CN106985990A - 一种船用前置导流翼 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种船用前置导流翼,包括左圆弧翼板、右圆弧翼板和n片导叶,n≥2,所述左圆弧翼板和右圆弧翼板安装在船尾、螺旋桨的前方,所述左圆弧翼板和右圆弧翼板上端相互连接并通过加强结构与船尾相连,其特征在于,所述左圆弧翼板不与右圆弧翼板连接的末端悬空设置,不与船体相连,所述右圆弧翼板的直径与左圆弧翼板的直径不同,所述n片导叶周向分布,导叶的一端固定在尾轴管上,p片导叶的另一端固定在左圆弧翼板上,2≤p≤n,q片导叶的另一端固定在右圆弧翼板上,0≤q≤2。本发明可全面提高螺旋桨叶片负荷,降低螺旋桨后方旋转能量损失,提高螺旋桨推进效率,并降低船舶油耗。
Description
技术领域
本发明涉及船用桨前节能装置,尤其涉及一种船用前置导流翼。
背景技术
燃油支出在船舶营运成本中占有主要比例,节省油耗、降低燃油费是船东永远的追求。与此同时,温室气体排放所导致的各种环境问题日益严峻,并受到了国际社会的广泛关注,国际海事组织先后推出了EEDI、EEOI等指标来进行约束。因此,船舶节能已成为设计院、船厂和船东的一致迫切需求,这也使得绿色船舶技术成为了业界研究的重中之重。船舶水动力节能装置是依据水动力学原理设计的起到降低燃油消耗作用的装置,常见的水动力节能装置有伴流补偿导管、定子、消涡鳍、高效舵等。然而,随着船舶总体性能的日益改进,传统的单一节能装置的节能效果也越来越低,组合式节能装置逐渐成为船舶节能装置的热点及发展重点。近年来,也已出现了多种桨前组合式节能装置,如:
申请号200910134601.0所公开的“用于减小船的驱动功率需求的装置”是由一个圆形前喷口和四个或五个叶片所组成,该装置可适用于慢速的肥大型船。同时,由于圆形前喷口下沿与船体之间的距离较小,将会使船舶阻力增加,因而会降低该装置的节能效果。
申请号201310306945.1公开的“用于右旋单桨船的预旋三角导管”,所采用的导管呈扇形,导管与螺旋桨轴线同心,安装有四个几何参数相同的导叶,可以降低螺旋桨尾流场因旋转而损失的能量,并适度减少因尾部流动分离而附加的形状阻力,但是该装置几何结构过于简单,短小的导管对尾流不均匀性的改善作用非常有限,实际节能效果并不高。
申请号201310271844.5公开的“前置半导轮”,包括前置半导管以及多个前置导叶片,导管的管壁轴向局部为缺口,导叶片的一端周向设置在前置半导管的内壁,另一端与船体尾部相连接。该装置的导管为一个整体且直径较大,这样导管的左右两侧的几何参数和空间位置无法单独根据当地的局部流场来进行设计,由于船尾伴流场的不均匀性,这种装置的导管会产生较大的阻力。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种船用前置导流翼,包括左圆弧翼板、右圆弧翼板和n片导叶,n≥2,所述左圆弧翼板和右圆弧翼板安装在船尾、螺旋桨的前方,所述左圆弧翼板和右圆弧翼板上端相互连接并通过加强结构与船尾相连,其特征在于,所述左圆弧翼板不与右圆弧翼板连接的末端悬空设置,不与船体相连,所述右圆弧翼板的直径与左圆弧翼板的直径不同,所述n片导叶周向分布,导叶的一端固定在尾轴管上,p片导叶的另一端固定在左圆弧翼板上,2≤p≤n,q片导叶的另一端固定在右圆弧翼板上,0≤q≤2。
进一步地,所述右圆弧翼板不与左圆弧翼板连接的一端悬空设置或者与船体相连。
进一步地,所述导叶具有机翼型剖面,导叶的剖面弦线与尾轴管中心线构成的夹角φ的范围是-10°至20°。
进一步地,所述导叶剖面的弦长为螺旋桨直径的0.1-0.5倍。
进一步地,所述导叶的展长为螺旋桨直径的0.3-1.1倍。
进一步地,所述导叶的数量为2片、4片、5片或6片。
进一步地,所述左圆弧翼板和右圆弧翼板尾部与螺旋桨盘面的距离h为螺旋桨直径的0.05-0.4倍。
进一步地,所述左圆弧翼板和右圆弧翼板的长度为螺旋桨直径的0.2-0.6倍。
进一步地,所述左圆弧翼板的直径为螺旋桨直径的0.4倍-0.7倍。
进一步地,所述右圆弧翼板圆弧的直径为螺旋桨直径的0.3-0.7倍。
本发明一种船用前置导流翼位于右舷的圆弧翼板直径较小,因而自身的阻力较小;圆弧翼板下端悬空设置,可避免引起船体阻力的增加。
附图说明
图1为本发明一种船用前置导流翼安装在船尾的右舷侧视图;
图2为导叶安装角φ的位置示意图;
图3为本发明装置的实施例1结构示意图;
图4为实施例1的三维结构图;
图5为本发明装置的实施例2结构示意图;
图6为本发明装置的实施例3结构示意图;
图7为实施例3的三维结构图。
