本發(fā)明屬于船舶，一種基于轉(zhuǎn)子風(fēng)帆的商船空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、轉(zhuǎn)子風(fēng)帆是利用馬格努斯效應(yīng)來輔助推進(jìn)船舶前進(jìn)的動(dòng)力裝置。隨著國際海事組織(imo)對船舶碳排放的標(biāo)準(zhǔn)越來越高，越來越多的船舶采用轉(zhuǎn)子風(fēng)帆實(shí)現(xiàn)風(fēng)能助推，減少船舶的燃料消耗，進(jìn)而降低船舶的碳排放。

2、船舶航行過程中，轉(zhuǎn)子風(fēng)帆具有較高的線速度，通常轉(zhuǎn)子風(fēng)帆的直徑約為5m、高度約30m，轉(zhuǎn)子風(fēng)帆的轉(zhuǎn)速一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)，那么轉(zhuǎn)子風(fēng)帆的切向線速度可達(dá)40m/s～50m/s。并且，為了更好的在轉(zhuǎn)子風(fēng)帆上形成風(fēng)的流場，從而實(shí)現(xiàn)更好的助推效果，所以在轉(zhuǎn)子風(fēng)帆頂端設(shè)置了圓形端板，一般端板的直徑為轉(zhuǎn)子風(fēng)帆旋筒直徑的2倍，因此，端板最外圍具有更高的線速度，可達(dá)80m/s～100m/s。

3、商船通常對壓縮空氣的供應(yīng)需求量較大，如商船的主機(jī)和副機(jī)的啟動(dòng)、船上氣動(dòng)設(shè)備的使用等，此外，近年來許多商船為了降低商船阻力而增設(shè)了空氣潤滑系統(tǒng)，利用壓縮空氣在船底下表面和海水之間形成一層空氣層，降低海水的粘性阻力對商船航行的影響，因此，商船需要非常多的壓縮空氣。

4、商船所需的壓縮空氣通常是使用空氣壓縮機(jī)(簡稱空壓機(jī))對外界的空氣進(jìn)行壓縮而獲得。而空壓機(jī)在壓縮空氣時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，為了保證空壓機(jī)能夠具有良好的運(yùn)行工況并提高壓縮后空氣的密度，則需要冷卻壓縮的空氣和空壓機(jī)，目前主要采用的冷卻方法是使用海水冷卻淡水，淡水再冷卻壓縮的空氣和空壓機(jī)，系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且海水中存在較多雜質(zhì)，容易造成換熱器的臟堵和結(jié)垢，不僅需要定期進(jìn)行人工清除，而且影響換熱效率。所以，空壓機(jī)在壓縮空氣時(shí)的冷卻過程存在比較多問題。

5、基于此，若能提出了一種基于轉(zhuǎn)子風(fēng)帆的商船空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)，將離心式空壓機(jī)巧妙的與轉(zhuǎn)子風(fēng)帆的端板融合，在轉(zhuǎn)子風(fēng)帆高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，大量空氣進(jìn)入離心式空壓機(jī)，進(jìn)而制取更多的壓縮空氣。此外，氣體管道盤旋緊貼在風(fēng)帆旋筒內(nèi)壁，因轉(zhuǎn)子風(fēng)帆旋筒表面的切向線速度快，對流換熱系數(shù)非常大，換熱效果好，而且轉(zhuǎn)子風(fēng)帆直徑大，高度高，表面積大，具有超大的散熱面積，所以能夠達(dá)到更好的冷卻效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對上述的問題，提出一種基于轉(zhuǎn)子風(fēng)帆的商船空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：轉(zhuǎn)子風(fēng)帆、風(fēng)帆旋筒、風(fēng)帆中軸、上端板、上離心式空壓機(jī)、下離心式空壓機(jī)、下端板、隔板、中部匯集管道、兩端匯集管道、螺旋管道、單向閥、空氣收集腔、收集腔內(nèi)圈、收集腔外圈、環(huán)密封、螺旋管道接口、出口管道接口、升降電機(jī)、滑輪、系板、隔板軌道、隔板卡槽、鋼繩、出口管道、底座、儲(chǔ)氣瓶。

2、所述轉(zhuǎn)子風(fēng)帆放置在商船甲板上，由風(fēng)帆旋筒、風(fēng)帆中軸和底座組成，轉(zhuǎn)子風(fēng)帆利用馬格努斯效應(yīng)輔助推進(jìn)商船航行。

