CN107985538A - 一种船用导流板式环形导管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种船舶水动力节能装置，安装在船体尾轴出口前上方，其特征在于，包括左舷导流管、右舷导流管、左舷导流板、右舷导流板和中间加强结构；所述左右舷导流管安装于船舶尾轴出口前上方的船体尾部两侧，导流管下端直接与船体连接，上端与导流板和中间加强结构相连，导流板和中间加强结构与船体连接。本发明所述的一种导流板式环形导管能对船舶尾流场进行有效改善，导管表面能产生推力，相同航速下降低主机的输出功率，提高螺旋桨振动性能，达到较好的节能效果。本装置结构简单可靠、安装维护方便，具有良好的节能效果，且便于对现有船舶进行加装。
Description
技术领域
本发明涉及一种安装于船尾螺旋桨前方可有效降低船舶主机输出功率的水动力节能附体装置，尤其涉及一种船用导流板式环形导管。
背景技术
全球90％国际贸易货物依靠船舶运输，由此带来的温室气体排放和环境污染问题日益突出，环保条例日益严格，同时燃油支出在船舶营运成本中占主要比例，因此节能减排现已成为船舶科研院所、设计院、船厂和船东的迫切需求，在船舶行业中船舶水动力节能附体装置存在巨大市场。目前采用的桨前水动力节能装置有伴流补偿导管、整流鳍、预旋鳍加全导管以及Mewis Duct等，采用导管形式的节能装置通常有一个或两个半环形导管、导叶式导管等。导管一般能起到船尾螺旋桨来流的整流作用，整流鳍、预旋鳍一般能起到船尾螺旋桨来流的导流作用；现有的导管加定子的技术方案，加工难度大，误差大而影响节能效果。
申请号201120513730.3提供了一种船用高效节能导管，该导管仅报告呈半圆环形的左舷导管及右舷导管，未采用导流板，节能效果还可进一步提高；
申请号94206493.3提供了一种桨前整流导管，它是由一个半环或者两个半环构成，在整流导管的上部加装尾流控制鳍或在整流导管下部前面船体上加装1-3片导流鳍来进一步提高节能效果，也未采用本发明的导流板结构形式。
申请号95223219.7提供了一种船舶补偿导管节能装置，它是由喇叭形的空心半圆环及其圆弧延伸的水平段所组成，其结构与申请号201120513730.3相似，未采用本发明的导流板结构形式。
申请号201120513727.1提供了一种内置导叶的节能导管，它由圆环形导管本体和三根径向设置的导叶组成，其结构类似于前置预旋导轮，加工难度大。
申请号201310271844.5提供了一种前置半导轮，它由前置半导管和多个前置导叶片组成，与本发明相比，加工难度大。
发明内容
本发明的目的是针对现有伴流补偿导管技术构型简单、导管内部流场不够稳定、节能效果不显著等问题，根据船尾部流动在桨轴线上方左右不对称和不均匀的特点，提供一种船用导流板式环形导管，通过导流板对尾轴出口前上方导管内部流场导流、环形导管对桨轴上方左右两侧区域流场整流，使得进入螺旋桨的流场更加均匀和稳定，提高了螺旋桨的推进效率和环形导管上的推力，提高了航速，同时有效改善了船尾振动性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明所涉及的一种船用导流板式环形导管，其特征在于：包括左舷导流管、右舷导流管、左舷导流板、右舷导流板和中间加强结构；所述左舷导流管和右舷导流管均呈半圆环形，安装于螺旋桨前方桨轴左右两侧，导流管上端通过中间加强结构相连成环形，同时左舷导流管和右舷导流管上端分别与左舷导流板和右舷导流板连接，导流管下端与船体直接相连。
进一步地，左舷导流板和右舷导流板呈一定夹角α布置在螺旋桨前方桨轴上方位置，左右导流板夹角0°＜α＜120°，导流板前缘与船体尾部贴合并顺流过渡，导流板表面为平面或曲面；
进一步地，导流板的长度(沿船长方向投影)因船而异，长度为导流管长度的0.20倍～5倍，导流板即可与导流管不相接，又可与导流管相接；
进一步地，导流管的长度(沿船长方向投影)为螺旋桨直径的0.20倍～0.55倍，直径为螺旋桨直径的0.40倍～0.90倍，左右导流管为非对称布置，导流管开口向内或向外、向上或向下倾斜，导流管剖面为机翼型；
