CN101531246B - 用于减小船的驱动功率需求的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于减小船的驱动功率需求并适用于所有类型的丰满和不丰满的不是很快的船的装置(10)，以这样的方式形成，即在螺旋桨之前一个很短的距离上固定安装在船体(100)上的装置(10)由一个带有安装于前喷口内部的鳍板(30；30a、30b、30c、30d)的前喷口(20)构成，其中前喷口围绕一水平的横向的优选穿过前喷口中心的轴线在上部向前倾斜优选最大8°。

Description

用于减小船的驱动功率需求的装置
技术领域
本发明涉及一种用于减小单螺旋桨船或多螺旋桨船，尤其是丰满型
Figure G2009101346010D00011
和非丰满型的不是很快的船的驱动功率需求的装置。
背景技术
从DE 42 23 570 C1公知一种用于可调螺旋桨推进器的流动导向面。对于这种流动导向面，通过一个逆流而上的扩压器形式的环形喷口产生流动干扰。为此在附近区域形成迎流的延迟并在外围区域形成迎流的加速。扩压器直径小于螺旋桨直径的65％。一个这样的喷口以减速喷口或带有向外拱起的环形喷口的扩压器形式实现。该扩压器在其范围内减缓流动，这只要通过非常厚的桨毂，如对于可调螺旋桨推进器，就可以引起推进效率的改善。因此一个这样的喷口不是以带有一个环形喷口的向内的拱形结构的加速喷口形式实现的。因此在该文献中所介绍的喷口在其范围内不加速流动且并不是适合于所有的螺旋桨类型，尤其不适合固定螺旋桨。在DE 42 23 570 C1中没有说明一个在伴流很强的区域内提高螺旋桨迎流速度的前喷口的工作原理。
从JP 07 267189 A公知一种带有一个环形喷口和放射状安装的鳍板的螺旋桨结构。螺旋桨直径大约相当于喷口的环直径。
在JP 58 000492 A中示出了另一种螺旋桨结构，通过该结构可以实现效率的改善和驱动功率需求的减小。该结构同样包括鳍板以及一种由六个蜂窝状安装的元件所组成的构造。
发明内容
本发明的任务在于，提拱一种用于减小船的驱动功率需求的装置。此外应当实现效率的改善以及鳍板对迎流的适配。另外应当改善螺旋桨迎流。
此任务由带有权利要求1的特征的一种装置解决。
据此按照本发明的装置以这种方式形成，即在螺旋桨之前一个很短的距离处安装在船体上的装置包含前喷口，该前喷口带有安装于前喷口内部的鳍板或水翼，其中前喷口围绕一水平的横向的优选穿过前喷口中心的轴线在上部向前倾斜优选最大8°。
通过一种这样构成的装置可以减小船的驱动功率需求。可能的收益随着螺旋桨推力载荷系数的增加而增加。该装置尤其适用于慢速的丰满的船，例如油轮、散装船和拖轮，也适用于所有类型的不是很快的船。装置自身在船的螺旋桨之前固定安装在船身上并且包含两种功能元件，即前喷口和鳍板或水翼。
此外前喷口的工作原理在于，在伴流很强的区域内提高螺旋桨迎流速度，而在弱伴流区域减小螺旋桨迎流速度，其中喷口自身产生推力，并且安装在前喷口内部的鳍板或水翼的工作原理在于形成一个预旋流，其中两种功能元件针对不同的损失源，即前喷口针对有效推力负荷的减小，而鳍板或水翼针对螺旋桨射流内旋流损失的减小。通过两种效果，推进系统的效率得到提高。
通过将装置尽可能靠近地安装在螺旋桨之前，获得了尽量大的效果，即使在不同的装载情况下。
另外，按照本发明的装置不仅适用于丰满的船；它可以以同样的效果应用于所有类型的不是很快的船，其速度大约≤25kn。应用在非常大的集装箱船上也是可行的。
其它有利的构造是从属权利要求的内容。
为了获得一个尽量大的效果，该装置或者该前喷口以其后缘固定安装在螺旋桨平面之前不超过0.3倍螺旋桨直径的地方。优选前喷口在上部向前倾斜大约4°。
