一种基于马格努斯原理的船舶减摇辅助破冰装置

1.本发明涉及一种基于马格努斯原理的船舶减摇辅助破冰装置，属于船舶设备技术领域。


背景技术：

2.船舶在海上航行会遇到风浪的作用，并产生摇摆现象，这种现象会严重影响到船舶正常的航行性能，船体的结构和船内物件也会受到影响，船舶的横向摇摆会降低船舶的适航性,损坏船体结构,影响设备、仪表的正常工作,还会导致货物移位或撞击损坏，也可能会造成乘客昏晕等不良影响。马格努斯效应指的是在粘性不可压缩流体中，运动的旋转物体受到升力作用，从而影响物体在空气中或水中的行进路线的一种现象。马格努斯效应力原理如下：圆柱在速度为v的均匀流场中作顺时针旋转，根据无滑移条件，圆柱表面附近的流体会随圆柱的旋转一起运动，使得与圆柱旋转方向相同的流体速度增加，而与圆柱旋转方向相反的流体速度减小，则右半部分圆柱表面附近的流体速度大于左半部分流体速度，由伯努利原理知，圆柱右半部分压强较左半部分小，压强差的存在使得圆柱受到一个向右的力，即马格努斯效应力。同理，当圆柱逆时针旋转时，旋转圆柱则会受到一个向左的力。
3.事实上，船舶在静止或低航速的情况下也会发生摇晃，然而目前能在静止或低航速情况下达到显著减摇效果的减摇装置并不多。而马格努斯效应力则是通过自身的转速大小以及迎角的变化而变化，可在不同的航速及海况下进行减摇。
4.我国目前在北极的重点领域是资源探索和北极航运路线。无独有偶，中国船舶行业目前最重要的三个方面是极地、南海、内河。所以冰区和近冰区船舶航行技术在现如今的国家战略中至关重要，冰区航行船舶最重要的能力就是破冰能力。所以，船舶具备一定的破冰功能同样十分重要。
5.如何设计一种不仅能在中、高航速下进行减摇，又能在静止或低航速情况下进行减摇同时又具备在小范围冰区进行辅助破冰的多功能减摇装置是一个急需解决的问题。
6.专利公开号为cn 110615076 a，名称为“一种基于马格努斯效应的分离圆柱式减摇装置”的发明专利中，所描述的装置包括电动机、电动机轴承、万向节、直线轴承、两个半圆柱、端板，所述两个半圆柱一端由端板连接在一起，电动机一端连接电动机轴承的一端，电动机轴承的另一端连接万向节的一端、万向节的一端连接直线轴承的一端，直线轴承的另一端连接半圆柱的一端，电动机转动带动半圆柱转动。本发明通过电动机来驱动两个半圆柱旋转，两个半圆柱旋转使该减摇装置产生压力差，从而产生升力，在船舶两侧各安装一个该减摇装置，所产生的力矩可以抵消船舶横摇力矩，从而达到减摇效果，并且两个半圆柱中间有一定间隙，能够起到分流作用，减小阻力，提高升阻比，可以提高减摇效果。该发明未设置存储位置，当不需要减摇时会增大船舶的空间大小，容易造成装备的损坏，而本发明对其添加了辅助破冰的功能。
7.专利公开号为cn 110254677 a，名称为“一种基于马格努斯效应的新型破冰舵”的发明专利，所描述的装置包括内圆柱、外圆柱、圆锥颗粒、电动机、万向节、直线轴承，其特征
是：所述内圆柱和外圆柱同轴布置，内圆柱与外圆柱采用键连接；电动机和内圆柱之间由万向节连接。该发明利用马格努斯效应，产生的舵力更大，提高了船舶的操纵性，同时具有一定的破冰作用。但其是减摇破冰同时进行，在无需破冰时锥体会影响舵对船舶的操纵效率。而本发明既可同时进行破冰和减摇，又可通过将破冰锥体收回进行单独的减摇，避免破冰锥体对影响减摇效果。


