CN105026259A

CN105026259A - 用于船舶的推进设备

Info

Publication number: CN105026259A
Application number: CN201480007971.7A
Authority: CN
Inventors: 宋志修; 卢载彧; 吴世勉; 李东炫; 郑载权; 朴光根; 朴烔吉; 白光俊; 李政勳; 李振奭; 李泰九
Original assignee: Samsung Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: Samsung Heavy Industries Co Ltd
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: US20150360760A1; CN105026259B; US10040528B2; EP2955099B1; EP2955099A4; WO2014123397A1; JP6490595B2; JP2016506892A; EP2955099A1

Abstract

本发明提出了一种用于船舶的推进装置。该用于船舶的推进装置包括具有突出部分和尾部的导管，突出部分对应于翼型截面的前顶点，尾部对应于翼型截面的后顶点，其中，导管横截面的形状包括：外表面，在导管的前端处向上以凸出形状形成并且在导管的后端处向下以凹陷形状形成；导管的内前部，在导管的前端处向下以凸出形状形成；导管内后部，在导管的后端处向下以凸出形状形成；以及平行部分，用于使内前部和内后部彼此平行地连接。

Description

用于船舶的推进设备

技术领域

本公开涉及一种船舶推进装置，更具体地，涉及一种能够利用不同尺寸的叶片减少留在毂周围的漩涡的船舶推进装置，所述叶片具有适于导管内的流的特征的导管截面。

背景技术

人们对船舶的可操作性和推进效率的日渐增加的关注导致对船舶内所配备的主推进装置和辅助推进装置的关注也逐渐增加。例如，如钻探船的船舶配备有用于生成推力的方位推进器，从而实现精确定位或者在高或低速航行期间牵引其他船舶。

基于应用，方位推进器的具有两种变型，即：不具有导管的开式方位推进器(例如螺旋桨)；以及具有导管的导管式方位推进器，其中，导管具有围绕导管式方位推进器的翼型截面。

上述方位推进器具有被置于船体内、能够在水平方向上旋转以在所有方位生成推力(即，全方位推力)的齿轮。重要的是，钻探船实现了用于抵抗环境荷载钻探的精确动态定位(DP，DynamicPositioning)，环境荷载为例如由波浪引起的波浪漂移力、由风引起的外力以及由潮汐引起的外力。

另外，由于钻探船将方位推进器用作去往钻探现场的辅助推进装置，所以方位推进器的常规操作条件也非常重要。如果操作中需要大牵引力，则根据牵引条件生成大牵引力也非常重要。

具体地，当螺旋桨旋转且降低流入螺旋桨的流体的压力以在船舶阻力方向上生成力时，螺旋桨的后中心处出现漩涡，从而降低螺旋桨的推进效率。

关于这一点，一个现有技术参考文献是题为“具有附接导管的推进器以及包括该推进器的船舶(THRUSTER WITH DUCT ATTACHEDAND VESSEL COMPRISING SAME)”的第10-2012-0098941号韩国公开。

在该现有技术中，因为导管的截面形状在高速航行期间位于导管的前端的外表面上，所以推进器具有以圆截面从标准翼型向外延伸以限制压力变化的部分；以及开角，其中，开角的前缘的方向被加宽，从而在低速操作中生成预定的牵引力。

然而，现有技术没有公开从位于与导管轴线(例如，X轴线或螺旋桨旋转轴线)平行的导管的内壁上的平行部分至突出部分和尾部中的每个的距离。在该现有技术中，重要的设计变量并未就平行部分中的前部和后部基于通过螺旋桨叶片的旋转端绘制的推进器平面(平面Y-Z：螺旋桨旋转平面)位置所属的数值范围进行描述。因此，上述重要设计变量对总推力、螺旋桨的转矩以及整个推进器的独占效率的效果未知。虽然上述现有技术文件实现了精确的可操作性和高效的牵引，但是没有提供对开发提供更高推进效率的推进装置进行充分描述。

另外，现有技术仅提到向外的扩张和开角，其中，开角的前缘方向被加宽，而没有描述任何用于减少由螺旋桨产生的漩涡的技术。因此，在船舶或船舶结构几乎静止不动时，可能难以吸收只有螺旋桨以额定的RPM旋转的系船柱条件中启动的螺旋桨的旋转分量。

