[发明专利]一种套用在船舶烟囱外的马格努斯风帆

说明书

本发明公开了一种套用在船舶烟囱外的马格努斯风帆，内层风筒和外层风筒之间通过螺旋叶片连接，内层风筒通过滚动轴承安装在烟囱的外侧壁上，风从内侧风筒和外层风筒的下边缘的缝隙内进入，风推动螺旋叶片，带动风筒旋转；内层风筒的侧壁底边呈环形沿周设置有齿缘，烟囱两侧对称设置有两个锥形齿轮，锥形齿轮与内层风筒的齿缘相互啮合；锥形齿轮通过电动机驱动，锥形齿轮转动带动内层风筒旋转。将马格努斯风筒与船舶烟囱结构组合设置，大大节约船舶上的空间，节约了安装成本，提高了风筒受力的稳固性；螺旋叶片有效利用风能驱动风筒旋转，提高效率，电动机驱动锥形齿轮带动风筒旋转，提高了马格努斯风帆的可控性与可调性。

技术领域

本发明属于船舶中利用风能助力风帆方面的研究领域，具体涉及一种套用在船舶烟囱外的马格努斯风帆。

背景技术

由于目前的燃油成本高、排放区域控制多、环保法规日趋严格等原因，风能作为船舶的一种“原始”动力,逐渐回归人们的视野。近年来，已有不少公司和研究机构对船舶风动力技术进行了深入研究，实现了风能的现代化利用。马格纳斯效应设计的风筒推进装置能够有效的节省能源，降低单位推力投资成本，结构简单，易于操作和控制。基于这些优点，积极的开展对马格纳斯效应应用的研究有助于推动船舶工业的发展。

虽然马格纳斯效应的发现已有一百多年，但是对于马格纳斯效应在船舶推进方面的应用只是近十几年的研究，其在具体的实际应用方面还存在一定的缺陷与弊端，常见的风筒装置中风能利用率受环境影响较大，当风速较大时大型装置的稳固性存在一定的隐患。

发明内容

针对现有技术中存在的风能利用率低受环境影响大的技术问题，本发明的目的在于提供一种套用在船舶烟囱外的马格努斯风帆。

本发明采取的技术方案为：

一种套用在船舶烟囱外的马格努斯风帆，包括船舶烟囱、风筒、螺旋叶片、锥形齿轮、电动机，风筒设置为由同轴排布的内层风筒和外层风筒组成的内外两层结构，内层风筒和外层风筒之间通过螺旋叶片连接，内层风筒通过滚动轴承安装在烟囱的外侧壁上，风从内侧风筒和外层风筒的下边缘的缝隙内进入，风推动螺旋叶片，带动风筒旋转；内层风筒的侧壁底边呈环形沿周设置有齿缘，烟囱两侧对称设置有两个锥形齿轮，锥形齿轮与内层风筒的齿缘相互啮合；锥形齿轮通过电动机驱动，锥形齿轮转动带动内层风筒旋转。

进一步的，所述风筒产生的马格纳斯驱动力大小为

其中R为风筒外层半径；ω为风筒的旋转角速度；v为垂直于风筒的风速大小；ρ为流体密度；A为常数。

进一步的，所述滚动轴承采用深沟球式轴承，滚动轴承沿着船舶烟囱的外侧壁至少设置有一对。

进一步的，所述内层风筒和外层风筒均设置为中空圆柱筒体结构，外层风筒的直径大于内层风筒的直径。

进一步的，所述齿缘和锥形齿轮的结构相互配合设置，齿缘上相邻齿牙的间隙与锥形齿轮上相邻齿牙间隙一致。

进一步的，所述螺旋叶片的迎风表面设置有导流板。

进一步的，所述导流板沿着风的流向设置为截面呈“V”字形渐缩口式的弧形桨叶，弧形桨叶的最宽宽度比螺旋叶片的宽度窄。

利用螺旋叶片的导流效果，提高风沿着内层风筒和外层风筒之间的间隙，从下向上传递，导流板的特殊结构，有利于对内、外层风筒内的风起到二次聚集的作用，增大了风力的接触面积，有利于增强风力对内层风筒和外层风筒的推动力，“V”字形渐缩口式的特殊结构，有利于增大风在螺旋叶片末端的推动力，充分利用了风能。

本发明的有益效果为：

将马格努斯风筒与船舶烟囱结构组合设置，大大节约船舶上的空间，节约了安装成本，提高了风筒受力的稳固性；