垂直可變的海洋風(fēng)帆系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施方案提供允許使用馬格納斯效應(yīng)來(lái)給船提供推力的機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)、方法、設(shè)備和準(zhǔn)則。在某些實(shí)施方案中，機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)被提供，所述機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)包括安置在船的甲板平面之下的筒倉(cāng)，安裝在所述筒倉(cāng)內(nèi)并且支撐第一風(fēng)帆筒和第二風(fēng)帆筒的提升托架，以及耦合到控制系統(tǒng)以選擇性地在所述筒倉(cāng)內(nèi)定位所述提升托架的至少第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，所述控制系統(tǒng)可操作來(lái)控制所述至少第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)在所述筒倉(cāng)內(nèi)將所述提升托架定位在頂部位置，以展開所述第一和第二風(fēng)帆筒。
【專利說(shuō)明】垂直可變的海洋風(fēng)帆系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用:本申請(qǐng)要求于2011年6月22日遞交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序號(hào)61/499，904的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該專利申請(qǐng)的內(nèi)容特此出于所有目的整個(gè)地通過(guò)引用被并入。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]一些實(shí)施方案涉及船推進(jìn)系統(tǒng)。更具體地講，一些實(shí)施方案提供一種補(bǔ)充船推進(jìn)系統(tǒng)的垂直可變的海洋風(fēng)帆系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]全球航運(yùn)業(yè)就能耗而言已經(jīng)達(dá)到了重大臨界點(diǎn)。燃料費(fèi)當(dāng)前消耗該行業(yè)的全球收入的35%——在其歷史上的最高收入份額。這些費(fèi)用正在穩(wěn)步上升，并且沒有表現(xiàn)出降低的跡象。期望的是提供降低這些燃料費(fèi)的系統(tǒng)和方法，尤其是，給定燃料費(fèi)通常表示超過(guò)船所有者/運(yùn)營(yíng)者的年經(jīng)費(fèi)的三分之二。
[0004]盡管航運(yùn)與其他運(yùn)輸模式相比就每噸/每英里而言是一種高效率的運(yùn)輸方式，但是船仍然是污染和C02排放的主要來(lái)源。大型商業(yè)船使用船用燃料-煉油工藝的尾端產(chǎn)品，其排放傷害地球和人類健康的混合氣體。連同C02 —起，存在氮氧化物和氧化硫(酸雨的起因)以及被稱為顆粒物的內(nèi)含物。
[0005]全球航運(yùn)貿(mào)易是一年排放十億噸C02的原因，并且隨著全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，這個(gè)數(shù)字必然增長(zhǎng)。這意味著作為單個(gè)行業(yè)的航運(yùn)是比整個(gè)工業(yè)化國(guó)家(比如，德國(guó))更大的C02排放者。如果航運(yùn)業(yè)是一個(gè)國(guó)家，則它在世界C02排行榜中將排名第6。期望的是提供減少這些排放的系統(tǒng)和方法。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是使用一些實(shí)施方案的特征的船的截面圖。
[0007]圖2是使用一些實(shí)施方案的特征的船的平面圖。
[0008]圖3是使用一些實(shí)施方案的特征的船的截面圖。
[0009]圖4a_4e是根據(jù)一些實(shí)施方案的機(jī)械風(fēng)帆的截面圖。
[0010]圖5是根據(jù)一些實(shí)施方案的機(jī)械風(fēng)帆的一部分的截面圖。
[0011]圖6是根據(jù)一些實(shí)施方案的提升托架的截面圖。
[0012]圖7是根據(jù)一些實(shí)施方案的風(fēng)帆系統(tǒng)的部分的截面圖。
[0013]圖8是根據(jù)一些實(shí)施方案的風(fēng)帆系統(tǒng)的包括管芯的一部分的截面圖。
[0014]圖9是根據(jù)一些實(shí)施方案的風(fēng)帆系統(tǒng)的包括上風(fēng)帆筒的一部分的截面圖。
[0015]圖10是根據(jù)一些實(shí)施方案的風(fēng)帆系統(tǒng)的一部分的截面圖，所述風(fēng)帆系統(tǒng)包括上風(fēng)帆筒的一部分。
[0016]圖11是根據(jù)一些實(shí)施方案的風(fēng)帆系統(tǒng)的一部分的截面圖，所述風(fēng)帆系統(tǒng)包括筒倉(cāng)的一部分。[0017]圖12是根據(jù)一些實(shí)施方案的風(fēng)帆系統(tǒng)的一部分的截面圖，所述風(fēng)帆系統(tǒng)包括提升驅(qū)動(dòng)的一部分。
[0018]圖13是根據(jù)一些實(shí)施方案的控制系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的實(shí)施方案提供降低船的能耗和排放的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。這些降低通過(guò)改裝或以其他方式安裝根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)垂直可變的海航風(fēng)帆系統(tǒng)(在本文中被稱為“風(fēng)帆系統(tǒng)”或“V0SS”)而變得可能。風(fēng)帆系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)并且將風(fēng)轉(zhuǎn)換為向前的推力，從而推進(jìn)船的風(fēng)帆筒。本發(fā)明的實(shí)施方案允許風(fēng)帆系統(tǒng)增大船的主引擎，由此主引擎可以在仍然保持航行速度的同時(shí)關(guān)小油門。根據(jù)某些實(shí)施方案，風(fēng)帆系統(tǒng)是可完全縮回的，并且在不利狀況下或者在裝載和卸載船的貨物時(shí)可以下降。由風(fēng)帆筒上方的風(fēng)創(chuàng)建的推力意味著船只需要來(lái)自其主引擎的較少的功率，導(dǎo)致燃料消耗量降低。在典型的操作條件下，船的平均年燃料費(fèi)可以得到有意義的減少。此外，如果船只被改裝或被設(shè)計(jì)為合并本發(fā)明的風(fēng)帆系統(tǒng)，則每年可以避免數(shù)百萬(wàn)噸的C02排放。
[0020]在某些實(shí)施方案中，機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)被提供，所述機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)包括安置在船的甲板平面之下的筒倉(cāng)，安裝在筒倉(cāng)內(nèi)并且支撐第一風(fēng)帆筒和第二風(fēng)帆筒的提升托架，以及耦合到控制系統(tǒng)以選擇性地在筒倉(cāng)內(nèi)定位提升托架的至少第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，所述控制系統(tǒng)可操作來(lái)控制所述至少第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)在筒倉(cāng)內(nèi)將提升托架定位在頂部位置，以展開第一和第二風(fēng)帆筒。
[0021]現(xiàn)在將首先參照?qǐng)D1描述某些實(shí)施方案的特征，圖1是其上安裝有四個(gè)風(fēng)帆系統(tǒng)120的船100的截面圖。如所示，船100是具有用于運(yùn)輸散裝貨物的一個(gè)或多個(gè)貨艙104的散裝貨物船(另稱為“散貨貨輪”、“散裝貨船”，或簡(jiǎn)稱為“散裝船”)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本公開后將意識(shí)到，本發(fā)明的特征可以以可取的結(jié)果用在一些其他類型、構(gòu)造和大小的船上，并且散裝船上的使用僅僅是出于說(shuō)明的目的。本發(fā)明的風(fēng)帆系統(tǒng)120和控制系統(tǒng)的使用在本公開中針對(duì)散裝貨物船上的使用進(jìn)行描述，以便描述某些實(shí)施方案的特征并且描述認(rèn)為可以提供可取結(jié)果的特定構(gòu)造，但是它們也可以用在其他類型的船上。
