一种基于海洋能的角度可调旋筒风帆及其使用方法与流程

本发明涉及旋筒风帆技术领域，特别涉及一种基于海洋能的位置可调旋筒风帆装置及其使用方法。

背景技术：

随着全球经济快速增长，全球贸易也在不断提速。在国际贸易中，约90%的货物是通过海上运输实现，因海上运输具有成本低、运量大等显著优势。但不容忽视的是，海上运输所带来的co2排放正在不断地影响着全球气候。自1980年航运危机之后的30年间，全球范围内co2排放总量和船舶排放总量均有所提升，特别是在1979年～2009年间，船舶排放总量翻了一番，在2007年，船舶co2排放总量占了全球排放总量的3%。在此大背景下，全球针对船舶环保的标准在不断提升，相关的法律法规也在不断完善，加之国际油价持续上扬，运输成本日益增加。对于船舶公司而言，无论是从外部要求还是内部压力来看，船舶节能减排势在必行。关于大型船舶寻求节能减排的途径，一方面是对船型、发动机性能的优化和提升等，另一方面是加强对太阳能、风能等各种清洁能源的混合利用。太阳能的转化率低，受光照强度影响大且需大面积铺装，从海上特点及船舶的结构，不适宜在船舶行业推广。而风能具有分布广泛，资源充足等特点，更加适宜船舶使用。因此目前在船舶行业中，对风能的研究利用最为丰富。风能装置主要可分为传统翼型帆、天帆、walker帆及旋筒风帆等。

旋筒风帆作为常用的一种风帆，其是利用马格努斯效应为船舶提供动力，利用发动机驱动转筒自转，使其逆风一侧表面的气压增大，顺风一侧表面的气压降低，从而产生一个垂直于气流方向的横向力，通过调整转筒的转速和旋转方向，可以调节帆体受力的大小和方向，从而为船舶提供前进的推力，以达到利用风能，节省能源消耗的目的。

随着风帆技术的发展，在圆筒式风帆的基础上，发展出了圆台形、螺旋形的转筒，圆台形式的转筒由于其稳定性较好，得到较为广泛的应用，但是，现有的圆台式的风帆，在使用过程中，其圆台侧壁的角度时固定的，这就导致对于同一圆台，其最小的直径大小无法调节，导致受力中心下移的量无法调节，不利于使用。

技术实现要素：

（一）要解决的技术问题

本发明可以解决现有的设备在旋筒风帆使用过程中，圆台形旋筒的角度无法调节，导致受力中心下移的量无法调节，不利于调节整体的稳定性的难题。

（二）技术方案

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种基于海洋能的角度可调旋筒风帆，包括支撑装置，风帆组件、旋筒组件和角度调节装置，所述支撑装置包括连接板、支撑座和固定组件，所述支撑座安装与连接板的上部，所述固定组件安装于支撑座的上部，所述风帆组件安装于支撑座的上部并通过固定组件固定，所述旋筒组件安装于风帆组件的上部，所述角度调节装置安装于旋筒组件的内侧，其中：

所述风帆组件包括连接座、传动组件和套筒，所述连接座安装于支撑座的上部并通过固定组件固定，所述套筒安装于连接座的上部，所述传动组件安装于连接座的上部并处于套筒的内部，具体工作时，连接座通过固定组件和支撑座固定，传动组件带动外部的旋筒组件转动，即可实现对船体的驱动；

所述旋筒组件包括底板、若干金属侧板、若干弹性连接布和引导组件，所述底板安装于风帆组件的上部，若干所述金属侧板均通过铰接件铰接于底板的外周部位，若干所述弹性连接布通过金属钉安装于所述金属侧板之间，且若干所述弹性连接布与若干所述金属侧板呈间隔布置，所述引导组件滑动安装于底板的上部并与金属侧板的下部内侧相铰接，若干金属侧板与若干弹性连接布构成旋筒主体，所述旋筒主体的上部呈开口设置，具体工作时，利用上述形式构成的旋筒主体，在使用过程中金属侧板对弹性连接布进行连接，并在扩展台体上下移动的过程中，实现展开或收拢；

所述角度调节装置包括支撑架、高度调节组件和扩展台体，所述支撑架安装于底板的上部，所述高度调节组件安装于支撑架的上部，所述扩展台体安装于高度调节组件的上部，所述扩展台体滑动卡接于所述旋筒主体上部的开口部位，具体工作时，扩展台体的上下移动对旋筒主体上部的开口部位进行扩开或收拢，实现角度的调节。