图中:100-本发明、200-螺旋桨、300-船尾、400-尾轴管中心线、101-加强结构、102-左圆弧翼板、103-右圆弧翼板、104-导叶、105-导叶剖面、φ-导叶安装角,h-左圆弧翼板和右圆弧翼板的尾部与螺旋桨盘面的距离。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种船用前置导流翼的具体实施方式进行详细说明,该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1,本发明100安装于螺旋桨200前方、船体尾部300处,包括左圆弧翼板102、右圆弧翼板103和导叶104。左圆弧翼板102和右圆弧翼板103分别设置在船尾的左舷与右舷,左圆弧翼板102和右圆弧翼板103的上端相互连接并通过加强结构101与船尾300相连。左圆弧翼板102和右圆弧翼板103可以直接连接在加强结构101上,如图5、图6和图7所示;或者其连接部,即左圆弧翼板102和右圆弧翼板103的上端相互连接的地方,也可以不与加强结构101重合,如图3和图4所示。加强结构101可由几块筋板搭建连接组成。左圆弧翼板102下端悬空,右圆弧翼板103的下端可以悬空,也可与船尾相接。左圆弧翼板102和右圆弧翼板103的尾部与螺旋桨200盘面的距离h为螺旋桨200直径的0.05倍-0.4倍,翼板长度为螺旋桨200直径的0.2倍-0.6倍,左圆弧翼板102的直径为螺旋桨200直径的0.4倍-0.7倍,右圆弧翼板103圆弧的直径为螺旋桨200直径的0.3倍-0.7倍,左圆弧翼板102和右圆弧翼板103的安装位置和几何参数依据水动力特性独立进行设置,最佳安装位置和几何参数的设置原理是基于产生足够大的预旋效果,同时自身和船体的阻力增加较小,结构强度振动性能良好可靠,左圆弧翼板102和右圆弧翼板103的参数不同可以更好地适应船体左右舷的伴流场不均匀这一特点。对于右旋桨而言,为产生与螺旋桨旋转方向相反的流动,左圆弧翼板102可向下倾斜,而右圆弧翼板103可向上倾斜,位于右舷的右圆弧翼板103直径小于等于位于左舷的左圆弧翼板102;对于左旋螺旋桨则相反;对于左旋螺旋桨则相反。圆弧翼板的旋转中心与桨轴管轴线可以重合,也可在横向或纵向偏离一定距离,圆弧翼板与水平面、竖直面均可有一定的夹角。
导叶104有2片或4-6片,导叶104周向分布并固定在尾轴管上,导叶104之间采用左圆弧翼板102或右圆弧翼板103连接,若左圆弧翼板102的直径较小,导叶104可贯穿伸展至左圆弧翼板102外部,导叶剖面105的弦长为螺旋桨200直径的0.1倍-0.5倍,导叶104具有机翼型剖面,即导叶剖面105,如图2,导叶104的剖面弦线与尾轴管中心线400构成夹角φ,即导叶安装角,导叶104的安装角φ沿着其展向呈线性变化,φ的变化范围为-10°至20°。
实施例1
如图3和图4,本实施例中,导叶104有2片,且均安装于船尾的左舷,导叶104一端固定在船尾300上,另一端与左圆弧翼板102连接。左圆弧翼板102的下端悬空,右圆弧翼板103的下端与船尾300相连,左圆弧翼板102的直径为螺旋桨200直径的0.7倍,右圆弧翼板103的直径为螺旋桨200直径的0.4倍。
对于船尾瘦削、加装节能装置后阻力增加较多的中低速船,本实施例的左圆弧翼板下端悬空设置,距离船体较远,避免引起船体阻力的增加,同时保证了三片导叶的长度能产生足够的预旋流动;右圆弧翼板直径较小,因而自身的阻力较小,有效降低其产生的不利影响,下端与船尾相连接也保证了该装置的结构强度。经模型试验验证,该节能装置设计方案可降低船舶油耗5%。
实施例2
如图5,本实施例设置有4片导叶104,其中两片位于左舷并通过左圆弧翼板102相接,另外两片位于右舷并通过右圆弧翼板103相接。由于船尾的伴流场内外径具有不同的切向流动方向,为了减小阻力并产生足够的预旋作用,4片导叶的安装角沿其伸展方向均呈线性变化趋势,其变化范围在-10°至20°之间。左圆弧翼板102和右圆弧翼板103的直径均为螺旋桨200直径的0.7倍,左圆弧翼板102和右圆弧翼板103的上部向后倾斜5°,圆弧翼板的旋转中心向上移动,最高点至尾轴管中心线400的距离为螺旋桨直径的0.9倍,两个翼板下端均悬空设置。
对于船尾部分两侧较扁的船型,本实施例的左右两个圆弧翼板将不暴露在船体两侧的高速水流中,因而产生的阻力更小。上移后倾使得其距离船尾300更远,对船体的阻力增加影响更小。经模型试验验证,该节能装置设计方案安装在目标船上同样可降低船舶油耗5%-6%。
实施例3
