CN111114728A - 一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，包括圆台和导管，所述导管外圆周面上均等设置有若干个水翼，所述圆台的小直径端固定连接有圆柱体，所述圆台和圆柱体的圆周表面上均等固定连接有若干个整流鳍片，且穿装在所述导管内，其中，相连接的圆柱体端与导管一端面平齐，相连接的圆台端伸出导管另一端面长度L。本发明一种船舶节能消涡助推叶轮装置为船体附属结构，能够较好地改善船舶螺旋桨后的流场，扩散螺旋桨后方的毂涡，降低螺旋桨的总扭矩，提高螺旋桨的推力，减少噪声污染，回收了螺旋桨后旋转尾流的能量损失，并起到节能减排效果。

Description

一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置

技术领域

本发明涉及一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，特别涉及一种扩散螺旋桨后毂涡从而回收尾流能量损失的装置，属于船舶与海洋工程领域。

背景技术

国际贸易促使海上交通运输工具的不断发展，船舶作为海上最重要的搬运工，现在逐渐向大型化方向发展。此时，船舶行业对能源的需求量在不断的增加，面对能源枯竭的问题，节能减排已经在船舶发展过程中显得尤其重要，也符合航运企业降本增效可持续发展的要求，而且节能减排也是我国的基本国策，响应了国家的号召。

为了实现这一目标，国内外学者已经对船舶的节能方式进行了大量的研究。船舶能量损耗的因素主要有：船舶在水中受到阻力，损失一部分能量；船舶推进装置效率低下，容易消耗大量的能源；以及船舶传动机构传输动力时，因摩擦、传热等原因带走一部分能量。面对诸多因素，优化船型设计和各种节能附体应运而生，而且取得了一些显著的节能效果。

国内外桨后的节能附体研究相对较少，只有桨毂帽整流片、球舵、舵球推力鳍和推叶轮等，在扩散毂涡的作用上，用的比较多的是消涡鳍，这个装置已经在商用船舶上得到了应用，该装置对毂涡扩散比较明显，回收了因毂涡带来的能量损失，此外，消涡鳍除了能扩散毂涡外，也能利用螺旋桨后旋转的水流作用于消涡鳍片产生助推作用，但对螺旋桨的推力效果不太明显，所以存在一点缺陷，相较于消涡鳍，新型桨后节能消涡助推叶轮装置填补了这点不足之处，在扩散螺旋桨后毂涡的同时，还能产生明显的助推作用，较大地提高了螺旋桨的推进效率，这种新型桨后节能消涡助推叶轮装置能在商用船上达到预期的节能效果。

发明内容

本发明的目的是填补现有技术存在的不足，提供一种针对螺旋桨后尾流能量损失较大的船舶上使用的节能装置，该装置能够扩散螺旋桨后毂涡，回收螺旋桨后尾流旋转损失的能量，并且在消涡助推叶轮装置处产生方向与螺旋桨旋转方向相同的转矩，使得桨轴上所需转矩减少，对螺旋桨的助推作用较大，能够提高螺旋桨的效率，达到节能减排的效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，包括圆台和导管，所述导管外圆周面上均等设置有若干个水翼，所述圆台的小直径端固定连接有圆柱体，所述圆台和圆柱体的圆周表面上均等固定连接有若干个整流鳍片，且穿装在所述导管内，其中，相连接的圆柱体端与导管一端面平齐，相连接的圆台端伸出导管另一端面长度L。该节能装置圆台大端表面与螺旋桨桨毂后端表面相连。

进一步，作为优选，所述整流鳍片为弧形片状体，其数量为至少4的偶数。

进一步，作为优选，所述整流鳍片弧形片状体是一个半径为R₁的圆柱侧面形状，整流鳍片的数量为6个。

进一步，作为优选，所述整流鳍片圆柱侧面形状半径R₁的大小为0.7～0.8倍螺旋桨桨毂后端表面半径的长度，和圆柱体表面接触段整流鳍片的侧面所对应的角度β为80～90度；所述整流鳍片所在的中心线和其弧线靠圆柱体端切线的夹角γ为47～50度，整流鳍片厚度H为0.2～0.3螺旋桨桨毂后端表面直径的长度。

进一步，作为优选，所述水翼侧面投影呈梯形状，其截面为椭圆形，其数量为至少4的偶数。

进一步，作为优选，所述的水翼数量为6个。

进一步，作为优选，所述水翼长度为1～1.2倍螺旋桨半径，所述水翼在与所述导管表面相交处剖面弦长为螺旋桨桨毂后端圆形轮廓周长的0.5～0.75倍，另一端截面的弦长为0.15～0.3倍螺旋桨桨毂后端圆形轮廓周长。

