CN104884347A - 管道装置以及使用该管道装置的船舶 - Google Patents

Abstract

管道装置在船体的船尾部配置于螺旋推进器的前方。管道装置具备管道主体。管道主体具有：后边缘，位于船舶的后方侧，描绘出使螺旋推进器的旋转轴处于内侧的弧，与旋转轴垂直的方向的轮廓形状处于将螺旋推进器的半径设为R时的0.5R以下的区域；以及前边缘，位于船舶的前方侧，描绘出使旋转轴处于内侧的弧，与后边缘相比，前边缘的与旋转轴垂直的方向的轮廓形状更大。由此，在将管道设置于螺旋推进器的前方的技术中，避免螺旋推进器的推进效率的降低。

Description

管道装置以及使用该管道装置的船舶

技术领域

本发明涉及一种在船舶的船尾部对流入螺旋推进器的水流施加影响的管道装置。

背景技术

公知一种技术，在该技术中，作为用于提高船舶的推进效率的构件，在螺旋推进器的前方配置管道。专利文献1示出了这样的技术的一例。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-137462号公报

发明内容

在图1中，作为参考技术，示出配置在螺旋推进器前方的管道的一例。在船舶101的船尾部102配置螺旋推进器103，在螺旋推进器103的后方配置舵104。在螺旋推进器103的前方(船头方向)配置管道105。管道105具有大致以螺旋推进器103的旋转轴为中心的圆环形状。管道105的船头方向的端部与船尾方向的端部相比直径较大。

图2是管道105在图1的区域106中的放大图。管道105的与周向垂直的剖面具有翼形形状。翼片的前边缘配置在船头侧，后边缘配置在船尾侧。管道105的内周侧即靠近螺旋推进器的旋转轴的一侧为负压面107，外周侧为正压面108。管道105形成为使连接翼形形状的前边缘与后边缘的翼弦线与螺旋推进器103的旋转轴成角度θ并朝向船尾侧地向内周侧倾斜。

在图2中，船尾部102处的水流相对于螺旋推进器103的旋转轴成角度Ψ＝α+θ地流入管道105。α是水流相对于具有翼形剖面形状的管道105的迎角。通过该水流，管道105产生与水流垂直的提升力f101以及与水流平行的阻力f102。提升力f101与阻力f102的合力f103在船头方向上的分量成为作用于管道105的推进力。

这样一来，管道105能够产生推进力。然而，管道105具有改变流入螺旋推进器103的水流的朝向并且明显地在轴向上加速的效果。关于螺旋推进器103，由于水流的速度越慢则螺旋推进器103的效率越高，因此如果通过管道105使水流在螺旋推进器103的轴向上加速，则存在螺旋推进器103的效率降低的可能性。因此，存在由于追加管道105而使螺旋推进器103与管道105配合起来的整体的效率无法有效地提高的可能性。

在将管道设置于螺旋推进器的前方的技术中，期望避免螺旋推进器的推进效率的降低。

在本发明的一种实施方式中，管道装置在船舶的船尾部配置于螺旋推进器的前方。管道装置具备管道主体。管道主体具有：后边缘，位于船舶的后方侧，描绘出使螺旋推进器的轴处于内侧的弧，在轴向上观察到的后边缘的轮廓形状处于将螺旋推进器的半径设为R时的0.5R以下的区域；以及前边缘，位于船舶的前方侧，描绘出使螺旋推进器的轴处于内侧的弧，与前边缘相比，在轴的方向上观察到的前边缘的轮廓形状更大。

根据本发明，在将管道设置于螺旋推进器的前方的技术中，能够避免螺旋推进器的推进效率的降低。

附图说明

图1是参考技术中的船尾部的侧视图。

图2示出管道的剖面形状。

图3是船尾部的侧视图。

图4是管道主体的立体图。

图5示出从船尾侧观察到的流速分布。

图6示出绕螺旋推进器轴的周向上的角度与流向角的关系。

图7是管道装置的主视图。

图8示出管道主体的剖面形状。

图9是管道主体的立体图。

图10是管道主体的主视图。

图11示出图10的B-B′剖面中的管道主体与水流。

图12示出图10的C-C′剖面中的管道主体与水流。

图13是管道装置的主视图。

图14示出反应鳍的形状与安装角度。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。图3是示出具备本发明的第一实施方式中的管道装置的船舶的船尾部的侧视图。在船舶1的船尾部2设置螺旋推进器3，在其后侧(船尾侧)设置舵4。螺旋推进器3具备在周向上排列的多个翼片，以大致连接船头与船尾的在船长方向上延长的旋转轴C1为中心旋转。