[0022]船100可以被改裝或被特別設(shè)計(jì)為利用風(fēng)帆系統(tǒng)120來(lái)補(bǔ)充船的現(xiàn)有螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)106。風(fēng)帆系統(tǒng)120被構(gòu)造為通過(guò)利用海上的可用風(fēng)生成向前的推力并且經(jīng)由“馬格納斯效應(yīng)”推動(dòng)船來(lái)減少船100所用的燃料量。
[0023]馬格納斯效應(yīng)是氣流中的旋轉(zhuǎn)筒生成大致垂直于風(fēng)的方向的力的現(xiàn)象?？傮w行為類似于機(jī)翼在通過(guò)機(jī)械旋轉(zhuǎn)、而不是通過(guò)機(jī)翼動(dòng)作而產(chǎn)生的環(huán)流下的行為。本發(fā)明的風(fēng)帆系統(tǒng)120使用這種效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生足夠的推進(jìn)以減小船對(duì)礦物燃料的依賴性。
[0024]盡管以下將結(jié)合圖2-13提供風(fēng)帆系統(tǒng)120的構(gòu)造、設(shè)計(jì)和操作的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，但是這里將提供簡(jiǎn)要的介紹。每個(gè)風(fēng)帆系統(tǒng)120由被劃分為上升(“延伸”)和下降(“縮回”)的各個(gè)筒節(jié)(section)的圓筒來(lái)形成。
[0025]在本文中描繪的實(shí)施方案中，風(fēng)帆系統(tǒng)120是兩級(jí)可縮回機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，包括上風(fēng)帆筒130和下風(fēng)帆筒140。上風(fēng)帆筒130和下風(fēng)帆筒140縮回到筒倉(cāng)122中，以當(dāng)不使用時(shí)儲(chǔ)放在甲板114的下面。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)筒節(jié)的使用提供可取的結(jié)果。例如，通過(guò)使用較少數(shù)量的筒節(jié)，風(fēng)帆系統(tǒng)120不易于受到歪斜和停頓的影響。此外，本文中描述的構(gòu)造提供作為利用風(fēng)推動(dòng)船只的常規(guī)風(fēng)帆的可取結(jié)果，但是效率和所得功率更大。此外，較少數(shù)量的筒節(jié)的使用提供更大的制造、安裝和維護(hù)效率。盡管本文中描述了兩個(gè)風(fēng)帆筒節(jié)(上風(fēng)帆筒和下風(fēng)帆筒)的使用，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到可以以類似可取的結(jié)果使用其他數(shù)量的筒節(jié)。
[0026]在某些實(shí)施方案中，每個(gè)風(fēng)帆系統(tǒng)120包括以下主要組件:(i)風(fēng)帆筒130、140;(?)提升托架(以下結(jié)合圖6進(jìn)一步描述提升驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(以下結(jié)合圖11和圖12進(jìn)一步描述)、以及(iv)筒倉(cāng)122 (或“殼體”)。安裝在船100上的風(fēng)帆系統(tǒng)120 —起由命令和控制系統(tǒng)控制和操作。一般地，風(fēng)帆系統(tǒng)120 (不同于命令和控制系統(tǒng))的組件的物理尺寸根據(jù)三個(gè)主要屬性被選擇:甲板下方可用的空間、甲板上艙口梳狀物(hatch combing)之間可用的空間、以及風(fēng)帆筒的長(zhǎng)寬比。
[0027]盡管制造和其他考慮因素可能影響物理尺寸，但是發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以下設(shè)計(jì)屬性對(duì)散裝貨輪或油輪提供可取的結(jié)果。一般地，散裝貨輪或正規(guī)形式的油輪中的露天甲板下方可用的空間可以提供54英尺的暴露風(fēng)帆區(qū)域、以及當(dāng)風(fēng)帆部分展開時(shí)便利于將這些風(fēng)帆部分鎖在一起所需的相關(guān)重疊。在甲板上，艙口梳狀物之間的空間規(guī)定18英尺的風(fēng)帆筒直徑，同時(shí)保持展開的(延伸的)風(fēng)帆系統(tǒng)周圍足以引導(dǎo)、而不妨礙例行船操作的空間。
[0028]在某些實(shí)施方案中，整個(gè)風(fēng)帆系統(tǒng)120的最佳風(fēng)帆長(zhǎng)寬比是6:1，其中，高度是6，直徑是I?？紤]到甲板上下的船尺寸，風(fēng)帆筒130、140的直徑因此將為18英尺，高將為108英尺(也就是說(shuō)，展開或延伸狀態(tài)下的總高度為108英尺)。
[0029]根據(jù)某些實(shí)施方案，為了實(shí)現(xiàn)這些所需尺寸，風(fēng)帆筒設(shè)計(jì)被選擇來(lái)提供(a)可以裝配在露天甲板下方的更少的嵌套風(fēng)帆筒節(jié)、以及(b)在最大設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳的表面對(duì)風(fēng)流速率比的風(fēng)帆筒直徑。在一個(gè)實(shí)施方案中，風(fēng)帆筒的旋轉(zhuǎn)速度針對(duì)一直到40節(jié)的每個(gè)風(fēng)速進(jìn)行優(yōu)化,導(dǎo)致200rpm的最大旋轉(zhuǎn)速度。在某些實(shí)施方案中,風(fēng)帆筒的表面速率與風(fēng)速的比率被用來(lái)作為形成并維持風(fēng)帆系統(tǒng)120的后面與前面之間的壓差的重要因素，該壓差限定推力或驅(qū)動(dòng)矢量。
[0030]風(fēng)帆筒130、140被構(gòu)造為允許上風(fēng)帆筒130裝配在下風(fēng)帆筒140的上方。這允許上風(fēng)帆筒130屏蔽水，防止降水和水沫在風(fēng)帆系統(tǒng)120內(nèi)部泄漏。如果風(fēng)帆筒被構(gòu)造為上風(fēng)帆筒130裝配在下風(fēng)帆筒140的內(nèi)部，則水將順著流到上風(fēng)帆筒140的外部，并且將需要橡膠密封件來(lái)使水在下風(fēng)帆筒140的頂部偏向而不進(jìn)入風(fēng)帆系統(tǒng)120。
[0031]如以下將進(jìn)一步描述的，風(fēng)帆筒130、140均由形成框架的水平肋條的一系列圈環(huán)狀邊框形成。管狀垂直縱條圍繞圈環(huán)的圓周均勻分隔，并且將圈環(huán)一起連接為圓柱形格柵。間斷的對(duì)角線被裝配在圈環(huán)之間，并且被分隔以在框架中生成抗扭力?？v條和邊框構(gòu)件(在本文中被稱為結(jié)構(gòu)框架)可以由提供與船100的減少的電偶腐蝕并且足夠強(qiáng)度的鋼或其他材料形成。風(fēng)帆筒130、140可以被輕重量的外蒙皮覆蓋，該外蒙皮減小風(fēng)帆系統(tǒng)120上的循環(huán)負(fù)載、振動(dòng)和應(yīng)力。例如，外蒙皮可以由輕重量的防風(fēng)雨的材料(諸如鋁等)形成。
[0032]每個(gè)風(fēng)帆系統(tǒng)120是可縮回的，并且可以延伸以供使用(如圖1所示)或者縮回到甲板114下方以避免干擾裝載或卸載貨物或其他行動(dòng)。根據(jù)某些實(shí)施方案，風(fēng)帆系統(tǒng)120的使用給船提供足夠的額外的推進(jìn)，以使燃料消耗量和排放降低顯著的量。風(fēng)帆系統(tǒng)120的大小和選擇可以部分取決于船的大小以及將實(shí)現(xiàn)的期望效率。風(fēng)帆筒的大小和形狀已經(jīng)被設(shè)計(jì)為船中可用的空間、以及風(fēng)帆的長(zhǎng)寬比和甲板上艙口梳狀物之間可用的空間的幾個(gè)方面的最佳融合。
[0033]例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本公開后將意識(shí)到，根據(jù)某些實(shí)施方案的可以用于選擇并確定風(fēng)帆系統(tǒng)的大小和構(gòu)造的一種設(shè)計(jì)方法是使用諸如Kutta-Joukowski提升理論的理論或其他流體動(dòng)力學(xué)建模方法對(duì)設(shè)計(jì)的各方面進(jìn)行建模。
[0034]一些其他的建模和設(shè)計(jì)方法可以用于選擇滿足特定設(shè)計(jì)需要的風(fēng)帆系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)造。
[0035]現(xiàn)在參照?qǐng)D2，其中顯示了圖1的船100的頂部平面圖。圖2顯示船100的甲板114上的風(fēng)帆系統(tǒng)120的一種可能的放置。每個(gè)風(fēng)帆系統(tǒng)120可以沿著船100的中心線安置并且分隔開以確保每個(gè)風(fēng)帆在延伸時(shí)接收到相對(duì)穩(wěn)定的氣流。風(fēng)帆系統(tǒng)120還可以被安置在艙口蓋108之間，以使得當(dāng)風(fēng)帆120縮回(例如，被安置在甲板114下方)時(shí)，工人和船員可以能夠在艙口蓋108之間的區(qū)域中自由地工作。在某些構(gòu)造中，當(dāng)風(fēng)帆120在操作中完全延伸和放置時(shí)，在風(fēng)帆系統(tǒng)120與艙口蓋108之間存在足以允許無(wú)阻通過(guò)的區(qū)域。
