船用带套筒的旋筒风力帆的制作方法

：本发明属于刚性帆，特别是水平高置于构架上，垂直于航向的旋筒，外面套有同心的套筒，两者有环形间隙，套筒上面装有2-12个带方向舵的弯管，能自动跟踪风向作360°旋转，当任何方向来风沿着弯管而垂直向下，与旋转着的旋筒会产生“玛格努斯效应”推力，推动船舶航行的旋筒帆技术。

背景技术

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背景技术：

1、早在170年前的1852年，德国物理学家，海因里希.玛格努斯描述了“玛格努斯效应”(magnus effect)，一种在流体中旋转物体(如圆柱体)受到的力。

2、德国人弗莱特纳(antonl fetter)将其应用于船舶动力上，他将直径3米，高13米的旋转圆筒装于460吨“巴考号”(bueak u)取代船上的帆，以4.4千瓦发动机，带动它的旋转，借助海风在旋转的圆筒上产生推力，成功地从德国汉堡，横渡大西洋到达美国纽约。后又在另一艘“巴拉巴拉号”的船上装三个旋筒，航行于大西洋航线三年之久，旋筒因其投资低，单位推力大，但要候风，看有利风向，才能启航，被当时兴起的柴油机，不需要候风，不需看风向，随时随地能航行所取代。

3、在21世纪因船用重油含硫量高，虽重油价廉，但对环境污染严重，以及燃油费高涨的压力，很多船主又开始青睐这无污染的旋筒风帆，因而此技术如雨后春笋般的发展起来。

4、1、2010年德国enercon公司为e一snip1号，船长130米，宽22，5米，排水量为10550吨，加装了四个旋简，高27米，直径为4米，另外配用柴油机3500千瓦一台，航速达17.5节，获“国际帆船协会”(iwsa)，“风力推进创新奖”，节油50％。

5、2、2018年4月大型动力邮轮，“uiking grace″号进行三年旋筒帆测试，推动船舶航行，作为辅助动力，每年可节省燃油成本20％，节省液化天然气300吨，减排二氧化碳900吨，其旋筒能倾倒于甲板上。

6、3、德国“fehn pollux”号杂货船，载重吨为4200吨，装有旋筒高18米，直径3米，用复合纤维材料作旋筒，配70千瓦电机，电机耗能20-30千瓦。

7、4、2021年1月20日，芬兰侧门滚装船scconnector号建造于1997年，总吨位12251吨，装有2台，高35米，宽5米旋筒帆，可倾倒，于北海航行，能保持正常航速，节油25％，其产生推力相当螺旋桨轴功率7000千瓦，也就是2台x35米x5米＝350平方米投影面积，能产生7000千瓦的轴功率，即每平方米投影面积，估算能产生20千瓦/平方米的轴功率。

8、5、江苏海通海洋工程装备有限公司，为希腊建造64000吨散货船，“afros″号，装有四台高18米的旋筒，转速为450转/分，可按风速，风向传感器，控制旋筒的转向和转速，日均降油耗为4吨，34年可回收成本。

9、垂直甲板安装的旋筒的缺点如下：

10、1、旋筒垂直装于甲板上面，其位置较低，其下半部受船上各种装着的设备遮挡影响，风速较低，因此推力也受到影响。

11、2、玛格努斯效应产生的推力，垂直于旋筒轴线及风向，因此最佳风向为垂直航向的侧面风，因此在航行中机遇较少，所以效率较低，在海上八方来风中，只能部分产生有利于航行的推力，这是旋筒帆的致命缺点。

12、3、在船的航行中，除了两侧来风外，其余风向不仅不能产生有用的推力，反而会产生较大的阻力和倾侧力矩，对航速有较大影响。

13、4、旋筒旋转要依靠柴油机或电动机驱动，这就需要消耗化石燃料，这就需要储存燃料，及输送燃料的管道等，不仅占用空间，污染环境还有火灾危险。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、为了克服背景技术的缺点 本发明目的是提供一种全新的“船用带套筒的旋筒风力帆”技术，能够解决上述列举的技术问题，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是；

2、将旋筒轴水平高置于船舷两侧的高高构架上，垂直于航向，旋筒外套以同心的套筒，套筒固定于构架不动，再以量子电池及超级电容电池并联供电给调速电机，驱动旋筒旋转，套筒顶部，装有2-12厂字形弯管，能靠后面的方向舵，自行跟随风向作360°转动，套筒下面有排气口，厂字形弯管下面中心处装有整流板、歪脖角锥，使进入弯管的八面来风，按弯管管型及歪脖角锥锥形的导引变为垂直向下的来风，与顺时针旋转的旋筒产生“玛格努斯效应”推力，推力与航向同向，来风经与旋筒产生作用后经排气口向下排出，为使经弯管后的来风均匀分布于旋筒轴向，歪脖角锥四周都均布小孔，当船舶需要倒车时，则可使旋筒反向旋转，弯管上方进口处装有鼓风机，当船舶进、离港时或风速过小时，可利用量子电池供电驱动鼓风机向下垂直鼓风增加推力，弥补风速不足，套筒外装有整流罩，在航行方向上呈锐角，以减少套筒的航行阻力。

