板的应用和布置能尽量降低对空间的占用。

因此，需要设计一种重量轻、可调节和易于布置的风力辅助推进***，以提升船舶特别是客船的推进效率，降低船舶能耗。

发明内容

有鉴于此，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种升降式风力助航装置及船舶，有效地解决了船舶上现有的风帆推进装置重量大、布置繁琐、占用面积过大等的问题。

根据本发明的第一方面提供一种升降式风力助航装置，用于船舶，其中，所述升降式风力助航装置包括：桅杆，设置于所述船舶；升降装置，所述桅杆与所述升降装置可升降地连接；风帆，与所述桅杆可滑动地连接；围阱，设置于所述船舶的内部，所述桅杆通过所述升降装置可伸缩地设置于所述围阱。

优选地，所述桅杆的两个相对的侧面形成有滑槽，所述风帆嵌设于所述滑槽。

优选地，所述桅杆包括多个桅杆段结构，所述多个桅杆段的所述滑槽的深度由所述桅杆的顶部至所述桅杆的底部依次减少。

优选地，所述风帆的数量为多个，多个所述风帆与所述多个桅杆段一一对应，每个所述风帆可滑动地嵌设于对应的所述桅杆段的所述滑槽。

优选地，所述风帆为嵌套式风帆，所述风帆包括风帆骨架和帆布，所述风帆骨架形成为内部中空的近似船型的结构，所述帆布安装在所述风帆骨架的外周侧，位于顶部的所述风帆骨架小于位于底部的所述风帆骨架的中空的内部空间，位于顶部的所述风帆可套设于位于底部的所述风帆内。

优选地，所述升降装置包括旋转装置，所述桅杆通过所述旋转装置与所述升降装置可转动地连接。

优选地，所述桅杆由碳纤维类高强度复合材料制成。

根据本发明的第二方面提供船舶，其中，所述船舶包括如上所述的升降式风力助航装置。

优选地，所述船舶包括多组风力助航设备，每组所述风力助航设备包括两个在同一水平面内平行设置的所述升降式风力助航装置。

优选地，所述桅杆的高度小于所述船舶的高度。

该升降式风力助航装置通过桅杆的升起和降落，并配合多段嵌套式风帆，实现了在风向、风力合适，满足风力助航的条件时的风力助航，同时可以根据风向和风力进行风帆的展开面积的调节和进行旋转以适应不同的风向，节约能耗，低碳环保；在风向、风力不合适，不满足风力助航的条件时，桅杆可以自动伸缩进船体的内部，多段风帆可以互相叠套，节约了甲板的使用空间，解决了现有技术中需要将桅杆放倒于甲板，并需要人工收起风帆，会占用使用空间且费时费力的问题。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出根据本发明的实施例的升降式风力助航装置的结构示意图；

图2示出根据本发明的图1的A-A处的结构示意图；

图3示出根据本发明的图2的B处的结构放大图；

图4示出根据本发明的实施例的桅杆的结构示意图；

图5示出根据本发明的实施例的升降式风力助航装置在船舶上的升起状态的结构示意图；

图6示出根据本发明的实施例的升降式风力助航装置在船舶上的收起状态的结构示意图。

附图标记：1-桅杆；2-升降装置；3-围阱；4-甲板；5-第一风帆；6-第二风帆；7-第三风帆；8-第一滑槽；9-第二滑槽；10-第一长方体结构；11-第二长方体结构；12-第三长方体结构；13-船舶主体。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或***的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，这里所描述的方法、设备和/或***的各种改变、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。

这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不应被解释为局限于这里所描述的示例。更确切地说，已经提供了这里所描述的示例仅用于示出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的实现这里描述的方法、设备和/或***的诸多可行方式中的一些方式。

在整个说明书中，当元件(诸如，层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件、“直接结合到”另一元件、“直接在”另一元件“之上”或“直接覆盖”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。