[0036]現(xiàn)在參照?qǐng)D3，顯示了船100的截面圖，該截面圖顯示風(fēng)帆系統(tǒng)120的細(xì)節(jié)。如所示，風(fēng)帆系統(tǒng)120 (筒倉(cāng)122)的底部部分通過(guò)焊接或以其他方式將筒倉(cāng)122的基座附連到龍骨地板110而被附連到龍骨地板110。
[0037]實(shí)際上，筒倉(cāng)122是用于縮回的上風(fēng)帆筒130和下風(fēng)帆筒140的殼體。如以下將進(jìn)一步描述的，在某些實(shí)施方案中，筒倉(cāng)122是從船內(nèi)部底部(艙底或龍骨地板110的底面)延伸到露天甲板的粗壯的16面的管。它被裝配到橫艙壁118中，并且可以被形成為在露天甲板處具有單個(gè)開口的一個(gè)完整的隔艙。
[0038]現(xiàn)在參照?qǐng)D4a_4e，在圖4a_4e中，顯示了在提升周期期間風(fēng)帆系統(tǒng)120在不同位置上的一系列視圖。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“提升周期”用于指示用于延伸(或縮回)風(fēng)帆系統(tǒng)120的機(jī)械移動(dòng)次序。圖4a_4e中的每個(gè)均表示提升周期中的不同次序。提升周期的控制和操作可以通過(guò)命令和控制軟件來(lái)啟用。
[0039]本發(fā)明的提升周期使用往復(fù)提升功能，由此風(fēng)帆系統(tǒng)120在一系列向上和向下操縱中延伸到其最大操作高度。以下對(duì)整套提升操縱進(jìn)行概述。根據(jù)某些實(shí)施方案，通過(guò)使用本發(fā)明的提升周期來(lái)延伸風(fēng)帆系統(tǒng)120，操作者、船所有者和船員享有優(yōu)于利用單一動(dòng)作提升功能的其他可縮回轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一些益處。例如，通過(guò)使用本發(fā)明的往復(fù)提升功能，任何組件(諸如上風(fēng)帆筒130、下風(fēng)帆筒140等)的行進(jìn)距離是其他系統(tǒng)的行進(jìn)距離的一半。在單一動(dòng)作提升系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子、機(jī)械風(fēng)帆組裝件或提升桅桿從儲(chǔ)放到完全延伸必須行進(jìn)整個(gè)距離。這導(dǎo)致更易于歪斜、擰轉(zhuǎn)和停頓的系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施方案通過(guò)減小提升托架150和風(fēng)帆筒130、140的行進(jìn)來(lái)消除或大幅減少這些問(wèn)題。
[0040]本發(fā)明的往復(fù)提升方法還具有優(yōu)于利用固定桅桿或可伸縮式升降機(jī)(諸如液壓油缸或其他多級(jí)裝置或千斤頂)的提升系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的系統(tǒng)通過(guò)下述方式來(lái)減輕重量，即，在風(fēng)帆系統(tǒng)120自己展開時(shí)利用風(fēng)帆系統(tǒng)120的主要組件，并且在整個(gè)展開/縮回周期和航行操作期間在僅進(jìn)行相同的移動(dòng)操作時(shí)使用風(fēng)帆系統(tǒng)120的組件起到完全不同的作用。
[0041]因?yàn)楸景l(fā)明的實(shí)施方案僅使用筒倉(cāng)122和鎖緊裝置(諸如以下結(jié)合圖6-10描述的定位銷)(筒倉(cāng)122和這些鎖緊裝置還用于針對(duì)風(fēng)帆系統(tǒng)120的操作將風(fēng)帆筒130、140和提升托架150固定在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，所以本發(fā)明的實(shí)施方案使得可以通過(guò)一系列來(lái)回動(dòng)作以及定位銷啟動(dòng)和縮回來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)帆系統(tǒng)120的完全展開。提升系統(tǒng)的組件的這樣的多用途提供一些可取的優(yōu)點(diǎn)，包括降低制造成本、降低復(fù)雜性以及減少操作和維護(hù)問(wèn)題。
[0042]本發(fā)明的實(shí)施方案還允許所有提升操作都由露天甲板平面處的馬達(dá)進(jìn)行，這些馬達(dá)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)絞車鏈輪以拉動(dòng)或松開附連到提升托架的高強(qiáng)度鏈(以下結(jié)合圖5、6、11和12進(jìn)一步描述)。提升馬達(dá)協(xié)調(diào)一致地動(dòng)作，并且在提升托架的周邊周圍提供水平和相等的升力。當(dāng)風(fēng)帆系統(tǒng)120通過(guò)船100的運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)時(shí)，這些鏈還提供正方向和負(fù)方向兩個(gè)方向上的支撐。
[0043]首先參照?qǐng)D4a，現(xiàn)在將描述提升周期。如圖4a所示，風(fēng)帆系統(tǒng)120處于儲(chǔ)放位置上，組件在甲板114下方。具體地講，筒倉(cāng)122存放組件，包括上風(fēng)帆筒130、下風(fēng)帆筒140和提升托架150 (以及以下將進(jìn)一步描述的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和其他提升設(shè)備)。當(dāng)被儲(chǔ)放時(shí)，頂板132可以保護(hù)風(fēng)帆組件不受天氣影響并且清空甲板以供裝船、等等。
[0044]參照?qǐng)D4b，提升周期以風(fēng)帆筒130、140在提升托架150上被從它們?cè)谕矀}(cāng)122中的初始儲(chǔ)放位置提升到露天甲板平面114開始。如圖4c中所示，一旦兩個(gè)風(fēng)帆筒130、140已經(jīng)被提升到露天甲板平面114，定位銷(圖4中未顯示，但是以下進(jìn)一步描述)就從筒倉(cāng)側(cè)面延伸，并且僅將上風(fēng)帆筒130鎖在露天甲板平面處。下風(fēng)帆筒140和提升托架150返回到筒倉(cāng)122中的縮回位置，將上風(fēng)帆筒130留在甲板114上方。
[0045]現(xiàn)在參照?qǐng)D4d，此刻，位于下風(fēng)帆筒140頂部的定位銷(結(jié)合圖7顯示)被啟動(dòng)。這些銷將上風(fēng)帆筒130和下風(fēng)帆筒140鎖在一起；上風(fēng)帆筒130的底部被鎖到下風(fēng)帆筒140的頂部。
[0046]現(xiàn)在參照?qǐng)D4e，露天甲板處的定位銷現(xiàn)在縮回，允許上風(fēng)帆筒130自由地移動(dòng)。整個(gè)風(fēng)帆系統(tǒng)120組裝件(包括兩個(gè)風(fēng)帆筒130、140以及提升托架150)現(xiàn)在被提升到露天甲板114處的展開位置。一旦到位，露天甲板平面處的定位銷就被啟動(dòng)以將提升托架150鎖在露天甲板處，其中風(fēng)帆系統(tǒng)120可以運(yùn)行以生成推進(jìn)力。
[0047]提升周期反序運(yùn)行以使風(fēng)帆系統(tǒng)120縮回。例如，露天甲板平面處的定位銷縮回，允許整個(gè)風(fēng)帆系統(tǒng)120組裝件(包括兩個(gè)風(fēng)帆筒130、140以及提升托架150)縮回到筒倉(cāng)122中。當(dāng)提升托架150到達(dá)筒倉(cāng)122的底部時(shí)，甲板平面定位銷被啟動(dòng)，這些甲板平面定位銷將上風(fēng)帆筒130鎖在露天甲板平面處的適當(dāng)位置上。當(dāng)確認(rèn)上風(fēng)帆筒130被鎖在露天甲板平面處時(shí)，下風(fēng)帆筒140頂部的定位銷縮回，這些定位銷使風(fēng)帆筒130、140彼此解除耦
八
口 ο
[0048]下風(fēng)帆筒140現(xiàn)在自由地在上風(fēng)帆筒130的內(nèi)部向上移動(dòng)。下風(fēng)帆筒140和提升托架150被提升到露天甲板平面。一旦所有三個(gè)組件都在露天甲板平面處，露天甲板定位銷就縮回，并且提升托架150和兩個(gè)風(fēng)帆筒130、140 (現(xiàn)在是嵌套的)下降到筒倉(cāng)122中。當(dāng)所有組件(包括風(fēng)帆筒130、140以及提升托架150)在完全縮回位置上時(shí)，頂板132在露天甲板平面處的甲板開口周圍的排水孔壁上接合。鎖緊夾具可以被接合以使風(fēng)帆系統(tǒng)120防風(fēng)雨并且在極端的或危險(xiǎn)的海況下固定風(fēng)帆系統(tǒng)120。