根据另一种构造，前喷口绕一个优选穿过前喷口中心的垂直轴线在侧面扭转(verdrehen)，使得前喷口在螺旋桨的向上拍击的一侧上向前倾斜。
另外本发明规定，前喷口可以绕一个优选穿过前喷口中心的垂直轴线在侧面转动最大3°，优选转动1°，从而前喷口在螺旋桨的向上拍击的一侧上向前扭转，其中扭转也可以为0°，然而不能向另一个方向。
另外本发明规定，前喷口轮廓的厚度小于其长度的12％。优选前喷口轮廓的厚度可以是其长度的7.5％或9％。
另一种布置形式规定，鳍板在径向上具有一个可变的迎角，其中鳍板这样扭转(扭曲(twist))，即鳍板在船的内部朝上定向，且迎角在向外的方向上减小。
因此前喷口关于一个向上偏移的且优选位于螺旋桨轴线上方的轴线旋转对称地设置，其中前喷口的内直径最大为螺旋桨直径的90％。
优选四个鳍板或水翼非对称地设置在前喷口内部并且径向于螺旋桨轴线设置，其中鳍板或水翼将前喷口与船体相连并且设置在前喷口的后端上，其中鳍板或水翼的水翼形且也为透镜形的横截面轮廓的拱形侧在螺旋桨的向上拍击的一侧上朝上定向并且在螺旋桨向下拍击的一侧上朝下定向。然而四个鳍板或水翼在前喷口内部空间中的布置没有限制，尤其是还可以具有更少或更多的鳍板或水翼数量。
附图说明
附图中描述了用于带有一个上部向右侧旋转的螺旋桨的一艘船的按照本发明的装置的实施例，其中：
图1在右舷侧视图中示出了本发明的装置，其包含一个带有安装于其内部的鳍板或水翼的前喷口；
图2在后视图中示出了该装置，其中鳍板或水翼无差异示出；
图3示出了通过鳍板或水翼轮廓的一个放大的横截面；
图4示出了船尾轮廓的侧视图；
图5示出了一张船尾的肋骨型线图；
图6示出了前喷口，其带有安装于其内部的且带有按照图1的鳍板位置布置的鳍板；
图7示出了带有在上部向前倾斜4°的前喷口的装置的侧视图；
图8示出了具有在船体的内部朝上定向且扭转(扭曲)的鳍板的前喷口的示意图；
图9示出了使用按照本发明的装置时的功率节省图表；
图10示出了使用和不使用按照本发明的装置时的功率需求图表；
图11示出了各种不同类型船舶使用按照本发明的装置时的功率节省图表。
具体实施方式
根据图1按照本发明的装置10，在一个船体100的在附图中没有示出的螺旋桨之前紧接一个圆柱形或者其他形状或横截面形状的、固定安装在船体上的前喷口20。鳍板30或水翼安装在前喷口20的内部空间20a中。前喷口20关于向上偏移的轴线21旋转对称地设置在船体上。
对于图2中所描述的实施例，在前喷口20的内部空间20a中星形地安装有四个具有不同鳍板长度的鳍板30a、30b、30c、30d。这四个鳍板非对称地安装在前喷口内并径向于螺旋桨轴线PA设置。此外鳍板30a、30b、30c、30d将前喷口20与船体100连接，并且没置在前喷口20的面对螺旋桨的后端上，其中鳍板或水翼30；30a、30b、30c、30d的水翼形或者透镜形的横截面轮廓31的拱形侧32在船的左舷侧，也就是螺旋桨的向上拍击的一侧上朝上定向，而在船的右舷侧，也就是在螺旋桨的向下拍击的一侧上朝下定向。另外鳍板或水翼30a、30b、30c、30d在左舷侧在前部朝上定向，而在右舷侧在前部朝下定向(图2和图3)。螺旋桨的运行方向按照箭头方向X(图1)。安装在前喷口20内部空间20a中的鳍板或水翼30或30a、30b、30c、30d的角度位置是可调节的并且可锁止在调准的角度位置上。
根据一种带有向上朝右舷旋转的螺旋桨的实施例，鳍板30a、30b、30c、30d具有如下的优选径向的角度位置和起始角度位置：
鳍板角度   迎角
左舷(BB)    下鳍板(30a)    247.5°    14°
左舷(BB)    中鳍板(30b)    292.5°    12°
左舷(BB)    上鳍板(30c)    337.5°    8°
