一种节能式转筒风帆结构及其使用方法与流程

本发明涉及一种转筒风帆，特别是涉及一种节能式转筒风帆结构，本发明还涉及一种转筒风帆使用方法，特别涉及一种节能式转筒风帆使用方法，属于转筒风帆技术领域。

背景技术：

21世纪以来，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帆及转筒风帆等。这几种风帆中，除walker型帆仍在研究阶段外，其余帆型在实践中均有所应用。日本在1980年建造的新爱德丸号船舶使用的是传统翼型帆，德国在2007年建造的“白鲸天帆”号货轮使用的是天帆型帆，德国在2010年建造的“e-ship1”使用的是转筒风帆型帆。

现有技术中在使用转筒风帆型帆的时候往往皆是通过采用动力装置为风筒自身的旋转提供动力，帆体本身则是为船舶提供推力的主要部件。应用于现代商船的转筒风帆装置，考虑到为了不影响港口岸吊的吊臂在装卸货物作业过程中的横向移动，有的还配备了滑轨系统使其可以沿船舷前后移动，而此种方式依然需要电机提供动力，也因此导致电能的损耗，其次现有技术中的转筒风帆型帆并不具备风能发电装置，而在海洋中风能是清洁能源不能充分的利用是巨大的浪费，为此设计一种节能式转筒风帆结构及其使用方法来优化上述问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的是为了提供一种节能式转筒风帆结构及其使用方法，通过流动的水流对风扇叶产生碰撞，通过水流带动风扇叶连接罩转动，通过风扇叶连接罩带动圆柱形动力输入转轴转动，通过变速齿轮箱带动转筒风帆转动，从而实现了在船体运动的时候无需电动机调节转筒风帆转动，实现了节能的功能，同时通过启动风扇叶角度调节电动伸缩杆带动风扇叶角度调节组件的运动，通过角度调节组件的运动带动风扇叶转动至合适的角度，从而带动水流带动风扇叶连接罩改变转速，从而改变转筒风帆与风向之间的夹角，使其产生推动船体运动的力，在任意一个风向的风吹向侧集风筒时，带动侧集风筒沿同转向转动，通过侧集风筒带动第一固定盘转动，通过第一固定盘带动发电机输出转轴转动，通过发电机输出转轴带动发电机进行发电，发电可用于风扇叶角度调节电动伸缩杆的运动上，实现能源的循环利用和合理分配。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

本发明提供一种节能式转筒风帆结构，包括安装在船体内部的变速齿轮箱，所述变速齿轮箱顶部的一侧输出有连接转轴，且所述连接转轴远离所述变速齿轮箱的一端安装有转筒风帆，所述转筒风帆的顶部远离所述连接转轴的一端安装有风力发电组件，所述变速齿轮箱一侧的中部安装有圆柱形动力输入转轴，并通过所述圆柱形动力输入转轴安装有风扇叶角度调节电动伸缩杆，所述风扇叶角度调节电动伸缩杆的输出端安装有风扇叶角度调节电动伸缩杆输出杆，所述风扇叶角度调节电动伸缩杆输出杆远离所述圆柱形动力输入转轴的一端安装有第二固定盘，所述第二固定盘的外侧沿其环部等角度安装有第二连接杆，所述圆柱形动力输入转轴的外侧套设有风扇叶连接罩，且所述第二固定盘以及第二连接杆位于所述风扇叶连接罩的内侧，所述风扇叶连接罩的外侧沿所述风扇叶连接罩等角度安装有风扇叶，且所述第二连接杆远离所述第二固定盘的一端安装有用于对所述风扇叶角度进行调节的角度调节组件，所述风扇叶连接罩的内侧设有用于对所述角度调节组件以及对所述风扇叶固定的安装组件。

优选的，所述风力发电组件包括安装在所述转筒风帆内侧顶部中间位置处的发电机，该发电机的输出端安装有发电机输出转轴，所述发电机输出转轴远离所述发电机的一端安装有第一固定盘，所述第一固定盘的外侧沿所述第一固定盘的环部等角度案子有第一连接杆，所述第一连接杆远离所述第一固定盘的一端安装有侧集风筒。

