一种垂直轴风力发电设备驱动的船的制作方法

本实用新型涉及一种发电装置，尤其涉及一种垂直轴风力发电设备驱动的船。

背景技术：

能源是社会发展和经济增长的动力源，是人类赖以生存的基础，我国能源结构主要以煤和石油等化石能源为主，随着我国经济的不断发展，常规化石能源的供应难以满足社会经济发展对能源日益增长的需求；发展新能源和可再生能源十分紧迫，也是世界各发达国家竞相研究的热点课题之一；新能源与可再生能源不仅有利于解决和补充我国化石能源供应不足的问题，而且有利于我国改善能源结构，保障能源安全，保护环境，走可持续发展之路。

我国的海上行驶的船舶使用的能源主要是煤炭、石油和天然气，这些都是不可再生能源，且全部是污染环境的能源，对地球的环境造成有害污染，且船舶的空间有限，一次装载的能源只能驱动船舶行驶有限的里程，需要反复补充能源继续行驶，行驶成本高昂，如何让船舶行驶成本降低，同时减少对海洋环境的污染，是一个亟待解决的问题。

我国是一个海洋大国，海洋上的风能十分丰富，风能取之不尽用之不竭，是一类不可多得的清洁可再生能源，且对环境无污染，船舶有风帆船可利用风能驱动，解决了煤炭、使用、天然气污染环境的问题，但风帆船一旦驶入无风区，船舶将不能继续行驶，需要依靠其他动力驱动继续行驶，且依靠风力行驶的航速不能控制，风速高就行驶快，风速低就行驶满，这也就是现代大型运输船舶为何不使用风帆作为动力进行运输的原因。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种垂直轴风力发电设备驱动的船，其驱动力来源于风能，清洁环保，不污染环境，无需使用其他能源驱动船舶行驶，节省了行驶成本，且可保持船舶持续行驶，海上无风状态，也可继续行驶。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：一种垂直轴风力发电设备驱动的船，它包括带有螺旋桨的船体以及垂直轴风力发电驱动装置，螺旋桨在船体内部设有带齿轮的电动机，该垂直轴风力发电驱动装置容置固定于船体内，垂直轴风力发电驱动装置的叶片组露设于船体上表面外，垂直轴风力发电驱动装置通过导线与螺旋桨的电动机电连接，以驱动电动机旋转，带动螺旋桨旋转，驱动船体行驶；

所述垂直轴风力发电驱动装置包括垂直轴风机、十八台压缩气体生产装置、三个储气罐、气体增压器、汽轮发电机、蓄电控制装置以及电动机；

所述垂直轴风机包括主轴、三个轮辐式主齿轮、十八个从动齿轮、五组叶片水平限位固定装置、弧面叶片组、风机支撑底座；主轴下部套接有三个轮辐式主齿轮，上下两个轮辐式主齿轮的直径相同，中间一个轮辐式主齿轮的直径小于上下两个轮辐式主齿轮的直径，错位结构，保证齿轮的安装空间，最上面轮辐式主齿轮下面的主轴周向通过轴承连接有风机支撑底座，每个轮辐式主齿轮周向均匀啮合有六个从动齿轮，每层从动齿轮下端固定于对应的风机支撑座上，从主轴上端至最上端的轮辐式主齿轮之间的主轴上，均匀套接固定有五组叶片水平限位固定装置，弧面叶片组垂向均匀穿设固定于每组叶片水平限位固定装置中，叶片水平限位固定装置的作用是保证弧面叶片在转动过程中在长度方向不产生震动，从而损耗风能，也避免叶片震动损伤叶片；

压缩气体生产装置可离合的啮合于垂直轴风机的对应从动齿轮上，每台压缩气体生产装置下端对应从动齿轮固定于风机支撑座上，压缩气体生产装置的作用是把风能转化为压缩空气能，储存在储气罐内，当达到设定的压力值后向汽轮发电机输出发电，由于可设置很多储气罐进行储气，即使没有风吹动风机叶片转动，由于预先存储很多压缩空气，在无风情况下，储气罐也可以向汽轮发电机输送压缩空气延时发电，或者储气罐直接向螺旋桨的汽轮机输送压缩空气，驱动螺旋桨旋转，是船舶继续航行；