作为本发明的一种优选技术方案，所述固定组件包括两组限位块、若干第一螺栓孔和若干第二螺栓孔，两组所述限位块分别对称安装于两组支撑座的两侧，且两组所述限位块的主视截面均呈倒l型设置，若干所述第一螺栓孔等距开设于限位块的侧部，若干所述第二螺栓孔等距开设于限位块的上部，所述连接座卡接于两组限位块和支撑座的上部，并在第一螺栓孔和第二螺栓孔的配合下通过螺栓固定，具体工作时，连接座在两组限位块的配合下，卡在支撑座的上部，利用第一螺栓孔和第二螺栓孔的配合，使用螺栓将连接座固定，实现风帆组件的固定。

作为本发明的一种优选技术方案，所述传动组件包括正反转电机、第一传动轴、主动齿轮、第二传动轴、从动齿轮和连接板，所述正反转电机通过电机座安装于连接座的上部，所述第一传动轴安装于正反转电机的输出端，所述主动齿轮键连接于第一传动轴的外侧，所述第二传动轴通过轴承转动安装于连接座的上部，且所述第二传动轴贯穿套筒的上部延伸至套筒的外部，所述从动齿轮键连接于第二传动轴的外侧，所述主动齿轮与所述从动齿轮相啮合，所述连接板安装于第二传动轴的上部，所述底板安装于连接板的上部，所述连接板的下壁与套筒的顶壁呈间隙配合，具体工作时，正反转电机的运行带动第一传动轴、主动齿轮、从动齿轮和第二传动轴转动，进而带动底板和旋筒组件转动，即可实现对船体的驱动。

作为本发明的一种优选技术方案，所述引导组件包括若干滑槽、若干滑块、若干连接块、若干弹簧和若干连接杆，若干所述滑槽环形阵列开设于底板的上部，若干所述滑块分别滑动安装于若干所述滑槽的内侧，若干所述连接块均安装于底板的上部，若干所述弹簧的两端分别与连接块的侧部与滑块的侧部相连，若干所述连接杆的两端分别与若干所述滑块的上部和若干所述金属侧板的下部内侧相铰接，具体工作时，在旋筒主体扩开的过程中，金属侧板带动连接杆移动，并使得滑块顺着滑槽移动，同时对弹簧进行蓄力，在旋筒主体收拢的过程中，蓄力的弹簧复位，使得金属侧板和弹性连接布收拢。

作为本发明的一种优选技术方案，所述高度调节组件包括气缸、支撑杆和导向套，所述气缸安装于支撑架的上部，所述支撑杆安装于气缸的输出端，所述导向套安装于支撑架的上部并套设在支撑杆的外侧，所述扩展台体的下部与支撑杆的上部相连，具体工作时，气缸的运行带动支撑杆移动，进而实现扩展台体的上下移动，实现扩开和收拢的过程。

作为本发明的一种优选技术方案，所述滑块的外壁和滑槽的内壁均为光滑面，所述滑块的侧视截面呈凸字形设置，具体工作时，方便滑块在滑槽的内部滑动，且利用凸字形的滑块，起到部分限位作用。

作为本发明的一种优选技术方案，所述扩展台体的外壁为光滑面，所述扩展台体的上部安装有顶棚，所述顶棚的下部胶接有橡胶垫，所述顶棚的主视截面呈弧形设置，具体工作时，光滑的扩展台体减少与旋筒主体上部开口部位之间的摩擦力，顶棚用于进行遮雨。

此外，本发明还提供了一种基于海洋能的角度可调旋筒风帆的使用方法，包括以下步骤：

s1、首先，通过外部的吊装机械，将连接座插入支撑座和两组限位块之间的部位，通过在第一螺栓孔和第二螺栓孔的配合，利用螺栓对连接座进行固定，进而实现风帆组件的固定；

s2、风帆组件的运行，利用传动组件的运行，在正反转电机的带动下，使得第一传动轴转动，第一传动轴的转动带动主动齿轮和从动齿轮运行，进而使得第二传动轴转动，带动底板和旋筒组件转动，即可利用马格努斯效应，实现对船体的驱动；

s3、角度调节装置的运行，利用高度调节组件带动扩展台体向上移动，使得旋筒主体上部开口的部位扩开，在旋筒主体扩开的过程中，金属侧板和弹性连接布在铰接件和弹性连接布本身的弹性下扩开，并在引导组件的引导限位下展开，使得角度增大；

s4、旋筒组件的复位，利用高度调节组件的运行，使得扩展台体向下移动，并在弹簧的复位下，带动滑块在滑槽的内部移动，使得金属侧板收拢，达到旋筒组件的复位，使得角度缩小。