右舷(SB)    鳍板(30d)      90.0°     10°
并且对于鳍板角度如此定义：从后部看：12点＝0°，沿顺时针方向增加，其中鳍板角度和迎角可以不同于所给定的值。
根据在图1、图3和图6中描述的实施形式，鳍板具有一个带有一个拱形侧壁32和一个直线形的底面33的透镜形的横截面轮廓31。此外例如两个鳍板30相对于螺旋桨轴线PA的布置和位置是这样的，即上鳍板以其底面33与螺旋桨轴线PA平行，而下鳍板的底面33与螺旋桨轴线PA成一个最小为5°，优选为10°的角度α。鳍板的其它的角度位置也是可行的。整体上优选鳍板30a、30b、30c、30d具有图2中所示的位置。
根据图1和图6前喷口20由一个带有一个横截面轮廓26的模制体25构成，该横截面轮廓包含：一个位于外侧且相对于螺旋桨轴线PA倾斜一个角度延伸的壁面段26a；一个位于内部的直线的且与螺旋桨轴线PA平行的壁面段26b；以及一个在背离螺旋桨的区域的弧形的壁面段26c，该壁面段26c过渡到外侧的壁面段26a。位于外侧的壁面段26a也可以是弧形的。螺旋桨端在图6中以PS表示。
如图7所示的，装置10在螺旋桨101之前较小距离处安装在船体100上。此外装置10应当尽可能靠近地安装在螺旋桨101之前。此外前喷口20围绕一个优选穿过前喷口中心的水平的横向的轴线在上部向前扭转优选最大8°地设置。在图7中前喷口20在上部向前扭转4°。此外前喷口20以其后缘固定安装在螺旋桨平面之前不超过0.3倍螺旋桨直径的地方。
此外前喷口20绕一个优选穿过喷口中心的垂直的轴线在侧面扭转例如直到3°，从而前喷口在螺旋桨101的向上拍击的一侧上向前扭转。在这里最理想的扭转大约直到1°。0°也是恰当的，但是不能向另一个方向。
前喷口20轮廓的厚度小于其长度的12％。优选前喷口20轮廓的厚度是其长度的7.5％或9％。
鳍板或水翼30；30a、30b、30c、30d可以在径向上具有一个可变的迎角，其中鳍板这样扭转(扭曲)，即鳍板或水翼在船内部朝上定向且迎角向外朝向前喷口20减小(图8)。
前喷口2的轮廓的厚度布置以及鳍板或水翼30；30a、30b、30c、30d在径向上具有一个可变迎角的布置形式对于非常丰满的船是至关重要的；它们也可以应用于快船。
通过按照本发明的装置10的布置形式将获得很大的功率节省，如图9中的图表一样，通过使用装置10所获得的功率节省对于三艘船都得到了实现，其中对于两艘具有不同吃水量的船(X＝设计速度)是很明显的。
根据图10中的图表示出了一艘载重吨位为118000的散装船在具有和不具有该装置10的情况下的功率需求。
对于例如载重吨位为12000的船而言，在可调螺旋桨的情况下特别高的收益归因于一个厚桨毂，它的损失通过装置10得到减小。
对于非常大的慢船，推力载荷系数特别大。图11中的图表示出了通过装置10实现的可能的功率节省与CTh值的关系。在图11的下面部分给出了船舶类型的分类。
按照本发明的装置的特征在于在说明书和权利要求中所指出的特点以及在图1至图11中所描述的构造。
以装置10可以开发出一种用于丰满的慢船的新型的改善推进的设备，通过该设备可以节省燃料或者船可以开得更快。该装置包含两种组合固定安装在船体上的元件：紧接于螺旋桨之前的喷口和集成在喷口中的鳍板系统。喷口改善具有不利的伴流的区域内的螺旋桨迎流并自身产生推力；鳍板系统通过产生预旋流减小螺旋桨射流和螺旋桨桨毂旋流的损失，由此在驱动功率不变的情况下螺旋桨推力增大。两种作用相互补充。
通过该装置可获得的功率节省基本上与螺旋桨负荷相关，从对于小型多用途船而言3％的功率节省直至对于大型油轮和散装船而言的9％功率节省。功率节省几乎与船的吃水量和速度无关。该装置适用于新船并且适合用于事后配备。
附图标记列表
10   装置
