CN113955066A

CN113955066A - 一种新型降低涡激振动的船用舵

Info

Publication number: CN113955066A
Application number: CN202110949316.5A
Authority: CN
Inventors: 谢畅; 周旭; 何金伟; 周兰喜; 莫中华; 陆明锋; 应续华; 万冬冬
Original assignee: Nantong Cosco KHI Ship Engineering Co Ltd
Current assignee: Nantong Cosco KHI Ship Engineering Co Ltd
Priority date: 2021-08-18
Filing date: 2021-08-18
Publication date: 2022-01-21

Abstract

本发明公开了一种新型降低涡激振动的船用舵，将舵随边设计成平板形或锯齿形，平板形随边或锯齿形随边产生的涡会与传统舵随边产生的涡形成有利干扰，降低涡强和涡激力；同时，提高涡脱频率，避开舵固有频率，最终防止共振效应。平板形随边可以采用三种焊接方法焊接；锯齿形随边可以采用平板形随边焊接方式制造，也可以和舵作为一个整体进行制造。本发明可以降低舵的涡激力，提高涡脱频率，避开舵固有频率，从而降低共振对舵造成的结构安全隐患。

Description

一种新型降低涡激振动的船用舵

技术领域

本发明涉及船用舵技术领域，尤其涉及一种新型降低涡激振动的船用舵。

背景技术

船用舵的主要作用是保证船舶航行过程的操纵性能，但是由于考虑舵效的原因，有些船型（如超大型集装箱船）采用全悬挂舵，这就造成舵杆承受较大的舵力；同时，船在航行过程中舵的绕流会在随边形成涡激振动，当涡脱频率和舵固有频率重叠时发生共振，并且长时间的共振和涡激力，会造成舵杆和舵结构疲劳损伤。因此，如何避免共振和降低涡激力对提升舵结构安全就显得有重要意义。

所以提供一种新型降低涡激振动的船用舵，能够解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供新型降低涡激振动的船用舵，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型降低涡激振动的船用舵，将舵随边设计成平板形或锯齿形。对于平板形随边，平板厚度t小于舵随边的厚度T；平板的长度与随边厚度的比值l/T存在最佳比例。对于锯齿形随边，主要参数包括锯齿根厚度T、锯齿端厚度t、锯齿长L、锯齿高H和锯齿夹角β。发明平板形舵随边焊接的方法有三种：第一种为在传统舵（舵随边有倒角）基础之上焊接凸出的平板；第二种为在无倒角舵上焊接凸出的平板；第三种为舵随边两侧钢板夹着平板进行焊接。锯齿形随边可以采用平板形随边焊接方式制造，也可以和舵作为一个整体进行制造。

优选的，对于平板形舵随边，所述平板的厚t小于舵小端的边的厚度T，且越小越好，但要兼顾强度要求，t不小于10mm。

优选的，对于平板形随边，所述平板的长度与随边厚度的比值l/T存在最佳值，平板的厚度t和船速对l/T存在影响，l/T范围在0.5-1.4之间。

优选的，对于锯齿形随边，所述锯齿根厚度T根据建造工艺确定。

优选的，对于锯齿形随边，所述锯齿端厚度t越小越好，但需要兼顾强度，t不小于10mm。

优选的，对于锯齿形随边，所述锯齿高度H与锯齿根厚度T比值H/T建议值为2~10；

优选的，对于锯齿形随边，所述锯齿夹角β与L/H有关，β越小越好，也就是锯齿越尖越好，但考虑到加工工艺等因素，β建议范围为10°~45°。

优选的，所述第一种焊接方法为在传统舵（舵随边有倒角）基础之上焊接凸出的平板，焊脚要与倒角相切，该种焊接方法适用于对已建造的舵进行改型和新舵的设计和建造。

优选的，所述第二种焊接方法为在无倒角舵上焊接凸出的平板，焊脚大小要满足强度和工艺要求，该种焊接方法适用于新舵的设计和建造。

优选的，所述第三种焊接方法为舵随边两侧的钢板夹着平板进行焊接，焊脚大小要满足强度和工艺要求，该种焊接方法适用于新舵的设计和建造。

优选的，锯齿形随边可以采用平板形随边焊接方式制造，也可以和舵作为一个整体进行制造。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明设计了两种随边形舵，分别为平板形随边和锯齿形随边，平板形随边或锯齿形随边产生的涡会与传统舵随边产生的涡形成有利干扰，降低涡强和涡激力；同时，本发明可以提高涡脱频率，避开舵固有频率，最终避开共振效应，从而避免舵结构安全隐患。

（2）本发明提供了三种舵随边的焊接方法，三种焊接方法均可用于新舵的设计及制造，其中，第一种焊接方法适合对现有的舵进行改装。

附图说明

图1为本发明平板形随边舵结构三维示意图。

图2为本发明平板形随边主要参数示意图。

图3为本发明锯齿形随边舵结构三维示意图。

图4（a）为本发明锯齿形随边主视图。

图4（b）为本发明锯齿形随边俯视图。

图5（a）为本发明新型随边一种焊接方法示意图。

图5（b）为本发明新型随边另一种焊接方法示意图。

图5（c）为本发明新型随边另一种焊接方法示意图。

图6（a）为传统舵艉涡（二维）。

图6（b）为本发明平板形舵艉涡（二维）。

图7（a）为传统舵艉涡（三维）。

图7（b）为本发明锯齿形舵艉涡（三维）

其中图2中的0表示传统舵随边倒角形状，1表示新型舵随边增加的平板形状；图4中的2表示锯齿根，3表示锯齿端；图6中（a）为传统舵艉涡（二维），（b）为本发明平板形舵艉涡（二维）；图7中（a）为传统舵舵艉涡（三维），（b）为本发明锯齿形舵艉涡（三维）。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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施例，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。

