一种可收放式风能转子的制作方法

本发明涉及一种船舶风能助推装置，尤其涉及一种可收放式风能转子。

背景技术：

近年来，全球气候变暖日益显著，温室气体排放引起世界各国关注，船舶节能减排技术在全球节能减排的大趋势下成为船舶领域研究的热门。国际海事组织(IMO)也不断推出强制性公约和规范，以加强对海洋环境和大气环境保护。MEPC第70次会议建议在2020年时采取更高的设计要求和更大的折减率，甚至考虑将PhaseⅢ的执行时间提前。因此，船舶节能减排新方法新技术研究日益迫切。

风能作为一种清洁可再生能源受到人们的青睐。大量气象统计表明，海上风能保有量巨大，有效利用风能可以为船舶在现有技术的基础上额外提供节能减排空间。作为一种传统的风能利用，风帆推进能量转化率较低，为了达到较好的助推效果，往往要在船舶上安装体积庞大的风帆助航装置，因此产生了高额的制造成本，同时风帆装置占据了大量甲板面积，使得风帆船舶整体经济性不高。风能转子(又称弗莱特纳转子)可以有效克服这一缺点。风能转子工作时运用的空气动力学原理为马格努斯效应，即：旋转的圆柱体在来流的作用下，将会受到垂直于流动方向的侧向力作用。在存在长期侧向风的航线，风能转子可以为船舶提供额外推力，使得主机在降低转速的同时仍然可以达到目标航速，有研究表明风能转子可帮助降低主机输出功率达20％。

弗莱特纳转子能利用风能产生推力使船前进，然而为了产生较大的推力，转子的尺寸往往较大，装在甲板上的实际高度达到二十米左右，如此带来诸多不便：妨碍货船装卸货物；在风向条件不利时会产生较大的阻力；在恶劣海况下易发生危险；不易于通过桥梁等设施。

专利号US 2016/0332712 A1公开了一种可伸缩型海上助推系统，采用机械机构，使得转子在长度方向可收缩，在必要时可以将整个转子收入船体内部，这种结构形式过于复杂，且会占用较多的船舱内部空间。

技术实现要素：

为了改进现有风能转子以上不足，本发明提供了一种可收放式风能转子，包括定子、转筒及放置在船甲板上的基座，定子固定安装在基座上，转筒下部与定子及基座连接，转筒上部与定子连接；包括设置在船甲板上的至少2个支座，还包括与船甲板铰接的至少2个液压缸的液压系统；基座与支座活动连接，液压缸的液压杆与船甲板铰接，液压缸的缸体与基座铰接。

进一步地，本发明装置的液压系统还包括电机、液压泵和换向阀，电机与液压泵相连，所述换向阀设置在所述液压泵和所述液压缸连接的管路上。液压系统设置在基座外部或内部，通过位于驾驶室的远程控制台控制所述液压系统工作。

进一步地，本发明装置还包括放置在船甲板上的、位于基座正下方的长支架。

进一步地，本发明装置还包括用于固定所述转子的机械锁止装置，机械锁止装置包括在所述基座上设置的筋板，以及筋板和长支架上分别开设相互对应的螺栓孔，通过螺栓拧入螺栓孔将基座和长支架连接起来。

进一步地，船甲板上设置有用于放置转筒的端板的凹槽，和用于放置转筒的枕木。本发明装置的转筒最大可收倒至0°水平。

本发明采用液压控制系统实现转子的收放，在需要时将转子收倒，两个液压缸同时工作保证收放快速、安全可靠。液压系统集成于基座内使得整个转子系统方便安装与拆除。用机械方法在转子正常旋转工作时锁紧转子的基座，即使在风力很大(转子由此产生的推力也很大)的情况下，转子工作依然可以安全可靠地工作。船甲板上设置有用于放置端板的凹槽，且设置有用于放置筒体的枕木，使得转子放倒时可以受到有力支撑，端板嵌入凹槽可防止其被破坏，转子最大可收倒至0°水平可减小不利影响。

附图说明

图1为本发明安装在船甲板上的轴测视图；

图2为本发明装置的结构简图；

图3、图4为本发明装置基座部分的局部放大图；

图5为本发明装置基座与长支架部分的局部图；

图6为本发明收倒时的状态图；

图7为本发明装置收倒时的局部布置形式；

图8为本发明装置收到船甲板上的示意图；

图9为本发明液压控制系统回路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明的风能转子本体由定子、转筒及基座三大部分组成。基座两侧与支座活动连接，支座固定安装在船甲板上。两个液压缸的活塞杆与船体铰接，缸体与基座铰接。定子固定安装在基座上。转筒下部与定子及基座通过轴承连接，上部与定子通过轴承连接。在基座内的驱动电机带动下，转筒绕着定子旋转。转子基座内有液压系统，通过位于驾驶室的远程控制台来控制该液压系统工作，从而远程控制转子的收放，在转子正常旋转工作时采用机械方法锁紧转子的基座。