进一步，作为优选，所述导管的长度为0.9～1.1螺旋桨桨毂长度，导管外径等于螺旋桨桨毂后端的表面直径大小，导管内径为0.75～0.85倍螺旋桨桨毂后端的表面直径大小。

进一步，作为优选，所述圆台的长度为0.6～0.8倍螺旋桨桨毂的长度，圆台大直径端表面和母线之间的夹角θ为60～70度，圆台大直径端表面半径等于螺旋桨桨毂半径。

进一步，作为优选，所述长度L(即水流入口宽度)为1～1.2倍螺旋桨桨毂的长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置由于采用圆台、多个整流鳍片、导管、多个水翼和圆柱体组成，整流鳍片周向均匀的布置在圆柱体表面，水翼也周向均匀的布置在导管的表面，所以，该装置能够较好的改善螺旋桨后的流场情况。

2、本发明结构新颖，安装方便，布置在螺旋桨桨毂上，跟随螺旋桨一起旋转，改善水流。与同类型节能效果差的装置相比，新型桨后节能消涡助推叶轮装置能较大程度的扩散毂涡，甚至能消除毂涡现象，回收因毂涡造成的能量损失；另外，该装置能够使螺旋桨的推力性能得到很大的提高，与此同时，使螺旋桨总扭矩降低，节省能量，提高螺旋桨的效率。

附图说明：

图1为本发明装置的整体结构示意图；

图2为本发明装置的轴向侧视图；

图3为本发明装置的主视图；

图4为本发明装置的轴向侧视剖面图A-A；

图5为本发明装置整流鳍片的结构示意图；

图6为本发明装置整流鳍片和导管组合结构示意图；

图7为本发明装置一实施例节能消涡助推叶轮安装在船体尾部示意图；

图8为本发明装置一实施例节能消涡助推叶轮右舷侧视图；

图中附图标记说明：1.圆台，2.整流鳍片，3.导管，4.水翼，5.圆柱体，6.桨轴中心线，7.船体尾部，8.螺旋桨。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

船舶在航行时，螺旋桨桨毂后会产生很强的旋转毂涡，从而桨毂后形成了一个低压区，这种涡降低了螺旋桨的效率。对于大型船舶，尤其是螺距比大的船舶，这种现象更为突出。针对这种毂涡现象，现在各大船企在桨毂上安装消涡鳍来扩散毂涡，能回收因毂涡的产生而损失的能量，起到了一定的作用，但在提高螺旋桨推力性能上还不够明显。本发明针对船舶螺旋桨后能量的损失，设计出一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，扩散毂涡，回收能量损失，使螺旋桨的推力性能得到优化。该消涡助推叶轮环向有六个结构相同的水翼，利用螺旋桨后旋转水流，可以产生助推功能，提高螺旋桨推力性能，从而螺旋桨的整体效率得到提升。

请参阅附图1-8，为本发明的一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，包括圆台1和导管3；所述导管3外圆周面上均等设置有若干个水翼4，所述圆台1的小直径端固定连接有圆柱体5，所述圆台1和圆柱体5的圆周表面上均等固定连接有若干个整流鳍片2，且穿装在所述导管3内，其中，相连接的圆柱体5端与导管3一端面平齐，相连接的圆台1端伸出导管3另一端面长度L(即水流入口宽度)。该节能装置圆台1大端表面与螺旋桨8桨毂后端表面相连。

所述整流鳍片2为弧形片状体，其数量为至少4的偶数，该鳍片2可以改变螺旋桨8根部的流场，矫直尾流，使桨毂涡流消除。

本实施例，所述整流鳍片2弧形片状体是一个半径为R₁的圆柱侧面形状，整流鳍片2的数量为6个。

本实施例，所述整流鳍片2圆柱侧面形状半径R₁的大小为0.7～0.8倍螺旋桨8桨毂后端表面半径的长度，和圆柱体5表面接触段整流鳍片2的侧面所对应的角度β为80～90度；所述整流鳍片2所在的中心线K₂和其弧线靠圆柱体5端切线K₁的夹角γ为47～50度，整流鳍片2厚度H为0.2～0.3螺旋桨8桨毂后端表面直径的长度。

本实施例，所述的整流鳍片2从空间视图上可以了解其各端的结构形状，其两端侧边的长度L₁和L₂之间相差一个圆台1的长度，长度为L₁的一侧是整流鳍片2的总长度，长度为L₂的另一侧是整流鳍片2附着在圆柱体5上的长度，整流鳍片2上EF端附着于圆台1表面。

