一种兼具风力助推的船舶起货机
阅读说明：本技术 一种兼具风力助推的船舶起货机 (Ship cargo aircraft with wind power boosting function ) 是由 李博洋 鲁捷 林轶群 赵晶 张荣秀 姚文龙 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明针对甲板空间有限的中小型远洋船舶提出了一种兼具风力助推的船舶起货机,将风帆安装于船舶起货机上,实现了对船舶有限甲板空间的合理利用,这种风帆与船舶起货机的融合能够有效解决甲板空间资源有限的船舶难以安装风帆的难题,且利用船舶起货机的回转系统可实现本发明中风帆的转向,降低了装置的成本投入。此外,船舶起货机的吊臂具有较长的长度,这也使得风帆具有较大的面积,能够产生较大的推进力,助推效果明显。本发明装置利用海上风为船舶提供额外的推进力,有利于减少船舶燃油的消耗,降低环境污染,具有较高的实际应用价值。(The invention provides a ship cargo plane with wind power assistance for small and medium-sized ocean ships with limited deck space, a sail is arranged on the ship cargo plane, the limited deck space of the ship is reasonably utilized, the integration of the sail and the ship cargo plane can effectively solve the problem that the sail is difficult to install for the ship with limited deck space resources, and the turning system of the ship cargo plane can be utilized to realize the turning of the sail, so that the cost investment of the device is reduced. In addition, the suspension arm of the ship cargo aircraft has longer length, so that the sail has larger area, can generate larger propelling force, and has obvious boosting effect. The device of the invention provides extra propulsive force for the ship by utilizing the offshore wind, is beneficial to reducing the consumption of ship fuel oil and reducing environmental pollution, and has higher practical application value.)
技术领域
本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种兼具风力助推的船舶起货机。
背景技术
随着航运技术的发展和全球范围内航运贸易愈发的频繁，船舶运输已成为货物运输的重要途径。然而船舶在航行过程中会消耗大量的燃油，燃烧燃油产生的NOx、SOx和CO2气体以及PM2.5等污染物更是加剧了对环境的负担。因此，如何降低船舶尾气污染是当今亟需解决的重要难题。
风能作为一种清洁无污染的可再生能源在船舶上的应用倍受青睐。由于船舶在海上航行，海平面比较空旷，海上风能资源十分丰富，所以对船舶而言利用风能助推有着很大的优势。风能在船舶上的应用有利于减少船舶对化石燃料的消耗，进而降低了环境污染，实现船舶的节能减排。