本发明提供的船用导流板式环形导管，将导流板和环形导管很好的结合在一起，对桨前桨轴上方的流场分区域进行了导流和整流，与普通伴流补偿导管相比，节能效果和振动性能进一步提高，同时结构更加可靠。导流板式环形导管较普通的伴流补偿导管节能效果更好、结构更加可靠，同时本发明导管内未设置产生预旋作用的导叶片，较导叶式导管加工简单、对螺旋桨转速影响小。
附图说明
图1为本发明提出的一种船用导流板式环形导管前视示意图；
图2为本发明提出的一种船用导流板式环形导管左视示意图；
图3为本发明提出的一种船用导流板式环形导管右视示意图；
图4为本发明提出的一种船用导流板式环形导管俯视示意图；
图5为本发明左右舷导流板非对称布置的导流板式环形导管三维示意图；
图6为本发明左右舷导流板与左右导管未相接的导流板式环形导管三维示意图；
图7为本发明左右舷导流板表面为曲面的导流板式环形导管三维示意图；
图8为实施例1普通导管快速性试验模型图；
图9为实施例1本发明导流板式环形导管快速性试验模型图；
图中：01-左舷导流管、02-右舷导流管、03-左舷导流板、04-右舷导流板、05-中间加强结构、06-船体、07-导流板前缘、08-导流板后缘、09-尾轴出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种船用导流板式环形导管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。
船舶在水中行驶时，其附近水受到船体运动的影响而产生一种追随船体运动的水流，该水流称为伴流。在一个非均匀伴流场中,螺旋桨的运动造成了不稳定的水动力负荷,螺旋桨桨盘面进流不均匀、螺旋桨尾部的旋转尾流，桨毂毂帽以及叶梢等处的旋涡阻力均会降低螺旋桨的推进效率，导致能量的损失。
导流板的作用：(1)调整螺旋桨前方来流方向，减少紊乱流场的影响；(2)加快螺旋桨上部前方来流速度，缓和桨盘面上船体伴流峰，减小桨叶工作负荷，降低空化程度，减小脉动力能级。
环形导流装置的作用是：(1)加速螺旋桨上部进流，使桨盘面进流更加均匀，提高推进效率。(2)补偿导管位于船尾水流分离区，减少船尾部水流分离，减少船舶的航行阻力。(3)左右不对称的半环组合，可调整螺旋桨进流的方向和角度，减少尾流的旋转能量损失。(4)合适的安装角度使导管上产生附加推力。
本发明的一种船用导流板式环形导管装置，如图1所示，安装在船体06的尾轴出口09前上方，包括左舷导流管01、右舷导流管02、左舷导流板03、右舷导流板04和中间加强结构05。
如图1所示，左舷导流板03和右舷导流板04布置在尾轴出口09前上方、环形导管内部和上方，两导流板相接于导流板后缘08。如图2所示，左舷导流板03上下均和船体06相接并贴合，导流板前缘07呈C型或V型；左舷导流板03上端与左舷导流管01相接，同时与中间加强结构05相接。如图3所示，右舷导流板04上下均和船体06相接并贴合，导流板前缘07呈C型或V型；右舷导流板04上端与右舷导流管02相接，同时与中间加强结构05相接。
如图4所示，左舷导流板03和右舷导流板04呈一定夹角α布置在尾轴出口上方位置(0°＜α＜120°)，导流板表面为平面或曲面(图4中左右导流板表面为平面，图7中左右导流板表面为曲面)，左右导流板即可左右舷对称布置(如图4)，也可左右舷非对称布置(如图5)。导流管和导流板沿船长方向相对位置不固定，导流板即可与导流管相接(如图1)，又可与导流管不相接(如图6所示，左右导流板与左右导管未相接)。
左舷导流管01和右舷导流管02均呈半圆环形布置在尾轴出口09前上方左右两侧，导流管下端直接与船体06连接固定，上端通过中间加强结构05左右相连成环形。左右舷导流管对桨前尾轴出口09上方左右两侧区域流场起整流作用，导流管的长度为螺旋桨直径的0.20倍～0.55倍，直径为螺旋桨直径的0.40倍～0.90倍。左舷导流管01和右舷导流管02可以是不对称的，根据流场不同，开口位置和角度也不相同，导流管开口朝内侧或向外侧、向上或向下倾斜，左右舷导流管剖面为相同或不同机翼型。如图2所示，左舷导流管01开口向上倾斜，此时导流管后缘向桨后倾斜；如图4所示，左舷导流管01开口向外倾斜，此时导流管后缘沿船宽方向往桨后倾斜。如图3所示，右舷导流管02开口也向上倾斜，倾斜角度与左舷导流管01不同；如图4所示，右舷导流管02开口也向外倾斜，此时导流管后缘沿船宽方向往桨后倾斜，左舷导流管01和右舷导流管02为呈非对称布置。