储气罐通过管路以及管路上的单向截止阀门与每台压缩气体生产装置连通，储气罐的作用是保证向汽轮发电机输出的气体达到一定输出压力值，也能达到不靠天气，在无风状态是延时发电的目的，还可达到先将风能储存，在需要驱动螺旋桨时，直接向螺旋桨的汽轮机输送压缩空气作为驱动力；

汽轮发电机的进气口通过管路以及管路上的单向截止阀门与储气罐连通，靠近汽轮发电机的管路上连接有气体增压器，汽轮发电机通过导线与蓄电控制装置电连接，蓄电控制装置通过导线与螺旋桨的电动机连接，气体增压器用以保障汽轮发电机获得足够的气体输入流量，使汽轮发电机发电的电压电流稳定，不会对蓄电控制装置造成电流冲击。

所述垂直轴风机的风机支撑座包括环形支撑平面、水平支撑臂和垂向支撑桩，环形支撑平面的数量与轮辐式主齿轮的数量匹配，每个环形支撑平面设置于对应的轮辐式主齿轮下方，以支撑与该层轮辐式主齿轮对应啮合的从动齿轮以及支撑对应设置的若干压缩气体生产装置，环形支撑平面的下表面的周向和外缘的周向固定有垂向支撑桩，水平支撑臂以放射状固定于套接在主轴的轴承外侧壁周向上，水平支撑臂的另一端固定于垂向支撑桩上；

所述垂直轴风机的从动齿轮，为一体构成的两层齿轮，上层齿轮直径大于下层齿轮直径，且上层齿轮为直齿，上层齿轮与轮辐式主齿轮之间为直齿圆柱齿轮传动，下层齿轮为曲线齿，下层齿轮与可离合的压缩气体生产装置的曲线齿之间为双曲面齿轮传动；

所述垂直轴风机的每组叶片水平限位固定装置包括五个同心环和五个同心环水平连接加强筋，该五个同心环由内向外依次为第一同心环、第二同心环、第三同心环、第四同心环和第五同心环，五个同心环水平连接加强筋一端均匀分布固定于第一同心环外侧壁周向上，五个同心环水平连接加强筋另一端分别穿过第二同心环、第三同心环和第四同心环固定于第五同心环的内侧壁上，相邻的两同心环之间的间距相等；第五同心环外侧壁周向均匀开设有水平向透风斜孔，透风斜孔在水平方向是带有倾斜角度的，其本身增加了装置的受风面积，当风吹向受风孔，风叶固定连接环由于风阻从而产生转动力带动风叶转动，最大限度的吸收了大自然的风能，穿过透风孔的风向前继续吹向弧面风叶，可进一步利用风能；

所述垂直轴风机的弧面叶片组包括五组弧面叶片，每组弧面叶片由内向外依次由第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片共四个长条形弧面叶片构成，该长条形弧面叶片均平行于主轴设置，每个长条形弧面叶片的横截面为弧形，每组长条形弧面叶片远离主轴的弧面长边均固定于每组对应的一个同心环水平连接加强筋与除第一同心环以外其余同心环的交点处，第一叶片弧面长边的另一端均固定于每组叶片水平限位固定装置的第一同心环对应的外侧壁处，第二叶片、第三叶片和第四叶片弧面长边的另一端分别固定于每组叶片水平限位固定装置的第二同心环、第三同心环和第四同心环上，且每组的第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片的靠近轴心的弧面长边的延长面均交汇于主轴的轴心处，这样结构的每组叶片增加了叶片的受风面积，兜风性能强，每组的第二、第三、第四叶片分别对应与第一、第二、第三叶片之间设有缝隙，形成进风口大，出风口小的弧面风斗结构，使得每个弧面叶片的兜风能力强，同时在弧面叶片背向风面时，由于同组的两两弧面叶片之间有弧面风斗结构，可以减少同组的背向弧面叶片对迎面风的风阻。