所述水翼4侧面投影呈梯形状，其截面为椭圆形，其数量为至少4的偶数。

本实施例，所述水翼4的数量为6个，所述水翼4以圆柱体5为中心轴，在导管3表面周向分布六个相同结构的水翼4，其中任意两个水翼4之间的夹角相等；水翼4长度为1～1.2倍螺旋桨8半径，该长度水翼4能够更好捕捉到螺旋桨8后的旋转水流，它可以利用螺旋桨8尾流损失的旋转能量来实现自身的自由旋转，进而通过提供附加推力来达到节能的目的。

本实施例，所述水翼4在与所述导管3表面相交处剖面弦长为螺旋桨8桨毂后端圆形轮廓周长的0.5～0.75倍，另一端截面的弦长为0.15～0.3倍螺旋桨8桨毂后端圆形轮廓周长。

所述导管3的长度为0.9～1.1螺旋桨8桨毂长度，导管3外径等于螺旋桨8桨毂后端的表面直径大小，导管3内径为0.75～0.85倍螺旋桨8桨毂后端的表面直径大小。

所述圆台1的长度为0.6～0.8倍螺旋桨8桨毂的长度，圆台1大直径端表面和母线之间的夹角θ为60～70度，圆台1大直径端表面半径等于螺旋桨8桨毂半径。

本实施例，所述圆台1小直径端和圆柱体5的一端相连接，圆柱体5截面直径等于圆台1小端的直径。

所述船舶桨后节能消涡助推叶轮装置安装在船体尾部7，该节能装置轴向中心位于桨轴中心线6处，通过圆台1大端与螺旋桨8的桨毂后端相连，可以焊接固定，安装方便；螺旋桨8后的一部分旋转水流通过圆台1表面流入，整流鳍片2对水流进行整流作用后，经过导管3处流出，起到扩散毂涡的作用；另一部分旋转水流经过水翼4处，推动水翼4的旋转，对螺旋桨8起到助推作用，提高螺旋桨8的整体效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体的实施例，但本发明受保护的范围并不局限于此，对于本领域的技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可轻易想到的变化或替换，都应视为本发明的保护范围之内。所以，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，其特征在于，包括圆台(1)和导管(3)；所述导管(3)外圆周面上均等设置有若干个水翼(4)，所述圆台(1)的小直径端固定连接有圆柱体(5)，所述圆台(1)和圆柱体(5)的圆周表面上均等固定连接有若干个整流鳍片(2)，且穿装在所述导管(3)内，其中，相连接的圆柱体(5)端与导管(3)一端面平齐，相连接的圆台(1)端伸出导管(3)另一端面长度L。

2.根据权利要求1所述的一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，其特征在于，所述整流鳍片(2)为弧形片状体，其数量为至少4的偶数。

3.根据权利要求2所述的一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，其特征在于，所述整流鳍片(2)弧形片状体是一个半径为R₁的圆柱侧面形状，整流鳍片(2)的数量为6个。

4.根据权利要求3所述的一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，其特征在于，所述整流鳍片(2)圆柱侧面形状半径R₁的大小为0.7～0.8倍螺旋桨(8)桨毂后端表面半径的长度，和圆柱体(5)表面接触段整流鳍片(2)的侧面所对应的角度β为80～90度；所述整流鳍片(2)所在的中心线和其弧线靠圆柱体(5)端切线的夹角γ为47～50度，整流鳍片(2)厚度H为0.2～0.3螺旋桨(8)桨毂后端表面直径的长度。

5.根据权利要求1所述的一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，其特征在于，所述水翼(4)侧面投影呈梯形状，其截面为椭圆形，其数量为至少4的偶数。

6.根据权利要求5所述的一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，其特征在于，所述的水翼(4)数量为6个。

7.根据权利要求5所述的一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，其特征在于，所述水翼(4)长度为1～1.2倍螺旋桨(8)半径，所述水翼(4)在与所述导管(3)表面相交处剖面弦长为螺旋桨(8)桨毂后端圆形轮廓周长的0.5～0.75倍，另一端截面的弦长为0.15～0.3倍螺旋桨(8)桨毂后端圆形轮廓周长。

8.根据权利要求1所述的一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，其特征在于，所述导管(3)的长度为0.9～1.1螺旋桨(8)桨毂长度，导管(3)外径等于螺旋桨(8)桨毂后端的表面直径大小，导管(3)内径为0.75～0.85倍螺旋桨(8)桨毂后端的表面直径大小。

9.根据权利要求1所述的一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，其特征在于，所述圆台(1)的长度为0.6～0.8倍螺旋桨(8)桨毂的长度，圆台(1)大直径端表面和母线之间的夹角θ为60～70度，圆台(1)大直径端表面半径等于螺旋桨(8)桨毂半径。

10.根据权利要求1所述的一种船舶桨后节能消涡助推叶轮装置，其特征在于，所述长度L为1～1.2倍螺旋桨(8)桨毂的长度。

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