优选的，所述转筒风帆的顶部直径大于所述转筒风帆外侧管体的直径，所述转筒风帆的顶部以所述转筒风帆顶部构成的平面以所述转筒风帆顶部的中心为圆心安装有固定环，所述固定环内侧沿所述固定环直径安装有连接臂，所述连接臂内侧的中部安装有轴承，所述轴承的内侧套设在所述发电机输出转轴的外侧。

优选的，所述安装组件包括开设在所述风扇叶连接罩外侧沿所述风扇叶连接罩外侧的环部等角度开有通孔，所述风扇叶连接罩的内侧面向所述通孔处安装有l形固定板，所述风扇叶连接罩的内侧且靠近所述通孔处安装有铰接座。

优选的，所述角度调节组件包括安装在所述l形板内侧中部的内固定筒，且所述内固定筒的外侧通过轴承安装有外转动筒，所述外转动筒部分位于所述风扇叶连接罩的外侧，所述外转动筒远离所述l形板的一端与所述风扇叶的底部固定，所述风扇叶的底部还安装有条形固定片，且所述条形固定片位于所述风扇叶连接罩的内侧，所述条形固定片的一侧安装有限位弹簧，所述铰接座上固定有传动组件。

优选的，所述传动组件包括安装在所述铰接座顶部的第三连接杆，且所述第三连接杆通过轴承安装在所述铰接座的顶部上，所述第三连接杆的一侧安装有圆形齿轮，且所述第三连接杆的另一侧安装有凸轮，所述凸轮与所述条形固定片相互配合，所述第二连接杆远离所述第二固定盘的一端安装有条齿，且所述条齿与所述圆形齿轮相互啮合。

优选的，所述风扇叶角度调节电动伸缩杆的外侧套设有固定架，且所述固定架的一侧与所述圆柱形动力输入转轴固定，所述变速齿轮箱采用无级传动组件构成。

优选的，所述无级传动组件包括位于所述变速齿轮箱内侧且安装在所述圆柱形动力输入转轴端部的第一传动盘，该第一传动盘的外侧套设有传动带，该传动带的内侧远离所述第一传动盘的一端安装有第二传动盘，所述第二传动盘与所述连接转轴位于所述变速齿轮箱内侧的一端固定。

本发明还提供一种节能式转筒风帆结构使用方法，包括如下步骤：

水流驱动步骤：通过流动的水流对风扇叶产生碰撞，通过水流带动风扇叶连接罩转动，通过风扇叶连接罩带动圆柱形动力输入转轴转动，通过变速齿轮箱带动转筒风帆转动；

风能发电步骤：在任意一个风向的风吹向侧集风筒时，带动侧集风筒沿同转向转动，通过侧集风筒带动第一固定盘转动，通过第一固定盘带动发电机输出转轴转动，通过发电机输出转轴带动发电机进行发电；

转速调节步骤：启动风扇叶角度调节电动伸缩杆带动风扇叶角度调节电动伸缩杆输出杆推动第二固定盘，通过第二固定盘带动条齿运动，通过条齿带动圆形齿轮转动，通过圆形齿轮带动第三连接杆转动，通过第三连接杆带动凸轮对条形固定片产生推动力，通过条形固定片带动风扇叶转动至合适的角度，从而带动水流带动风扇叶连接罩改变转速；

转筒风帆转向改变步骤：通过风扇叶的转动使其角度调节，从而带动转筒风帆转速的改变，从而实现其转筒风帆转向与风向保持相互垂直。

优选的，所述风扇叶角度调节电动伸缩杆输出杆的端部面向船头的方向，所述转筒风帆为中空结构，且所述发电机通过导线连接至所述变速齿轮箱的内部并与船体内的蓄电装置电连接。

本发明的有益技术效果：

本发明提供的一种节能式转筒风帆结构及其使用方法，通过流动的水流对风扇叶产生碰撞，通过水流带动风扇叶连接罩转动，通过风扇叶连接罩带动圆柱形动力输入转轴转动，通过变速齿轮箱带动转筒风帆转动，从而实现了在船体运动的时候无需电动机调节转筒风帆转动，实现了节能的功能，同时通过启动风扇叶角度调节电动伸缩杆带动风扇叶角度调节组件的运动，通过角度调节组件的运动带动风扇叶转动至合适的角度，从而带动水流带动风扇叶连接罩改变转速，从而改变转筒风帆与风向之间的夹角，使其产生推动船体运动的力，在任意一个风向的风吹向侧集风筒时，带动侧集风筒沿同转向转动，通过侧集风筒带动第一固定盘转动，通过第一固定盘带动发电机输出转轴转动，通过发电机输出转轴带动发电机进行发电，发电可用于风扇叶角度调节电动伸缩杆的运动上，实现能源的循环利用和合理分配。