所述垂直轴风机每组叶片水平限位固定装置的第五同心环的水平向透风斜孔倾斜方向与弧面叶片的弦长一致，所述垂直轴风机每组叶片水平限位固定装置的第五同心环的水平向透风斜孔与从该水平向透风斜孔到第一同心环圆心的半径线的夹角为30°-60°，以构成阻风面，进一步带动垂直轴风机旋转，同时，由该水平向透风斜孔穿过的风能还可被其后的弧面叶片再次利用，充分利用风能。

可离合的压缩气体生产装置包括从动曲线齿轮、无级变速器、曲轮、曲轴和气缸；每个从动齿轮的下层齿轮与可离合的压缩气体生产装置的从动曲线齿轮之间为双曲面齿轮传动，从动曲线齿轮与无级变速器输入端通过联轴器相连，带动无级变速器输入轴转动，防止从动曲线齿轮转速过高，损坏其他设备，无级变速器与曲轮刚性连接，曲轴与无级变速器输出端同步转动，带动曲轴沿气缸的轴向往复运动，气缸的往复运动产生大量压缩气体，通过管道将压缩气体存入待用储气罐内；所述气缸上端设有通气孔，所述气缸下端分别设有单向进气阀和单向排气阀。

储气罐和气体增压器之间的管路上通过带有手动单向截止阀门的导气管连通有汽轮机，该汽轮机的动力输出齿轮与螺旋桨的电动机上的齿轮啮合，增加压缩空气能直接驱动螺旋桨转动的方式，从储气罐将压缩空气直接输送到汽轮机旋转，带动电动机上齿轮转动，以驱动螺旋桨旋转，使用绿色环保的清洁能源驱动船舶航行，也解决了船舶在无风状态下不能持续航行的问题。

所述压缩气体生产装置和储气罐外通过导线连接有电加热线圈，电加热线圈的电力来自于风力发电机发电后储存的电能或者太阳能电池板产生的电能，其作用是当天气寒冷时，气体在寒冷的环境会收缩，影响汽轮发电机的工作效率，在压缩气体生产装置和储气罐外设置加热线圈，可使它们内部的气体受热膨胀，输送至汽轮发电机时，能达到稳定输出压力值，使得汽轮发电机输出的电力稳定。

所述汽轮发电机的出气口连接有余气再利用装置，该余气再利用装置包括气管和支撑柱，支撑柱固定于风机支撑座附近的船体内底壁上，气管架设于支撑柱上端，气管的一端与汽轮发电机的出气口连接，气管的另一端垂直向上外露于船体上甲板，垂直向上的气管末端封闭，且垂直向上的气管侧壁对应垂直轴风机的叶片方向位置，垂向开设有若干排气孔，以便将汽轮发电机排出的高速余气再次利用吹向弧面叶片的下部，辅助转动弧面叶片。

有益效果：

本实用新型驱动力来源于风能，清洁环保，不污染环境，无需使用其他能源驱动船舶行驶，节省了行驶成本，且可保持船舶持续行驶，海上无风状态，也可继续行驶。

附图说明

图1示出本实用新型整体结构示意图。

图2示出本实用新型侧视结构示意图。

图3示出本实用新型俯视结构示意图。

图4示出本实用新型的弧面叶片与叶片水平限位固定装置位置关系的俯视结构示意图。

图5示出图3的压缩气体生产装置局部放大侧视结构示意图。

图6示出本实用新型另一实施例结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1-图5所示，一种垂直轴风力发电设备驱动的船，它包括带有螺旋桨21的船体2以及垂直轴风力发电驱动装置1，螺旋桨21在船体内部设有带齿轮221的电动机22，该垂直轴风力发电驱动装置1容置固定于船体2内，垂直轴风力发电驱动装置1的叶片组露设于船体2上甲板外，垂直轴风力发电驱动装置1通过导线与螺旋桨21的电动机22电连接；

