CN101200216B - 船舶用导管及带船舶用导管的船舶 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在维持作为节能设备的性能的同时能够抑制制造成本、并且能够防止振动产生的船舶用导管、以及设置有该船舶用导管的带船舶用导管的船舶。带船舶用导管的船舶(1)具有船体(2)、推进器(3)、和设置在船体(2)尾部的船舶用导管(6)，船舶用导管(6)由筒状导管(4)、和将筒状导管(4)与船体(2)连结的一对支杆(5)构成。一对支杆(5)相对于水平面(1c)以仰角(αs)、倾斜角(θs)对称地设置在船体(2)的两舷上。此外，一对支杆(5)的中心面(5c)相对于水平面(1c)以开口角度(θs)倾斜，与包括筒状导管(4)的船尾侧缘部的面的交点(Q)从推进器轴(3c)离开偏位距离(Hs)。

Description

船舶用导管及带船舶用导管的船舶

技术领域

本发明涉及设置在船舶的船尾的船舶用导管以及设置有船舶用导管的带船舶用导管的船舶。

背景技术

在船舶中，回收在船体前进时损失的能量、获得节能效果的装置作为节能设备的一种，有设置在推进器的前方的筒状装置(称作导管或喷嘴)(例如参照专利文献1、2)。

【专利文献1】实用新型注册公报第2555130号公报(第2页，图1)

【专利文献2】特开平11-278383号公报(第2～3页，图2)

但是，在专利文献1中公开的实用新型中，虽然通过在船体的船尾与推进器之间设置既定形状的环状喷嘴(与船舶用导管相同，以下称作“船舶用导管”)能够提高船壳效率及推进效率，但是由于包括该船舶用导管的轴心的截面形状(以下称作“截面形状”)是以翼型为代表的流体力学上流线型的形状，所以为三维复杂的曲面。特别是，导管的前缘部(船首侧缘部)在包括轴心的截面中存在曲率较大的(与曲率半径较小的相同)弯曲部分，并且在垂直于轴心的截面中也以圆弧状弯曲。因此，

(a)一边加热一边进行弯曲加工的“线状加热”需要熟练的加工技能，与冲压加工相比有加工工时数大幅度增多的问题，并且由于具有熟练的加工技能的技工减少，所以将来难以使用该加工方法。

(b)此外，由于船舶用导管的船首侧缘部的上侧有槽状切口部，即、相对于船舶用导管的船尾侧缘部是圆环状，船舶用导管的船首侧缘部是大致C字状，只是通过该槽状切口部连接在船体的两舷上，所以导管的刚性较低，容易产生振动。

此外，在专利文献2中公开的发明中，将极厚板钢板通过冲压加工成形为圆环状，通过机械加工将其截面形状成形为翼型。因此，

(c)由于机械加工的费用较高，所以有制造成本高涨的问题。

(d)此外，由于能够进行这样的机械加工的机械限定于特定的机械，所以能够进行制造的工厂受到限制，有运输费用的增加、以及加工等待带来的工期长的问题。

(e)此外，虽然支承推进器的船尾轮毂与船舶用导管的上侧内表面由截面翼型的支柱连结，但是由于导管的刚性不够高，所以容易发生振动的问题是未解决的。此外，船舶用导管(大致圆环状部)以及支柱都是截面翼型，需要通过机械加工形成，所以有加工成本高涨的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做出的，目的是提供一种在维持作为节能设备的性能的同时能够抑制制造成本、并且能够防止产生振动的船舶用导管、以及设置有该船舶用导管的带船舶用导管的船舶。

(1)有关本发明的船舶用导管是设置在船体尾部的船舶用导管，具有：

筒状的导管外板，船首侧比船尾侧直径大；

筒状的船尾侧内板，在收纳在上述导管外板的内部中的状态下连接在上述导管外板的船尾侧缘部上；

船首侧内板，在收纳在上述导管外板的内部中的状态下将上述导管外板的船首侧缘部与上述船尾侧内板的船首侧缘部平滑地连结；

多个板状支杆，将上述船体与上述船尾侧内板连结。

(2)在上述(1)中，其特征在于，上述导管外板的上侧比下侧长，并且上述船尾侧内板的上侧比下侧长。

(3)在上述(1)或(2)中，其特征在于，上述船尾侧内板是圆筒或圆锥的一部分。

(4)在上述(1)～(3)的任一项中，其特征在于，沿着上述导管外板的船首侧缘部设置有管材或棒材；在该管材或棒材上连接有上述船首侧内板的船首侧缘部。

(5)此外，有关本发明的带船舶用导管的船舶具有：

船体；

突出设置在该船体尾部的推进器；

设置在上述船体尾部上的上述(1)～(4)中任一项所述的船舶用导管。

(i)因而，根据本发明，由于将船舶用导管的船尾侧内板与船体连结的板状支杆与翼型的支杆相比形状简单，所以制造较容易。此外，由于简单形状的板状支杆连接在简单形状的船尾侧内板(没有曲率较大的部位)上，接合较容易，进而，由于船舶用导管由多个板状支杆连结在船体上，所以能够防止振动的产生。