如图6和图7,本实施例中,左圆弧翼板102和右圆弧翼板103的直径均为螺旋桨200直径的0.5倍,两个圆弧翼板的下部均悬空设置。由于左圆弧翼板102直径较小,为了保证预旋效果,位于左舷的三片导叶104贯穿伸展至左圆弧翼板102外部,所有导叶104的弦长从根部至梢部逐步变小,其变化范围为螺旋桨200直径的0.3倍至0.1倍,Lt=Lr*λ,式中Lt和Lr分别为梢部和根部的剖面弦长,系数λ的取值范围为0.5-0.7。与实施例2相同,本实施例的导叶安装角沿其伸展方向也呈现线性变化。
对于高伴流区范围较小的船,本实施例由于左舷的三个导叶展长较长,能够提供较高的预旋流动,同时两个圆弧翼板的直径较小,因而其自身阻力和对船体的影响也较小。经模型试验验证,该节能装置设计方案安装在目标船上同样可降低船舶油耗4%-5%。
本发明针对尾部瘦削、高伴流区范围较小的船,提供一种降低船舶油耗的船用前置导流翼。相比现有的技术方案,本发明可以采用直径更小的圆弧翼板,同时不减小导叶的长度,这种设置可在保证导叶预旋作用的前提下减小圆弧翼板阻力产生的不利影响;左圆弧翼板下端悬空设置,可避免引起船体阻力的增加。导叶的安装角沿展向进行相应的调整与变化,可在确保产生足够预旋的同时降低自身的阻力。以上这两点改进使得该装置安装在尾部瘦削的船上可达到4%-6%的节能效果。
本发明中的导叶可有效增大螺旋桨进流角,减弱螺旋桨尾流旋转速度,从而通过减少螺旋桨尾流旋转能量损失来达到提高螺旋桨推进效率的目的;灵活布置的两个圆弧翼板提高了螺旋桨的叶片负荷,同时避免引起船体和装置自身阻力的过多增加,不但可进一步提高螺旋桨推进效率,而且可以改善导叶的结构强度及振动性能。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种船用前置导流翼,包括左圆弧翼板(102)、右圆弧翼板(103)和n片导叶(104),n≥2,所述左圆弧翼板(102)和右圆弧翼板(103)安装在船尾(300)、螺旋桨(200)的前方,所述左圆弧翼板(102)和右圆弧翼板(103)上端相互连接并通过加强结构(101)与船尾(300)相连,其特征在于,所述左圆弧翼板(102)下部末端悬空设置,不与船体相连,所述右圆弧翼板(103)的直径与左圆弧翼板(102)的直径不同,所述n片导叶(104)周向分布,导叶(104)的一端固定在尾轴管上,p片导叶(104)的另一端固定在左圆弧翼板(102)上,2≤p≤n,q片导叶(104)的另一端固定在右圆弧翼板(103)上,0≤q≤2。
2.根据权利要求1所述的船用前置导流翼,其特征在于,所述右圆弧翼板(103)下部末端悬空设置或者与船体相连。
3.根据权利要求1所述的船用前置导流翼,其特征在于,所述导叶(104)具有机翼型剖面,导叶(104)的剖面弦线与尾轴管中心线(400)构成的夹角φ的范围是-10°至20°。
4.根据权利要求1或3所述的船用前置导流翼,其特征在于,所述导叶(104)剖面的弦长为螺旋桨(200)直径的0.1-0.5倍。
5.根据权利要求1或3所述的船用前置导流翼,其特征在于,所述导叶(104)的展长为螺旋桨直径的0.3-1.1倍。
6.根据权利要求1所述的船用前置导流翼,其特征在于,所述导叶(104)的数量为2片、4片、5片或6片。
7.根据权利要求1所述的船用前置导流翼,其特征在于,所述左圆弧翼板(102)和右圆弧翼板(103)尾部与螺旋桨(200)盘面的距离h为螺旋桨(200)直径的0.05-0.4倍。
8.根据权利要求1所述的船用前置导流翼,其特征在于,所述左圆弧翼板(102)和右圆弧翼板(103)的长度为螺旋桨(200)直径的0.2-0.6倍。
9.根据权利要求1所述的船用前置导流翼,其特征在于,所述左圆弧翼板(102)的直径为螺旋桨(200)直径的0.4倍-0.7倍。
10.根据权利要求1或2所述的船用前置导流翼,其特征在于,所述右圆弧翼板(103)圆弧的直径为螺旋桨(200)直径的0.3-0.7倍。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: Room 312, No. 189 Kaohsiung Road, Huangpu District, Shanghai, 200011 Applicant after: China Shipbuilding (Shanghai) Energy Conservation Technology Co.,Ltd. Address before: Room 312, No. 189 Kaohsiung Road, Huangpu District, Shanghai, 200011 Applicant before: CSIC (SHANGHAI) ENERGY SAVING TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO.,LTD. |