发明内容

技术问题

鉴于以上，本公开的实施方式提供了用于改进船舶操作性能、定位性能和牵引性能、以及减少系船柱条件下留在毂周围的漩涡的船舶推进装置。

技术方案

根据本公开的一方面，提供了一种船舶推进装置，该船舶推进装置包括具有突出部分和尾部的导管，其中，突出部分作为翼型截面的前顶点，而尾部作为翼型截面的后顶点，导管的截面形状包括：外表面，被形成为在导管的前端处向上凸出并且被形成为在导管的后端处向下凹陷；以及内表面，具有导管的内前部、导管的内后部以及平行部分，其中，导管的内前部被形成为在导管的前端处向下凸出，导管的内后部被形成为在导管的后端处向下凸出，平行部分无缝地连接导管的内前部和导管的内后部。

根据本公开的另一方面，提供了一种船舶推进装置，其包括：毂，设置在主轴上并且通过主轴接收动力；主叶片，安装在毂的外圆周表面上；子叶片，从主叶片朝向主轴的后部设置并间隔开，并且朝向主轴的后部倾斜地安装；以及导管，围绕主叶片安装，并且具有翼型截面。

有益效果

根据本公开实施方式的、用于推进装置的导管通过改善导管周围的流来提高性能。例如，本公开的实施方式可通过优化位于导管的内侧上的平行部分与突出部分或尾部之间的第一距离和第二距离满足所有常用操作条件、定位和牵引条件，并且可改善船舶操作性能、定位和牵引性能。

另外，本公开的实施方式具有平行部分，该平行部分由其前部和后部根据调节器平面(平面Y-Z)的位置(螺旋桨位置)来限定，从而改善系船柱条件下的推力。该平行部分有助于改进整体操作性能，同时使在从停止状态(例如冰障)启动产生推力的性能、停止状态下的定位性能、或者牵引在结冰海水中固定的其他船舶的性能达到最高。