[0049]現(xiàn)在將參照?qǐng)D5描述筒倉(cāng)122的某些實(shí)施方案的特征，在圖5中，顯示了筒倉(cāng)122在甲板114與龍骨地板110之間的適當(dāng)位置上的視圖。根據(jù)某些實(shí)施方案，筒倉(cāng)122被這樣安裝，其中一些組件(包括提升托架150和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)170)被布置在之中。筒倉(cāng)122被形成為當(dāng)縮回時(shí)給風(fēng)帆系統(tǒng)120提供堅(jiān)固的套管，并且當(dāng)風(fēng)帆系統(tǒng)120展開時(shí)充當(dāng)框架和結(jié)構(gòu)支撐。此外，筒倉(cāng)122被構(gòu)造為將推力從風(fēng)帆系統(tǒng)120傳遞到船100的結(jié)構(gòu)中以推進(jìn)船100。在某些實(shí)施方案中，筒倉(cāng)122用鋼形成為從龍骨地板110延伸到露天甲板114的16面的管。在某些實(shí)施方案中，筒倉(cāng)122被設(shè)計(jì)有延伸筒倉(cāng)122的整個(gè)高度的軋制的鋼角件，當(dāng)提升托架150上升或下降時(shí)，該軋制的鋼角件充當(dāng)提升托架150沿著其運(yùn)行的導(dǎo)軌。在某些實(shí)施方案中，筒倉(cāng)122被裝配到船的橫艙壁中，并且它所取代的艙壁被移除。
[0050]16個(gè)面的每個(gè)角可以用成形的大梁厚重地加固，這便利于緊固垂直導(dǎo)向件以供提升托架滾柱導(dǎo)向件(以下在圖6中顯示)使用。筒倉(cāng)122優(yōu)選地具有使得它可以經(jīng)受裝載貨艙(裝載貨艙可以被填滿沉重的礦石或煤炭)的壓力、而不偏轉(zhuǎn)的這樣的強(qiáng)度。
[0051]圍繞筒倉(cāng)122的頂部周邊布置的是甲板平面定位銷176。這些定位銷176位于稍高于露天甲板高度的平面處，但是在其中容納有提升馬達(dá)、變速箱和鏈輪導(dǎo)向件的防水夾層甲板下方受到保護(hù)。
[0052]當(dāng)頂部風(fēng)帆下降(如圖5所示)時(shí)，頂板的底部與筒倉(cāng)122殼體形成防水密封。盡管 申請(qǐng)人:相信16面的筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)提供可取的結(jié)果，但是還可以使用其他筒倉(cāng)邊框結(jié)構(gòu)。
[0053]現(xiàn)在參照?qǐng)D6，設(shè)置在筒倉(cāng)122內(nèi)的提升托架150圍繞中心軸152形成，中心軸152從水平平面平臺(tái)154向上延伸。水平平面平臺(tái)154基本上是圓形的(也就是說(shuō)，它被形成為裝配在筒倉(cāng)122的周邊內(nèi))，并且以徑向框架方式用重鋼構(gòu)成。水平平面平臺(tái)154具有厚壁鋼的垂直軸152，垂直軸152被精細(xì)地機(jī)加工為接納風(fēng)帆筒130、140的軸承，所述軸承位于管芯內(nèi)部(以下結(jié)合圖7和圖8描述)。水平平面平臺(tái)154與軸152—起在本文中被稱為“提升托架”。
[0054]在某些實(shí)施方案中，提升托架150具有從中心軸152輻射的16個(gè)輻條(或徑向臂154)。提升托架150的每個(gè)徑向臂154通過(guò)互連鋼構(gòu)件而被加強(qiáng)。徑向臂154的外端具有裝配到它們的幾個(gè)附件。在一個(gè)實(shí)施方案中，徑向臂154中有八個(gè)裝配有滾柱導(dǎo)向件148，滾柱導(dǎo)向件148作用于筒倉(cāng)122中的垂直提升導(dǎo)向件(如圖11所示)。其他八個(gè)徑向臂154通過(guò)鏈端附連而被裝配在頂部和底部(如圖12所示)。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“鏈”用于指示驅(qū)動(dòng)帶和鏈兩者。本發(fā)明的實(shí)施方案可以以可取的結(jié)果使用驅(qū)動(dòng)帶或鏈(或它們的組合)。
[0055]在某些實(shí)施方案中，兩個(gè)主軸承在提升托架150的軸152上垂直相隔大約12英尺。在某些實(shí)施方案中，這些軸承中的上側(cè)是推力徑向軸承，下側(cè)僅僅是徑向軸承。參照?qǐng)D7和8，這些軸承作用于管芯146處的旋轉(zhuǎn)風(fēng)帆筒之間。在圖7中，管芯146被顯示為設(shè)置在筒倉(cāng)122內(nèi)的下風(fēng)帆筒140的一部分。提升托架150被安置為使得中心軸152與管芯146中的軸承154配合。風(fēng)帆筒140于是可以圍繞非旋轉(zhuǎn)軸152旋轉(zhuǎn)。這些軸承作用于管芯處的旋轉(zhuǎn)風(fēng)帆筒與非旋轉(zhuǎn)軸之間。這些軸承允許風(fēng)帆筒140僅圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。軸承的設(shè)計(jì)考慮風(fēng)帆筒的旋轉(zhuǎn)速率、以及由于船的俯仰和轉(zhuǎn)動(dòng)而導(dǎo)致可能施加于風(fēng)帆系統(tǒng)120的任何附加的負(fù)載、在風(fēng)帆筒停止時(shí)可能預(yù)期的風(fēng)力、或者由于通過(guò)使風(fēng)帆筒在氣流中旋轉(zhuǎn)而將引起的馬格納斯效應(yīng)而導(dǎo)致可能預(yù)期的升力。在某些實(shí)施方案中，強(qiáng)制潤(rùn)滑系統(tǒng)被構(gòu)建到這些軸承中以延長(zhǎng)軸承壽命并且減少在高負(fù)載和旋轉(zhuǎn)速率下可以預(yù)期的熱量。軸承優(yōu)選地被機(jī)加工為精細(xì)公差，并且在軸152和管芯146兩者上被裝配為精細(xì)公差。
[0056]本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本公開后將意識(shí)到，提升托架150的非旋轉(zhuǎn)軸152、軸承154和管芯146/風(fēng)帆筒140之間的配合是重要的設(shè)計(jì)特征，并且公差必須被精細(xì)地機(jī)加工并且針對(duì)每種安裝進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0057]簡(jiǎn)要地參照?qǐng)D6和圖12兩個(gè)圖，整個(gè)轉(zhuǎn)子和提升托架150被形成為在圓柱形筒倉(cāng)122內(nèi)部垂直移動(dòng)。該垂直運(yùn)動(dòng)通過(guò)提升馬達(dá)170、齒輪箱和驅(qū)動(dòng)帶/鏈172實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，一組4個(gè)提升馬達(dá)170均勻地分隔開，并且在甲板平面114處圍繞筒倉(cāng)122的頂部布置。每個(gè)提升馬達(dá)170驅(qū)動(dòng)具有從每個(gè)延伸的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的齒輪箱。這些驅(qū)動(dòng)軸用鏈輪裝配，這些鏈輪以高精度嚙合到驅(qū)動(dòng)鏈中。驅(qū)動(dòng)帶/鏈172在導(dǎo)向鏈輪上運(yùn)行，并且在提升托架的徑向臂的外端上附連到上拉緊連接器174。從同一徑向臂的下端，驅(qū)動(dòng)帶/鏈172通過(guò)相同類型的拉緊連接器附連。該驅(qū)動(dòng)帶/鏈172向下延續(xù)到位于筒倉(cāng)122底部的鏈輪。驅(qū)動(dòng)帶/鏈172圍繞底部鏈輪，并且不受妨礙地返回到甲板平面，在甲板平面，它完成回路。作為整個(gè)回路，提升驅(qū)動(dòng)器針對(duì)對(duì)于驅(qū)動(dòng)帶/鏈172具有等同效果的提升和下降兩者是正向的，而不管驅(qū)動(dòng)鏈輪的旋轉(zhuǎn)方向如何。
[0058]重要的是，確保每個(gè)驅(qū)動(dòng)器170是同步的以通過(guò)提升和展開處理來(lái)確保提升托架是保持水平。該水平提升受到鏈提升系統(tǒng)保持每個(gè)點(diǎn)和升力的能力的很大幫助，因此確保托架的止動(dòng)或停頓被消除。
[0059]每個(gè)提升鏈連接被裝配到提升托架上的8個(gè)徑向臂的端部。這些臂之間的是用導(dǎo)向滾柱裝配的徑向臂。這些作用的散開分布進(jìn)一步確保平穩(wěn)的提升操作，因?yàn)榭梢詮拇诤Ｉ项A(yù)期的力的垂直、水平和復(fù)雜組合可以被有效地克服。
[0060]現(xiàn)在將參照?qǐng)D5、9、10和11描述某些實(shí)施方案中的定位銷(包括一組上定位銷142和一組甲板平面定位銷176)的使用的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。提升操作以所有風(fēng)帆筒130、140都被容納在筒倉(cāng)122中并且提升托架150被安置在筒倉(cāng)122的底部開始。該狀況可以通過(guò)將頂板132向下壓緊到圓形排水孔來(lái)變得穩(wěn)固，所述圓形排水孔上升到高于露天甲板114大約40英寸。為了展開風(fēng)帆系統(tǒng)120，接著進(jìn)行以下步驟。首先，松開頂板132。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)被操作來(lái)使得提升托架150將兩個(gè)風(fēng)帆筒130、140提升到甲板水平114。甲板平面定位銷176啟動(dòng)并延伸以在上風(fēng)帆筒130的底部下方的平面處鎖定。