（三）有益效果

1.本发明提供的基于海洋能的角度可调旋筒风帆，其支撑装置简便的实现连接座的安装和固定，进而实现对风帆组件的固定，达到良好的固定效果；

2.本发明提供的基于海洋能的角度可调旋筒风帆，其风帆组件利用传动组件的运行带动旋筒组件转动，利用马格努斯效应，实现对船体的驱动；

3.本发明提供的基于海洋能的角度可调旋筒风帆，其角度调节装置扩展台体的上下移动对旋筒主体上部的开口部位进行扩开或收拢，实现角度的调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式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发明的某些实施例，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是本发明的主视剖视示意图；

图2是本发明的图1中a部分结构放大示意图；

图3是本发明的传动组件部分结构放大示意图；

图4是本发明的图1中b部分结构放大示意图；

图5是本发明的金属侧板与弹性连接布连接主视视示意图；

图6是本发明的金属侧板与弹性连接布连接俯视剖视示意图；

图7是本发明的滑槽与滑块配合侧视剖视视示意图。

图中：100、支撑装置；110、连接板；120、支撑座；130、固定组件；131、限位块；132、第一螺栓孔；133、第二螺栓孔；200、风帆组件；210、连接座；220、传动组件；221、正反转电机；222、第一传动轴；223、主动齿轮；224、第二传动轴；225、从动齿轮；226、连接板；230、套筒；300、旋筒组件；310、底板；320、金属侧板；330、弹性连接布；340、引导组件；341、滑槽；342、滑块；343、连接块；344、弹簧；345、连接杆；350、旋筒主体；400、角度调节装置；410、支撑架；420、高度调节组件；421、气缸；422、支撑杆；423、导向套；430、扩展台体；431、顶棚；432、橡胶垫。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1至图7所示，一种基于海洋能的角度可调旋筒风帆，包括支撑装置100，风帆组件200、旋筒组件300和角度调节装置400，所述支撑装置100包括连接板110、支撑座120和固定组件130，所述支撑座120安装与连接板110的上部，所述固定组件130安装于支撑座120的上部，所述风帆组件200安装于支撑座120的上部并通过固定组件130固定，所述旋筒组件300安装于风帆组件200的上部，所述角度调节装置400安装于旋筒组件300的内侧，其中：

所述风帆组件200包括连接座210、传动组件220和套筒230，所述连接座210安装于支撑座120的上部并通过固定组件130固定，所述套筒230安装于连接座210的上部，所述传动组件220安装于连接座210的上部并处于套筒230的内部，具体工作时，连接座210通过固定组件130和支撑座120固定，传动组件220带动外部的旋筒组件300转动，即可实现对船体的驱动；

所述旋筒组件300包括底板310、若干金属侧板320、若干弹性连接布330和引导组件340，所述底板310安装于风帆组件200的上部，若干所述金属侧板320均通过铰接件铰接于底板310的外周部位，若干所述弹性连接布330通过金属钉安装于所述金属侧板320之间，且若干所述弹性连接布330与若干所述金属侧板320呈间隔布置，所述引导组件340滑动安装于底板310的上部并与金属侧板320的下部内侧相铰接，若干金属侧板320与若干弹性连接布330构成旋筒主体350，所述旋筒主体350的上部呈开口设置，具体工作时，利用上述形式构成的旋筒主体350，在使用过程中金属侧板320对弹性连接布330进行连接，并在扩展台体430上下移动的过程中，实现展开或收拢；

所述角度调节装置400包括支撑架410、高度调节组件420和扩展台体430，所述支撑架410安装于底板310的上部，所述高度调节组件420安装于支撑架410的上部，所述扩展台体430安装于高度调节组件420的上部，所述扩展台体430滑动卡接于所述旋筒主体350上部的开口部位，具体工作时，扩展台体430的上下移动对旋筒主体350上部的开口部位进行扩开或收拢，实现角度的调节。

具体地，所述固定组件130包括两组限位块131、若干第一螺栓孔132和若干第二螺栓孔133，两组所述限位块131分别对称安装于两组支撑座120的两侧，且两组所述限位块131的主视截面均呈倒l型设置，若干所述第一螺栓孔132等距开设于限位块131的侧部，若干所述第二螺栓孔133等距开设于限位块131的上部，所述连接座210卡接于两组限位块131和支撑座120的上部，并在第一螺栓孔132和第二螺栓孔133的配合下通过螺栓固定，具体工作时，连接座210在两组限位块131的配合下，卡在支撑座120的上部，利用第一螺栓孔132和第二螺栓孔133的配合，使用螺栓将连接座210固定，实现风帆组件200的固定。