另外，本发明的实施方式为毂提供了主叶片和子叶片，以改善导管和螺旋桨周围的流，从而减少由螺旋桨产生的旋涡以及降低旋转螺旋桨所需的转矩，从而提高推进效率。

另外，本公开的实施方式改善了系船柱条件下的推力，从而有效地减少留在毂左右的旋涡以及主轴的转矩，从而提高推进效率。

附图说明

图1示出了根据本公开的第一实施方式的推进装置的示例性导管；

图2示出了图1所示导管的通过二维CFD(计算流体动力学)获得的流线分布；

图3示出了描绘取决于根据图1所示导管中的螺旋桨平面位置的、平行部分的前部和后部相对于全长的范围的、推进器效率变化的趋势的图形；

图4示出了描绘取决于图1所示导管中从平行部分到突出部分的第一距离相对于全长的范围以及从平行部分到尾部的第二距离相对于全长的范围的推进器效率变化的趋势的图形；

图5示出了描绘图1所示的导管与比较示例之间的系船柱性能曲线(功率-推力)的图形；

图6示出了描绘图1所示的导管与比较示例之间的线速度与所需功率的关系曲线的图形；

图7示出了描绘通过水浴测试获得的推进性能特征曲线的图形，以比较和验证图1所示的导管和比较示例的性能；

图8为示出了根据本公开的第二实施方式的船舶推进装置的立体图；

图9为示出了根据本公开的第二实施方式的船舶推进装置的主视图；

图10为示出了根据本公开的第二实施方式的船舶推进装置的侧视图；

图11示出了根据本公开的第二实施方式的船舶推进装置的示例性导管；

图12示出了描绘取决于根据本公开的第二实施方式的子叶片的比率(B/H)的效率变化曲线的图形；

图13示出了描绘取决于根据本公开的第二实施方式的子叶片的半径比(A/C)的效率变化曲线的图形；

图14示出了描绘取决于根据本公开的第二实施方式的子叶片的位置范围(E/C)的效率变化曲线的图形；

图15为根据与图8所示的推进装置进行对比的比较示例的船舶推进装置的立体图，以比较第二距离K的分布；

图16示出了描绘图8所示的推进装置以及图15所示的推进装置的系船柱性能曲线(功率-推力)的图形；

图17示出了描绘通过水浴测试获得的推进性能特征曲线的图形，以便对比和验证图8所示的推进装置和图15所示的推进装置的性能；以及

图18示出了根据本公开的第三实施方式的推进装置的示例性导管。

具体实施方式

以下将参考附图对本发明的实施方式进行具体描述。在以下描述中，当确定相关公知功能或配置的具体说明多余地使本发明的要点模糊时，将省略该具体说明。

针对本公开的实施方式的比较示例采用了标准翼型，该标准翼型为由于其对于导管式方位推进器的导管的可制造性高而通常使用的船舶19A型翼型(在下文中被称为比较示例)。

图1示出了根据本公开的第一实施方式的推进装置的示例性导管，而图2示出了图1所示的导管的通过二维CFD(计算流体动力学)获得的流线分布。

参照图1，根据第一实施方式的推进装置包括毂200、螺旋桨300和环形导管100，其中，毂200通过船体中的旋转轴和齿轮箱接收动力，螺旋桨300包括沿毂200的外圆周表面设置的多个叶片，环形导管100围绕螺旋桨300。

根据螺旋桨300的转轴(X轴)，导管100的截面可能沿着导管100的整个圆周相同。

例如，在截面形状方面，考虑到船舶的操作特征，例如钻探船或船舶结构、以及定位船舶和牵引冰冻海域中的其他船舶的特征，导管100可包括具有最优设计变量的导管100的外表面G1和内表面G2，从而提高导管式推进装置的效率。

在截面形状中，导管100具有翼型截面以根据伯努利定律生成升力，导管100可包括：突出部分104，为导管100的翼型截面的前顶点；尾部108，为翼型截面的后顶点；以及弦线105，为连接突出部分104和尾部108的直线部分。

在截面形状中，导管100可包括具有前部113和后部112的外表面G1，其中，前部113被形成为在弦线105的前端之上凸出，后部112被形成为在弦线105的后端之下凹陷。

导管100的外表面G1的前部可为从弦线105遇到导管100的外表面G1的点到突出部分104的曲面。

另外，导管100的外表面G1的后部112可为从弦线105遇到导管100的外表面G1的点到尾部108的曲面。

前部113和后部112可在弦线105遇到导管100的外表面G1的点处无缝地彼此连接。

如上所述，导管100的外表面G1的前部113被形成为在弦线105的前端之上凸出。

参照图2，在系船柱情况中，在外前区域中的流“J1”示出了朝向导管的突出部分的流动图案。因此，示出的是，在弦线之上凸出形成的、导管的外表面的前部使流加速进入螺旋桨。该加速效果有助于提高导管推力以及降低螺旋桨扭矩。

另一方面，再次参照图1，导管100的外表面G1的后部112被形成为在弦线105的后端之下凹陷。

再次参照图2，在系船柱情况中，在外后部中的流“J2”平滑地流向导管的尾部，由此围绕尾部形成的旋涡提高了导管推力。

另外，参照图1，导管100的截面形状可具有攻角α，攻角α为螺旋桨300的旋转轴线X与弦线105之间的角度。在这种情况下，导管100的攻角α可为从5度至20度的范围内的任何一个角度。

另外，截面形状中，导管100可包括导管100的内表面G2，内表面G2包括以下部分：平行部分111，与螺旋桨300的旋转轴线(X轴)平行延伸；导管的内前部106，为位于与在Y轴方向上从平行部分111到突出部分104的第一距离F等效的范围内从平行部分111的起始点109和缓突出至突出部分104的曲面；以及导管的内后部107，其为位于与在Y轴方向上从平行部分111到尾部108的第二距离K等效的范围内为从平行部分111的端点110和缓突出至尾部108的曲面，其中，第二距离小于第一距离F。

另外，平行部分111具有根据螺旋桨平面(Y-Z平面)的前部M和后部N，其中，当螺旋桨300旋转时，螺旋桨平面被画成圆形平面。考虑到所有的船舶操作特性、以及船舶定位和牵引特性，平行部分111的前部M和后部N是很重要的导管设计变量，并且可限制为相对于全长C的百分比范围(M/C和N/C)，从而基于三维(3D)CFD计算结果将推力性能达到最高。

图3示出了描绘取决于根据图1所示导管中的螺旋桨平面位置的、平行部分的前部和后部相对于全长的范围的、推进器效率变化的趋势的图形。

参照图1和图3，图中示出了标绘系船柱情况中竖直轴线上的导管100的推进器效率η0(品质系数)的图形，以便通过使用三维CFD、平行部分111的前部M在水平轴线上相对于全长C的范围(M/C)、以及平行部分111的后部N相对于全长C的范围(N/C)(图形中的多条曲线)来识别装备有螺旋桨300的船舶的定位特性和牵引特性。