(ii)进而，由于导管外板及船尾侧内板在侧视中上侧比下侧长，所以对应于船尾形状的设计的自由度增加，节能效果增大。

(iii)此外，由于船尾侧内板是圆筒或圆锥的一部分、即棱线是直线，所以能够通过板材的二维弯曲加工来制造船尾侧内板，并且由于多个板状支杆连结在直线状的棱线上，所以连结作业变得容易且迅速，能够实现制造成本的降低及工期的缩短。

(iv)由于沿着导管外板的船首侧缘部设置管材或棒材、在该管材或棒材上连接有船首侧内板的船首侧缘部，所以不需要船首侧内板的船首侧缘部的曲率较大的(与曲率半径较小的相同)弯曲加工，所以制造变得容易，促进了船舶用导管的制造成本的进一步降低及工期的进一步缩短。

(v)进而，根据本发明，由于设置有上述(1)至(4)的任一项所述的船舶用导管，所以能够在制造成本降低的同时实现推进性能的提高。

附图说明

图1是表示有关本发明的实施方式1的带船舶用导管的船舶的概要侧视图。

图2是表示有关本发明的实施方式2的船舶用导管的概要侧视图。

图3是表示为了确认图1所示的带船舶用导管的船舶的节能效果而使用的船舶用导管的立体图。

图4是用来说明图1所示的带船舶用导管的船舶的节能效果的侧视图。

图5是从船尾方向观察的确认图1所示的带船舶用导管的船舶的减振效果而使用的船舶用导管的主视图。

图6是示意地表示有关本发明的实施方式3的船舶用导管的俯视图。

图7是示意地表示有关本发明的实施方式4的船舶用导管的立体图。

附图标记说明

1带船舶用导管的船舶

2船体

3推进器

4筒状导管

5支杆

6船舶用导管

7整流板

8船舶用导管

9舵底承(スケグ)

2c船体中心面

3c推进器轴

4c导管轴

5c中心面(支杆)

40筒状导管

41船尾侧外板

42船首侧外板

43导管外板

44船首侧内板

45船尾侧内板

46导管内板

50支杆

54侧面

60船舶用导管

αs仰角

θd开口角度

θs倾斜角

Dn船尾侧直径

Hs偏位距离

Lb下侧长度

Ld上侧长度

具体实施方式

[实施方式1：带船舶用导管的船舶]

图1表示有关本发明的实施方式1的带船舶用导管的船舶的概要，图1(a)是局部侧视图，图1(b)是从船尾侧观察的剖视图。在图1中，带船舶用导管的船舶1具有船体2、突出设置在船体2尾部(图中右侧)的推进器3、和设置在船体2尾部的船舶用导管6。船舶用导管6由筒状导管4、和将筒状导管4与船体2连结的一对支杆5构成。

筒状导管4的外轮廓在侧视(与观察船侧的方向相同)中为大致梯形(在图1(a)中，由连接位置A-位置B-位置D-位置C的线段形成)，在正视(与观察船尾的方向相同)中是截面圆形(参照图1(b))的大致圆锥形的一部分。

另外，筒状导管4的船首侧缘部(远离推进器3的范围)在上侧(相当于船桥侧或水面侧)及下侧(相当于船底侧或海底侧)分别设有切口部，通过该切口部连接在船体2上，所以筒状导管4的船首侧缘部的截面由一对大致半圆状部件形成。此外，筒状导管4的船尾侧缘部(接近于推进器3的范围)呈现与舵底承9连接的部分缺损的大致C字状。

另外，图中分别将船体2的对称面用单点虚线(以下称作“船体中心面”)2c、将推进器3的中心轴用单点虚线(以下称作“推进器轴”)3c、将筒状导管4的中心轴用单点虚线(与单点虚线3c一致，以下称作“导管轴”)4c、将水面的一例用实线(以下称作“水平面”)1c表示。

在推进器3的直径为“Dn”时，筒状导管4的船尾侧直径Dn(位置C-位置D的距离)、筒状导管4的上侧长度Ld(线段AC的长度)、筒状导管4的下侧长度Lb(线段BD的长度)、以及筒状导管4向船首方向扩径的比例(图中线段AC与导管轴4c所成的角度、线段BD与导管轴4c所成的角度，以下称作“开口角度”)θd在周向上是一定的，分别在以下的范围内。

