CN105366024A - 一种减阻节能型舵叶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减阻节能型舵叶，包含空心状的舵叶主体，所述舵叶主体两端分别连接顶板和底板形成密封腔，在密封腔中设有气舱和压载水舱，所述压载水舱通过进水管向压载水舱进水，所述气舱通过进气管充气。本发明通过气舱向外排气，在舵的表面生成微气泡后，含微气泡混合流体较之无微气泡的流体粘性大大降低，使摩擦阻力显著减小；同时，微气泡也影响了边界层内流体的速度分布，加厚来流速度下的边界层厚度，使摩擦阻力减小，减阻效果明显。

Description

一种减阻节能型舵叶
技术领域
本发明涉及一种减阻节能型舵叶，属于船舶领域。
背景技术
船舶作为交通运输中载运量比例最大的载运工具，节能效果的好坏对国民经济的影响较大，其节能问题的研究已经成为我国国民经济发展中的长期战略任务之一。船舶在运输的过程中，如果在较高的海况下、频率很低的随浪上航行时，极易发生横甩现象，容易受到波浪横向扰动，舵效也易损失。因这种情况频频发生海上事故，造成重大的经济和财产的损失，为避免同类事件的发生，除提高驾驶员的责任心外，还需要充分掌握船的操纵性能。由此可见，研究一种更加简易、实用、有效、投资少、无约束条件、适用于新旧船舶的舵已成为当务之急。船用舵的减阻节能技术能很好的解决这方面的问题，但是，目前对舵的节能和减阻的研究十分有限，现有的装置和技术都是针对船舶自身的操纵性和稳性进行研制和开发的。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种减阻节能型舵叶，通过在舵叶中设置气舱和水舱，当船的航向改变时，通过排水和排气，提高舵的效率。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种减阻节能型舵叶，包含空心状的舵叶主体，所述舵叶主体两端分别连接顶板和底板形成密封腔，在密封腔中设有气舱和压载水舱，所述气舱与进气管连接，在气舱的外表面设有排气孔，排气孔上设置单向阀，舵内气舱向外排气时，单向阀打开，其余时刻，单向阀处于关闭状态，所述压载水舱与进水管和出水管连接；当船舶直线航行时，舵内压载水舱通过进水管向压载水舱进水，保持航向的稳定性，当船舶需要改变航向，通过出水管向舵外排水，进而减小转舵力矩。
作为优选，所述舵叶主体通过垂直隔板分别左右对称分隔为左右对称的左密封腔和右密封腔，左密封腔和右密封腔的气舱和压载水舱分别关于垂直隔板对称。
作为优选，所述左密封腔和右密封腔内均设有若干个相互独立的气舱和压载水舱，每个气舱分别与进气管连接，每个压载水舱分别与进水管和出水管连接。
作为优选，所述顶板包含舵外顶板和舵内顶板，所述底板包括舵内底板和舵外底板，所述进水管和进气管位于舵外顶板和舵内顶板之间。
作为优选，所述压载水舱内安装有压力感应器，所述气舱内安装有压强传感器。
作为优选，船舶在航行过程中，需要转舵改变航向，出水管向舵外排水，压载水舱剩余量为总压载水舱体积的1/3时停止排水。
作为优选，所述舵叶上设有引流通道，引流通道与排气孔连通。
船舶在营运过程中，需循环反复的向舵内压载水舱注水和排水，当船舶直线航行的过程中，通过进水管向压载水舱注水，直至压载水舱饱和，通过压载水舱顶部压力感应器传输信号，自动停止注水。如在注水过程中转舵，则自动停止注水，通过出水管向舵外排水。船舶航行过程中，需循环反复的向舵内气舱注入气体和利用排气孔向气舱外排气，在船舶直线航行时，通过进气管向气舱内注入气体，当气舱内压强感应器达到定值时，进气管停止进气。当船舶航线发生变化时，需要利用排气孔向气舱外排气，既可以减少舵在水中受到的阻力，也可以提高舵的效率。
在本发明中，船舶直线航行过程中，通过进气管向气舱内注入气体，为转舵做好准备。当船舶改变航向时，通过排气孔向舵外排放气体，气泡附着在部分舵表面，减小舵与水的摩擦，进而起到较好的减阻效果。同时，排气孔向外排放气体，可以打散螺旋桨产生的漩涡，减少螺旋桨旋转能量损失。
在本发明中，在海洋环境载荷作用下，除依靠舵装置的作用，使航向发生改变外，还有舵叶中排出气体与水的相互作用，提高舵的效率。通过舵叶的引流通道向舵叶外排气外，改变舵叶表面的压力分布，增加舵的横向力。通过气舱向外排气，在舵的表面生成微气泡后，含微气泡混合流体较之无微气泡的流体粘性大大降低，使摩擦阻力显著减小；同时，微气泡也影响了边界层内流体的速度分布，加厚来流速度下的边界层厚度，使摩擦阻力减小，减阻效果明显。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过舵叶表面的排气孔向外排放气体，可以减少螺旋桨和舵之间的相互干扰。
2、在舵叶表面加设引流通道后，舵表面的总摩擦阻力基本无变化，粘压阻力则明显减小。
3、减阻节能型舵叶可以阻止部分涡的形成，减少部分横向力损失。
4、通过舵叶表面的引流通道作用，减少发生舵空泡现象的可能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的A-A剖面俯视图；
图3为本发明E-E剖面图；
图4为本发明H-H剖面图；
图5为图1中I的放大图；