所述垂直轴风力发电驱动装置1包括垂直轴风机11、十八台压缩气体生产装置12、三个储气罐13、气体增压器14、汽轮发电机15、蓄电控制装置16以及电动机22；

所述垂直轴风机11包括主轴111、三个轮辐式主齿轮112、十八个从动齿轮113、五组叶片水平限位固定装置114、弧面叶片组115、风机支撑底座116；主轴111下部套接有三个轮辐式主齿轮112，上下两个轮辐式主齿轮112的直径相同，中间一个轮辐式主齿轮112的直径小于上下两个轮辐式主齿轮112的直径，最上面轮辐式主齿轮112下面的主轴111周向通过轴承连接有风机支撑底座116，每个轮辐式主齿轮112周向均匀啮合有六个从动齿轮113，每层从动齿轮113下端固定于对应的风机支撑座116上，从主轴111上端至最上端的轮辐式主齿轮112之间的主轴111上，均匀套接固定有五组叶片水平限位固定装置114，弧面叶片组115垂向均匀穿设固定于每组叶片水平限位固定装置中114；

压缩气体生产装置12可离合的啮合于垂直轴风机11的每个从动齿轮113上，压缩气体生产装置12下端对应从动齿轮113固定于风机支撑底座116上；

储气罐13通过管路以及管路上的单向截止阀门131分别与每台压缩气体生产装置12连通；

汽轮发电机15的进气口151通过管路以及管路上的单向截止阀门131分别与储气罐13连通，靠近汽轮发电机15的管路上连接有气体增压器14，汽轮发电机15通过导线与蓄电控制装置16电连接，蓄电控制装置16通过导线与螺旋桨21的电动机22连接。

所述垂直轴风机11的风机支撑底座116包括环形支撑平面1161、水平支撑臂1162和垂向支撑桩1163，环形支撑平面1161的数量与轮辐式主齿轮112的数量匹配，每个环形支撑平面1161设置于对应的轮辐式主齿轮112下方，环形支撑平面1161的下表面的周向和外缘的周向固定有垂向支撑桩1163，水平支撑臂1162以放射状固定于套接在主轴111的轴承1111外侧壁周向上，水平支撑臂1162的另一端分别固定于一个垂向支撑桩1163上；

所述垂直轴风机11的从动齿轮113，为一体构成的两层齿轮，上层齿轮1131直径大于下层齿轮1132直径，且上层齿轮1131为直齿，上层齿轮1131与轮辐式主齿轮112之间为直齿圆柱齿轮传动，下层齿轮1132为曲线齿，下层齿轮1132与可离合的压缩气体生产装置12的从动曲线齿轮之间为双曲面齿轮传动；

所述垂直轴风机11的每组叶片水平限位固定装置114包括五个同心环1141和五个同心环水平连接加强筋1142，该五个同心环1141由内向外依次为第一同心环、第二同心环、第三同心环、第四同心环和第五同心环，五个同心环水平连接加强筋1142一端均匀分布固定于第一同心环外侧壁周向上，五个同心环水平连接加强筋1142另一端分别穿过第二同心环、第三同心环和第四同心环固定于第五同心环的内侧壁上，相邻的两同心环之间的间距相等；第五同心环外侧壁周向均匀开设有水平向透风斜孔11411；

所述垂直轴风机11的弧面叶片组115包括五组弧面叶片，每组弧面叶片由内向外依次由第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片共四个长条形弧面叶片1151构成，该长条形弧面叶片1151均平行于主轴111设置，每个长条形弧面叶片1151的横截面为弧形，每组长条形弧面叶片远离主轴111的弧面长边均固定于每组对应的一个同心环水平连接加强筋1142与除第一同心环以外其余同心环1141的交点处，第一叶片弧面长边的另一端均固定于每组叶片水平限位固定装置114的第一同心环1141对应的外侧壁处，第二叶片、第三叶片和第四叶片弧面长边的另一端分别固定于每组叶片水平限位固定装置114的第二同心环、第三同心环和第四同心环上，且每组的第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片的靠近轴心的弧面长边的延长面均交汇于主轴111的轴心处。