在图3中，考虑到牵引和定位的情况中的性能，例如导管式螺旋桨或方位角式螺旋桨，作为重要的设计条件，推进器效率η0(品质系数)可由以下的方程1获得。

虽然在上述现有技术中已经得出整个推进器的独占效率[＝KttJ/(2πKq)]，但是本实施方式中考虑了具有螺旋桨推力、导管推力、螺旋桨扭矩、螺旋桨直径、螺旋桨RPM(每分钟转数)、以及流体密度(例如清水)的变量的牵引和定位情况，利用以下的方程1获得整个推进器的独占效率。

方程1

η_{0} = \frac{{(K π / π)}^{3 / 2}}{K_{Q}}

其中，K_π＝K_T propeller+K_T duct,

K_{\begin{matrix} T & p r o p e l l e r \end{matrix}} = \frac{T_{P}}{ρ \cdot n^{2} \cdot D_{P}^{4}},

K_{\begin{matrix} T & d u c t \end{matrix}} = \frac{T_{D}}{ρ \cdot n^{2} \cdot D_{P}^{4}},

以及

K_{Q} = \frac{Q}{ρ \cdot n^{2} \cdot D_{P}^{5}}

在上述方程1中，η0表示推进器效率(品质系数)；T_P表示螺旋桨推力；T_D表示导管推力；Q表示螺旋桨扭矩；D_P表示螺旋桨直径；n表示螺旋桨RPM；以及ρ表示流体(例如清水)的密度。

参照图1和图3，在截面形状中，本实施方式的导管100可包括平行部分111的前部M以及平行部分111的后部N，其中，前部M具有相对于从螺旋桨平面位置103的全长C位于-4.0％至14.0％的范围内的M/C，后部N具有相对于从螺旋桨平面103的全长C位于30.0％至-10.0％的范围内的N/C。在这种情况中，具有负号(-)的图形表示负(-)方向，其中，螺旋桨平面的位置103为在轴向(X轴)方向上的原点。即，-4.0％的M/C表示图1中平行部分的起点109向右距离螺旋桨平面位置103全长C的4％。在这种情况中，因为X轴方向的+/-参照点为螺旋桨平面的位置103，所以改变安装的导管110或安装的螺旋桨的位置会导致改变参照点的位置，尽管导管形状相同。结果，M/C和N/C的值变化，并且效率也变化。

具体地，导管100中靠近螺旋桨300的、长度恒定的平行部分111可提高效率。因此，如果平行部分111的前部M相对于全长C的比率M/C小于-4.0％，或者平行部分111的后部N相对于全长C的比率N/C大于-10.0％，则平行部分111长度太短，从而无法显著改善效率。

另外，参照图1，考虑到所有的船舶工作特性、以及船舶定位和牵引特征，从平行部分111到突出部分104的第一距离F以及从平行部分111到尾部108的第二距离K是重要的导管设计变量，并且可通过相对于全长C的百分比范围(F/C和K/C)来限定，从而基于三维CFD计算结果使推力性能达到最高。

图4示出了描绘取决于图1所示导管中从平行部分到突出部分的第一距离相对于全长的范围以及从平行部分到尾部的第二距离相对于全长的范围的推进器效率变化的趋势的图形。

图4所示的图形的竖直轴提供在系船柱情况下的推进器效率η0(品质系数)。图4所示的图形的水平轴提供第一距离F相对于全长C的百分比范围(F/C)。另外，第二距离K相对于全长C的百分比范围(K/C)的曲线在该图形中示出。

参照图1和图4，本实施方式中的导管100的截面形状可包括从平行部分111到突出部分104的第一距离F以及从平行部分111到尾部108的第二距离K，其中，第一距离F具有相对于全长C的、位于从18.0％至30.0％的范围内的F/C，第二距离K具有相对于全长C的、位于从4.0％至10.0％的范围内的K/C。

图5示出了描绘图1所示的导管与比较示例之间的系船柱性能曲线(功率-推力)的图形。

以上所述导管的翼型截面用于推导如图5所示的计算结果，并且船舶19A型翼剖面用作比较示例，以比较系船柱性能。用于本实施方式和比较示例的每个翼型截面的系船柱性能曲线(功率-推力)可通过模型试验(水浴测试)获得。