3、所述轉(zhuǎn)子風(fēng)帆上方設(shè)有下端板，下端板上方設(shè)有下離心式空壓機(jī)，下離心式空壓機(jī)上方設(shè)有上離心式空壓機(jī)，上離心式空壓機(jī)上方設(shè)有上端板。并且上端板、上離心式空壓機(jī)、下離心式空壓機(jī)和下端板由上到下依次連接。

4、所述中部匯集管道上端與上離心式空壓機(jī)連接，下端與一條螺旋管道連接；兩端匯集管道上端與下離心式空壓機(jī)連接，下端與另一條螺旋管道連接。

5、所述螺旋管道為雙螺旋結(jié)構(gòu)，緊貼風(fēng)帆旋筒內(nèi)壁盤旋向下，并且螺旋管道的直徑從上到下逐漸減小。每條螺旋管道的底部都裝有一個(gè)單向閥，能夠保證壓縮空氣沿螺旋管道由上至下流動(dòng)，防止壓縮空氣逆流。螺旋管道經(jīng)由單向閥后與空氣收集腔的螺旋管道接口相連，出口管道上端與空氣收集腔的出口管道接口相連，下端與儲(chǔ)氣瓶相連。

6、所述空氣收集腔設(shè)置在轉(zhuǎn)子風(fēng)帆的底部，底座的上方，空氣收集腔由收集腔內(nèi)圈、收集腔外圈和環(huán)密封組成，收集腔內(nèi)圈與風(fēng)帆中軸外壁通過焊接的方式相配合，在轉(zhuǎn)子風(fēng)帆旋轉(zhuǎn)時(shí)，收集腔內(nèi)圈與風(fēng)帆中軸是靜止的；收集腔外圈與風(fēng)帆旋筒內(nèi)壁通過焊接的方式相配合，收集腔外圈能夠跟隨風(fēng)帆旋筒一起旋轉(zhuǎn)。在收集腔外圈上部沿圓周方向均勻開設(shè)多個(gè)螺旋管道接口，用于連接螺旋管道，收集腔內(nèi)圈底部沿圓周方向均勻開設(shè)多個(gè)出口管道接口，用于連接出口管道。

7、在收集腔內(nèi)圈和收集腔外圈之間形成了一個(gè)密閉腔體，能夠暫時(shí)儲(chǔ)存螺旋管道所輸送來的壓縮空氣。收集腔外圈上設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)填充有環(huán)密封，能夠保證上述密閉腔體的氣密性，防止壓縮空氣從空氣收集腔中泄露。

8、在轉(zhuǎn)子風(fēng)帆旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋管道通過螺旋管道接口與收集腔外圈相連，這樣風(fēng)帆旋筒、收集腔外圈和螺旋管道能夠以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)螺旋管道和收集腔外圈相對靜止，使得螺旋管道中的壓縮空氣能夠順利的進(jìn)入空氣收集腔，此后，壓縮空氣再經(jīng)過與收集腔內(nèi)圈底部相連的靜止出口管道輸送至儲(chǔ)氣瓶中。通過空氣收集腔實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣從轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋管道中輸送至靜止的儲(chǔ)氣瓶中。

9、所述上離心式空壓機(jī)和下離心式空壓機(jī)結(jié)構(gòu)相同，但葉輪旋向不同，從正視視角來看：上離心式空壓機(jī)葉輪旋向向右，下離心式空壓機(jī)葉輪旋向向左，并且，上離心式空壓機(jī)和下離心式空壓機(jī)的橫截面積沿端板徑向從外到內(nèi)逐漸減小。上離心式空壓機(jī)和下離心式空壓機(jī)保證在風(fēng)向和風(fēng)帆轉(zhuǎn)向改變時(shí)能夠持續(xù)的壓縮空氣。

10、所述上端板、隔板、下端板、升降電機(jī)、滑輪、系板、隔板軌道、隔板卡槽、鋼繩組成升降裝置。

11、所述升降電機(jī)放置在上端板幾何中心的空余空間內(nèi)。所述隔板軌道設(shè)置在上端板和下端板外側(cè)，沿上端板和下端板圓周方向均勻分布有多個(gè)；所述隔板卡槽設(shè)置在隔板內(nèi)側(cè)，沿隔板圓周方向均勻分布有多個(gè)，并在隔板卡槽下部設(shè)有系板，用于連接鋼繩。所述隔板軌道和隔板卡槽數(shù)量相等，且每個(gè)隔板軌道均對應(yīng)一個(gè)隔板卡槽并相互配合，使隔板能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行上下移動(dòng)。