附图说明

图1为按照本发明的一种节能式转筒风帆结构及其使用方法的一优选实施例的装置整体立体结构分解图；

图2为按照本发明的一种节能式转筒风帆结构及其使用方法的一优选实施例的水流能驱动组件立体结构分解图；

图3为按照本发明的一种节能式转筒风帆结构及其使用方法的一优选实施例的连接罩立体结构示意图；

图4为按照本发明的一种节能式转筒风帆结构及其使用方法的一优选实施例的a处结构放大图；

图5为按照本发明的一种节能式转筒风帆结构及其使用方法的一优选实施例的b处结构放大图；

图6为按照本发明的一种节能式转筒风帆结构及其使用方法的一优选实施例的c处结构放大图；

图7为按照本发明的一种节能式转筒风帆结构及其使用方法的一优选实施例的转筒风帆立体结构示意图。

图中：1-变速齿轮箱，2-转筒风帆，3-连接转轴，4-风扇叶，5-风扇叶角度调节电动伸缩杆，6-第一固定盘，7-侧集风筒，8-第一连接杆，9-发电机输出转轴，10-连接臂，11-固定环，12-轴承，13-风扇叶连接罩，14-通孔，15-l形固定板，16-条齿，17-圆柱形动力输入转轴，18-圆形齿轮，19-风扇叶角度调节电动伸缩杆输出杆，20-第二固定盘，21-第二连接杆，22-外转动筒，23-条形固定片，24-条齿，25-内固定筒，26-第三连接杆，27-凸轮，28-l形板，29-铰接座，30-固定架。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1-图7所示，本实施例提供的一种节能式转筒风帆结构，包括安装在船体内部的变速齿轮箱1，变速齿轮箱1顶部的一侧输出有连接转轴3，且连接转轴3远离变速齿轮箱1的一端安装有转筒风帆2，转筒风帆2的顶部远离连接转轴3的一端安装有风力发电组件，变速齿轮箱1一侧的中部安装有圆柱形动力输入转轴17，并通过圆柱形动力输入转轴17安装有风扇叶角度调节电动伸缩杆5，风扇叶角度调节电动伸缩杆5的输出端安装有风扇叶角度调节电动伸缩杆输出杆19，风扇叶角度调节电动伸缩杆输出杆19远离圆柱形动力输入转轴17的一端安装有第二固定盘20，第二固定盘20的外侧沿其环部等角度安装有第二连接杆21，圆柱形动力输入转轴17的外侧套设有风扇叶连接罩13，且第二固定盘20以及第二连接杆21位于风扇叶连接罩13的内侧，风扇叶连接罩13的外侧沿风扇叶连接罩13等角度安装有风扇叶31，且第二连接杆21远离第二固定盘20的一端安装有用于对风扇叶31角度进行调节的角度调节组件，风扇叶连接罩13的内侧设有用于对角度调节组件以及对风扇叶31固定的安装组件。

通过流动的水流对风扇叶4产生碰撞，通过水流带动风扇叶连接罩13转动，通过风扇叶连接罩13带动圆柱形动力输入转轴17转动，通过变速齿轮箱1带动转筒风帆2转动，从而实现了在船体运动的时候无需电动机调节转筒风帆2转动，实现了节能的功能，同时通过启动风扇叶角度调节电动伸缩杆5带动风扇叶31角度调节组件的运动，通过角度调节组件的运动带动风扇叶31转动至合适的角度，从而带动水流带动风扇叶连接罩13改变转速，从而改变转筒风帆2与风向之间的夹角，使其产生推动船体运动的力。

在本实施例中，风力发电组件包括安装在转筒风帆2内侧顶部中间位置处的发电机，该发电机的输出端安装有发电机输出转轴9，发电机输出转轴9远离发电机的一端安装有第一固定盘6，第一固定盘6的外侧沿第一固定盘6的环部等角度案子有第一连接杆8，第一连接杆8远离第一固定盘6的一端安装有侧集风筒7，转筒风帆2的顶部直径大于转筒风帆2外侧管体的直径，转筒风帆2的顶部以转筒风帆2顶部构成的平面以转筒风帆2顶部的中心为圆心安装有固定环11，固定环11内侧沿固定环11直径安装有连接臂10，连接臂10内侧的中部安装有轴承12，轴承12的内侧套设在发电机输出转轴9的外侧。