如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项中的任何一项和任何两项或更多项的任何组合。

尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各个构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语所限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分相区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，这里所描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分也可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。

为了易于描述，在这里可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”的空间关系术语，以描述如附图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间关系术语意图除了包含在附图中所描绘的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上部”的元件随后将相对于另一元件位于“之下”或“下部”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方位而包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。所述装置还可以以其他方式定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并将对在这里使用的空间关系术语做出相应的解释。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并非用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在的所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

由于制造技术和/或公差，可出现附图中所示的形状的变化。因此，这里所描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间出现的形状上的改变。

这里所描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管这里所描述的示例具有各种各样的构造，但是如在理解本申请的公开内容之后将显而易见的，其他构造是可能的。

根据本发明的第一方面提供一种升降式风力助航装置，如图1至图4所示，该升降式风力助航装置用于船舶，可以根据船舶的航行状态和当前航行时风向进行自主地调节，充分地利用风能，达到节约能耗的目的。该升降式风力助航装置包括桅杆1、升降装置2和围阱3。

在以下的描述中，将参照图1至图4具体描述该升降式风力助航装置的桅杆1、升降装置2和围阱3的详细结构。

如图1所示，在实施例中，该升降式风力助航装置布置于船舶的甲板4。在布置时，可以根据船舶的形状、高度和在航行时受风力影响的位置进行合理地选择。

如图1所示，在实施例中，围阱3设置在甲板4的下方侧。围阱3可以形成为中心开设有通孔的长方体结构，开设的通孔用于容置下述桅杆1。围阱3设置于船舶的内部，使得下述桅杆1可以升起或者降落，升起时由围阱3中伸出，降落时，可以收缩进围阱3，升起和降落可以通过滑槽配合的形式实现，如此，当不需要风力助航时，可以节约甲板4的使用面积。围阱3的长度可以长于桅杆1的长度，且围阱3的长度小于船舶的整体的高度，避免干涉。这里需要说明的是，下述描述中，桅杆1的顶部为在桅杆1呈伸出状态时远离甲板4的一端，桅杆1的底部为在桅杆1呈伸出状态时靠近甲板4(围阱3)的一端。

如图1所示，在实施例中，升降装置2可以设置在围阱3的位于甲板4的上方侧，下述桅杆1通过升降装置2可以升降地与上述围阱3连接。具体地，桅杆1与升降装置2可以例如为齿轮配合式的升降结构，升降装置2中包括旋转电机、联轴器和旋转齿轮，旋转齿轮通过联轴器与旋转电机联机，下述桅杆1的一侧表面开设有齿形轨道，旋转齿轮与齿形轨道配合，通过改变旋转齿轮的转向，实现桅杆1的上下升降的运动。然而不限于此，升降装置可以例如为现有技术中的升降设备，可以实现桅杆1的上下升降的运动即可，同样地，升降装置的安装位置可以根据船舶的具体型号和形状进行选择，例如为可以将升降装置安装在桅杆1的顶部(如果船舶的顶部存在安装空间)，或者将升降装置安装在围阱3的底部(即安装在船舶的内部)，如此，当升降装置安装在桅杆1的顶部时，可以例如为滑轮组件，在桅杆1的底部设置有滑轮，在桅杆1的顶部的升降装置的安装位置处设置有旋转电机，由旋转电机带动缆绳，通过缆绳与滑轮和桅杆1的配合，实现桅杆1的上下升降的运动；当升降装置安装在桅杆1的底部时，升降装置可以例如为液压缸或者电动缸，通过液压缸或者电动缸与伸缩杆的配合，实现桅杆1的上下升降的运动。

优选地，升降装置2还可以包括旋转装置，通过旋转装置可以实现升降装置2的整体旋转，即带动桅杆1进行转动，以适用在航行时的不同的风向，旋转装置可以例如为现有技术中的设备，可以例如为旋转电机和旋转座圈的配合，实现转动。旋转装置也可以设置在升降装置2的内部，单独带动桅杆1进行旋转，这里需要说明的是，当安装有旋转装置，围阱3需要给桅杆1预留出足够的旋转空间，避免干涉。

