一种具有风能推进装置的游轮的制作方法

本发明涉及水路运输设备技术领域，尤其涉及一种具有风能推进装置的游轮。

背景技术：

随着全球气候变暖，世界各国对于环境问题日益重视，船舶节能减排在全球节能减排的大趋势下成为船舶水动力研究的热门。国际海事组织也不断以强制性公约、规范的形式加强对海洋环境和大气环境的保护。eedi(船舶消耗的能量换算成co2排量和船舶有效能量换算成co2排量的比例指数)强制性要求已于2013年1月1日正式实施。针对新造船，eedi限值按不同年限分成四个阶段(phase0、1、2、3)，要求新造船能效水平(attainedeedi)达到相应阶段的能效限值(requiredeedi)，使得船舶能效能够得到持续有效的提高，以降低co2排放。

为了符合eedi的强制性要求，世界各国船舶设计者采取了各种可行的手段，发现降低航速无疑是达到eedi要求的最便捷途径，但是航速过低会造成船舶在恶劣海况下无法保持航向稳定性甚至无法逃离危险区域，从而引发安全事故。为此，在marpol附则vi能效要求修正案中明确要求“所安装的推进动力应不小于在恶劣工况下保持船舶操纵性所需要的推进动力”。iacs(internationalassociationofclassificationsocieties,国际船级社协会)根据imo要求，专门成立项目组对船舶最小推进功率进行研究，并起草了船舶最小推进功率评估导则草案，以确保船舶在恶劣海况下的操纵性能，最终保证船舶的安全性。现有船舶相关设计技术很难在满足最小安全功率的同时，又能够满足eediphase3、phase4对于节能减排的要求，这给以大型游轮为代表的货运船舶的设计带来了极大的困难。

因此，提供一种具有风能推进装置的游轮，以期降低船舶能耗，实现节能减排，同时保证船舶在恶劣海况下的操纵性能，满足船舶最小安全功率的要求，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有风能推进装置的游轮，以期降低船舶能耗，实现节能减排，同时保证船舶在恶劣海况下的操纵性能，满足船舶最小安全功率的要求。

为了解决上述问题，本发明提供一种具有风能推进装置的游轮，包括带有甲板的船体、安装于所述甲板上的若干建筑体，和为所述船体提供动力的动力系统；

所述动力系统包括安装于所述船体尾部的船尾推进器、安装于所述船体两侧的侧推机构和安装于所述甲板预设区域内的风能推进装置；

所述甲板上的预设区域内设有安装平台(8)，所述安装平台上均布安装至少两个所述风能推进装置；所述风能推进装置包括固接于所述安装平台上的安装底座(51)、通过轴承可转动地安装于所述安装底座(51)的转轴，和与所述转轴固定连接、并在电机的驱动下绕其中轴线自转的转筒(52)。

进一步地，还包括转筒控制系统，所述转筒控制系统包括主控室、平台控制器，其中主控室内安装有用于整船推进系统的智能控制与运行决策的中心控制器，平台控制器内设置有用于将控制信号转化为电信号传递给各转筒系统的控制回路的转码器。

进一步地，所述侧推机构包括至少一个独立的侧向推进器，和分别与各所述侧向推进器传动连接的异步电机。

进一步地，所述侧推机构包括3个独立的侧向推进器。

进一步地，所述电机与所述转筒之间通过传动机构传动连接，所述传动机构包括安装于所述转筒的中轴与所述安装底座之间的推力轴承。

进一步地，所述传动机构还包括安装于所述中轴与所述安装底座之间的深沟球轴承。

进一步地，所述传动机构还包括安装于所述安装底座上的扭矩传感器。

本发明所提供的游轮具有风能推进装置，该游轮包括带有甲板的船体、安装于所述甲板的若干建筑体，和为所述船体提供动力的动力系统；其中，所述动力系统包括安装于所述船体尾部的船尾推进器、安装于所述船体两侧的侧推机构和安装于所述甲板预设区域内的风能推进装置；所述风能推进装置包括固接于所述甲板上的安装底座、通过轴承可转动地安装于所述安装底座的转轴，和与所述转轴固定连接、并在第一电机的驱动下相对于所述安装底座在竖直平面上摆动的推进机构；所述推进机构包括在第二电机的驱动下绕其中轴线自转的转筒、安装于所述转筒顶部的端板；所述甲板上的预设区域内固接有安装平台，所述风能推进装置具有至少两个，且各所述风能推进装置均布于所述安装平台上，并通过各自的安装底座与所述安装平台固定连接。