在船尾部2中的螺旋推进器3的前方安装有管道装置5。管道装置5具有描绘出使旋转轴C1处于内侧的弧的圆弧状的前边缘6与后边缘7。与旋转轴C1垂直的剖面中的后边缘7的轮廓形状比前边缘6的半径小。如果将螺旋推进器3的旋转面的半径设为R，则后边缘6的轮廓形状在与旋转轴C1垂直的剖面中处于与旋转轴C相距0.2R以上且0.5R以下的区域。

图4示出具有在管道装置5中使水流变化的功能的管道主体9的概略形状。以螺旋推进器3的旋转轴C1为中心，以预定的点(x＝x0)为顶点，描绘出在x轴方向上具有中心线的虚拟的圆锥形C2。关于该圆锥形C2，将从顶点起的第一距离x＝x1处的yz剖面表示为圆C3，将第二距离x＝x2(x2>x1)处的yz剖面表示为圆C4。

通过圆C3、圆C4和圆锥C2中的连接C3与C4的表面来形成圆锥台的形状。该圆锥台中的、以旋转轴C1为中心从竖直线V分别向左右截取了以旋转轴C1为中心的预定的角度φ以内的区域的部位示出管道主体9的概略形状。管道主体9在包括螺旋推进器3的旋转轴C1的竖直面中相对于铅直线而左右对称。

管道主体9的前边缘6描绘出圆C4上的圆弧。其角度是以旋转轴C1为中心而从竖直线V向左右分别为φ。φ的值没有特别限定，但由于流入螺旋推进器3的上半部的水流更容易得到由管道装置5引起的推进力，因此φ优选为90度以下。管道主体9的后边缘7描绘出圆C3上的圆弧。在图4的例子中，该圆弧的角度与前边缘6相同，但也可以是与前边缘6不同的角度。前边缘6与后边缘7不需要完全是圆弧，也可以是例如抛物线等向上方凸出的形状那样的使圆弧变形而得到的弧。

在图5中，示出从后方(船尾方向)观察流入螺旋推进器3的水流的流速分布的图。在图6中，示出各周向角度φ1时的流向角Ψ的分布。如该例子所示，在比旋转轴C1靠上侧且从竖直线V起的角度为45度以上的区域11中，流速的半径方向上的分量小。与此相对地，在从竖直线V起的角度为45度以下的区域中，流速的半径方向上的分量大。管道主体9在流速的半径方向上的分量大的区域中生成更大的推进力。因此，优选的是，管道主体9形成为其前边缘6补充在从竖直线V起的角度45度以内的区域中的水流。

因此，例如只要是前边缘6具有φ＝45度的扇形，或者为了切实地补充45度的位置处的水流而使前边缘具有φ＝50度的扇形的管道主体9，就能够充分地产生推进力。因此，在优选的实施方式中，关于管道主体9，以通过螺旋推进器3的旋转轴C1的竖直线V为中心的周向上的角度处于50度以内。进而，当设定为φ＝50度以内时，由于管道主体9小，因此重量轻，并且在其外侧的区域中不阻碍流入螺旋推进器3的水流，因此是优选的。

图7是示出从船头方向观察到的管道装置5的主视图。是在图3所示的A-A′剖面中从前方观察管道主体9的内侧的图。管道装置5具备支撑部10，管道主体9通过支撑部10而被固定于船尾部2的例如艉膨出部(bossing)8。

在将后边缘7的半径设为r1并将螺旋推进器3的旋转面C5的半径设为R时，为0.2R≦r1≦0.5R。在后边缘7不完全是圆弧的情况下，优选后边缘7整体处于以旋转轴C1为中心的0.5R以下的圆内。下面，说明通过这样的半径r1而获得的优点。

在图8中，示出了管道主体9的剖面形状。管道主体9的与周向垂直的剖面在周向的任意的角度下具有翼形形状。管道主体9的内周侧即朝向旋转轴C1的一侧为负压面，外周侧为正压面。

在船舶1向前方航行时，相对于船体产生水流。在船尾部2，管道装置5的位置处的水流根据管道主体9而变化。在管道主体9的内侧，水流根据管道主体9而向旋转轴C1的方向弯曲，成为轴向的流速较快的水流f1。另一方面，通常，螺旋推进器3的上侧的水流的轴向的流速较慢。在管道主体9的外侧流入这样的轴向上的流速较慢的水流f2。

通常的螺旋推进器3最有效地进行工作的区域是比半径方向的中心稍靠外侧、例如0.7R附近的区域。在本实施方式中，在该区域中，流入轴向的流速较慢的水流f2，因此螺旋推进器3以较高的效率生成推进力。