如图1、图3和图4所示，在实施例中，桅杆1可以形成为近似长方体结构，可以包括横截面面积不同的多段结构。多段结构的横截面面积由桅杆1的顶部至底部依次增加，具体地，如图4所示，在实施例中，桅杆1包括第一长方体结构10、第二长方体结构11和第三长方体结构12，第二长方体结构11和第三长方体结构12的两个相对的侧面形成均有匚形凹槽，用于与下述风帆连接，第三长方体结构12的匚形凹槽在投影平面上可以看作第二长方体结构11的匚形凹槽向两侧沿伸形成。如图3所示，在实施例中，第二长方体结构11的匚形凹槽可以例如为第一滑槽8，第三长方体结构12的匚形凹槽可以例如为第二滑槽9，进而实现下述多段风帆在桅杆1的多段结构上的滑动。第一长方体结构10的两个相对的侧面没有开设匚形凹槽，第一长方体结构10可以与下述第一风帆5固定连接，进而实现桅杆1的整体的快速升起和降落，不需要进行额外的卡接和滑动的配合，固定连接的方式可以例如为焊接和使用紧固螺栓等。这里需要说明的是，桅杆1可以包括更多段的多段结构，不限于此实施例中给出的三段，可以根据船舶的形状、高度、需要的风能动力的大小和布置的需求进行合理的选择。优选地，桅杆1为碳纤维类高强度复合材料，可以有效地增加强度和刚度，同时减少重量。

如图1至图3所示，在实施例中，风帆可以例如为多段风帆，多段风帆与上述桅杆1的多段结构一一配合，在实施例中，多段风帆可以包括第一风帆5、第二风帆6和第三风帆7，多段风帆均可以包括风帆骨架和帆布，风帆骨架优选地为碳纤维类高强度复合材料，可以有效地增加强度和刚度，同时减少重量。第一风帆5安装在桅杆1的顶部，并与桅杆1固定连接，固定连接的方式可以例如为将风帆骨架与第一长方体结构10焊接或者使用固定螺栓将两者固定等。如图2所示，在实施例中，第一风帆5、第二风帆6和第三风帆7形成为嵌套式风帆，即第一风帆5可以套设于第二风帆6的内部，第二风帆6可以套设于第三风帆7的内部，即这三者的风帆骨架形成为内部中空的近似船型的结构，帆布通过缝制等的固定连接方式固定连接在风帆骨架的外周侧。

如图2所示，在实施例中，第二风帆6和第三风帆7可以分别嵌设于第二长方体结构11的第一滑槽8和第三长方体结构12的第二滑槽9，具体地，第二风帆6和第三风帆7的风帆骨架可以形成有与第一滑槽8和第二滑槽9配合的滑块，由于第一滑槽8和第二滑槽9的开设深度不同，因此与第一滑槽8和第二滑槽9配合的滑块的长度不同(第一滑槽8的深度大于第二滑槽9的深度，这样第二滑槽9可以作为第二风帆6的卡接部，避免第二风帆6由于受到重力的影响向下滑落)。如此实现，当桅杆1升起时，可以带动第二风帆6和第三风帆7同步升起，当桅杆1降落时，由于受到重力影响，第二风帆6和第三风帆7同时下降。

该升降式风力助航装置的装配过程为：首先在船舶选择合适的位置，开设用于容置围阱3的位置，之后将桅杆1与升降装置2进行装配，并将桅杆1装配进围阱3，最后沿着桅杆1的多个滑槽依次装配多段风帆，位于顶部的风帆最后装配，并与桅杆1进行固定。