[0061]接著，操作驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以使提升托架150縮回或下降。因?yàn)橄嘛L(fēng)帆筒140沒有用定位銷176鎖在甲板平面處，所以下風(fēng)帆筒140也下降，將上風(fēng)帆筒130留在甲板平面處，用甲板平面定位銷176保持。
[0062]接著，啟動(dòng)下風(fēng)帆筒140的上側(cè)部分中的定位銷142。這使得兩個(gè)風(fēng)帆筒130、140鎖在一起。如圖9所示，定位銷142被安置在下風(fēng)帆筒140的上側(cè)部分，并且因?yàn)橄嘛L(fēng)帆筒140的頂部部分現(xiàn)在在與頂部風(fēng)帆筒130的下側(cè)部分對(duì)齊的位置上，所以定位銷可以啟動(dòng)并且從風(fēng)帆筒130、140的內(nèi)部通過(guò)兩個(gè)筒130、140。
[0063]接著，甲板平面定位銷176縮回，并且驅(qū)動(dòng)馬達(dá)被啟動(dòng)以使提升托架150將兩個(gè)風(fēng)帆筒130、140 (現(xiàn)在被鎖在一起)提升到甲板平面114。甲板平面定位銷176再次被啟動(dòng)，并且它們將提升托架150 (在圖6的定位銷接受器158處)鎖定到位。風(fēng)帆系統(tǒng)120現(xiàn)在被展開，并且可以用于生成推進(jìn)船100的推力。為了使風(fēng)帆系統(tǒng)120縮回，反向執(zhí)行所述處理。
[0064]使用定位銷和其他組件使風(fēng)帆系統(tǒng)120展開和縮回的這樣的使用提供一些可取的優(yōu)點(diǎn)，包括提高操作效率以及減少維護(hù)。
[0065]現(xiàn)在將描述風(fēng)帆筒130、140的進(jìn)一步的特征。下風(fēng)帆筒140具有與上風(fēng)帆筒140類似的結(jié)構(gòu)，但是它的直徑稍小，從而當(dāng)裝置縮回或儲(chǔ)放時(shí)嵌套在上風(fēng)帆筒130的內(nèi)部。根據(jù)某些實(shí)施方案，筒140的下半部分在內(nèi)部受到基本樹枝狀格柵的支撐，該格柵在其中心處具有管芯146。管芯146是旋轉(zhuǎn)風(fēng)帆筒130、140與靜態(tài)提升托架150之間的連接點(diǎn)。一般地，兩個(gè)軸承被裝配到管芯中，這些軸承允許芯(其中風(fēng)帆筒被附連)圍繞形成提升托架150的上側(cè)部分的重鋼軸152自由地旋轉(zhuǎn)。在管芯146的下端的是帶溝槽的帶接受器，該帶接受器直接連接到驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。
[0066]當(dāng)展開時(shí)，上風(fēng)帆筒130在下風(fēng)帆筒140上方延伸，并且通過(guò)裝配在上風(fēng)帆筒130內(nèi)部的垂直導(dǎo)向件而被引導(dǎo)到其展開位置。這些導(dǎo)向件與下風(fēng)帆筒140的上端上的多組滾柱導(dǎo)向件匹配。這些垂直導(dǎo)向件和滾柱確保兩個(gè)風(fēng)帆筒130、140協(xié)調(diào)一致地旋轉(zhuǎn)并且有效地充當(dāng)旋轉(zhuǎn)鎖。當(dāng)上風(fēng)帆筒130上升到其展開位置時(shí)，它接合在其止擋構(gòu)件中，并且通過(guò)定位銷142被鎖定到位，定位銷142位于兩個(gè)筒130、140之間的重疊部分中。當(dāng)被啟動(dòng)時(shí)，這些定位銷水平展開以有效地穿過(guò)兩個(gè)風(fēng)帆筒130、140并且將兩個(gè)風(fēng)帆筒保持(鎖緊)在一起。
[0067]當(dāng)上風(fēng)帆筒130上升到其展開位置時(shí)，它接合在其止擋構(gòu)件中，并且通過(guò)定位銷142鎖定到位，定位銷142位于兩個(gè)筒130、140之間的重疊部分中。當(dāng)被啟動(dòng)時(shí)，這些定位銷水平展開以有效地穿過(guò)兩個(gè)風(fēng)帆筒并且保持鎖在一起的兩個(gè)風(fēng)帆筒。加固環(huán)136(圖10)可以被附連到頂部風(fēng)帆筒130的下側(cè)部分，以向該部分提供剛性并且為當(dāng)延伸時(shí)向?qū)L(fēng)帆筒130、140保持在一起的定位銷142提供高強(qiáng)度連接點(diǎn)。在某些實(shí)施方案中，加固環(huán)136可以由提供剛性并且防腐蝕的鋼、鋁或其他輕重量材料形成。
[0068]每個(gè)風(fēng)帆筒130、140的結(jié)構(gòu)整體性可以進(jìn)一步通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)肋條144 (包括垂直肋條和水平肋條)來(lái)提高。間斷的對(duì)角肋條可以被裝配在肋條之間，并且分隔開以在框架中生成抗扭力。肋條可以由其大小提供足夠的結(jié)構(gòu)支撐的材料(諸如厚管鋼)形成。
[0069]風(fēng)帆筒130、140中的每個(gè)均通過(guò)附連一片材料來(lái)加上外蒙皮，所述材料可以是鋁、鋼或復(fù)合材料。材料的選擇可以受到意圖操作區(qū)域和風(fēng)帆系統(tǒng)120將展開操作的溫度范圍的影響。外蒙皮可以通過(guò)焊接、鉚釘、螺釘或粘合劑而被附連到風(fēng)帆筒。
[0070]風(fēng)帆筒130、140旋轉(zhuǎn)地平衡，并且慣性振動(dòng)抑制裝置可以被裝配到風(fēng)帆筒以消除在整個(gè)工作轉(zhuǎn)速(rev)范圍上操作期間的振動(dòng)或諧波共振的傳播。在某些實(shí)施方案中，上風(fēng)帆筒130被形成為比下風(fēng)帆筒140輕，以在展開時(shí)提供風(fēng)帆系統(tǒng)120的較低的重心，從而減小系統(tǒng)上的應(yīng)力和負(fù)載。
[0071]在現(xiàn)有船可以用本發(fā)明的風(fēng)帆系統(tǒng)改裝之前，需要深入的工程分析來(lái)確保當(dāng)操作時(shí)船的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度足以安全地傳遞風(fēng)帆系統(tǒng)120施加的力。如果需要額外的結(jié)構(gòu)構(gòu)件或加固，則在安裝風(fēng)帆系統(tǒng)120之前和/或期間，它們應(yīng)在必要時(shí)被添加到船。
[0072]在某些實(shí)施方案中，當(dāng)風(fēng)帆系統(tǒng)120上升時(shí)，風(fēng)帆系統(tǒng)120頂部的甲板密封(例如，滑動(dòng)或鉸接)下方的變形形成防水密封。當(dāng)風(fēng)帆系統(tǒng)120下降時(shí)，頂板132的底部與筒倉(cāng)122形成防水密封。
[0073]在某些實(shí)施方案中，筒倉(cāng)122在甲板下方被合并到橫艙壁中。筒倉(cāng)122的基座被裝配到龍骨構(gòu)件或該構(gòu)件上方的最近點(diǎn)。在某些情況下，船的船材尺寸和甲板必須被調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)受由風(fēng)帆系統(tǒng)120施加于船體的力所需的強(qiáng)度。在某些實(shí)施方案中，可能需要每個(gè)船的流體靜力學(xué)分析來(lái)證明在正常操作下在風(fēng)帆系統(tǒng)展開并且船處于其最小穩(wěn)定狀況時(shí)她的穩(wěn)定性。
[0074]盡管風(fēng)帆筒130、140已經(jīng)被描述為由鋁和鋼形成，但是可以以可取的結(jié)果使用其他材料。例如，圓筒(或者其部分)可以由在該圓筒的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)上方拉伸的柔性材料(諸如帆布或塑料)構(gòu)成，或者由鋪展形成完整表面的模塊化剛性件構(gòu)成。此外，可以使用替代的外蒙皮材料，諸如船級(jí)金屬和復(fù)合物。諸如肋條的支撐結(jié)構(gòu)也可以由其他材料(包括鋼等)形成。
