一种圆柱形桅杆翼型风帆助推装置的制作方法

本发明涉及风帆助推装置，尤其涉及一种圆柱形桅杆翼型风帆助推装置。

背景技术：

1、在绿色船舶节能减排的背景下，翼型风帆助推装置已经成为主流的风能助推装备之一，在各大型远洋船舶上逐步开展了应用研究，用于为船舶提供辅助动力。

2、现有技术的圆柱形桅杆的高传动比翼型风帆助推装置，翼型帆面连接在多边形桅杆外侧，风帆装置的转动需要同时驱动桅杆和帆面一起转动，传动比低，对转动设备负荷要求较高。

技术实现思路

1、本发明为了有效地解决现有技术的翼型风帆助推装置翼型帆面连接在多边形桅杆外侧，风帆装置的转动需要同时驱动桅杆和帆面一起转动，对转动设备负荷要求较高的问题，给出了一种圆柱形桅杆翼型风帆助推装置，包括：

2、翼型风帆、帆桅连接机构、重力搭载平台、设备搭载平台、回转机构、转动连接轴；

3、所述帆桅连接机构设置在圆柱形桅杆的外侧壁上，所述翼型风帆与帆桅连接机构固定连接，所述翼型风帆通过帆桅连接机构可绕圆柱形桅杆的轴线转动，重力搭载平台设置在圆柱形桅杆的顶部；回转机构与转动连接轴相连，转动连接轴与重力搭载平台固定连接，转动连接轴、回转机构为圆柱状，与圆柱形桅杆同轴心；

4、所述翼型风帆包括：帆面、桁架撑杆,帆面由迎风帆面和背风帆面围成；

5、所述帆面内部镂空，翼型风帆的剖面为翼型，高度方向等截面，截面为轴对称形状；

6、所述帆面内设置有2-6根桁架撑杆，对称分布在翼型风帆横截面的中轴线两侧，桁架撑杆的一端与迎风帆面固定连接，桁架撑杆的另一端与背风帆面固定连接；

7、所述帆面内设置有二级桁架撑杆，二级桁架撑杆为折线形，沿翼型风帆横截面方向设置，二级桁架撑杆的折线的转折端交替与迎风帆面和背风帆面固定连接；

8、所述圆柱形桅杆为圆筒状结构，垂直穿过帆面的横截面，圆柱形桅杆的横截面的圆心设置在帆面的中轴线上；

9、帆桅连接机构包括：支撑架、滚轮支架、滚轮；滚轮设置在滚轮支架内，支撑架与滚轮支架固定连接，滚轮支架与帆面固定相连；所述帆桅连接机构沿圆柱形桅杆轴向方向设置：2-4个；

10、所述支撑架为板架焊接结构，所述支撑架包括：沿圆柱形桅杆横截面方向设置的主撑板以及固定连接主撑板与滚轮支架的垂向加强筋，主撑板上设置圆孔；圆柱形桅杆穿过主撑板的圆孔；

11、所述滚轮支架包括：第一滚轮支架面板、第二滚轮支架面板、滚轮支架外圆板、滚轮支架内圆板；滚轮支架内圆板为筒状，其内径与圆柱形桅杆的外径相同，滚轮支架内圆板套在圆柱形桅杆的外径上，与圆柱形桅杆固定连接；滚轮支架外圆板为筒状，其直径大于滚轮支架内圆板的直径，第一滚轮支架面板为圆环结构，第一滚轮支架面板的圆环结构的内外径分别与滚轮支架内圆板内壁直径、滚轮支架外圆板的外壁直径相同，第二滚轮支架面板为圆环结构，第二滚轮支架面板的圆环结构与第一滚轮支架面板的圆环结构尺寸一致，滚轮支架内圆板的开口两端分别与第一滚轮支架面板的圆环结构内环、第二滚轮支架面板的圆环结构内环焊接，滚轮支架外圆板的开口两端分别与第一滚轮支架面板的圆环结构外环、第二滚轮支架面板的圆环结构外环焊接，第一滚轮支架面板、第二滚轮支架面板、滚轮支架外圆板的内壁、滚轮支架内圆板的外壁围成滚轮槽；