该升降式风力助航装置的使用过程为：当风向、风力合适，满足风力助航的条件时，此时桅杆1收缩与围阱3中，多段风帆依次套设堆叠于甲板4，通过升降装置2升起桅杆1，并由桅杆1的顶部至底部依次顶起多段风帆。当风向等不满足风力助航的条件时，通过升降装置2降下桅杆1，降下时，多段风帆由于受到重力影响，会依次落下，并互相套设堆叠。

该升降式风力助航装置通过桅杆1的升起和降落，并配合多段嵌套式风帆，实现了在风向、风力合适，满足风力助航的条件时的风力助航，同时可以根据风向和风力进行风帆的展开面积的调节和进行旋转以适应不同的风向，节约能耗，低碳环保；在风向、风力不合适，不满足风力助航的条件时，桅杆1可以自动伸缩进船体的内部，多段风帆可以互相叠套，节约了甲板4的使用空间，解决了现有技术中需要将桅杆1放倒于甲板4，并需要人工收起风帆，会占用使用空间且费时费力的问题。

此外，如图5和图6所示，根据本发明的第二方面提供一种船舶，所述船舶包括船舶主体13和设置在船舶主体13上的上述的升降式风力助航装置。该船舶可以包括多个升降式风力助航装置，如图5和图6所示，在实施例中，该船舶主体13安装了多组风力助航设备，每组风力助航设备包括两个在同一水平面内平行设置的升降式风力助航装置，如此，可以有效地利用风能，节约能源。如图5所示，在实施例中，在风向、风力合适，满足风力助航的条件时的风力助航，每组风力助航设备自动升起，并调整角度以适应风向；在风向、风力不合适，不满足风力助航的条件时，每组风力助航设备自动降落，多段风帆互相叠套，节约了甲板4的使用面积，节约人力成本。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种升降式风力助航装置，用于船舶，其特征在于，所述升降式风力助航装置包括：

桅杆，设置于所述船舶；

升降装置，所述桅杆与所述升降装置可升降地连接；

风帆，与所述桅杆可滑动地连接；

围阱，设置于所述船舶的内部，所述桅杆通过所述升降装置可伸缩地设置于所述围阱。

2.根据权利要求1所述的升降式风力助航装置，其特征在于，所述桅杆的两个相对的侧面形成有滑槽，所述风帆嵌设于所述滑槽。

3.根据权利要求2所述的升降式风力助航装置，其特征在于，所述桅杆包括多个桅杆段结构，所述多个桅杆段的所述滑槽的深度由所述桅杆的顶部至所述桅杆的底部依次减少。

4.根据权利要求3所述的升降式风力助航装置，其特征在于，所述风帆的数量为多个，多个所述风帆与所述多个桅杆段一一对应，每个所述风帆可滑动地嵌设于对应的所述桅杆段的所述滑槽。

5.根据权利要求4所述的升降式风力助航装置，其特征在于，所述风帆为嵌套式风帆，所述风帆包括风帆骨架和帆布，所述风帆骨架形成为内部中空的船型的结构，所述帆布安装在所述风帆骨架的外周侧，位于顶部的所述风帆骨架小于位于底部的所述风帆骨架的中空的内部空间，位于顶部的所述风帆可套设于位于底部的所述风帆内。

6.根据权利要求1所述的升降式风力助航装置，其特征在于，所述升降装置包括旋转装置，所述桅杆通过所述旋转装置与所述升降装置可转动地连接。

7.根据权利要求1所述的升降式风力助航装置，其特征在于，所述桅杆由碳纤维类高强度复合材料制成。

8.一种船舶，其特征在于，所述船舶包括权利要求1至7中任一项所述的升降式风力助航装置。

9.根据权利要求8所述的船舶，其特征在于，所述船舶包括多组风力助航设备，每组所述风力助航设备包括两个在同一水平面内平行设置的所述升降式风力助航装置。

10.根据权利要求8所述的船舶，其特征在于，所述桅杆的高度小于所述船舶的高度。

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