技术实现要素：

8.针对现有技术所存在的不足，本发明的目的是要提供一种基于马格努斯原理的船舶减摇辅助破冰装置，可根据风浪大小、航速以及船舶摇摆幅度调整圆柱体转速来实现船舶在全航速下减摇的作用，同时当船舶处于冰区作业时，通过释放存储在储存柱体内的带破冰锥体的圆柱壳随着圆柱体转动同时具有减横摇作用又有一定的辅助破冰作用，以满足船舶在小范围冰区作业。
9.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于马格努斯原理的船舶减摇辅助破冰装置，包括圆柱式减摇辅助破冰装置，其设于船体舷部的安装槽口内，安装槽口的一端设有可转动的转体，所述的圆柱式减摇辅助破冰装置与转体相连；所述的圆柱式减摇辅助破冰装置包括电机、转轴、万向接头、直线轴承、圆柱壳和圆柱体，还包括设在圆柱壳内部、可沿圆柱壳轴向伸缩且可随圆柱壳一起转动的内置柱面，所述内置柱面表面装有多个破冰锥体。
10.本发明中，圆柱式减摇辅助破冰装置的作用如下：在圆柱式减摇辅助破冰装置处于工作位置时，通过电机输出带动转轴转动，通过直线轴承传递到圆柱壳，最终实现圆柱体的转动，以达到减摇作用。
11.本发明中，内置柱面的作用如下：在船舶处于冰区作业时，可通过圆柱壳内的液压升降柱将圆柱壳内的内置柱面推送至圆柱体处，方便进行辅助破冰作业。
12.本发明中，破冰锥体的作用如下：内置柱面表面装有多个破冰锥体，可随着圆柱壳一起转动，起到一定的辅助破冰的作用。
13.进一步地，所述圆柱体与圆柱壳固定相连。
14.进一步地，所述内置柱面通过液压升降柱与圆柱壳内部固定相连。
15.进一步地，所述圆柱壳外部与直线轴承相连，直线轴承通过万向接头与转轴的其中一端相连，转轴的另一端与电机输出端相连。
16.进一步地，所述圆柱式减摇辅助破冰装置的电机安装在转体内。
17.进一步地，所述内置柱面在靠近直线轴承的一端安装有可活动的内置磁吸片。
18.进一步地，所述圆柱体在靠近圆柱壳的一端固定安装有电磁铁。
19.本发明中，内置磁吸片和电磁铁的作用如下：当内置柱面推送至圆柱体处时，内置柱面内置磁吸片会被圆柱体上电磁铁吸附，避免水流进入圆柱壳内，影响其工作效率。
20.进一步地，转体内部设有内齿轮，船体内安装有齿轮转轴，所述内齿轮与齿轮转轴啮合连接。
21.本发明中，内齿轮与齿轮转轴的作用如下：在船舶处于横摇状态时，通过船体内的齿轮转轴与转体内的内齿轮啮合运动带动
圆柱式减摇辅助破冰装置转动到工作位置，方便装置进行减摇与破冰作业。
22.当无需使用圆柱式减摇辅助破冰装置时，可通过船体内的齿轮转轴与转体内的内齿轮啮合运动带动圆柱式减摇辅助破冰装置转动到安装槽口内，减少船体所占空间。
23.本发明具有如下技术效果：1、本发明的基于马格努斯原理的船舶减摇辅助破冰装置，通过主动施加转速产生升力，既有船舶静止或低航速下的减摇作用，又有在中高航速下减摇的作用。
24.2、本发明的基于马格努斯原理的船舶减摇辅助破冰装置，通过释放存储在圆柱壳内的带破冰锥体的内置柱面随着圆柱体转动同时具有减横摇作用又有一定的辅助破冰作用，通过电机带动圆柱体及带破冰锥体的内置柱面可实现船体两侧辅助破冰，清理船体两侧靠近的浮冰，以满足船舶在小范围冰区作业。
25.3、本发明的基于马格努斯原理的船舶减摇辅助破冰装置，在无需破冰时可将带破冰锥体的内置柱面收回到圆柱壳内，以减小减摇阻力，提高减摇效率。同理，当无需减摇时，可通过船体内的齿轮转轴与转体内的内齿轮啮合运动带动圆柱式减摇辅助破冰装置转动到安装槽口内，减少船体所占空间。
附图说明
26.图1为本发明实施例船舶减摇辅助破冰装置的安装结构示意图。
27.图2为实施例中船舶减摇辅助破冰装置减摇状态结构示意图。