在船舶行驶过程中，将风能推进装置摆动至直立位置，由于转筒能够在水平方向上自转，在风向适宜时，该转筒通过旋转在风能作用下产生马格努斯效应，即当旋转物体的旋转角度速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量和平动角速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力，在这个横向力的作用下物体的飞行轨迹将发生偏转。这样，风能推进装置的转筒利用该马格努斯效应产生船舶前进方向的横向力，以与船尾推进器、侧推机构配合辅助船舶推进，从而降低了船舶能耗，实现了节能减排，同时保证了船舶在恶劣海况下的操纵性能，满足了船舶最小安全功率的要求。

附图说明

图1和图2为本发明所示具有风能推进装置的游轮一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明风能推进装置中转筒的结构示意图；

图4为本发明游轮的控制原理图。

附图标记说明：

1-甲板

2-船体

3-建筑体

4-船尾推进器

5-风能推进装置

51-安装底座52-转筒53-端板

6-主控室

7-平台控制器

8-安装平台

9-侧推机构

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的游轮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。

图1和图2为本发明所示具有风能推进装置的游轮一种具体实施方式的结构示意图；图3为图1所示风能推进装置中转筒的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的游轮具有风能推进装置，该游轮包括带有甲板1的船体2、安装于所述甲板1的若干建筑体3，和为所述船体2提供动力的动力系统；其中，所述动力系统包括安装于所述船体尾部的船尾推进器4、安装于所述船体两侧的侧推机构9和安装于所述甲板1预设区域内的风能推进装置5；所述风能推进装置5包括固接于所述甲板1上的安装底座51、通过轴承可转动地安装于所述安装底座51的转轴，和与所述转轴固定连接、并在第一电机的驱动下相对于所述安装底座51在竖直平面上摆动的推进机构；所述推进机构包括在第二电机的驱动下绕其中轴线自转的转筒52、安装于所述转筒52顶部的端板53，端板直径为转筒直径的1.2-1.8倍，由转筒载荷决定，端板可以有效限制转筒顶部绕流，稳定转筒风力负载，使得转筒具有更优的风力助推性能；所述甲板1上的预设区域内固接有安装平台8，所述风能推进装置5具有至少两个，且各所述风能推进装置5均布于所述安装平台8上，并通过各自的安装底座51与所述安装平台8固定连接。

上述风能推进装置5主要由圆柱型转筒52和安装底座51构成，安装底座51嵌入船体安装平台8中，这样的布置形式使得风能推进装置5通过安装平台8与船体2相连接，保证了连接接口的标准化和平台安装的模块化。一般的，安装平台8在游轮总布置设计过程中选择具备平台空间的两层甲板之间，建筑体3形状设计为具备空气动力学的加速型流道，使得侧向风抵达转筒处具有较大的速度，增加风能推进装置运行效率。该风能推进装置5可以沿甲板1的中轴线布置，也可以根据甲板空间在两舷侧对称布置，但应遵循左右对称的原则。

在船舶行驶过程中，由于转筒52能够在水平方向上自转，在风向适宜时，该转筒52通过旋转在风能作用下产生马格努斯效应，即当旋转物体的旋转角度速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量和平动角速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力，在这个横向力的作用下物体的飞行轨迹将发生偏转。这样，风能推进装置的转筒52利用该马格努斯效应产生船舶前进方向的横向力，与船尾推进器4、侧推机构9配合辅助船舶推进，从而降低了船舶能耗，实现了节能减排，同时保证了船舶在恶劣海况下的操纵性能，满足了船舶最小安全功率的要求。

进一步地，为了提高控制性能，便于根据环境情况调整驱动系统的工作状态，该游轮还包括转筒控制系统，所述转筒控制系统包括主控室6、平台控制器7，其中主控室6内安装有用于整船推进系统的智能控制与运行决策的中心控制器(mc-a)，平台控制器7内设置有用于将控制信号转化为电信号传递给各转筒系统的控制回路的转码器。