[0075]根據(jù)某些實(shí)施方案，風(fēng)帆筒130、140和提升托架150可以圍繞提升托架150的軸自由地樞轉(zhuǎn)。在某些實(shí)施方案中，使用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(在某些實(shí)施方案中，其中四個(gè)成對(duì)裝配在提升托架150的軸152的相對(duì)側(cè))。帶或驅(qū)動(dòng)鏈圍繞管芯基座，并且伸出到一對(duì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中的第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。帶接合在附連到驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的軸的驅(qū)動(dòng)皮帶輪中。帶圍繞驅(qū)動(dòng)皮帶輪延續(xù)160度，然后延續(xù)到位于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)之間的拉緊皮帶輪上。該皮帶輪可以就影響帶的張力進(jìn)行調(diào)整。該帶然后通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上的第二驅(qū)動(dòng)皮帶輪，然后回到管芯以完成回路。當(dāng)通電時(shí)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(兩對(duì))將驅(qū)動(dòng)供給到風(fēng)帆筒130、140和提升托架150中，提升托架150在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍上旋轉(zhuǎn)，并且僅通過(guò)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)被供電以這樣做。馬達(dá)的速度以及方向由計(jì)算機(jī)化的命令和控制系統(tǒng)(以下結(jié)合圖13進(jìn)一步描述)控制。當(dāng)斷電時(shí)，馬達(dá)可以用于使風(fēng)帆筒130、140和提升托架150的旋轉(zhuǎn)通過(guò)它們自己的慣性并且通過(guò)內(nèi)部剎車系統(tǒng)而變慢。
[0076]在某些實(shí)施方案中，多對(duì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的位置彼此直接準(zhǔn)確地相對(duì)，確保當(dāng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)將施加最大功率時(shí)，即使在風(fēng)帆筒130、140和提升托架150提速運(yùn)行(加速度時(shí)間段)期間，力的中性平衡也將從驅(qū)動(dòng)帶或鏈?zhǔn)┘佑诠苄旧稀?br> [0077]風(fēng)帆筒130、140的延伸和縮回的控制由結(jié)合圖11和圖12顯示的包括一個(gè)或多個(gè)提升馬達(dá)、齒輪箱和鏈的控制系統(tǒng)執(zhí)行。在某些實(shí)施方案中，馬達(dá)170可以是電馬達(dá)(諸如IOhp可變RPM液壓齒輪箱馬達(dá))。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到可以使用其他馬達(dá)。在某些實(shí)施方案中，可以從中心控制站(例如，諸如被安置在舵手室中的一個(gè)中心控制站)操作馬達(dá)。在某些實(shí)施方案中，可以(例如，諸如從甲板)提供本地控制。在某些實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)可以增加允許提升托架的應(yīng)急控制(例如，在天氣或其他情況下快速地使風(fēng)帆筒縮回)的超控系統(tǒng)。水可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)排水泵從筒倉(cāng)122排出。當(dāng)風(fēng)帆筒130、140縮回時(shí)，這些部分被固定地容納在筒倉(cāng)122內(nèi)，以使得甲板114保持清空(例如，在船裝貨或卸貨期間)。
[0078]筒倉(cāng)122通過(guò)其大小和位置向風(fēng)帆系統(tǒng)120提供橫向支撐的焊縫而被安裝在甲板114與現(xiàn)有艙壁之間。筒倉(cāng)122的基座通過(guò)焊縫而被固定到龍骨地板。以這種方式，多種船可以被改裝為與本發(fā)明的風(fēng)帆系統(tǒng)一起使用。
[0079]現(xiàn)在參照?qǐng)D13，在圖13中，顯示了可以與本發(fā)明的特征結(jié)合使用的控制系統(tǒng)200的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。如所描繪的，控制系統(tǒng)200包括控制風(fēng)帆系統(tǒng)202 (諸如開關(guān)217)的展開以控制提升馬達(dá)的組件。系統(tǒng)200還包括開始風(fēng)帆筒202的旋轉(zhuǎn)的組件。這樣的組件可以包括馬達(dá)216，可以從邏輯中心230切換和控制馬達(dá)216以開始風(fēng)帆筒202的旋轉(zhuǎn)或者根據(jù)需要改變風(fēng)帆筒202的旋轉(zhuǎn)方向。轉(zhuǎn)速表218可以與每個(gè)風(fēng)帆筒202相關(guān)聯(lián)以監(jiān)視每個(gè)風(fēng)帆202的旋轉(zhuǎn)速度。來(lái)自轉(zhuǎn)速表的數(shù)據(jù)可以被提供給邏輯中心230以用于控制風(fēng)帆系統(tǒng)并且用于監(jiān)視性能。
[0080]根據(jù)某些實(shí)施方案，命令和控制系統(tǒng)800可以包括提供船上和岸上數(shù)據(jù)以及最大化燃料效率的決定支持的準(zhǔn)則。命令和控制系統(tǒng)提供控制風(fēng)帆系統(tǒng)120的自動(dòng)超控和手動(dòng)超控，這些超控從船、天氣、前進(jìn)方向采集信息，包括，但不限于，風(fēng)速、相對(duì)于船前進(jìn)方向的風(fēng)向。船航線和前進(jìn)方向信息從船橋羅盤采集。來(lái)自船工程部的輸入包括船速度、每天的燃料使用噸數(shù)以及壓載船況。由命令和控制系統(tǒng)800采集的信息和狀態(tài)數(shù)據(jù)可以包括識(shí)別每個(gè)風(fēng)帆系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)的信息(例如，它是展開還是縮回、旋轉(zhuǎn)方向、以及風(fēng)帆筒旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)(諸如每分鐘的旋轉(zhuǎn)))。
[0081]在某些實(shí)施方案中，可以使用在計(jì)算作為在給定船速度的船功率要求的比例而生成的驅(qū)動(dòng)的同時(shí)將風(fēng)帆系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)化為給定風(fēng)速的算法。在某些實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)800顯示每小時(shí)和每天的燃料節(jié)約以及對(duì)于給定航行的運(yùn)行總計(jì)情況。
[0082]在某些實(shí)施方案中，命令和控制系統(tǒng)的屏幕顯示可以顯示羅盤刻度盤，其中，航向標(biāo)線相當(dāng)于船前進(jìn)方向。該線從中心起按5%的增量從0%漸變到100%。航運(yùn)角曲線顯示在羅盤刻度盤的兩側(cè)。這些曲線顯示風(fēng)帆系統(tǒng)在給定風(fēng)角的航運(yùn)效率的百分比。羅盤刻度盤采用屏幕上的方向作為相對(duì)于視風(fēng)向的船前進(jìn)方向的因素。航運(yùn)角曲線將移過(guò)漸變的航向標(biāo)線，并且風(fēng)帆系統(tǒng)航運(yùn)效率的百分比可以直接從屏幕讀取。該百分比還可以在屏幕的右上側(cè)顯示為一個(gè)百分比。
[0083]在某些實(shí)施方案中，所建議的航線修正可以顯示在顯示屏幕的右上角上。這從風(fēng)帆效率百分比計(jì)算得到，并且向值班船員顯示將導(dǎo)致更高的風(fēng)帆系統(tǒng)航行效率百分比的航線調(diào)整建議。一般地，馬達(dá)216可以是通過(guò)鏈或帶驅(qū)動(dòng)而被連接到提升托架或風(fēng)帆筒的電馬達(dá)或一對(duì)電馬達(dá)。旋轉(zhuǎn)速度可以由馬達(dá)216上的變速齒輪箱或電控制單元控制(并且可以從邏輯中心230遠(yuǎn)程控制)。可以存在作為用于在海上即刻部署的備用零件安裝的第二馬達(dá)。
[0084]風(fēng)帆筒的下側(cè)部分由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。這些可以通過(guò)齒形帶、鏈或齒輪來(lái)接合。在某些實(shí)施方案中，馬達(dá)不改變位置。在某些實(shí)施方案中，風(fēng)帆筒永久與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)接合。如果需要，該連接可以用作超限避雷器。
[0085]風(fēng)帆系統(tǒng)可以幫助船只的掌舵，并且還幫助緊急停船操縱。緊急停船操縱用于使船只盡可能快地停止。風(fēng)帆系統(tǒng)可以用于增添反向推力并且縮短使船只變慢和停止的時(shí)間量和距離。使大型船只完全停止可能需要兩英里，由風(fēng)帆系統(tǒng)提供的附加的反向推力可以幫助縮短所需的時(shí)間量和距離。還存在可以通過(guò)使用風(fēng)帆系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的一些方向改變。因此，風(fēng)帆系統(tǒng)還可以用作應(yīng)急舵。