另一方面，在比管道主体9靠内侧的区域中，通过水流对管道主体9产生推进力(提升力与阻力的合力的船头方向上的分量)。通过管道主体9使水流f1的轴向的流速上升，但在r1≦0.5R的区域中的螺旋推进器3的推进效率原本就较小，因此螺旋推进器3的推进力降低被抑制得较小。为了通过管道主体9而得到有效的推进力，优选为r1≧0.2R。

如以上所说明地，在本实施方式中，在将从轴起的半径方向的距离设为r的情况下，在r＝0.7R左右的区域中，管道装置5不阻碍水流而使螺旋推进器3产生较高的推进力，在螺旋推进器3的效率小的R≦0.5的区域中，能够通过管道装置5来产生推进力。因此，能够将螺旋推进器3与管道装置5配合起来而得到较高的推进力。

接着，说明本发明的第二实施方式。图9、图10是示出本实施方式中的管道主体9a的概略形状的立体图和主视图。第一实施方式中的管道主体9形成圆锥面的一部分，与此相对地，在本实施方式中，管道主体9a具有随着朝向上方而斜度变大的形状。如以下所说明地，通过这样的形状，根据船尾部2的流速分布，能够得到高效的推进力。

更详细地说明本实施方式中的管道主体9a的形状的话，管道主体9的基于包括旋转轴C1在内的平面P的剖面B具有与图8所示的管道主体9的剖面相同的翼形形状。该剖面的翼弦线CH与旋转轴C1的延长方向(x轴方向)所成的角度θ在以旋转轴C1为中心的周向上的角度φ1越接近竖直线V的位置时则越大。

在图9、图10中，与第一实施方式中的管道主体9同样地，管道主体9a具有形成前边缘侧圆C3的一部分的前边缘7a。另一方面，管道主体9a的后边缘6a具有从后边缘侧圆C4偏移的轮廓。即，具有角度φ1越小则与后边缘侧圆C4相比越大程度地向上方突出的形状。这样的形状能够通过例如将后边缘6a形成为抛物线来实现。

图11示出图10的B-B′剖面中的管道主体9a与水流。图12示出图10的C-C′剖面中的管道主体9a与水流。在图11所示的B-B′剖面中，管道主体9a的倾斜角(准确地说，在包括旋转轴C1的平面内的相对于旋转轴C1的延长方向(x轴方向)的倾斜角)θ1较大。在该区域中，相对于旋转轴C1位于正上方附近的水流流入管道主体9a的后边缘6a。该区域中的水流在半径方向上具有较大的分量，因此能够通过使管道主体9a具有较大的倾斜度而使管道主体9a产生更大的推进力。

另一方面，在图12所示的C-C′剖面中，管道主体9a的倾斜角(准确地说，在包括旋转轴C1的平面内的相对于旋转轴C1的延长方向的倾斜角)θ2较小。与B-B′剖面相比，该区域的水流的旋转轴C1方向上的分量更大。因此，能够通过使管道主体9a相对于旋转轴C1方向的倾斜度较小而使管道主体9a产生更大的推进力。

在具有典型的翼形形状的管道中，流入管道主体9a的水流的迎角α为0度～20度左右时能够得到大的推进力。因此，管道主体9a的形状以如下方式进行设计。(1)求出船尾部2的螺旋推进器3的前方的水流的流速分布。(2)根据该流速分布，以使得各周向上的角度时的迎角(图11的α1、图12的α2)接近0度～20度的方式来设计各周向上的管道主体9a的倾斜度(θ1、θ2)。

在本实施方式中，还考虑除了图9的管道主体9a以外的形状。例如，还考虑将前边缘6a的形状设为圆弧，将后边缘7a的形状设为φ1越小则与后边缘侧圆C3相比高度越低的曲线(例如抛物线)的变形例。根据这样的形状，在φ1越小的区域则管道主体9a的倾斜度越大，因此也能够根据流速分布而获得较高的推进力。

图13是本发明的第3实施方式中的管道装置5a的主视图。本实施方式中的管道装置5a具备与第二实施方式相同的管道主体9a。作为替代，也可以使用与第一实施方式相同的管道主体9。第3实施方式中的管道装置5a还具备由至少一片叶片(blade)(在图13的例子中为两片叶片)构成的反应鳍(reaction fin)12。反应鳍12通过相对于船尾部2处的流速分布而施加与螺旋推进器3的旋转方向相反的方向的变化，提高螺旋推进器3的效率。

关于反应鳍12的轮廓形状、以及安装角度，能够应用公知的反应鳍的设计。图14示出其一例。示出了在右转的(在从船尾方向观察沿顺时针方向旋转时对船体1提供向前方的推进力的)螺旋推进器3中，从船尾方向观察时安装在右侧的反应鳍12的剖面。在该位置，反应鳍12以朝向船头方向而向下的倾斜角θ_R安装在螺旋推进器3的前方。其负压面12a相对于正压面12b配置在螺旋推进器3的旋转方向即绕顺时针的旋转的行进方向上。通过这样的反应鳍12，能够提高螺旋推进器3的效率。