0.40×Dn≤D1≤1.0×Dn

0.40×Dn≤Ld≤1.0×Dn

0.02×Dn≤Lb≤1.0×Dn

Lb≤Ld

5°≤θd≤20°

[实施方式2：船舶用导管—之一]

图2表示有关本发明的实施方式2的船舶用导管的概要，图2(a)是侧视图，图2(b)是从船尾侧观察的主视图。另外，对于与实施方式1(图1)相同的部分赋予与其相同的附图标记而省略一部分的说明。

在图2中，筒状导管4是设置在图1所示的带船舶用导管的船舶1的右舷上的导管。构成船舶用导管6的一对支杆5相对于水平面1c在侧视中以“仰角αs”、在正视中以“倾斜角θs”对称地设在船体2的两舷上。此外，一对支杆5的中心面5c(用单点虚线表示)在船体中心面2c上交叉，该交叉线与包括筒状导管4的船尾侧缘部的面的交点Q从推进器轴3c的离开距离(以下称作“偏位距离”)仅为Hs。

即，如果筒状导管4与支杆5的距离近，支杆5的效果则会变小，所以筒状导管4与支杆5互不干涉的位置关系设定在如下范围为佳。

-30°≤αs≤30°

-0.3×Dn≤Hs≤0.3×Dn

-45°≤θs≤45°

另外，在图1中，表示以下的情况。

αs＝0°

Hs＝0

θs＝0°

(节能效果)

图3所示的是确认图1所示的带船舶用导管的船舶的节能效果而使用的船舶用导管的立体图，图3(a)是具备支杆的船舶用导管，图3(b)是不具备支杆的筒状导管。

为了确认支杆5给节能效果带来的影响而使用的水槽是长度240m、宽度18m、深度8m的船模型试验水槽，供试模型船的长约8m，船型是大型的散装货轮。并且，支杆5的截面形状是与筒状导管4的截面形状相同厚度的平板，弦(コ-ド)长与推进器轴3c相同高度的筒状导管4的弦长相同。

表1表示在没有安装支杆5(仅设置了筒状导管4)的情况下的马力为“100”时的马力比较。

如果与仅设置了筒状导管4(没有支杆5)的情况相比较，则在装备了具备支杆5的船舶用导管6的情况下，马力减轻了约1％。由此，可以确认通过安装支杆5，节能效果提高。另外，在本试验中，虽然支杆5不是翼型截面、而是由平板形成，但不会降低节能效果。

另外，由于筒状导管4设置在船体上，所以准确的说不是完全的圆环，而是在两处或一处有切口的圆弧部形成的。

【表1】

节能设备	马力比较
		无支杆	100
带有支杆	99

※将无支杆的马力换算为100

图4是用来说明图1所示的带船舶用导管的船舶的节能效果的侧视图。另外，对于与图1相同的部分赋予与其相同的附图标记而省略一部分的说明。

在图4中，如果将支杆5安装在筒状导管4上，则流入到推进器3的前方、筒状导管4的后方(在图4中用剖面线表示)范围中的流场的分布变化，作为决定需要马力的自航要素之一的有效伴流系数“1-Wt”提高。因此，与没有支杆5的仅设置了筒状导管4的情况相比较，马力降低效果提高。

表2表示上述试验中的“1-Wt”的比较。由于1-Wt越小需要马力越低，在试验结果中通过添加支杆5而使1-Wt降低了约1.2％，所以能够确认支杆5有利于马力降低。

【表2】

节能设备	1-Wt
		无支杆	100.0
带有支杆	98.8

※将无支杆的1-Wt换算为100

(减振效果)

图5是从船尾方向观察的确认图1所示的带船舶用导管的船舶的减振效果而使用的船舶用导管的主视图。

推进器3旋转带来的流场的周期性的变动频率如果接近于筒状导管4的固有振动频率，则容易发生共振。例如，如果是1次模式的振动，则在远离船体2与筒状导管4的连接部分24d、24b的地方(用剖面线表示)容易发生振动(参照图5)。

在容易发生这样的共振现象的情况下，通过在容易发生该振动的部分上设置将船体2与筒状导管4连接的支杆5，能够使筒状导管4的固有振动频率远离流场的变动频率。此外，筒状导管的刚性同时得到了提高，能够避免振动。

另外，支杆的个数并没有限定，通过解析等决定，使导管的固有振动频率远离流场的变动频率。该振动防止效果在截面的厚度较薄的导管的情况下是特别有效的。

此外，筒状导管4的外壳在侧视中图示了上侧比下侧长的结构，但也可以是上侧与下侧相等的长度。

[实施方式3：船舶用导管—之二]

图6示意地是表示有关本发明的实施方式3的船舶用导管的俯视图。在图6中，船舶用导管60代替带船舶用导管的船舶1的船舶用导管6而设置。船舶用导管60由筒状导管40和一对支杆50构成，支杆50在筒状导管40上的设置形式基于实施方式2(图2)。