对上述系船柱性能曲线(功率-推力)的审查显示，与比较示例相比，根据本实施方式的导管的翼型截面在系船柱情况中将推力改进了约6.0％。

图6示出了描绘图1所示的导管和比较示例的线速度与所需功率的关系曲线的图形。

从如图6所示的比较示例和本实施方式的线速度与所需功率的关系曲线显示出，在正常操作中，提高的性能约为4.6％。

例如，在相同的输出功率DHP的情况下，示出的是，本实施方式可达到比比较示例更快的速度，或者，在速度相同的情况下，所需DHP可比比较示例更小，从而改善性能。

图7示出了描绘通过水浴测试获得的比较示例和图1所示导管的每个推进性能特征曲线的图形，以比较和验证图1所示的导管和比较示例的性能。

在图7所示的图形中，水平轴提供推进器推进比J的变化趋势，而竖直轴提供推力Kt、扭矩10Kq和效率η_O。

参照图7，与比较示例的船舶19A型翼型相比，本实施方式的导管降低了推进比J的所有区域内的扭矩10Kq。

具体地，当将系船柱区域(例如J＝0处)10kq和Kt的计算结果用于具有相同发动机功率的计算时，本实施方式的导管生成多出约6％的更大推力(将kq降低约7％，将Kt降低约1％)。在推进比J不小于0.4的、表示正常工作条件的区域中，独占效率η_O提高了4.0％至7.0％。即，增大的导管的吸引力有助于增大进入螺旋桨的流，以减小螺旋桨扭矩10Kq，从而提高推进比J的所有区域内的效率。

图8为示出了根据本公开的第二实施方式的船舶推进装置的立体图。图9为示出了根据本公开的第二实施方式的船舶推进装置的主视图。图10为示出了根据本公开的第二实施方式的船舶推进装置的侧视图，而图11示出了根据本公开的第二实施方式的船舶推进装置的示例性导管。

参照图8至图11，根据第二实施方式的推进装置可包括毂200、螺旋桨300和导管100，其中，毂200通过船体(未示出)的主轴接收功率，螺旋桨300包括围绕毂200的外圆周表面安装的主叶片310和子叶片320，导管100圆周围绕螺旋桨300的进行安装。

具体地，毂200与齿轮箱10联接以便可通过主轴旋转并且通过主轴从船体的主发动机(未示出)接收功率，从而为螺旋桨300提供推力，其中，船体的主轴装在齿轮箱10中。

毂200可朝向推进装置的后侧逐渐变小，其中，毂200的半径朝向推进装置的后侧逐渐缩小，并且毂200的后端可联接至盖210。盖210向后逐渐变小，从而平滑地使流体沿着螺旋桨300的侧部通过螺旋桨300。

螺旋桨300可安装在毂200的外圆周表面上，从而有效地降少留在毂200周围的旋涡W。

螺旋桨300可包括主叶片310和子叶片320，子叶片320在毂200的外表面上沿着主轴的轴向(X轴)方向进行设置并间隔开。

主叶片310可以是在毂200的前外圆周面上在径向方向上进行设置并间隔开的多个翼状件。主叶片310可具有翼型截面，并且主叶片的形状和数量可根据推进器效率、由负载和周围环境引起的汽蚀变化。

子叶片320可以是在毂200的后圆周面上在径向方向上进行设置并间隔开的多个翼状件，朝向主轴的后部与主叶片310间隔开，从而与主叶片310交错设置。然而，子叶片320可安装在任何位置，例如，盖210上或者毂200与盖210之间的间隙中、以及毂200上，只要该位置朝向主轴的后部与主叶片310间隔开。

子叶片320可包括比主叶片310小的翼状件，并且朝向主轴的后部倾斜地安装。在这种情况下，朝向后部倾斜的安装意味着将子叶片320的后端而非前端定位在主轴的后部。

由于上述子叶片320可在如仅螺旋桨以额定的RPM旋转的系船柱条件的低推进比的条件下吸收旋转分量，所以上述子叶片320可有效地减少留在毂200周围的旋涡W，并且还通过降低毂200的扭矩提高推进效率。

例如，子叶片320可具有位于从0.1度至27度的范围内从主轴的竖直方向向主轴的后部倾斜的倾角B。毂200可在其外表面上具有位于从0.1度到27度的范围内朝向主轴的轴线方向((-)X轴)倾斜的倾角H。