图6为图1中II的放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1至图6所示，一种减阻节能型舵叶，包含空心状的舵叶主体，所述舵叶主体两端分别连接顶板和底板形成密封腔，在密封腔中设有气舱5和压载水舱6，所述气舱5与进气管9连接，在气舱5的外表面设有排气孔4，所述压载水舱6与进水管8和出水管12连接气舱5压载水舱6压载水舱6进水管8压载水舱6气舱5进气管9。舵叶主体通过扁钢15焊接而成，在舵叶主体焊接多个钢板分隔为气舱5和压载水舱6，在气舱5内安装有压强传感器，在压载水舱6内安装有压力感应器13。
在本发明中，所述舵叶主体通过垂直隔板7分隔为左右对称的左密封腔和右密封腔，左密封腔和右密封腔的气舱5和压载水舱6分别关于垂直隔板7对称。以此来满足船舶沿不同航向航行时，左右气舱5交替排气原则。所述左密封腔和右密封腔内均设有若干个相互独立的气舱5和压载水舱6，每个气舱5分别与进气管9连接，气舱5内设有进气阀门，每个压载水舱6分别与进水管8和出水管12连接，压载水舱6内设有阀门。
在本发明中，所述顶板包含舵外顶板2和舵内顶板3，所述底板包括舵内底板10和舵外底板11，所述进水管8和进气管9位于舵外顶板2和舵内顶板3之间，形成密闭区域，增强管路的耐腐蚀性。所述舵叶上设有引流通道21，引流通道21与排气孔4连通，引流通道位于舵叶的两侧，与舵杆1平行分布。
此结构主要包括舵杆1，舵外顶板2、舵内顶板3、舵内底板10、舵外底板11、排气孔4、舵内气舱5、舵内水舱、垂直隔板7、进水管8、进气管9、出水管、水压力感应器13，上、下制流板18、筋板、扁钢15、放水塞16、垫板19、腹板20。自动控制装置可以降低船舶发生横甩的概率，提高舵的运动响应特性，改变边界层流体流动速度，减小摩擦阻力。自动控制装置主要由进水管8、进气管9、排气孔4和出水管12等部分组成。该减阻节能型舵叶的使用按照以下步骤进行：
1.安装减阻节能型舵叶
减阻节能型舵叶的结构形式如图1所示，在原有舵叶的基础上，优化舵的结构形式，布置进水管8、出水管12、进气管9和排气孔4，且调试每个排气孔4的通气性能。
2.舵叶内注入气体
船舶在离港阶段，向舵叶全部气舱5内注入气体，为船舶的偏航做好充足准备。
3.舵叶内注入压载水
船舶在直线航行阶段，通过自动控制系统，向舵叶内的压载水舱6注入压载水，提高舵整体的重力，保持船舶的航向稳定性，此过程能使船舶具有更好的稳定性、抑制船舶行驶时风浪流的等外界环境的扰动，提高船舶行驶的经济性和安全性。
4.船舶向左偏航
船舶由直线航行转变为向左航行时，一方面是排放压载水舱6的水、向左打舵，通过舵与水的相互作用，进而起到改变航向的作用；另一方面需要右侧气舱5向舵叶外排气，通过气体与水的相互作用，提高舵的效率。同时，由于舵叶表面排放气体，改变舵表面的压力分布，也减少舵与螺旋桨之间的相互影响，提高舵装置的滞后性，减少能量的损失，降低船舶随浪航行发生横甩的可能性。
5.船舶向右偏航
船舶向右航行时，一方面是排放压载水舱6的水、向右打舵；另一方面需要左侧全部气舱5向外排气，进而提高操舵舵效以及船舶偏航的安全性。无论船舶向左航行还是向右航行，船舶转向结束，船舶继续保持直线航行，需要继续向压载水舱6中注入水，以为船舶直线航行的安全性提供保障。
6.到港检查
船舶到港后，需要检查舵叶表面排气孔4的通气性能，结合此航行区域的水文环境，确定最优排气量，使减阻节能舵叶处于最佳的工作状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种减阻节能型舵叶，其特征在于：包含空心状的舵叶主体，所述舵叶主体两端分别连接顶板和底板形成密封腔，在密封腔中设有气舱和压载水舱，所述气舱与进气管连接，在气舱的外表面设有排气孔，排气孔上设置单向阀，舵内气舱向外排气时，单向阀打开，其余时刻，单向阀处于关闭状态，所述压载水舱与进水管和出水管连接；当船舶直线航行时，舵内压载水舱通过进水管向压载水舱进水，保持航向的稳定性，当船舶需要改变航向，通过出水管向舵外排水，进而减小转舵力矩。
2.根据权利要求1所述的减阻节能型舵叶，其特征在于：所述舵叶主体通过垂直隔板分隔为左右对称的左密封腔和右密封腔，左密封腔和右密封腔的气舱和压载水舱分别关于垂直隔板对称。
3.根据权利要求2所述的减阻节能型舵叶，其特征在于：所述左密封腔和右密封腔内均设有若干个相互独立的气舱和压载水舱，每个气舱分别与进气管连接，每个压载水舱分别与进水管和出水管连接。
4.根据权利要求3所述的减阻节能型舵叶，其特征在于：所述顶板包含舵外顶板和舵内顶板，所述底板包括舵内底板和舵外底板，所述进水管和进气管位于舵外顶板和舵内顶板之间。
5.根据权利要求4所述的减阻节能型舵叶，其特征在于：所述压载水舱内安装有压力感应器，所述气舱内安装有压强传感器。
6.根据权利要求5所述的减阻节能型舵叶，其特征在于：船舶在航行过程中，需要转舵改变航向，出水管向舵外排水，压载水舱剩余量为总压载水舱体积的1/3时停止排水。
7.根据权利要求6所述的减阻节能型舵叶，其特征在于：所述舵叶上设有引流通道，引流通道与排气孔连通。
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