在任意一个风向的风吹向侧集风筒7时，带动侧集风筒7沿同转向转动，通过侧集风筒7带动第一固定盘6转动，通过第一固定盘6带动发电机输出转轴9转动，通过发电机输出转轴9带动发电机进行发电。

在本实施例中，安装组件包括开设在风扇叶连接罩13外侧沿风扇叶连接罩13外侧的环部等角度开有通孔14，风扇叶连接罩13的内侧面向通孔14处安装有l形固定板15，风扇叶连接罩13的内侧且靠近通孔14处安装有铰接座29。

在本实施例中，角度调节组件包括安装在l形板28内侧中部的内固定筒25，且内固定筒25的外侧通过轴承安装有外转动筒22，外转动筒22部分位于风扇叶连接罩13的外侧，外转动筒22远离l形板28的一端与风扇叶31的底部固定，风扇叶31的底部还安装有条形固定片23，且条形固定片23位于风扇叶连接罩13的内侧，条形固定片23的一侧安装有限位弹簧24，铰接座29上固定有传动组件，传动组件包括安装在铰接座29顶部的第三连接杆26，且第三连接杆26通过轴承安装在铰接座29的顶部上，第三连接杆26的一侧安装有圆形齿轮18，且第三连接杆26的另一侧安装有凸轮27，凸轮27与条形固定片23相互配合，第二连接杆21远离第二固定盘20的一端安装有条齿16，且条齿16与圆形齿轮18相互啮合。

启动风扇叶角度调节电动伸缩杆5带动风扇叶角度调节电动伸缩杆输出杆19推动第二固定盘20，通过第二固定盘20带动条齿16运动，通过条齿16带动圆形齿轮18转动，通过圆形齿轮18带动第三连接杆26转动，通过第三连接杆26带动凸轮27对条形固定片23产生推动力，通过条形固定片23带动风扇叶31转动至合适的角度，从而带动水流带动风扇叶连接罩13改变转速。

在本实施例中，风扇叶角度调节电动伸缩杆5的外侧套设有固定架30，且固定架30的一侧与圆柱形动力输入转轴17固定，变速齿轮箱1采用无级传动组件构成。

在本实施例中，无级传动组件包括位于变速齿轮箱1内侧且安装在圆柱形动力输入转轴17端部的第一传动盘，该第一传动盘的外侧套设有传动带，该传动带的内侧远离第一传动盘的一端安装有第二传动盘，第二传动盘与连接转轴3位于变速齿轮箱1内侧的一端固定。

实施例二

如图1-图7所示，本实施例提供的一种节能式转筒风帆结构使用方法，包括如下步骤：

水流驱动步骤：通过流动的水流对风扇叶4产生碰撞，通过水流带动风扇叶连接罩13转动，通过风扇叶连接罩13带动圆柱形动力输入转轴17转动，通过变速齿轮箱1带动转筒风帆2转动；

风能发电步骤：在任意一个风向的风吹向侧集风筒7时，带动侧集风筒7沿同转向转动，通过侧集风筒7带动第一固定盘6转动，通过第一固定盘6带动发电机输出转轴9转动，通过发电机输出转轴9带动发电机进行发电；

转速调节步骤：启动风扇叶角度调节电动伸缩杆5带动风扇叶角度调节电动伸缩杆输出杆19推动第二固定盘20，通过第二固定盘20带动条齿16运动，通过条齿16带动圆形齿轮18转动，通过圆形齿轮18带动第三连接杆26转动，通过第三连接杆26带动凸轮27对条形固定片23产生推动力，通过条形固定片23带动风扇叶31转动至合适的角度，从而带动水流带动风扇叶连接罩13改变转速；

转筒风帆转向改变步骤：通过风扇叶31的转动使其角度调节，从而带动转筒风帆2转速的改变，从而实现其转筒风帆转向与风向保持相互垂直。

在本实施例中，风扇叶角度调节电动伸缩杆输出杆19的端部面向船头的方向，转筒风帆2为中空结构，且发电机通过导线连接至变速齿轮箱1的内部并与船体内的蓄电装置电连接。

以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。