图12示出了描绘取决于根据本公开的第二实施方式的子叶片的比率(B/H)的效率变化曲线的图形。

具体地，参照图12，子叶片320位于从0.25到1.5的范围内的斜率比B/H可提高推进器效率。例如，如果子叶片320的斜率比B/H小于0.25或者大于1.5，则难以有效地减少留在毂200周围的旋涡W。因此，提高推进器效率的效果不显著。

在这种情况下，考虑到在牵引和定位条件中的性能，例如，导管式螺旋桨或方位式螺旋桨，作为重要的设计条件，推进器效率η0(品质系数)可通过上述方程1获得。

图13示出了描绘取决于根据本公开的第二实施方式的子叶片的半径比(A/C)的效率变化曲线的图形。

从图13可看出，子叶片320的半径比A/C在0.3处为上升的曲线，在0.5处具有最大推进器效率，并且在0.7之后急剧下降。

例如，位于从0.3至0.7范围内的子叶片320的半径比A/C可具有优化的推进器效率改善效果。参照图11，“A”可限定为子叶片320的半径，而“C”可限定为导管100的全长。

图14示出了描绘取决于根据本公开的第二实施方式的子叶片的位置范围E/C的效率变化曲线的图形。

参照图14，图中将从导管100的前顶点到主叶片310位置的轴线方向((-)X轴方向)限定为EP，图14示出的是，当子叶片320的位置E位于(EP～ep+0.5c)的范围内时实现了良好性能，该范围处于从主叶片310的位置EP朝向主轴的后部的0.5C(即导管全长的一半)内。即，沿着子叶片320的轴线方向((-)X轴的方向)的位置E为朝向主轴的后部的、从主叶片位置E_P到E_P+0.5c位置平缓下降的曲线，然后是急剧下降的曲线。在这种情况下，位置E可被限定为子叶片320在X轴方向上的位置。E_P可被限定为主叶片310在X轴方向上的位置，并且C可被限定为导管100的全长。

图15示出了根据与图8所示的推进装置进行对比的比较示例的船舶推进装置的立体图，以比较第二距离K的分布。图16示出了描绘图8所示的推进装置以及图15所示的推进装置的系船柱性能曲线(功率-推力)的图形。图17示出了描绘通过水浴测试获得的推进性能特征的每个曲线的图形，以便对比和验证图8所示的推进装置和图15所示的推进装置的性能。

参照图15至图17，为了实现系船柱性能的对比，采用了船舶19A型翼型，船舶19A型翼型为与导管式方位推进器类型相同的导管100，作为对比示例。该实施方式和对比示例的每个翼型截面的系船柱性能曲线(功率-推力)都可通过模型测试(水浴测试)获得。

如图15所示，对在系船柱条件下根据对比示例的推进装置中的、留在螺旋桨300和毂200周围的旋涡W的测试显示，留在对比示例的螺旋桨300和毂200周围的漩涡比本实施方式的、图8中所示的推进装置内的漩涡更多。

如图16所示，对系船柱性能曲线(功率-推力)的测试显示，与没有子叶片320的对比示例相比，这种设有子叶片320的实施方式将系船柱条件下的推力改善了约4％。

另外，图中示出，如果如本实施方式设置子叶片320，则螺旋桨300的转矩在所有进程比上减小，同时保持推进器整体推力。

如图17所示，与对比示例的船舶19A型翼型相比，本实施方式的导管100显示出在所有进程比J上减小的转矩Kq。

具体地，通过使用J＝0处系船柱区域内的Kq结果，以相同的发动机功率进行计算时，本实施方式的推进装置生成了多出约2.5％的推力，并且使进行比J为0.4或为正常操作条件的大于0.4的区域内的效率η₀提高了5.0％。即，子叶片320和导管100的增大的牵引力增加了进入螺旋桨300内的流，从而有助于减小螺旋桨300的转矩Kq，以提高在所有进程比J的效率。

如上所述，本公开的优势在于提高了推进效率，其通过提供具有主叶片和子叶片的毂来改善导管和螺旋桨周围的流，以便减少由螺旋桨产生的旋涡并且降低旋转螺旋桨所需的转矩。本公开的另一优势在于，通过降低主轴转矩而提高了推进效率，同时通过提高系船柱条件中的推力而有效地减少了留在毂周围的旋涡。

参照图18，根据第三实施方式的导管100在主轴的轴向方向上对准，并且根据主轴的轴向方向(X轴)安装以围绕毂200。另外，导管100可沿其整个圆周具有相同的截面形状。