如图1所示，共计八个风能转子2分布在船甲板1上的左右舷侧，左舷和右舷各四个转子。转子的间隔距离取决于转子的高度及船甲板上的总体布置。该图中所有转子都竖直放置，处于正常工作状态。在其他实施方式中，转子可以左右舷对称布置或非对称布置，也可以布置在货仓4的间隔区域。

图2所示为转子2的结构图，转子本体由转筒201、基座202和定子203三大部分组成。定子203固定安装在基座202上。转筒201的上部与定子203通过轴承连接，下部与基座202及定子203通过轴承连接。通过位于基座202内的驱动电机带动，转筒201可以绕着定子203实现高速旋转。由于马格努斯效应，转子2将侧向风力转化为使船前进的推力，从而在降低船舶主机功率的前提下保证船舶的航行速度。

图3和图4所示为转子正常工作时基座202部分的细节放大图。船甲板上设置有两个支座501和502，分别位于基座202的两侧，用于安装转子的基座202，基座202通过轴承与这两个支座活动连接，转子2收放时绕着他们运动。在位于基座202正下方的甲板上设计有长支架9，在转子2正常工作时，即转筒竖直放置以后，基座202的一端放置在长支架9上，基座的下部通过螺栓固定在长支架上，基座的力由两个支座501、502和一个长支架9共同承受。其有益效果是，即使在风力很大(转子由此产生的推力也很大)的情况下，转子依然可以安全可靠地工作。

在转子正常工作时，采用手动拧紧螺栓的方法，将基座202和长支架9连接起来，从而机械锁紧转子。为此，如图5所示，基座202的下部设计了筋板11，上面布置有多个螺栓孔10，与之对应地长支架9上也开有与螺栓孔10对接的螺栓孔20，用于螺栓的安装。

从图3和图4中还可看到，基座外部设置有包括两个液压缸6的液压系统(还包括液压元器件、液压管路等)，以实现转子的升放。液压缸6由缸体601和液压杆602组成，其中缸体601与基座201活动连接，液压杆602与安装在船甲板上的固定铰支座8活动连接。

在另一实施方式中，液压系统都设置在基座202的底部。收放转子时，远程控制台控制位于基座内的液压系统工作，进而带动两个液压缸的活塞杆运动，活塞杆推动基座绕着固定支座运动，从而实现整个转子的收放。其有益效果是，远程控制转子的收放，两个液压缸同时工作保证转子收放快速、安全可靠。

在转子收倒时，控制人员从驾驶室3的远程控制台发出收起指令，远程控制位于基座202内的液压系统工作，带动液压杆602运动，使得转子2整体绕着支座5转动，在转子放倒后，液压系统自动停止工作。图4所示为转子2收倒时的状态。转子升起的过程与之相反。在转子2竖起后，工作人员将基座202与船甲板上的支架9通过螺栓拧紧固定。

如图6和图7所示，风能转子最大可收倒至0°水平，转筒顶部包括一个端板。在船甲板上设置有枕木11，枕木中间设置有弧形凹槽，用于放置转筒201，此外，甲板上还设置有用于放置转子端板204的凹槽12。枕木11可以在转子放倒后承受其大部分重力，凹槽12用于保护端板，这种设置可以使得转子0度水平放置，同时避免机构损坏。其有益效果是，转子放倒时可以受到有力支撑，转子最大可收倒至0°水平以减小不利影响。

图8所示为8个转子收倒至船甲板上的总览图。

图9所示为转子收放液压系统的回路图，具有使两个液压缸同时工作的能力。整个液压系统包括电机61、液压泵62、电磁换向阀63、管路和液压缸6。具体工作过程为：远程控制台发出收放命令，控制信号通过线路传递至电机61，电机61开始运转，从而驱动液压泵62工作；液压泵62和液压缸6连通，将液压油送到液压缸6。电磁换向阀63安装在液压泵62和液压缸6连通的管路上；液压泵62工作时，控制信号同时控制电磁换向阀63的通电状况，从而切换电磁换向阀63的档位，使得液压油在管路内的流向改变，液压缸6内的液压油变化带动液压杆的伸缩，从而实现转子2的收放。收起转子2时，将换向阀63放到位置A。升起转子2时，将换向阀63放到位置B。停止工作时，换向阀63处于中间位置C。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。