12、滚轮支架内圆板的外壁与滚轮支架外圆板的内壁之间设置有滚轮；所述滚轮为圆柱状，沿滚轮的轴心设置有穿孔，穿孔里设置有滚轮的滚轮轴，滚轮的滚轮轴的两端分别可轴向转动设置在第二滚轮支架面板的圆环结构与第一滚轮支架面板的圆环结构上；

13、所述滚轮设置有4-8个，在滚轮槽内等间隔设置；

14、滚轮支架外圆板的外壁垂直穿过主撑板的圆孔，主撑板的圆孔与滚轮支架外圆板的外壁固定连接；所述主撑板与二级桁架撑杆固定连接；

15、所述滚轮的柱面与滚轮支架外圆板的内壁之间的最小距离为：d3，其中：50mm≤d3≤100mm，

16、所述回转机构设置在设备搭载平台上；

17、所述转动连接轴与圆柱形桅杆同轴设置，转动连接轴包括：上转动连接轴和下转动连接轴；所述重力搭载平台的第四围板一端设置上转动连接轴，上转动连接轴下端连接回转机构，回转机构下端连接下转动连接轴，下转动连接轴下端布置在设备搭载平台上；

18、所述上转动连接轴包括:环形上座体、上连接法兰；

19、所述下转动连接轴包括:环形下座体、下连接法兰；

20、所述上连接法兰和下连接法兰与回转机构螺栓固定连接；

21、所述设备搭载平台为与圆柱形桅杆截面同轴心的圆形结构，布置在圆柱形桅杆顶端，用于将设备搭载平台上部设备载荷及风帆载荷传递至圆柱形桅杆；

22、所述回转机构包括:回转支承、马达、齿轮；所述回转支撑包括：外圈、内圈、滚珠、上密封圈、下密封圈；外圈与内圈之间设置有：上密封圈、下密封圈、滚珠；

23、所述外圈通过第一连接螺栓与上转动连接轴的上连接法兰固定连接；

24、所述内圈通过第二连接螺栓与下转动连接轴的下连接法兰固定连接；

25、所述外圈外侧设置有齿圈，与齿轮啮合配合；

26、所述齿轮与马达的输出轴固定连接；

27、所述马达固定设置在设备搭载平台上；

28、回转支撑一端固定设置有回转轴承，回转支撑内部设置有马达，马达的输出轴与齿轮固定连接，马达的输出轴轴线与齿轮的轴线重合，并平行于回转支撑的轴线，回转轴承固定设置在回转支撑的侧壁上，回转轴承的中轴线与回转支撑的中轴线平行；

29、所述马达设置为2-4个；

30、所述重力搭载平台同轴固定设置在转动连接轴的一端，所述帆面内部设置重力搭载平台，所述重力搭载平台为箱型焊接结构，包括：第一围板、第二围板、第三围板、第四围板，所述第一围板、第二围板、第三围板、第四围板为矩形板状结构，第一围板、第二围板形状相同，第三围板的一端与第一围板固定连接，第三围板的另一端与第二围板固定连接，第四围板的一端与第一围板固定连接，第四围板的另一端与第二围板固定连接，在第三围板、第四围板之间设置有加强筋结构；

31、翼型风帆内部沿翼型风帆横截面方向，在第三围板及第四围板处，固定设置有三级桁架撑杆。

32、上述一种圆柱形桅杆的高传动比翼型风帆助推装置,进一步地：所述帆面内设置有6根桁架撑杆，6根桁架撑杆平行等间隔设置，桁架撑杆包括：距离圆柱形桅杆最近的第一桁架撑杆、距离圆柱形桅杆最远的第二桁架撑杆，第一桁架撑杆，其与圆柱形桅杆外壁的距离d1为：0.4m≤d1≤1/3×d，其中，d为圆柱形桅杆外径；第二桁架撑杆，其与翼型风帆同侧边缘的距离d2为：1.0m≤d2≤1/3×b，b为帆面的半宽值。

