[发明专利]一种船用可发电式旋筒帆助航系统及方法

说明书

本发明公开一种船用可发电式旋筒帆助航系统及方法，船舶助航模式时，集成控制器的电机控制器控制基座电机切换为电动机，集成控制器的液压控制器驱动液压机械臂收起使两扇转叶收起形成旋筒风帆，基座电机通过传动齿轮带动中心转轴转动，经液压机械臂带动旋筒风帆转动，使船舶在航行中利用旋筒风帆辅助航行；风力发电模式时，电机控制器控制基座电机切换为发电机，液压控制器驱动液压机械臂展开使两扇转叶展开并作为风力发电叶片，风带动风力发电叶片转动，通过液压机械臂带动中心转轴转动，带动基座电机发电。本发明将风能发电与风帆助航有机结合，多途径多角度地利用风能扩大风能的利用范围及显著提高风能利用率，结构简单、操作方便。

技术领域

本发明涉及船舶节能减排领域，特别涉及一种船用可发电式旋筒帆助航系统及方法。

背景技术

船舶运输具有成本低、载运量大等显著优势，承担了全球贸易90％的运输量，是国民经济运行中不可或缺的战略性服务产业。随着能源压力与环境问题的日益突出，船舶行业节能减排已成为目前广泛关注的焦点。辽阔的海面上蕴涵着丰富的风能资源，风帆助航技术在船舶上的应用不仅历史悠久，而且也是当前新能源船舶研究的热点。风能作为一种清洁且可再生能源，推动其在船舶上的广泛利用对于实现绿色航运有着重要的意义和深远的影响。为了实现风帆助航技术在船舶上的普及应用，提高风帆装备的性能尤为关键。首先，风帆装备需要具有良好的风能实时捕捉效率，以在体现出风帆助航技术的实际利用价值。其次，风帆装备还需操作灵活便捷，以适应风向及风速的随机变化特性。此外，风帆装备需要充分考虑甲板结构及支撑强度，以在助航使用时满足结构安全要求。由于船舶并不是一直处于航行状态，当进行水上锚泊及靠港作业时常规风帆装备将处于闲置状态，从而造成风能有效利用时间的浪费。而如游艇、邮轮、渔船和工程作业船等特定用途船舶实际航行时间并不长，经常需要长时间停航进行水上娱乐或生产作业。因此，如何提高风帆装备的风能利用时间，是需要重点考虑的问题。风帆船舶在随机风浪联合作用下，其运动控制不仅要考虑船舶水动力学特性，也要考虑风帆空气动力学特性以及两者之间的相互耦合作用，从而具有很好的理论研究意义。旋筒式风帆基于马格努斯效应，通过主动调节旋筒转速及转向实现帆体受力大小和方向的灵活变化，从而不仅具有很好的风能利用效率，也为风帆助航船舶先进运动控制提供了条件。

现有的专利(CN201220343897.4；名称：风帆、风电综合节能船；)中所述的风帆为传统的翼型帆，在不同的风况(风速及风向)下，需要大量人力来进行帆体升降与角度调整，操作麻烦。而且在航行中发电会增加船舶所受阻力从而增大油耗。另外，专利(CN201610115680.0；名称：一种可发电的自适应风帆)中可使船舶在航行中利用风帆助航，在锚泊时利用风机辅助发电,但其采用活动翼型风帆，需要额外设计供电系统，结构复杂；在风况改变时操作繁琐且助航方式单一，转向助航不方便，不灵活；会占用船舶甲板上较大的空间，减少货运量。

针对上述问题，需要提供一种结构简单、操作灵活、风能利用效率高的旋筒帆助航与发电综合应用方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船用可发电式旋筒帆助航系统及方法，将风能发电与风帆助航有机结合在一起，多途径多角度地利用风能扩大风能的利用范围及显著提高了风能的利用率，并且整体结构简单、操作方便，可实现转向助航、占用甲板空间小、易于维护、成本低。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种船用可发电式旋筒帆助航系统，其工作模式至少包含船舶助航模式和风力发电模式，包含：

集成控制器，包含电机控制器和液压控制器；

供电/发电系统，包括若干个基座电机和为所述基座电机供电的蓄电模块，所述电机控制器控制所述基座电机切换为电动机或发电机；