1.本发明涉及船舶装备技术领域，尤其是一种风力助推转子结构。


背景技术：

2.风力助推等创新节能技术逐渐得到了船东和船舶设计者的广泛关注，尤其是风力助推转子，发展十分迅猛。
3.风力助推转子工作的原理是马格纳斯效应(magnus效应)，即旋转的圆柱体在来流作用下，将会受到垂直于运动方向的侧向力作用。加装风力助推转子的船舶在横风或斜风状态下，通过调整转子的旋转方向可使船舶产生前进方向上的推力，从而达到助推效果。相比风筝、风帆等风力助推技术，风力助推转子对风速和风向的适应性强，体积和受风面积相对较小，更安全也更有利于船舶布置。此外，风力助推转子和水动力节能、替代燃料等节能减排手段可叠加使用，不仅节能还可减排，有利于船舶降低eedi。
4.现有技术中，风力助推转子结构复杂，加工难度大，制造成本高，并且由于其较为庞大的外形结构，其运输和装配极为不便，调度灵活性差。


技术实现要素：

5.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的风力助推转子结构，从而通过模块化的构建方式，灵活调整整体高度，灵活配置大直径端板，从而灵活调节转子长径比，大大提升了助推转子的调度、使用灵活性。
6.本发明所采用的技术方案如下：
7.一种风力助推转子结构，包括基座，所述基座上固定安装有内筒，位于内筒外侧的基座上轴向堆叠安装有多个基本转筒，基本转筒同心套设于内筒外部；位于相邻基本转筒之间的内筒周向外部安装有隔板，单个基本转筒各自相对于相接触的隔板独立转动；最上方的基本转筒顶部设置有相同的隔板，该隔板上方转动安装有顶部转筒；所述内筒容纳于基本转筒和顶部转筒内部；所述顶部转筒顶端设置有端板，端板底面与顶部转筒筒体之间通过圆弧过渡衔接。
8.作为上述技术方案的进一步改进：
9.所述顶部转筒顶端设置有桁架结构，桁架结构顶部与端板底面固连；所述桁架结构侧面沿着圆周方向设置为内凹的弧形结构，在桁架结构侧面进行蒙皮，从而在端板与顶部转筒之间构成过渡的圆弧结构。
10.所述端板的直径大于顶部转筒筒体直径的2倍。
11.所述顶部转筒筒体部分直径与基本转筒筒体直径一致，顶部转筒筒体高度小于基本转筒筒体高度。
12.所述顶部转筒和单个基本转筒各自由独立的转动驱动机构带动转动，转动驱动机构布置于顶部转筒或基本转筒内侧面的下部。
13.所述转动驱动机构的结构为：包括安装于隔板或是基座上的电机，电机沿着圆周
方向均匀布置有多个，单个电机输出端均安装有摩擦轮，摩擦轮轴向与转子轴向平行，摩擦轮外壁面与顶部转筒或是基本转筒内壁面贴紧。
14.单个基本转筒上下两端头、以及顶部转筒底端均设置有供其转动导向的导向机构，导向机构位于对应隔板的圆周边缘处或者是基座顶面。
15.位于隔板边缘处的导向机构的结构为：包括同心设置、固接于隔板圆周边缘的导向环，导向环的截面为h型结构，导向环顶面中部和底面中部分别构成内凹的导向槽，基本转筒及顶部转筒端部伸至对应的导向槽内；单个导向槽相对的侧壁上还嵌装有滚珠；位于基座顶面的导向机构中，其导向环的截面为开口朝上的u型结构。
16.单个基本转筒外壁面上均设置有轴向贯通的沟槽，沟槽沿着基本转筒外壁面的圆周方向均匀开设有多个。
17.所述沟槽的截面为等腰梯形结构，沟槽的开口端为等腰梯形结构较短的边。
18.本发明的有益效果如下：