所述垂直轴风机11每组叶片水平限位固定装置114的第五同心环1141的水平向透风斜孔11411倾斜方向与长条形弧面叶片1151的弦长一致，所述垂直轴风机11每组叶片水平限位固定装置114的第五同心环1141的水平向透风斜孔11411与从该水平向透风斜孔11411到第一同心环1141圆心的半径线的夹角为30°-60°。

可离合的压缩气体生产装置12包括从动曲线齿轮121、无级变速器122、曲轮123、曲轴124和气缸125；每个从动齿轮113的下层齿轮1132与可离合的压缩气体生产装置12的从动曲线齿轮121之间为双曲面齿轮传动，从动曲线齿轮121与无级变速器122输入端通过联轴器相连，带动无级变速器122输入轴转动，无级变速器122与曲轮123刚性连接，曲轴124与无级变速器122输出端同步转动，带动曲轴124沿气缸125的轴向往复运动，气缸125的往复运动产生大量压缩气体，通过管道将压缩气体分别存入储气罐13内；所述气缸125上端设有通气孔1251，所述气缸125下端分别设有单向进气阀1252和单向排气阀1253。

所述压缩气体生产装置12和储气罐13外通过导线连接有电加热线圈3。

所述汽轮发电机15的出气口152连接有余气再利用装置4，该余气再利用装置4包括气管41和支撑柱42，支撑柱42固定于风机支撑底座116附近的船体2内底壁上，气管41架设于支撑柱42上端，气管41的一端与汽轮发电机15的出气口152连接，气管41的另一端垂直向上外露于船体2上甲板，垂直向上的气管41末端封闭，且垂直向上的气管41侧壁对应垂直轴风机11的弧面叶片组115方向位置，垂向开设有十个排气孔411。

实施例2

参见图6所示，一种垂直轴风力发电设备驱动的船，其与实施例1不同之处在于，储气罐13和气体增压器14之间的管路上通过带有手动单向截止阀门17的导气管连通有汽轮机18，该汽轮机18的动力输出齿轮181与螺旋桨21的电动机22上的齿轮221啮合。

工作原理

参见图1-图5所示，

1、压缩气体的产生、存储、发电和驱动航行

当风吹向垂直轴风机1的弧面叶片组115时，一部分风从每组叶片水平限位固定装置114的第五同心环的水平向透风斜孔11411吹入，由于该水平向透风斜孔11411带有一定角度，风对该叶片水平限位固定装置114产生力，使其辅助垂直轴风机11旋转，大部分风吹向长条形弧面叶片1151，由于弧面叶片组115的叶片件构成风斗结构，弧面叶片组115增加了兜风面积，弧面叶片组115和叶片水平限位固定装置114共同作用，带动主轴111转动，同时，主轴111下部的三个轮辐式主齿轮112同步转动，带动每个轮辐式主齿轮112上啮合的六个从动齿轮113转动，由于从动齿轮113直径小于轮辐式主齿轮112直径，从动齿轮113转速高于轮辐式主齿轮112的转速，而压缩气体生产装置12是周向分布在每个从动齿轮113的下层齿轮1132周向附近，主轴111开始旋转，向每个从动齿轮113的下层齿轮1132啮合11台压缩气体生产装置12，三个轮辐式主齿轮112工作，可带动18台压缩气体生产装置12同时产生压缩气体，提高压缩气体生产效率，压缩气体生产装置12产生的压缩气体通过管道流向每一个储气罐13，通过电脑手动或自动控制打开主管道上的第一单向截止阀门131，再依次打开支管上的第二、第三、第四单向截止阀门131，以便逐一将每个储气罐13灌满压缩气体，由于是单向截止阀门，储气罐内的压缩气体不会逆向回流到压缩气体生产装置，利用风能转换成压缩气能储存在所有储气罐13内；

当需要发电时，通过电脑控制打开气体增压器14前主管道上的第五单向截止阀门131，再依次打开储气罐后的每个支管上的第六、第七、第八单向截止阀门131，以便由储气罐13向连接于气体增压器14后部的汽轮发电机15输送压缩气体，当压缩气体在达到规定的压力值时，直接穿过气体增压器14达到汽轮发电机15做功发电，如果气体压力值不够，气体增压器14会使通过的压缩气体达到汽轮发电机15需要的压力值，再输送到汽轮发电机15做功发电；