12、所述鋼繩一端與升降電機(jī)相連，另一端穿過滑輪、隔板軌道和隔板卡槽與隔板卡槽下部的系板相連。當(dāng)升降電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，升降電機(jī)帶動(dòng)鋼繩轉(zhuǎn)動(dòng)，在鋼繩的作用下，帶動(dòng)隔板向上移動(dòng)。同理，升降電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在鋼繩的作用下，隔板向下移動(dòng)。

13、在本發(fā)明中，規(guī)定位于圓周對角方向上的兩個(gè)隔板軌道和兩個(gè)隔板卡槽為一組，那么在升降裝置中，至少有一組隔板軌道和隔板卡槽能夠在鋼繩的作用下起到升降作用，其余組僅起到導(dǎo)向作用。

14、在本發(fā)明中，假定風(fēng)帆旋筒的轉(zhuǎn)向由俯視視角而確定，在商船的航行過程中，商船左舷來風(fēng)時(shí)，轉(zhuǎn)子風(fēng)帆順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，12隔板通過升降裝置向下移動(dòng)，將下離心式空壓機(jī)完全遮擋，上離心式空壓機(jī)完全露出，此時(shí)，空氣進(jìn)入上離心式空壓機(jī)，并向下流動(dòng)，壓縮空氣依次通過中部匯集管道、螺旋管道、單向閥后，匯集到空氣收集腔，最后通過出口管道輸送到儲(chǔ)氣瓶中。

15、當(dāng)商船右舷來風(fēng)時(shí)，轉(zhuǎn)子風(fēng)帆逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，隔板通過升降裝置向上移動(dòng)，將上離心式空壓機(jī)完全遮擋，下離心式空壓機(jī)完全露出，此時(shí)空氣進(jìn)入下離心式空壓機(jī)，壓縮空氣依次通過兩端匯集管道、螺旋管道、單向閥后，匯集到空氣收集腔，最后通過出口管道輸送到儲(chǔ)氣瓶中。

16、本發(fā)明裝置主要提供通用的壓縮空氣，當(dāng)壓縮空氣被輸送到儲(chǔ)氣瓶中儲(chǔ)存后，在送至用氣裝置前，需要根據(jù)各個(gè)用氣裝置的自身參數(shù)要求對壓縮空氣作進(jìn)一步的增壓或減壓等處理。

17、螺旋管道盤旋在風(fēng)帆旋筒的內(nèi)壁上，其內(nèi)部的壓縮空氣所產(chǎn)生的熱量，經(jīng)過螺旋管道將熱量傳遞給風(fēng)帆旋筒的內(nèi)壁，風(fēng)帆旋筒的內(nèi)壁再將熱量徑向傳遞給風(fēng)帆旋筒的外壁，風(fēng)帆旋筒的外壁與空氣的對流速度很大，對流換熱系數(shù)大，散熱面積大，螺旋管道通過風(fēng)帆旋筒的內(nèi)外壁能夠?qū)崃靠焖賯鬟f至空氣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓縮空氣的冷卻。

18、本發(fā)明的有益效果：

19、1.本發(fā)明的螺旋管道緊貼于風(fēng)帆旋筒內(nèi)壁，通過風(fēng)帆旋筒高速旋轉(zhuǎn)時(shí)較大的線速度，增強(qiáng)了氣流擾動(dòng)效果，實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣與外界空氣之間的高效換熱。并且轉(zhuǎn)子風(fēng)帆具有超大的表面積，提供了充足的換熱面積，提升了整體冷卻效果。

20、2.本發(fā)明與傳統(tǒng)壓縮空氣水冷和風(fēng)冷的冷卻方式相比，既省去了冷卻空氣的水泵和風(fēng)機(jī)，省掉了冷卻水泵和風(fēng)機(jī)的功耗，又避免了冷卻水換熱器的臟堵和結(jié)垢，省去了人工維護(hù)和清潔的環(huán)節(jié)，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的實(shí)用性和創(chuàng)新性。