19.本发明结构紧凑、合理，巧妙优化，通过对转子进行模块化的构建方式，不仅能够灵活调整整体高度，还能够配置大直径的端板，灵活调节转子长径比，大大提升了助推转子的调度、使用灵活性；在遇到不同高度风速变化时适应性好，有效增加了转子产生的升、阻力，减小转子转动扭矩，大大提高了转子旋转的气动效率。
20.本发明还包括如下优点：
21.端板与顶部转筒之间通过桁架结构实现圆弧过渡的衔接，有效优化了端板与转筒交接位置处角涡耗能的情况，不仅抑制端板与筒体交接处涡流的生成，使风力助推转子的气动力更为稳定，也能减少了涡流所消耗的能量；另一方面，大直径端板的布置，能够有效增加转子升力与阻力，并且直径越大升、阻力越明显，从而对推动船舶前进提供可靠的辅助动力；
22.通过模块化的构建，极大地避免了转子整体构建所带来的加工难度和成本增加，并且模块化的构建，极大地提升了转子使用灵活性。
附图说明
23.图1为本发明的结构示意图。
24.图2为图1中a部的局部放大图。
25.图3为图2中沿b
‑
b方向的剖视图。
26.图4为图2中c部的局部放大图。
27.图5为本发明基本转筒的结构示意图。
28.其中：1、基座；2、基本转筒；3、内筒；4、转动驱动机构；5、顶部转筒；6、隔板；7、导向机构；8、桁架结构；9、端板；
29.21、沟槽；41、电机；42、摩擦轮；61、加强筋；71、导向环；72、滚珠。
具体实施方式
30.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
31.如图1和图2所示，本实施例的一种风力助推转子结构，包括基座1，基座1上固定安装有内筒3，位于内筒3外侧的基座1上轴向堆叠安装有多个基本转筒2，基本转筒2同心套设
于内筒3外部；位于相邻基本转筒2之间的内筒3周向外部安装有隔板6，单个基本转筒2各自相对于相接触的隔板6独立转动；最上方的基本转筒2顶部设置有相同的隔板6，该隔板6上方转动安装有顶部转筒5；内筒3容纳于基本转筒2和顶部转筒5内部；顶部转筒5顶端设置有端板9，端板9底面与顶部转筒5筒体之间通过圆弧过渡衔接；由基本转筒2和顶部转筒5共同构成助推转子的转筒。
32.通过对转子进行模块化的构建方式，不仅能够灵活调整整体高度，还能够配置大直径的端板9，灵活调节转子长径比；在遇到不同高度风速变化时适应性好，有效增加了转子产生的升、阻力，减小转子转动扭矩，大大提高了转子旋转的气动效率。
33.顶部转筒5顶端设置有桁架结构8，桁架结构8顶部与端板9底面固连，桁架结构8为端板9提供足够稳定的支撑；桁架结构8侧面沿着圆周方向设置为内凹的弧形结构，在桁架结构8侧面进行蒙皮，从而在端板9与顶部转筒5之间构成过渡的圆弧结构；端板9与顶部转筒5之间通过桁架结构8实现圆弧过渡的衔接，有效优化了端板9与转筒交接位置处角涡耗能的情况，不仅抑制端板9与筒体交接处涡流的生成，使风力助推转子的气动力更为稳定，也能减少了涡流所消耗的能量。
34.端板9与顶部转筒5之间圆弧结构的半径小于转筒直径的0.75倍。
35.端板9的直径大于顶部转筒5筒体直径的2倍；大直径端板9的布置，能够有效增加转子升力与阻力，并且直径越大升、阻力越明显，从而对推动船舶前进提供可靠的辅助动力。
36.顶部转筒5筒体部分直径与基本转筒2筒体直径一致，顶部转筒5筒体高度小于基本转筒2筒体高度。
37.本实施例中，基本转筒2的高度不大于筒体直径的2.5倍，顶部转筒5的高度不大于筒体直径的1.5倍。
38.通过模块化的建造和构建，可以按照需要灵活地调整转筒的整体高度，调节转筒整体的长径比；通常风力助推转子的转筒由一个顶部转筒5和三至四个基本转筒2构成。