考虑到船舶的操作特性，例如钻探船或船舶结构、以及定位船舶和牵拉在结冰海洋中固定船舶的特性，导管100可包括具有已优化的设计变量的外表面G1和内表面G2，从而提高导管式推进装置的效率。

具体地，在截面形状中，导管100可包括突出部分104、尾部108和弦线105，其中，突出部分104作为翼型截面的前顶点，尾部108作为翼型截面的后顶点，弦线为105为连接突出部分104和尾部108的直线部分。导管100的截面形状可包括外表面G1，外表面G1具有前部113和后部112，其中，前部113被形成为在弦线105的前端之上凸出，后部112被形成为在弦线105的后端之下凹陷。

在这种情况下，导管100的外表面G1的前部113可以为从弦线105与导管100的外表面G1相遇的点至突出部分104的曲面。导管100的外表面G1的后部112可以为从弦线105与导管100的外表面G1相遇的点至尾部108的曲面。

前部113和后部112可在弦线105与导管100外表面G1相遇的点处彼此无缝连接。同样，导管100的外表面G1的前部113被形成为在弦线105的前端之上凹陷。

如上所述，在弦线之上向上凸出的、导管100的外表面的前部可加速进入螺旋桨300内的流。该加速的效果可改善导管100的推力并且降低螺旋桨300的转矩。在弦线105的后端之下凹陷形成的、导管100的外表面G1的后部112可使在后外侧面内的流能够平滑地在导管100的尾部方向上流动，从而在尾部周围形成旋涡，进而提高导管100的推力。

另外，在截面形状中，导管100可包括导管100的内表面G2，内表面G2包括：平行部分111，与主轴的轴向方向(X轴)平行延伸；导管100的内前部106，为位于与在Y轴方向上从平行部分111至突出部分104的第一距离F等效的范围内从平行部分111的起点109平缓地突出至突出部分104的曲面；以及导管100的内后部107，为位于与在Y轴方向上从平行部分111至尾部108的第二距离K等效的范围内从平行部分111的端点110平缓地突出至尾部108的曲线，该第二距离小于第一距离F。

在截面形状中，本实施方式的导管100可包括平行部分111的前部M以及平行部分111的后部N，其中，前部M相对于从螺旋桨平面的位置103的全长C的M/C值位于-4.0％至14.0％的范围内，后部N相对于从螺旋桨平面的位置103的全长C的N/C值位于-30.0％至-10.0％的范围内。

导管100内靠近螺旋桨300的平行部分111的恒定长度可提高效率。因此，如果平行部分111的前部M相对于全长C的比率M/C小于-4.0％，或者平行部分111的后部N相对于全长C的比率N/C大于-10.0％，则平行部分111的长度太短，从而导致效率提高不显著。

在截面形状中，本实施方式的导管100可包括第一距离F和第二距离K，其中，第一距离F相对于从平行部分111至突出部分104的全长C的F/C值位于18.0％至30.0％的范围内，第二距离K相对于从平行部分111至尾部108的全长C的K/C值位于4.0％至10.0％的范围内。

虽然已参照附图对本公开的实施方式进行了描述，但是本领域技术人员应理解的是，可在不改变本公开在以下权利要求中所限定的范围或本质特征的情况下进行各种变化和改进。例如，本领域技术人员可根据本申请改变每个部件的材料或尺寸，或者将实施方式并入或替代本公开的实施方式未明确示出的方式中，而不超出本公开的范围。因此，上述实施方式在各方面均为示例性的，并非旨在进行限制，并且改进的实施方式也应被本公开的权利要求涵盖。

Claims

1.一种船舶推进装置，包括：

导管，具有突出部和尾部，所述突出部作为翼型截面的前顶点，所述尾部作为所述翼型截面的后顶点，

其中，所述导管的截面形状包括：

外表面，被形成为在所述导管的前端处向上凸出，并且被形成为在所述导管的后端处向下凹陷；以及

内表面，具有所述导管的内前部、所述导管的内后部以及所述导管的平行部分，其中，所述内前部被形成为在所述导管的前端处向下凸出，所述内后部被形成为在所述导管的后端处向下凸出，所述平行部分无缝地连接所述导管的所述内前部和所述导管的所述内后部。