[0086]還存在由于使風(fēng)帆筒在彼此相對(duì)的方向上旋轉(zhuǎn)而引起的風(fēng)墻效應(yīng)，當(dāng)順風(fēng)運(yùn)行時(shí)，該風(fēng)墻效應(yīng)將給予更加穩(wěn)定的可用的驅(qū)動(dòng)矢量。因?yàn)楫?dāng)風(fēng)在正后方(順風(fēng)運(yùn)行)時(shí)風(fēng)帆系統(tǒng)生成垂直于龍骨方向的推力，所以風(fēng)墻效應(yīng)發(fā)生。存在在船只側(cè)面輸出的由風(fēng)帆系統(tǒng)引起的有效的干擾空氣墻。這相當(dāng)于風(fēng)帆系統(tǒng)的風(fēng)帆區(qū)域的截面的大約四倍地作用于風(fēng)帆系統(tǒng)上。每個(gè)風(fēng)帆筒要被設(shè)置為在與相鄰風(fēng)帆筒相對(duì)的方向上旋轉(zhuǎn)，以使得存在離開港口和右舷側(cè)的風(fēng)墻。該效應(yīng)給予風(fēng)帆系統(tǒng)更廣范圍的驅(qū)動(dòng)，并且僅留下僅作為用于生成增加推力的死角的15度港口和右旋順風(fēng)，從而改進(jìn)風(fēng)帆系統(tǒng)的總體功效。
[0087]在某些實(shí)施方案中，風(fēng)帆筒202可以在兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向由風(fēng)的方向確定或者由操作者手動(dòng)確定(通過(guò)直接地或經(jīng)由邏輯中心230對(duì)馬達(dá)216的輸入)。
[0088]在某些實(shí)施方案中，操作者可以與邏輯中心230交互以優(yōu)化并控制旋轉(zhuǎn)速度以優(yōu)化燃料效率。在某些實(shí)施方案中，呈現(xiàn)給操作者的數(shù)據(jù)可以包括來(lái)自其他基于船的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，所述基于船的系統(tǒng)包括風(fēng)向標(biāo)240、燃料流量計(jì)262 (從燃料艙260測(cè)量燃料消耗量)以及導(dǎo)航儀器(諸如羅盤222)。在某些實(shí)施方案中，所有數(shù)據(jù)都可以經(jīng)由控制屏幕220被呈現(xiàn)給操作者，控制屏幕220顯示當(dāng)前操作統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(諸如船的前進(jìn)方向、風(fēng)速和風(fēng)向以及當(dāng)前燃料消耗速率)?？梢愿倪M(jìn)燃料消耗量的前進(jìn)方向或航線改變的視覺表示還可以基于從不同輸入收集的數(shù)據(jù)來(lái)提供。以這種方式，操作者可以通過(guò)改變航線來(lái)優(yōu)化燃料效率。在某些實(shí)施方案中，邏輯中心230還允許操作者縮回或延伸一個(gè)或多個(gè)機(jī)械風(fēng)帆202。在某些實(shí)施方案中，機(jī)械超控可以被提供來(lái)允許風(fēng)帆筒在緊急情況下(諸如在突然危險(xiǎn)的天氣情況下)縮回。這樣的機(jī)械超控可以在基座處或者在每個(gè)風(fēng)帆系統(tǒng)附近提供，以使得船員可以根據(jù)需要快速地縮回風(fēng)帆筒。
[0089]控制屏幕220可以在橋處提供，并且報(bào)告從風(fēng)帆系統(tǒng)傳感器接收的各種數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以包括每個(gè)風(fēng)帆筒的狀態(tài)(例如，延伸的或縮回的)、每個(gè)風(fēng)帆筒的速率或旋轉(zhuǎn)(例如，RPM)、每個(gè)風(fēng)帆筒的旋轉(zhuǎn)方向、引擎消耗的燃料量、以及引擎的當(dāng)前功率輸出。
[0090]在某些實(shí)施方案中，風(fēng)帆系統(tǒng)可以具有在以下時(shí)候允許自動(dòng)縮回的傳感器:當(dāng)船正在靠近逆風(fēng)移動(dòng)或直接移動(dòng)到逆風(fēng)中時(shí)，當(dāng)在高風(fēng)況或高海況下進(jìn)行操作時(shí)，當(dāng)通過(guò)低橋和地下通道下面時(shí)，當(dāng)在港口中停靠時(shí)，或者當(dāng)升降架和其他船上機(jī)械在一些其他定義狀態(tài)之中正在被使用時(shí)。這些狀態(tài)可以通過(guò)船上傳感器以及遠(yuǎn)程信令裝置來(lái)確定。在某些實(shí)施方案中，傳感器被提供來(lái)報(bào)告關(guān)于船的當(dāng)前的和預(yù)期的風(fēng)速和風(fēng)向。另外的傳感器可以被提供來(lái)確定風(fēng)帆筒外殼和桅桿上的壓力。
[0091]根據(jù)某些實(shí)施方案，邏輯中心230可以包括實(shí)現(xiàn)確定風(fēng)帆系統(tǒng)的最佳使用和展開的算法和操作過(guò)程的計(jì)算機(jī)代碼。例如，將風(fēng)帆筒外殼的表面速率與風(fēng)的速率的比率進(jìn)行比較的算法可以被提供來(lái)比較在風(fēng)速的預(yù)期工作范圍上輸出的驅(qū)動(dòng)。這樣的數(shù)據(jù)可以基于特定風(fēng)帆系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)特性來(lái)計(jì)算。此外，算法可以用于將船行駛的最佳航線確定為當(dāng)前風(fēng)況的函數(shù)。該信息在顯示器220上以圖形的形式顯示給船的命令者，并且給出關(guān)于燃料節(jié)省的高級(jí)信息。
[0092]在某些實(shí)施方案中，本領(lǐng)域的氣象導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)可以從控制屏幕訪問(wèn)。計(jì)算機(jī)路由系統(tǒng)被編程為允許船設(shè)置港口之間的航線、針對(duì)危險(xiǎn)進(jìn)行航線修正、然后將針對(duì)燃料消耗量和最佳到達(dá)時(shí)間對(duì)航線進(jìn)行優(yōu)化。
[0093]氣象導(dǎo)航設(shè)施具有用于本發(fā)明的風(fēng)帆系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)施。這考慮當(dāng)前天氣情況(Met-Sit),并進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)16天的預(yù)測(cè)。先前輸入的路線可以自動(dòng)地被調(diào)整來(lái)沿著將最好地使用被預(yù)期的風(fēng)況(用于風(fēng)帆展開和使用)、同時(shí)避免危險(xiǎn)風(fēng)暴或海況的路線駕駛船。集成工作日屏幕以及氣象導(dǎo)航和風(fēng)帆系統(tǒng)優(yōu)化程序兩者對(duì)導(dǎo)航員以及船所有者/操作者提供有力工具。
[0094]指出，圖13表示用于描述根據(jù)某些實(shí)施方案的控制處理的邏輯架構(gòu)，實(shí)際實(shí)現(xiàn)可以變化。而且，本文中所描述的每個(gè)船、風(fēng)帆系統(tǒng)和控制系統(tǒng)可以用不同組合的任何數(shù)量的器件實(shí)現(xiàn)。例如，某些船可以被部署少于或多于四個(gè)風(fēng)帆系統(tǒng)。在圖13的控制系統(tǒng)中，所顯示的器件中的兩個(gè)或多個(gè)可以被部署為單個(gè)芯片組或功能系統(tǒng)。而且，每個(gè)器件可以包括適合于提供本文中所描述的功能以及任何其他功能的任何數(shù)量的硬件和/或軟件元件。其他技術(shù)可以結(jié)合其他實(shí)施方案使用。[0095]本文中所討論的所有控制系統(tǒng)和處理可以在存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的程序代碼中實(shí)施。這樣的介質(zhì)可以包括⑶_R0M、DVD-R0M、磁帶和固態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或只讀存儲(chǔ)器(ROM)存儲(chǔ)單元。根據(jù)某些實(shí)施方案，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元可以與存取模式相關(guān)聯(lián)，并且可以與器件無(wú)關(guān)(例如，磁性、光電、半導(dǎo)體/固態(tài)等)。而且，可以使用內(nèi)存技術(shù)，以使得可以在處理器的RAM存儲(chǔ)器中完整地操作數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)施方案因此不限于硬件和軟件的任何特定組合。