3、一.种“船用带套筒的旋筒风力帆”是由：

4、1、量子电池       2、构架             3、整流罩         4、弯管

5、5、鼓风机         6、方向舵           7、旋筒           8、小平台

6、9、超级电容电池   10、船舷            11、八面来风      12、套筒

7、13、套筒轴        14、                15、旋筒轴        16、调速电机

8、17、航向          18、歪脖角锥        19、小孔          20、整流板

9、21、长盘          22、间隙            23、螺旋形框条    24、轴承

10、25、排气口        26、挡板兼加强筋    27、桁条          28、端板

11、29、加强筋        30、套筒轴固定焊接  31、联轴节        32、转向

12、33、推力方向      34、上下半爿结合面依次连接组成。

13、1、其特征在于：旋筒水平高置于船舷两侧构架上，垂直于航向。

14、旋筒(7)置于船舷(10)两侧的高高的构架(2)上，垂直于航向(17)，高于船舱及装载物，使其不受遮挡，直接承受八方来风(11)，经厂字形弯管(4)而垂直向下，与旋转的旋筒(7)相互作用产生“玛格努斯效应”推力推动船舶向前进；船舷(10)两侧的构架(2)旋筒(7)每列可多达1-10个，其间距为5-10倍旋筒(7)外径，旋筒(7)壁的内侧装有螺旋形框条(23)，并以桁条(27)固定其间距，以此加强旋筒(7)壁面，旋筒(7)两端内侧的端板(28)上装有加强筋(29)，并与旋筒轴(15)相接。

15、2、其特征在于：旋筒外套着固定的套筒，两者间有同心环形间隙。

16、旋筒(7)外面套以固定不动的套筒(12)，两者间有同心环形间隙(22)，间隙(22)，为旋筒(7)的直径1/30～1/10，套筒(12)的作用是使八面来风(11)隔绝外面来风的影响，顺着厂字形弯管(4)的管形及歪脖角锥(18)的引导，八面来风(11)都转而垂直向下，与垂直航向(17)顺时针旋转着的旋筒(7)相互作用，产生“玛格努斯效应”，套筒(12)的外壁面装有螺旋形框条(23)，并用桁条(27)固定其间距，但其间距要稍大于旋筒(7)上的间距，因其固定，不承受扭矩，刚性要求较低，套筒(12)以套筒轴固定焊接(30)焊接，旋筒(7)与调速电机(16)连接用联轴节(31)连接；此时旋筒(7)的“玛格努斯效应”推力方向(3)与航向(17)相同，套筒(12)由二半爿相结合，上下两爿结合面(34)处于水平状态。

17、3、其特征在于：套筒顶部装有2-12个厂字形弯管，其下有口。

18、套筒(12)顶部装有扩口的厂字形弯管(4)，弯管(4)上口装有量子电池(1)驱动的鼓风机(5)，弯管(4)后面装有方向舵(6).能自动控制弯管(4)及整流板(20)，歪脖角锥(18)随风向旋转360，为使垂直向下气流均匀，歪脖角锥(18)四周开有小孔(19)，套筒(12)底部开有排气口(25)，使八面来风(11)经弯管(4)及旋筒(7)后排出套筒(12)下面的排气口(25)下，厂形弯管(4)口部是扩口状，其目的使尽可能多的八面来风(11)进入弯管(4)内，弯管(4)边逐步弯曲，边收敛，使垂直向下气流加速流向旋筒(7)，在弯管(4)与套筒(12)相交接处装有整流板(20)，使气流不致因旋转而紊流，垂直向下，排气口(25)四周有挡板兼加强筋(26)。

19、4、其特征在于：弯管下方正中心处装有整流板、歪脖角锥、和固定于套筒开口上的长盘。

20、厂字形弯管(4)正中心下方，装有整流板(20)、歪脖角锥(18)及长盘(21)，装在套筒(12)上面的歪脖角锥(18)，会引导气流从八面来风(11)转而循着弯管(4)壁面和歪脖子角锥(18)锥形垂直向下，经整流板(20)与旋转着的旋筒(7)相互作用，产生与航向(17)方向相同的“玛格努斯效应”推力，为使轴向的旋筒(7)气流均匀，在歪脖角锥(18)四周及固定的长盘(21)上表面打有小孔(19)，弯管(4)下方经歪脖角锥(18)套有整流板(20)，以防气流紊乱。

21、5、其特征在于：弯管上口部装有鼓风机。

22、在各个弯管(4)上口部装有鼓风机(5)，其调速电机(16)也由量子电池(1)和超级电容电池(9)并联供电，以备海上风速较小时或船舶靠泊和离港时，开动鼓风机(5)，使进入弯管(4)风速增加，增大船舶前进推力。

23、6、其特征在于：在套筒外前、后，有呈锐角的整流罩。

24、在套筒(12)外前、后面各有呈锐角的整流罩(3)，使被罩的套筒(12)呈长菱形，以减少船舶航行阻力，及尾气流形成涡流的阻力，使船舶航速得以提高。

25、7，其特征在于：旋筒以筒壁承力，中心无传动轴。

26、因旋筒(7)直径较大，长度亦大，为减轻其重量，中心无传动轴，在旋筒(7)两端板(28)上装旋筒轴(15)，在其上装轴承(24)，并套于固定的套筒轴(13)内，套筒轴固定焊接(30)焊于构架(2)，整流罩(3)固定于套筒(12)表面，套筒(12)分上下两爿，待装入旋筒(7)后，上下半爿结合面(34)再固定，旋筒(7)的旋筒轴(15)以联轴节(31)与调速电机(16)相连接，装于小平台(8)上面。

27、本发明有益效果是：一种上述技术方案的“船用带套筒的旋筒风力帆”，实现了本发明的目的，克服了背景技术的缺点，达到了能利用任何方向来风都能推动船舶，向随时变化的航向前进即使在离.泊港时，或风速较小时仍能航行。满足了船舶在节油、减排、省钱，省人力，少维护的要求，能取代船上主，辅柴油机而代之的目的。