20   前喷口
20a  内部空间
21   前喷口轴线
25   模制体
26   横截面轮廓
26a  壁面段
26b  壁面段
26c  壁面段
30   鳍板/水翼
30a  鳍板/水翼
30b  鳍板/水翼
30c  鳍板/水翼
30d  鳍板/水翼
31   横截面轮廓
32   拱形侧壁
33   底面
100  船体
101  螺旋桨
BB   左舷
SB   右舷
PA   螺旋桨轴线
PS   螺旋桨端
X    螺旋桨旋转方向
α   角度

Claims (14)

1.用于减小单螺旋桨船或多螺旋桨船的驱动功率需求的装置，其特征在于，在螺旋桨(101)之前尽可能靠近螺旋桨地安装在船体(100)上的装置(10)包含前喷口(20)，该前喷口带有安装于前喷口内部的鳍板或水翼(30；30a、30b、30c、30d)，其中前喷口围绕一水平的横向的穿过前喷口中心的轴线在上部向前倾斜。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置以其后缘固定安装在螺旋桨平面之前不超过0.3倍螺旋桨直径的地方。
3.如权利要求1或2中任一项所述的装置，其特征在于，前喷口(20)在上部向前倾斜大约4°。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，前喷口(20)绕一个穿过前喷口中心的垂直轴线在侧面如此扭转，使得前喷口(20)在螺旋桨(101)的向上拍击的一侧上向前偏移。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，前喷口(20)能围绕一垂直的穿过前喷口中心的垂直轴线在侧面转过最大3°，从而前喷口(20)在螺旋桨(101)的向上拍击的一侧上向前扭转。
6.如以上权利要求1所述的装置，其特征在于，前喷口(20)轮廓的厚度小于其长度的12％。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，前喷口轮廓的厚度是其长度的7.5％或9％。
8.如以上权利要求1所述的装置，其特征在于，前喷口(20)关于一个相对于螺旋桨轴线(PA)向上偏移的轴线(21)旋转对称地设置，其中前喷口的内直径小于螺旋桨直径的90％。
9.如以上权利要求1所述的装置，其特征在于，鳍板或水翼(30；30a、30b、30c、30d)非对称地设置在前喷口(20)的内部空间(20a)中并且径向于螺旋桨轴线(PA)设置，其中鳍板或水翼将船体与前喷口(20)相连并且设置在前喷口(20)的后端上，其中鳍板或水翼(30；30a、30b、30c、30d)的透镜形的横截面轮廓(31)的拱形侧(32)在螺旋桨的向上拍击的一侧上朝上定向并且在螺旋桨向下拍击的一侧上朝下定向。
10.如以上权利要求1所述的装置，其特征在于，鳍板(30；30a、30b、30c、30d)具有如下的径向的鳍板角度和起始迎角：
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，设置在前喷口(20)的内部空间(20a)内的鳍板或水翼(30)的角度位置是可变化的或可调整的。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，前喷口在上部向前倾斜最大8°。
13.如权利要求5所述的装置，其特征在于，前喷口(20)能在侧面转过1°。
14.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述鳍板或水翼的数量是4。
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