汽轮发电机15产生的电能通过导线存储在蓄电控制装置16中，然后由蓄电控制装置16输出到电动机22，带动螺旋桨21旋转，驱动船舶航行；

汽轮发电机15发电后，会有余气由其出气口152排出，余气再利用装置4的气管41一端连接于出气口42上，余气再利用装置4的气管41另一端垂直设立于垂直轴风机11的叶片1151位置附近，气管41上的排气孔411将高速的余气喷射向垂直轴风机11的叶片1151，充分利用气能资源；

当环境温度很低时，压缩气体生产装置12产生的压缩气体会收缩，压力值下降，设置于气体输送管道内的探测器将探测数值输入电脑，电脑会发出指令，向压缩气体生产装置12和储气罐13外的电加热线圈3通电，使压缩气体生产装置12和储气罐13内的压缩气体升温膨胀，使低温环境下产生的压缩气体达到汽轮发电机15做功需要的压力值，加上气体增压器14的增压作用，保证汽轮发电机15发电的电压稳定；

2、巨风环境时压缩气体的产生、存储以及压缩空气直接驱动航行

参见图6所示，当风吹向垂直轴风机11的弧面叶片组115时，一部分风从每组叶片水平限位固定装置114的第五同心环的水平向透风斜孔11411吹入，由于该水平向透风斜孔11411带有一定角度，风对该叶片水平限位固定装置114产生力，使其辅助垂直轴风机11旋转，大部分风吹向长条形弧面叶片1151，由于弧面叶片组115的叶片件构成风斗结构，弧面叶片组115增加了兜风面积，弧面叶片组115和叶片水平限位固定装置114共同作用，带动主轴111转动，同时，主轴111下部的三个轮辐式主齿轮112同步转动，带动每个轮辐式主齿轮112上啮合的六个从动齿轮113转动，由于从动齿轮113直径小于轮辐式主齿轮112直径，从动齿轮113转速高于轮辐式主齿轮112的转速，而压缩气体生产装置12是周向分布在每个从动齿轮113的下层齿轮1132周向附近，当风速达到25m/s以上形成巨风时，主轴111的转速达到安全生产的临界值，可向每个从动齿轮113的下层齿轮1132逐一啮合6-10台压缩气体生产装置12，使主轴111的转速控制在安全生产的临界值以下，保证垂直轴风机11可持续安全运转，不用考虑风速过大会造成设备损坏，三个轮辐式主齿轮112工作，可带动108-180台压缩气体生产装置12同时产生压缩气体，大大提高压缩气体生产效率，压缩气体生产装置12产生的压缩气体通过管道流向每一个储气罐13，通过电脑手动或自动控制打开主管道上的第一单向截止阀门131，再依次打开支管上的第二、第三、第四单向截止阀门131，以便逐一将每个储气罐13灌满压缩气体，由于是单向截止阀门，储气罐内的压缩气体不会逆向回流到压缩气体生产装置，利用风能转换成压缩气能储存在所有储气罐13内；

由于处于巨风环境，可以产生足够的压缩空气，逐一打开储气罐13后端的第五、第六、第七单向截止阀门131，关闭靠近气体增压器14的第八单向截止阀门131，使储气罐13内的压缩空气不能流向气体增压器14，打开手动单向截止阀门19，使储气罐13内的压缩空气流向汽轮机18，由于汽轮机18的动力输出齿轮181与螺旋桨21的电动机22上的齿轮221啮合，螺旋桨21连接于电动机22的齿轮221，压缩空气吹动汽轮机，带动电动机的齿轮转动，使得螺旋桨开始旋转，船舶开始行驶。

如上所述，本实用新型一种垂直轴风力发电设备驱动的船，所述的实施例及图，只是本实用新型较好的实施效果，并不是只局限于本实用新型，凡是与本实用新型的结构、特征等近似、雷同者，均应属于本实用新型保护的范围。