[0096]盡管已經(jīng)關(guān)于散裝貨物船描述了實(shí)施方案，但是指出實(shí)施方案可以用于實(shí)現(xiàn)與其他船或船只相關(guān)聯(lián)的可取結(jié)果。在某些實(shí)施方案中，可以提供維護(hù)程序或系統(tǒng)。大多數(shù)進(jìn)行中的維護(hù)由自潤(rùn)滑和注油單元和組件提供。與電氣連接以及監(jiān)視和報(bào)告裝置一樣，在所有移動(dòng)部件上都需要定期檢查和觀察。在預(yù)定時(shí)間段(例如，一年)的運(yùn)營(yíng)時(shí)間段之后可能需要延伸桅桿的孔界定。此外，盡管已經(jīng)描述了兩個(gè)風(fēng)帆筒的使用，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到可以使用其他數(shù)量的圓筒。
[0097]在本文中僅僅出于說(shuō)明的目的描述了實(shí)施方案。本領(lǐng)域的技術(shù)人員從本描述將認(rèn)識(shí)到，實(shí)施方案不限于所描述的那些實(shí)施方案，而是可以通過(guò)僅由所附權(quán)利要求的精神和范圍限制的修改和改變來(lái)實(shí)施。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，所述機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)包括: 筒倉(cāng)，所述筒倉(cāng)被安置在船的甲板平面之下； 提升托架，所述提升托架被安裝在所述筒倉(cāng)內(nèi)并且支撐第一風(fēng)帆筒和第二風(fēng)帆筒；以及 至少第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，所述至少第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)被耦合到控制系統(tǒng)以選擇性地在所述筒倉(cāng)內(nèi)定位所述提升托架，所述控制系統(tǒng)可操作來(lái)控制所述至少第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)在所述筒倉(cāng)內(nèi)將所述提升托架定位在頂部位置，以展開所述第一和第二風(fēng)帆筒。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，其中所述風(fēng)帆筒圍繞所述提升托架的軸是可旋轉(zhuǎn)的，并且其中所述提升托架是以旋轉(zhuǎn)方式被裝配在所述筒倉(cāng)內(nèi)的。
3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，其中所述風(fēng)帆筒的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致推力向船的結(jié)構(gòu)的傳遞。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，還包括至少第三風(fēng)帆筒，其中所述提升托架還支撐所述至少第三風(fēng)帆筒，并且所述至少第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)可操作來(lái)展開所述第一、第二以及至少第三風(fēng)帆筒。
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，其中所述第一風(fēng)帆筒是下風(fēng)帆筒，所述第二風(fēng)帆筒是直徑稍大于所述第一風(fēng)帆筒的上風(fēng)帆筒。
6.如權(quán)利要求5所述的機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，其中所述第二風(fēng)帆筒比所述第一風(fēng)帆筒輕。
7.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，其中當(dāng)所述系統(tǒng)沒有展開時(shí)，所述提升托架、所述至少第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以及所述第一和第二風(fēng)帆筒被存放在所述筒倉(cāng)內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，還包括頂板，所述頂板用于當(dāng)所述提升托架、所述至少第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以及所述第一和第二風(fēng)帆筒被存放在所述筒倉(cāng)內(nèi)時(shí)保護(hù)所述提升托架、所述至少第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以及所述第一和第二風(fēng)帆筒。
9.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，其中所述提升托架被形成有從所述軸延伸的一組徑向臂，所述組徑向臂的一部分的末端為與所述筒倉(cāng)上的軌道配合的滾柱導(dǎo)向件。
10.如權(quán)利要求9所述的機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，其中存在十六個(gè)徑向臂，并且八個(gè)徑向臂的末夂而為滾柱導(dǎo)向件。
11.如權(quán)利要求9所述的機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，其中所述組徑向臂的第二部分的末端為提升點(diǎn)，所述提升點(diǎn)通過(guò)驅(qū)動(dòng)帶被耦合到所述至少第一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。
12.如權(quán)利要求11所述的機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)，其中存在十六個(gè)徑向臂，八個(gè)徑向臂的末端為滾柱導(dǎo)向件，八個(gè)徑向臂的末端為提升點(diǎn)，所述系統(tǒng)還包括第二、第三和第四驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。
13.一種操作機(jī)械風(fēng)帆系統(tǒng)的方法，所述方法包括: 使提升托架、下風(fēng)帆筒和上風(fēng)帆筒上升到筒倉(cāng)內(nèi)的頂部位置； 啟動(dòng)第一鎖緊裝置以將所述上風(fēng)帆筒固定在所述頂部位置； 使所述提升托架和所述下風(fēng)帆筒縮回到所述筒倉(cāng)內(nèi)的底部位置； 啟動(dòng)第二鎖緊裝置以將所述下風(fēng)帆筒的頂部部分固定到所述上風(fēng)帆筒的底部部分； 解除所述第一鎖緊裝置； 使所述提升托架、所述下風(fēng)帆筒和所述上風(fēng)帆筒上升到所述筒倉(cāng)內(nèi)的所述頂部位置；以及 啟動(dòng)所述第一鎖緊裝置以將所述下風(fēng)帆筒和所述上風(fēng)帆筒固定在所述頂部位置。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一鎖緊裝置是多個(gè)定位銷。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第二鎖緊裝置是第二組多個(gè)定位銷。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述提升托架的上升和縮回通過(guò)使用至少第一提升驅(qū)動(dòng)器來(lái)執(zhí)行。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述至少第一提升驅(qū)動(dòng)器由控制計(jì)算機(jī)控制。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述至少第一提升驅(qū)動(dòng)器被安置在所述筒倉(cāng)的頂部，并且通過(guò)帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被連接到所述提升托架。
19.一種機(jī)械風(fēng)帆，所述機(jī)械風(fēng)帆包括: 上風(fēng)帆筒，所述上風(fēng)帆筒具有頂板和基座，所述基座保持有多個(gè)定位銷； 下風(fēng)帆筒，所述下風(fēng)帆筒具有比所述上風(fēng)帆筒的直徑稍小的直徑，并且具有與所述上風(fēng)帆筒的所述基座配合的頂部部分，所述上風(fēng)帆筒和所述下風(fēng)帆筒通過(guò)所述定位銷可拆卸地連接；以及 提升托架，所述提升托架具有中心軸，所述提升托架與所述下風(fēng)帆筒的基座配合，以使得所述上風(fēng)帆筒和所述下風(fēng)帆筒可圍繞所述中心軸一起旋轉(zhuǎn)，所述提升托架被保持在筒倉(cāng)內(nèi)，所述筒倉(cāng)被安裝在船的甲板的下面。
【文檔編號(hào)】B63H9/02GK103906680SQ201280041025
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年6月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月22日
【發(fā)明者】E·霍洛漢, E·舍格利斯, J·羅茲, J·林齊 申請(qǐng)人:麥格納斯有限公司