筒状导管40是由导管外板43和导管内板46形成的筒状体。

导管外板43由船首侧比船尾侧直径大、上侧比下侧长的作为大致圆锥的一部分的船尾侧外板41、和连接在船尾侧外板41的船首侧缘部上、越接近于船首侧缘部内径越逐渐减少的船首侧外板42形成。

导管内板46由船首侧比船尾侧直径大、上侧比下侧长的作为圆锥或圆筒的一部分的船尾侧内板45、和连接在船尾侧内板45的船首侧缘部上、越接近于船首侧缘部内径越逐渐扩大的船首侧内板44形成。

船首侧外板42的船首侧缘部与船首侧内板44的船首侧缘部连接。

并且，在船尾侧内板45上连接有支杆50。即，由于船尾侧内板45的棱线是直线，所以支杆50连接在船尾侧内板45上的侧面54为直线。由此，船尾侧内板45及支杆50各自的制作变得容易，并且船尾侧内板45与支杆50的连接变得简便、容易，所以船舶用导管60的施工成本变得便宜。

另外本发明并不限于船首侧外板42的船首侧缘部与船首侧内板44的船首侧缘部连接的形式，例如也可以在船首侧外板42的船首侧缘部与船首侧内板44的船首侧缘部之间设置管体或棒体、在该管体或棒体上分别接合船首侧外板42的船首侧缘部与船首侧内板44的船首侧缘部。此时，由于能够省略船首侧外板42的船首侧缘部附近以及船首侧内板44的船首侧缘部附近的、曲率较大的(曲率半径较小的)弯曲加工(三维弯曲加工)，所以制造成本便宜。

进而，也可以代替内径逐渐减少的船首侧外板42而将导管外板43的整个区域做成成形为圆锥的一部分的船尾侧外板41(相同于看作成形为将船首侧外板42连接在船尾侧外板41上的圆锥的一部分)。此时，由于导管外板43在整个区域中具有直线状的棱线，所以能够通过简单的二维弯曲来制造，制造成本变得便宜。并且，如果同时设置上述管体或棒体，则制造成本会更便宜。

[实施方式4：船舶用导管—之三]

图7示意的是本发明的实施方式4的船舶用导管的立体图。在图7中，船舶用导管8是在带船舶用导管的船舶1的船舶用导管6中、在支杆5的上表面上设置了整流板7的结构。整流板7由于水平面1c平行于船体中心面2c、促进了筒状导管4内的整流效果，所以促进了流入到推进器3的前方、筒状导管4的后方(参照图4所示的剖面线)的范围中的流场的分布变化，决定需要马力的作为自航要素之一的有效伴流系数“1-Wt”进一步提高。因此，马力降低效果进一步提高。

工业实用性

由于本发明是以上的结构，能够在维持作为节能设备的性能的同时抑制制造成本、并且能够防止振动的产生，所以能够作为各种类型船舶的节能设备而广泛使用。

Claims (5)

1.一种船舶用导管，设置在船体的推进器前方，其特征在于，

在设上述推进器的直径为Dp、上述船舶用导管的船尾侧直径为Dn、上述船舶用导管的上侧长度为Ld、上述船舶用导管的下侧长度为Lb、船舶用导管向船首方向扩径的比例为θd时，处于下述关系：

0.40×Dp≤Dn≤1.0×Dp

0.40×Dp≤Ld≤1.0×Dp

0.02×Dp≤Lb≤1.0×Dp

Lb≤Ld

5°≤θd≤20°，

具有：

筒状的导管外板，船首侧比船尾侧直径大；

筒状的船尾侧内板，在收纳在上述导管外板的内部的状态下连接在上述导管外板的船尾侧缘部上；

船首侧内板，在收纳在上述导管外板的内部的状态下将上述导管外板的船首侧缘部与上述船尾侧内板的船首侧缘部平滑地连结；

多个板状支杆，将上述船体与上述船尾侧内板连结。

2.如权利要求1所述的船舶用导管，其特征在于，上述导管外板的上侧比下侧长，并且上述船尾侧内板的上侧比下侧长。

3.如权利要求1所述的船舶用导管，其特征在于，上述船尾侧内板是圆筒或圆锥的一部分。

4.如权利要求1所述的船舶用导管，其特征在于，

沿着上述导管外板的船首侧缘部设置有管材或棒材；

在该管材或棒材上连接有上述船首侧内板的船首侧缘部。

5.一种带船舶用导管的船舶，其特征在于，具有：

船体；

突出设置在该船体尾部的推进器；

设置在上述船体尾部的权利要求1～4中任一项所述的船舶用导管。

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