39.顶部转筒5和单个基本转筒2各自由独立的转动驱动机构4带动转动，从而适应于不同高度风速的差异，保证不同转筒模块能够以不同的转速工作；转动驱动机构4布置于顶部转筒5或基本转筒2内侧面的下部。
40.如图3所示，转动驱动机构4的结构为：包括安装于隔板6或是基座1上的电机41，电机41沿着圆周方向均匀布置有多个，单个电机41输出端均安装有摩擦轮42，摩擦轮42轴向与转子轴向平行，摩擦轮42外壁面与顶部转筒5或是基本转筒2内壁面贴紧；电机41带动摩擦轮42转动，摩擦轮42通过摩擦力带动对应的转筒的转动。
41.单个基本转筒2上下两端头、以及顶部转筒5底端均设置有供其转动导向的导向机构7，导向机构7位于对应隔板6的圆周边缘处或者是基座1顶面。
42.本实施例中，隔板6顶面还设置有环形结构的加强筋61，来强化隔板6的刚度。隔板6可以是套置于内筒3外壁面并固定安装的环形结构，即内筒3通过外壁面上隔板6的设置，来衔接安装外部的转筒；隔板6为转动驱动机构4、导向机构7的安装提供平台和支撑。
43.如图4所示，位于隔板6边缘处的导向机构7的结构为：包括同心设置、固接于隔板6圆周边缘的导向环71，导向环71的截面为h型结构，导向环71顶面中部和底面中部分别构成内凹的导向槽，基本转筒2及顶部转筒5端部伸至对应的导向槽内；单个导向槽相对的侧壁
上还嵌装有滚珠72，通过滚珠72的设置，来减小转筒旋转时的摩擦阻力；位于基座1顶面的导向机构7中，其导向环71的截面为开口朝上的u型结构。
44.本实施例中，导向槽底面也可以设置滚珠72；对于开口朝上的导向槽，其底面通过滚珠72对对应转筒起到支撑作用。
45.如图5所示，单个基本转筒2外壁面上均设置有轴向贯通的沟槽21，沟槽21沿着基本转筒2外壁面的圆周方向均匀开设有多个。
46.沟槽21的截面为等腰梯形结构，沟槽21的开口端为等腰梯形结构较短的边。
47.本实施例中，单个基本转筒2上沿着周向均匀设置有9
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20组纵向贯通的沟槽21，单个沟槽21的深度为15cm左右，沟槽21的开口宽度为12cm左右；通过沟槽21的设置来减少转筒的表面积，从而减少其与空气接触的面积，进而削减转筒旋转时所需摩擦力，降低转筒旋转所需的扭矩；另一方面，当工作温度升高时，转筒会发生膨胀，沟槽21的开口就会相应减小，而当温度下降时，转筒出现收缩，沟槽21的开口就会相应增大，也就是说，表面沟槽21一定程度上起到了调节吸收转筒温度形变的作用，可以预防转筒变形造成的旋转振动，避免频繁的转筒动平衡调节作业。
48.本实施例中，通过模块化的构建，极大地避免了转子整体构建所带来的加工难度和成本增加，并且模块化的构建，极大地提升了转子使用灵活性。
49.本实施例中，基座1上内筒3的外部套装有上下三层基本转筒2，最上方的基本转筒2顶部通过隔板6支承衔接有顶部转筒5，顶部转筒5顶面通过桁架结构8安装有大直径的端板9；单个基本转筒2或是顶部转筒5分别由各自的转动驱动机构4带动转动，各层转筒的轴向长度尺寸根据实际使用需求设置为不同尺寸，来应对不同高度处风速的变化。
50.本发明通过模块化的构建，巧妙简化、优化助推转子结构，极大地提升其使用灵活性，提升其旋转气动效率。
51.以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。