2.如权利要求1所述的船舶推进装置，其中，所述外表面包括：

前部，被形成为在弦线的前端之上凸出，所述弦线为连接所述凸出部分和所述尾部的直线部分；以及

后部，被形成为在所述弦线的后端之下凹陷。

3.如权利要求1所述的船舶推进装置，其中：

所述导管的所述内前端是在与在Y轴方向上从所述平行部分到所述突出部分的第一距离等效的范围内从所述平行部分的起始点到所述凸出部分的曲面；以及

所述导管的所述内后部是在与在Y轴方向上从所述平行部分到所述尾部的第二距离等效的范围内从所述平行部分的端点至所述尾部的曲面，所述第二距离小于所述第一距离。

4.如权利要求1所述的船舶推进装置，其中，所述平行部分包括：

前部，位于相对于从螺旋桨平面的位置的全长的-4％至14.0％的范围内，所述螺旋桨平面是由旋转的螺旋桨绘制的圆形平面；以及

后部，位于相对于从螺旋桨平面的位置的全长的-30.0％至-10.0％的范围内。

5.如权利要求3所述的船舶推进装置，其中，所述导管的所述截面形状包括：

所述第一距离，位于相对于从所述平行部分至所述突出部分的全长的18.0％至30.0％的范围内；以及

所述第二距离，位于相对于从所述平行部分至所述尾部的全长的4.0％至10.0％的范围内。

6.如权利要求1所述的船舶推进装置，其中，所述导管具有利用以下方程式获得的推进器效率：

η_{0} = \frac{{(K π / π)}^{3 / 2}}{K_{Q}}

其中，K_π＝K_Tpropeller+K_Tduct,

K_{\begin{matrix} T & p r o p e l l e r \end{matrix}} = \frac{T_{P}}{ρ \cdot n^{2} \cdot D_{P}^{4}},

K_{\begin{matrix} T & d u c t \end{matrix}} = \frac{T_{D}}{ρ \cdot n^{2} \cdot D_{P}^{4}},

以及

K_{Q} = \frac{Q}{ρ \cdot n^{2} \cdot D_{P}^{5}}

其中，η₀表示推进器效率(品质系数)；T_P表示螺旋桨推力；T_D表示导管推力；Q表示螺旋桨转矩；D_P表示螺旋桨直径；n表示螺旋桨转速(每分钟转速)；以及ρ表示流体密度。

7.一种船舶推进器装置，包括：

毂，设置在主轴上并通过所述主轴接收动力；

主叶片，安装在所述毂的外圆周表面上；

子叶片，从所述主叶片朝向所述主轴的后部设置并间隔开，并且朝向所述主轴的后部倾斜地安装；以及

导管，围绕所述主叶片安装，并且具有翼型截面。

8.如权利要求7所述的船舶推进装置，其中：

所述主叶片包括沿着所述毂的外圆周表面设置并间隔开的主叶片；以及

所述子叶片包括与所述主叶片交错设置并间隔开的多个子叶片。

9.如权利要求7所述的船舶推进装置，其中，所述子叶片具有从所述主轴的竖直方向朝向所述主轴的后部的倾角B，所述倾角B位于0.1度至27度的范围内。

10.如权利要求9所述的船舶推进装置，其中，所述子叶片具有范围从0.25至1.5的斜率B/H，

在所述斜率B/H中，B表示所述子叶片在所述主轴的竖直方向(Y轴)上朝向所述主轴的后部倾斜的倾角，并且H表示所述毂的外表面从所述毂的外表面朝向所述主轴的轴向方向倾斜的倾角。

11.如权利要求7所述的船舶推进装置，其中，所述子叶片具有范围从0.3至0.7的半径比率A/C，

在所述半径比率A/C中，A表示所述子叶片的半径，C表示所述导管的全长。

12.如权利要求7所述的船舶推进装置，其中，所述子叶片位于相对于所述导管的全长0.5的范围内，从所述主叶片的位置朝向所述主轴的后部。

13.如权利要求7所述的船舶推进装置，其中，所述导管包括突出部分和尾部，所述突出部分作为翼型截面的前顶点，所述尾部作为所述翼型截面的后顶点；以及

所述导管的形状包括：

外表面，被形成为在所述导管的前端处向上凸出，并且被形成为在所述导管的后端向下凹陷；以及

内表面，所述内表面包括：

所述导管的内前部，被形成为在所述导管的前端处向下凸出；

所述导管的内后部，被形成为在所述导管的后端处向下凸出；以及

平行部分，无缝地连接所述导管的所述内前部和所述导管的所述内后部。