基于此，专利号为CN 106938693 B的中国专利公开了一种利用马格纳斯效应的圆台形旋筒风帆装置、专利号为CN 112849381 A的中国专利公开了一种风帆装置及远洋货轮以及专利号为CN 112124547 A的中国专利公开了一种翼型风帆，这些风帆都可以为船舶提供较好的推进力，实现了风能在船舶上的应用。但上述专利的风帆会占用大量的甲板空间，对于一些杂货船、小灵便散货船等中小型远洋船舶应用较为困难，原因是：中小型远洋船舶的尺寸小、甲板空间有限，当安装船舶起货机或类似设备时剩余的甲板空间不足以安装旋筒风帆、翼型风帆等尺寸较大的风帆。此外，翼型风帆需要根据船舶航向和风向不断调整迎风状态以实现对船舶产生前进的推进力，需要设置专门的风帆回转系统，并且为了悬挂帆还需要设置桅杆，都使得风帆助推装置的结构变得复杂，增加了装置的成本投入。因此，如何在此类中小型远洋船舶上安装风帆成为重要的难题。
船舶起货机又称克令吊，它主要由吊臂、起重柱、索具和绞车等结构组成，是船舶装卸货物的设备，主要用于货物的运输转移、海水补给等，广泛应用于杂货船、小灵便散货船和多用途船等尺寸相对较小的船舶上，也就是甲板空间有限的船舶上，而大型船舶一般不会安装船舶起货机。船舶起货机由起升系统、变幅系统和回转系统组成，回转系统可以调整船舶起货机吊臂的转向，改变船舶货物空间位置，实现货物的移动。
基于此，若是能提出一种兼具风力助推的船舶起货机，该装置将风帆与船舶起货机相融合，应用于甲板空间资源有限的船舶，那么这种装置将能有效解决甲板空间较少的船舶难以于甲板安装风帆的难题，具有较好的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是针对上述提到的问题，提出一种兼具风力助推的船舶起货机，能够有效解决甲板空间资源有限的中小型船舶难以安装风帆的难题。该装置在现有的船舶起货机上安装卷帘式风帆，通过风帆将风能转化为推进力来实现船舶对风能的利用；船舶起货机本身具有回转系统，无须另设新的回转系统就可以实现风帆的转向来调整迎风状态；并且船舶起货机装置较高，无需另设桅杆来悬挂风帆。该装置有利于减少船舶的燃油消耗，进而减少环境污染，实现船舶的节能减排。
本发明装置包括：卷筒、转轴、风帆、L型支撑杆、滑轮、牵引绳，回转系统。
所述卷筒设于船舶起货机的吊臂上，将吊臂的一侧吊臂杆改为卷筒。
所述转轴设于卷筒内，可在卷筒内旋转。
所述风帆设于船舶原有的船舶起货机上，与转轴连接，风帆为卷帘式设计，可收放于卷筒中，在船舶起货机上呈三角形样式。风帆沿船长方向分别在船舶的左舷和右舷交替布置，分布于船舶两侧。
所述L型支撑杆设于船舶起货机的起重柱的顶部，由起重柱向上延伸形成一定的高度，竖直杆部分可以伸缩。
所述滑轮设于L型支撑杆最上方的水平杆上。
所述牵引绳用于牵引风帆，牵引绳一端连接风帆，另一端在卷筒内，牵引绳在顶端与滑轮配合。
所述回转系统与船舶起货机原有的回转系统相结合。
设从船舶航行方向沿逆时针方向到风向所转过的角度为θ，当θ∈[0°，60°]∪[300°，360°]时，则判断为船尾方向来风，船舶顺风航行。此时本发明装置能利用此区域内的风向产生较大的向前推进力，装置的使用效果好。
船舶航行过程中会受到不同风向的作用，本发明装置可以在风向传感器的作用下调整迎风方向和状态。当船尾方向来风时，本发明装置的风帆升起，在风向传感器的作用下旋转至风帆与风向垂直，气流对风帆动压力作用会使帆产生向前的推进力分力，提高船舶的推进力；当从其他方向来风时，本发明装置的风帆收起，船舶起货机恢复至原来的位置，不会对航行船舶产生额外阻力。
本发明有益效果：
1.本发明实现了风帆与船舶起货机的融合，解决了甲板空间资源有限的中小型远洋船舶安装风帆的难题；本发明巧妙利用船舶起货机本身具有的回转系统实现风帆的转向，调整风帆的迎风状态，且船舶起货机本身的高度较高，因此无需另设新的回转系统和桅杆，减少装置的成本投入。
2.本发明装置在非船尾来风时，可以将风帆收起，船舶起货机恢复至原来的位置，即装置变换为船舶原有的船舶起货机，装置没有额外的受风面积。因此，船舶在航行过程中不会产生额外的航行阻力。
3.本发明在船舶航行时使用风帆为船舶提供额外的推进力，当船舶停靠码头进行装卸货物时，可将风帆收起，并且不会影响船舶起货机的正常工作。
4.本发明是在船舶原有的船舶起货机上安装风帆，该装置结构简单、安装所需资本低，易于在船舶上安装和推广。