在图13中，反应鳍12在其根部(接近旋转轴C1的一侧)的端部由管道主体9a支撑。将螺旋推进器3的旋转面C5的半径设为R，则反应鳍12的顶端延长到例如1.1R。

反应鳍12在螺旋推进器3的效率较高的半径0.7R附近最能发挥效果。与此相对地，在半径0.5R以下的附近效果较小，还存在反而使螺旋推进器3的效率下降的情况。在本实施方式中，通过由管道主体9a进行支撑，能够不在接近螺旋推进器3的根部附近配置反应鳍12，而仅在效果最高的半径0.5以上的区域配置反应鳍12。

在由艉膨出部等支撑的公知的反应鳍中，还考虑在效果较低的根部附近对鳍片的角度施加扭转而降低对水流的影响这样的结构。然而，在本实施方式中，无需在根部附近配置反应鳍12，因此能够通过不进行扭转且容易加工的形状的部件来形成反应鳍12。

以上，详细叙述了本发明的实施方式，但实际上并非限定于上述的实施方式，即使存在不脱离本发明的主旨的范围内的变更，其也被包含在本发明中。

Claims (10)

1.一种管道装置，在船体的船尾部配置于螺旋推进器的前方，并具备管道主体，该管道主体具有后边缘以及与所述后边缘相比处于前方的前边缘，

所述后边缘在与所述螺旋推进器的旋转轴正交的第一正交面内与所述旋转轴分离并具有弧状的轮廓形状，将所述螺旋推进器的半径设为R，所述后边缘的所述轮廓形状处于与所述螺旋推进器的所述旋转轴相距0.5R以下的区域，

所述前边缘在与所述螺旋推进器的旋转轴正交的第二正交面内与所述旋转轴分离并具有弧状的轮廓形状，所述前边缘的所述轮廓形状与所述后边缘的所述轮廓形状相比，与所述螺旋推进器的所述旋转轴相距的距离更大。

2.根据权利要求1所述的管道装置，其中，

包括所述旋转轴的平面中的所述管道主体的剖面具有以所述旋转轴的一侧为负压面的翼形形状。

3.根据权利要求1所述的管道装置，其中，

所述管道主体的从向上的竖直线起的所述旋转轴的周向上的角度处于50度以内。

4.根据权利要求1所述的管道装置，其中，

所述管道主体在包括所述旋转轴的平面中的剖面具有翼形形状，

所述剖面的翼弦线与所述旋转轴的延长方向所成的角度，在以所述旋转轴为中心的周向上的角度越接近竖直线的位置则越大。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的管道装置，其中，还包括：

至少一片反应鳍，被所述管道主体支撑，从所述管道主体朝向半径方向外侧延长。

6.一种船舶，

包括：船体；

螺旋推进器；以及

管道装置，在所述船体的船尾部配置于所述螺旋推进器的前方，

所述管道装置具备管道主体，该管道主体具有弧状的轮廓形状，并具有后边缘以及与所述后边缘相比处于前方的前边缘，

所述后边缘在与所述螺旋推进器的旋转轴正交的第一正交面内与所述旋转轴分离并具有弧状的轮廓形状，将所述螺旋推进器的半径设为R，所述后边缘的所述轮廓形状处于与所述螺旋推进器的所述旋转轴相距0.5R以下的区域，

所述前边缘在与所述螺旋推进器的旋转轴正交的第二正交面内与所述旋转轴分离并具有弧状的轮廓形状，所述前边缘的所述轮廓形状与所述后边缘的所述轮廓形状相比，与所述螺旋推进器的所述旋转轴相距的距离更大。

7.根据权利要求6所述的船舶，其中，

包括所述旋转轴的平面中的所述管道主体的剖面具有以所述旋转轴的一侧为负压面的翼形形状。

8.根据权利要求6所述的船舶，其中，

所述管道主体的从向上的竖直线起的所述旋转轴的周向上的角度处于50度以内。

9.根据权利要求6所述的船舶，其中，

所述管道主体在包括所述旋转轴的平面中的剖面具有翼形形状，

所述剖面的翼弦线与所述旋转轴的延长方向所成的角度，在以所述旋转轴为中心的周向上的角度越接近竖直线的位置则越大。

10.根据权利要求6至9中的任一项所述的船舶，其中，还包括：

至少一片反应鳍，被所述管道主体支撑，从所述管道主体朝向半径方向外侧延长。