本发明装置的工作原理在于：导流板主要位于尾轴出口前上方导管内部，船尾的一部分水流经导流板后顺势流向导管内部，对船尾导管内部的流场起导流作用，环形导管位于尾轴出口09前上方左右两侧位置，具有对流场进行整流作用，同时导管表面产生推力。导流板和环形导管共同作用，使进入螺旋桨的流场更加均匀稳定，提高了螺旋桨的推进效率，减小了螺旋桨的振动，提高了船的航速。本发明将导流板和环形导管创造性的结合在一起，结构简单可靠、安装维护方便，较普通伴流补偿导管节能效果更好。
实施例
某5000吨级货船在安装不同节能导管的快速性模型试验，无任何节能装置的、安装无导流板的普通导管(参见图8)以及安装本发明的导流板式环形导管(参见图9和表1)的试验结果，如表2至表4所示。由表2和表3对比可知，相同航速下(如12.0kn时)，安装普通导管(无左右舷导流板)比安装无导流板式环形导管的推进效率ηDS略增大，有效功率PES几乎不变，节能效果ΔPd为2.5％。由表2和表4对比可知，相同航速下(如12.0kn时)，安装导流板式环形导管后，船体的推力减额t和伴流分数w均比安装无导流板式环形导管的减小，实桨效率η0s和推进效率ηDS均安装无导流板式环形导管的增大，有效功率PES也减小，节能效果ΔPd达5.2％。通过比较可知，安装导流板式环形导管后节能效果更加明显。
表1 5000吨级货船导流板式环形导管主要参数
| 序号 | 内容 | 参数 |
| 1 | 左舷导管长度 | 0.26倍螺旋桨直径 |
| 2 | 右舷导管长度 | 0.26倍螺旋桨直径 |
| 3 | 左舷导管直径 | 0.48倍螺旋桨直径 |
| 4 | 右舷导管直径 | 0.48倍螺旋桨直径 |
| 5 | 左右导流板表面 | 平面 |
| 6 | 左右导流板前缘 | C型 |
| 7 | 导流板夹角α | 80° |
表2 5000吨级货船无任何节能装置的试验结果
表3 5000吨级货船有普通导管(无导流板)试验结果
表4 5000吨级货船有导流板式环形导管试验结果
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)
1.一种船用导流板式环形导管，包括安装于螺旋桨前方船体尾部的左舷导流管(01)、右舷导流管(02),其特征在于：还包括彼此相连的左舷导流板(03)和右舷导流板(04)，以及中间加强结构(05)；所述左舷导流管(01)和右舷导流管(02)的上端通过中间加强结构(05)连接成环形；所述左舷导流板(03)、右舷导流板(04)分别与船体(06)相连；所述导流管的下端与船体(06)相连。
2.根据权利要求1所述的一种船用导流板式环形导管，其特征在于：所述左舷导流板(03)和右舷导流板(04)分别布置于所述左舷导流管(01)和右舷导流管(02)的内侧前方靠近船体(06)处。
3.根据权利要求1或2所述的一种船用导流板式环形导管，其特征在于：所述左舷导流管(01)和右舷导流管(02)的上端分别与左舷导流板(03)和右舷导流板(04)连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种船用导流板式环形导管，其特征在于：所述左舷导流板(03)和右舷导流板(04)呈一定夹角布置。
5.根据权利要求1或2所述的一种船用导流板式环形导管，其特征在于：左舷导流板(03)和右舷导流板(04)布置在船体(06)尾部轮廓线内凹处。
6.根据权利要求1或2所述的船用导流板式环形导管，其特征在于,所述左舷导流板(03)和右舷导流板(04)的前缘(07)，与船体(06)紧密贴合并光顺过渡。
7.根据权利要求1或2所述的一种船用导流板式环形导管，其特征在于：左舷导流板(03)和右舷导流板(04)表面为平面或曲面。
8.根据权利要求1或2所述的船用导流板式环形导管，其特征在于,所述左舷导流管(01)和右舷导流管(02)各自的安装位置和倾角可独立进行设置。
9.根据权利要求1或2所述的一种船用导流板式环形导管，其特征在于：所述左舷导流管(01)和右舷导流管(02)的长度为螺旋桨直径的0.20倍～0.55倍。
10.根据权利要求1或2所述的一种船用导流板式环形导管，其特征在于：所述左舷导流管(01)和右舷导流管(02)的直径为螺旋桨直径的0.40倍～0.90倍。
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