具体地，所述传动组件220包括正反转电机221、第一传动轴222、主动齿轮223、第二传动轴224、从动齿轮225和连接板226，所述正反转电机221通过电机座安装于连接座210的上部，所述第一传动轴222安装于正反转电机221的输出端，所述主动齿轮223键连接于第一传动轴222的外侧，所述第二传动轴224通过轴承转动安装于连接座210的上部，且所述第二传动轴224贯穿套筒230的上部延伸至套筒230的外部，所述从动齿轮225键连接于第二传动轴224的外侧，所述主动齿轮223与所述从动齿轮225相啮合，所述连接板110安装于第二传动轴224的上部，所述底板310安装于连接板226的上部，所述连接板226的下壁与套筒230的顶壁呈间隙配合，具体工作时，正反转电机221的运行带动第一传动轴222、主动齿轮223、从动齿轮225和第二传动轴224转动，进而带动底板310和旋筒组件300转动，即可实现对船体的驱动。

具体地，所述引导组件340包括若干滑槽341、若干滑块342、若干连接块343、若干弹簧344和若干连接杆345，若干所述滑槽341环形阵列开设于底板310的上部，若干所述滑块342分别滑动安装于若干所述滑槽341的内侧，若干所述连接块343均安装于底板310的上部，若干所述弹簧344的两端分别与连接块343的侧部与滑块342的侧部相连，若干所述连接杆345的两端分别与若干所述滑块342的上部和若干所述金属侧板320的下部内侧相铰接，具体工作时，在旋筒主体350扩开的过程中，金属侧板320带动连接杆345移动，并使得滑块342顺着滑槽341移动，同时对弹簧344进行蓄力，在旋筒主体350收拢的过程中，蓄力的弹簧344复位，使得金属侧板320和弹性连接布330收拢。

具体地，所述高度调节组件420包括气缸421、支撑杆422和导向套423，所述气缸421安装于支撑架410的上部，所述支撑杆422安装于气缸421的输出端，所述导向套423安装于支撑架410的上部并套设在支撑杆422的外侧，所述扩展台体430的下部与支撑杆422的上部相连，具体工作时，气缸421的运行带动支撑杆422移动，进而实现扩展台体430的上下移动，实现扩开和收拢的过程。

具体地，所述滑块342的外壁和滑槽341的内壁均为光滑面，所述滑块342的侧视截面呈凸字形设置，具体工作时，方便滑块342在滑槽341的内部滑动，且利用凸字形的滑块，起到部分限位作用。

具体地，所述扩展台体430的外壁为光滑面，所述扩展台体430的上部安装有顶棚431，所述顶棚431的下部胶接有橡胶垫432，所述顶棚431的主视截面呈弧形设置，具体工作时，光滑的扩展台体430减少与旋筒主体350上部开口部位之间的摩擦力，顶棚431用于进行遮雨。

此外，本发明还提供了一种基于海洋能的角度可调旋筒风帆的使用方法，包括以下步骤：

s1、首先，通过外部的吊装机械，将连接座210插入支撑座120和两组限位块131之间的部位，通过在第一螺栓孔132和第二螺栓孔133的配合，利用螺栓对连接座210进行固定，进而实现风帆组件200的固定；

s2、风帆组件200的运行，利用传动组件220的运行，在正反转电机221的带动下，使得第一传动轴222转动，第一传动轴222的转动带动主动齿轮223和从动齿轮225运行，进而使得第二传动轴224转动，带动底板310和旋筒组件300转动，即可利用马格努斯效应，实现对船体的驱动；

s3、角度调节装置400的运行，利用高度调节组件420带动扩展台体430向上移动，使得旋筒主体350上部开口的部位扩开，在旋筒主体350扩开的过程中，金属侧板320和弹性连接布330在铰接件和弹性连接布330本身的弹性下扩开，并在引导组件340的引导限位下展开，使得角度增大；

s4、旋筒组件300的复位，利用高度调节组件420的运行，使得扩展台体430向下移动，并在弹簧344的复位下，带动滑块342在滑槽341的内部移动，使得金属侧板320收拢，达到旋筒组件300的复位，使得角度缩小。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。