附图说明
图1本发明装置的安装位置示意图；
图2本发明风帆升起时装置各结构示意图；
图3本发明装置中卷筒及转轴的结构示意图；
图4本发明风帆收起时装置各结构示意图；
图5风向与船舶航向关系示意图；
图6本发明风帆使用状态示意图；
图7风帆升起时本发明风帆的迎风状态俯视图；
图8本发明风帆未使用状态示意图；
图9本发明L型支撑杆的收缩状态示意图；
附图中：1.卷筒；2.转轴；3.风帆；4.L型支撑杆；5.滑轮；6.牵引绳；7.回转系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
一种兼具风力助推的船舶起货机，如图1、图2和图3所示，该装置包括：卷筒1、转轴2、风帆3、L型支撑杆4、滑轮5、牵引绳6、回转系统7。
本发明合理利用中小型远洋船舶原有的船舶起货机，实现风帆3与船舶起货机的融合，如图1所示，利用海上风为航行船舶提供额外的推进力。由于船舶起货机本身具有回转系统且高度较高，因此无需为风帆3另设新的回转机构和桅杆，减少装置的成本。本发明装置安装在两个船舶起货机上，使用时两起货机分别向左舷和右舷旋转，风帆3分别在左舷和右舷展开，这既可以增加装置对风能的有效回收面积，又本发明保证了航行船舶的稳性。
如图2和图3所示，本发明中将船舶起货机吊臂的一侧吊臂杆由卷筒1代替，卷筒1与吊臂的横向加强杆刚性固定，不可旋转，卷筒1具有一定的厚度，保证船舶起货机在装卸货物时的结构强度。转轴2设于卷筒1中，如图3所示，转轴2在卷筒1内可进行旋转。风帆3为卷帘式设计，在卷筒内与转轴2连接，通过转轴2的旋转实现风帆3的收放。风帆3为呈三角形样式，在使用时受风力的作用不会产生明显形变，最大化实现风能向船舶机械能的转化，提高推进力。L型支撑杆4设于船舶起货机的起重柱的顶部，由起重柱向上延伸形成一定的高度，在L型支撑杆4最上方水平杆上设有一滑轮5。牵引绳6是用于牵引风帆3的装置，牵引绳6一端与风帆3连接，另一端设于卷筒1内，风帆3的升起是由牵引绳6的拉力作用实现的。牵引绳6在顶端与滑轮5配合，在滑轮5的作用下改变牵引绳6上力的方向。回转系统7与船舶起货机原有的回转系统相结合，用于调整风帆的转向以适应风向的变化。如图4所示，风帆3收起时在转轴1的旋转作用下将风帆收于卷筒1中。
船舶航向与风向的关系如图5所示：设从船舶航行方向沿逆时针方向到风向所转过的角度为θ，当θ∈[0°，60°]∪[300°，360°]时，则判断为船尾方向来风，船舶顺风航行。此时本发明装置能利用此区域内的风向产生较大的向前推进力，装置的使用效果好。
当船尾方向来风即θ∈[0°，60°]∪[300°，360°]时，船舶起货机分别向船舶的左舷和右舷旋转，同时风帆3在牵引绳6的拉力作用下升起，如图6所示。由于在船舶航行时风向相对于船舶会发生变化，因此，可以利用船舶起货机回转系统7的旋转调整风帆3的迎风状态，提高风能的有效利用。
如图7所示，当船尾方向来风，风向与船舶航行产生一定的角度时，风帆3在起货机回转系统7的旋转作用下始终保持与风向垂直，此时风帆3会产生沿航行方向的额外的推进力分力F1和沿船宽方向的侧力分力F2，实现风帆助推。
如图8所示，在非船尾方向的其他方向来风时，风帆3在转轴2的旋转作用下收置于卷筒1内，船舶起货机恢复至原来的位置，装置不会产生额外的受风面积，因此，船舶航行时不会产生额外的航行阻力。如图9所示，当船舶通过桥梁水域时，L型支撑杆4可以收缩其高度以保证船舶可以安全通过。
上述方案将本发明装置应用于安装船舶起货机的杂货船、小灵便散货船和多用途船等甲板空间有限的船舶上，实现了风帆与船舶起货机的融合，解决了在甲板空间资源有限的中小型远洋船舶上安装风帆的难题，具有很强的现实意义。本实施方案仅介绍了两个本发明所设计的船舶起货机的工作原理，实际上在不影响船舶起货机正常工作的条件下，可以沿船舶的船长方向设置更多的船舶起货机，这些船舶起货机都可以为船舶提供额外的推进力，提高助推效果。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，但实现时不受上述实施例限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。