33、上述一种圆柱形桅杆的高传动比翼型风帆助推装置,进一步地：圆柱形桅杆在帆面内的长度为h1，0.8×h2≤h1≤1.2×h2，h2为翼型风帆的高度。

34、上述一种圆柱形桅杆的高传动比翼型风帆助推装置,进一步地：所述帆桅连接机构沿圆柱形桅杆轴向方向设置2个：第一帆桅连接机构、第二帆桅连接机构，其中：第一帆桅连接机构沿其径向的中轴线与圆柱形桅杆的底部端面的距离h3,0.5m≤h3≤1.0m，第二帆桅连接机构沿圆柱形桅杆的径向的中轴线与圆柱形桅杆的顶部端面的距离h4：其中：2.0m×h3≤h4≤1/4×h1，h1为圆柱形桅杆在帆面内的长度。

35、上述一种圆柱形桅杆的高传动比翼型风帆助推装置,进一步地：所述二级桁架撑杆包括：距离圆柱形桅杆的一侧最近的二级桁架撑杆一,所述二级桁架撑杆一平行于帆面的横截面，所述二级桁架撑杆一与圆柱形桅杆的同侧外壁的最小距离d4，d4＝d1。

36、上述一种圆柱形桅杆的高传动比翼型风帆助推装置,进一步地：所述二级桁架撑杆包括：距离圆柱形桅杆的一侧最远的二级桁架撑杆二,所述二级桁架撑杆二平行于帆面的横截面，所述二级桁架撑杆二与翼型风帆同侧边缘的距离d5:1.0m≤d5≤1/4b,b为帆面的半宽值。

37、上述一种圆柱形桅杆的高传动比翼型风帆助推装置,进一步地：所述滚轮设置8个。

38、上述一种圆柱形桅杆的高传动比翼型风帆助推装置,进一步地：所述二级桁架撑杆为折线形，折线的锐角β为：30°≤β≤70°。

39、本发明与现有技术相比：

40、采用圆柱形桅杆，可充分利用圆形剖面各个方向承载能力相同的特点，在翼型风帆转动过程中，为翼型风帆在不同方向上受力时提供足够的强度支撑；同时圆柱形桅杆简化了翼型风帆助推装置结构设计，便于加工，制造工艺简单，生产效率提高。

41、将回转机构设置在圆柱形桅杆顶端，通过回转机构的转动直接带动翼型实现风帆沿圆柱形桅杆轴线的转动，回转机构仅需提供翼型风帆的转动驱动力，无需额外驱动圆柱形桅杆转动；同时，回转机构仅需提供翼型风帆的垂向支撑，无需为圆柱形桅杆提供垂向支撑；本发明大幅降低了回转底座、环形连接座的结构设计需求，以及对马达、回转轴承、齿轮等转动驱动设备的性能需求，便于结构轻量化设计回转机构，降低成本；提高了整个圆柱形桅杆翼型风帆助推装置的灵便性和可靠性。

42、设置帆桅连接机构，为圆柱形桅杆与翼型风帆之间提供了可靠的连接方案，帆桅连接机构可为圆柱形桅杆与翼型风帆之间转动运动时提供径向支撑，且滚轮以滚动摩擦的形式减轻了翼型风帆转动过程中与圆柱形桅杆间产生的摩擦阻力。

43、设置桁架撑杆、帆桅连接机构处设置波纹形二级桁架撑杆、重力搭载平台处设置交叉式三级桁架撑杆，可为翼型风帆在风载荷、转动驱动载荷作用下提供足够的支撑，提高翼型风帆整体刚度，提高翼型风帆风动力特性。