28.图3为实施例中船舶减摇辅助破冰装置辅助破冰状态结构示意图。
29.图4为实施例中船舶减摇辅助破冰装置辅助破冰状态结构截面图。
30.图5为实施例中船舶减摇辅助破冰装置的减摇工作示意图。
31.图6为实施例中船舶减摇辅助破冰装置的减摇工作俯视图。
32.图7为实施例中船舶减摇辅助破冰装置的辅助破冰工作俯视图。
33.图8为实施例中船舶减摇辅助破冰装置的转体转动结构示意图。
34.图9为实施例中船舶减摇辅助破冰装置的转体内部结构示意图。
35.图中，1、船体；2、转体；3、安装槽口；4、圆柱式减摇辅助破冰装置；5、转轴；6、万向接头；7、直线轴承；8、圆柱壳；9、圆柱体；10、内置柱面；11、内置磁吸片；12、破冰锥体；13、电磁铁；14、电机；15、液压升降柱；16、内齿轮；17、齿轮转轴。
具体实施方式
36.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
37.如图1-9所示，本发明的基于马格努斯原理的船舶减摇辅助破冰装置，包括圆柱式减摇辅助破冰装置4，其设于船体1舷部的安装槽口3内，安装槽口3的一端设有可转动的转体2，转体2内部设有内齿轮16，船体1内安装有齿轮转轴17，所述内齿轮16与齿轮转轴17啮合连接。
38.所述的圆柱式减摇辅助破冰装置4包括电机14、转轴5、万向接头6、直线轴承7、圆柱壳8和圆柱体9，还包括设在圆柱壳8内部、可沿圆柱壳8轴向伸缩且可随圆柱壳8一起转动的内置柱面10，所述内置柱面10表面装有多个破冰锥体12。
39.所述圆柱体9与圆柱壳8固定相连。所述内置柱面10通过液压升降柱15与圆柱壳8内部固定相连。所述圆柱壳8外部与直线轴承7相连，直线轴承7通过万向接头6与转轴5的其中一端相连，转轴5的另一端与电机14输出端相连。所述圆柱式减摇辅助破冰装置14的电机安装在转体2内。所述内置柱面10在靠近直线轴承7的一端安装有可活动的内置磁吸片11。所述圆柱体9在靠近圆柱壳8的一端固定安装有电磁铁13。
40.本发明的基于马格努斯原理的船舶减摇辅助破冰装置，既有船舶静止或低航速下的减摇作用，又有在中高航速下减摇的作用，在船舶处于横摇状态时，通过船体1内的齿轮转轴17与转体2内的内齿轮16啮合运动带动圆柱式减摇辅助破冰装置4转动到工作位置。当无需使用圆柱式减摇辅助破冰装置4时，可通过船体内的齿轮转轴17与转体2内的内齿轮16啮合运动带动圆柱式减摇辅助破冰装置4转动到安装槽口3内。通过设置安装槽口3减少船体1所占空间。
41.在圆柱式减摇辅助破冰装置4处于工作位置时，通过电机14输出带动转轴5转动，通过直线轴承7传递到圆柱壳8，最终实现圆柱体9的转动，通过圆柱体9的转动可以实现船舶减摇作用。
42.当船舶处于冰区作业时，内置柱面10可通过圆柱壳8内的液压升降柱15将圆柱壳8内的内置柱面10推送至圆柱体9处。内置柱面10推送至圆柱体9处时，内置柱面10内置磁吸片11会被圆柱体9上电磁铁13吸附，避免水流进入圆柱壳8内影响其工作效率。内置柱面10表面装有多个破冰锥体12，可随着圆柱壳8一起转动，以达到辅助破冰的作用。
43.基于马格努斯原理的船舶减摇辅助破冰装置，可根据风浪大小、航速以及船舶摇摆幅度调整圆柱体转速来实现船舶在全航速下减摇的作用，同时当船舶处于冰区作业时，通过释放存储在圆柱壳8内的带破冰锥体12的内置柱面10随着圆柱体9转动同时具有减横摇作用又有一定的辅助破冰作用，以满足船舶在小范围冰区作业。
44.本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种修改、补充或采用类似的方法替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。