具体地，风能推进装置5布置于游轮夹板的中纵面上，通过安装底座嵌入安装平台8中，安装平台8为一个综合集成系统，其中集成了复杂的动力与控制系统，每个转筒由安装底座中的独立电机进行动力驱动，每个电机具备独立的电源和控制线路，可以独立或者协同工作。平台控制器将所有转筒的信号线路进行集成连接，作为唯一通路与游轮其他系统进行信息交换。平台控制器可以与船舶主控室进行直接连接，将主控室的操控信息转化为电信号，控制转筒系统以一种最佳的方式进行运转。船舶主控室是该型豪华游轮的中央控制核心，其具备显示系统和人工控制系统，可以自动的或手动的对游轮所有推进与操纵设备进行控制。各系统传感器信息和运转情况数据通过整船联网汇集于主控室，主控室具备可人工干预的智能控制与决策系统，其具备的数据库和智能算法可根据当前海洋环境、船舶响应、航行状态、航行目标及各推进与操控系统运行情况进行实时优化调整，使得转筒系统和其他推进系统具备最佳的匹配运转方式。

上述侧推机构包括至少一个独立的侧向推进器，和分别与各所述侧向推进器传动连接的异步电机，以提高侧推机构的推动性能；具体地，该侧推机构包括1-3个独立的侧向推进器。

船尾推进器作为船舶的主推进系统包括1-2台主机和螺旋桨推进器及自动舵系统，侧推系统包括1-3套侧向推进器，特别的，精密的传感器和数据传输网络同样布置在推进系统中，其控制线路与主控室连接，使得该船具备高度的数据化、自动化和智能化。

基于豪华型游轮的具体设计和功能需求，可在风能推进装置的转筒表面安装娱乐或功能性装饰，使得豪华游轮风能推进装置兼具功能性、观赏性和娱乐性。

上述主控室所具备智能控制与决策系统，具有感知、计算、优化、决策功能，将控制命令传输至各推进与操控系统(侧推系统、主机系统、自动舵、风力助推转筒系统等)。控制系统为嵌入式计算机系统，通过接口协议与通信网络进行数据交互，包括嵌入式硬件和数据分析、优化计算、智能决策等软件组成，软件系统可以调用预先存储的数据库进行实时快速优化分析，完成游轮转筒、推进系统、操纵系统的控制，自动的、实时的适应当前航行条件，进行航向、航速和姿态控制，并完成容错控制和误差反馈。

以具备五个风能推进装置的豪华游轮为例，如图4所示，s1、s2、s3等为上述感知模块的传感器，其感知数据通过感知模块集成后传输至主控室所具备的中心自动控制器mc-a中，mc-a完成数据分析、优化计算和控制决策后，将控制信号通过通信网络传输至转筒平台主控制器的转码单元tu，经转码后将控制信号转化为电信号，经控制回路u，分别传送至各转筒的综合集成系统中，由其中的变频器回路调节异步电机m的转速，控制转筒1进行工作。相应的中心自动控制器mc-a发出的控制信号也通过通信网络传输至主推进系统9的控制系统mec和首侧推系统4的转码单元，同样经转码后，形成电信号控制推进系统调节功率和转速。一般的，首侧推系统为电力推进，因此与转筒系统类似，通过变频器回路调节异步电机进行工作，而主推进系统为燃油主机，通过其内置的控制系统me进行功率和转速调节。

进一步地，独立的人工控制器mc-m存在于系统中，当mc-m开关打开时，中心控制器与转筒系统的连接自动断开，工作人员可以通过人工操纵mc-m控制器对游轮推进系统和转筒系统进行控制。

为了提高传动能力，保证横向和纵向的稳定性，所述第二电机与所述转筒52之间通过传动机构传动连接，所述传动机构包括安装于所述转筒52的中轴与所述安装底座51之间的推力轴承、安装于所述中轴与所述安装底座51之间的深沟球轴承和安装于所述安装底座51上的扭矩传感器。

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。