实施例

请参阅说明书附图1-7，本实施例中所要解决的技术问题在于，如何降低共振减小涡激力，所以提供一种新型降低涡激振动的船用舵，所述新型降低涡激振动的船用舵包括：

平板形随边和锯齿形随边。平板形随边舵整体三维形状见图1；随边二维截面的主要尺寸参数见图2；锯齿形随边舵整体三维形状见图3；锯齿形随边主要参数见图4。

对于平板形随边舵，平板的厚度t小于舵的小端的边的厚度T，且越小越好，但要兼顾强度要求，t不小于10mm；平板的长度l与舵的小端的边厚度T的比值l/T存在最佳值，l/T范围在0.5-1.4之间。舵的小端的边厚度t对涡脱频率和涡激力的影响CFD评估结果见表1；平板长度l对涡脱频率和涡激力的影响CFD评估结果见表2。

表1 平板厚度t对涡脱频率和涡激力的影响CFD评估结果

平板厚度（mm）	涡脱频率（Hz）	涡激力（kN/m）
			25	45.2	0.55
35	43.2	4.05
			45	37.0	7.58

表2 平板长度l对涡脱频率和涡激力的影响CFD评估结果

平板长度与随边厚度比l/T	涡脱频率（Hz）	涡激力（kN/m）
			无平板	27.3	8.48
0.35	37.2	4.28
			0.50	36.4	1.62
0.65	36.0	0.50
			0.80	----	----
0.95	----	----
			1.10	41.7	0.23
1.25	45.4	0.60
			1.40	47.2	1.13

对于锯齿形随边舵，齿形随边的锯齿根厚度T根据建造工艺确定；锯齿端厚度t越小越好，但需要兼顾强度，t不小于10mm；锯齿高度H与锯齿根厚度T比值H/T建议值为2-10；锯齿夹角β与L/H有关，β越小越好，也就是锯齿越尖越好，但考虑到加工工艺等因素，β建议范围为10°-45°。

本发明包括三种平板形随边焊接方法，如图5所示，第一种为在传统舵（舵的小端的边有倒角）基础之上焊接凸出的平板参考说明书附图5-a，焊脚要与倒角相切，该种焊接方法适用于对已建造的舵进行改型和新舵的设计和建造；第二种为在无倒角舵上焊接凸出的平板参考说明书附图5-b，焊脚大小要满足强度和工艺要求，该种焊接方法适用于新舵的设计和建造；第三种为舵的小端的边两侧的钢板夹着平板进行焊接参考说明书附图5-c，焊脚大小要满足强度和工艺要求，该种焊接方法适用于新舵的设计和建造。锯齿形可以采用平板形随边焊接方式制造，也可以和舵作为一个整体进行制造。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种新型降低涡激振动的船用舵，其特征在于，包括：船用舵和舵随边，所述船用舵为类水滴形柱体，所述类水滴形柱体的小端上固定安装有所述舵随边，所述舵随边为平板形舵随边，所述平板形舵随边的厚度小于所述类水滴形柱体的小端的厚度。

2.根据权利要求1所述的新型降低涡激振动的船用舵，其特征在于，所述平板形舵随边的长度与所述平板形舵随边厚度的比值范围为0.5-1.4。

3.根据权利要求1所述的新型降低涡激振动的船用舵，其特征在于，所述船用舵安装有舵随边的端部设置有倒角，所述平板形舵随边与所述船用舵通过焊接固定连接。

4.根据权利要求1所述的新型降低涡激振动的船用舵，其特征在于，所述船用舵安装有舵随边的端部为平面，所述平板形舵随边与所述平面通过焊接固定连接。

5.根据权利要求1所述的新型降低涡激振动的船用舵，其特征在于，所述船用舵为空心船用舵，所述类水滴形柱体的小端上开设有安装缝，所述平行舵随边插入所述安装缝与所述安装缝焊接。

6.根据权利要求1 所述的新型降低涡激振动的船用舵，其特征在于，所述平板形舵随边与所述船用舵一体成型。

7.根据权利要求1所述的新型降低涡激振动的船用舵，其特征在于，所述平板形舵随边由锯齿形舵随边替代，所述锯齿形舵随边包括锯齿端和平面端，所述平面端与所述类水滴形柱体的小端固定连接。

8.根据权利要求7所述的新型降低涡激振动的船用舵，其特征在于，所述锯齿形舵随边的锯齿端厚度不小于10mm，所述锯齿形舵随边的锯齿高度和所述锯齿形舵随边的锯齿根厚度的比值为2-10，所述锯齿夹角为10°-45°。

9.根据权利要求7所述的新型降低涡激振动的船用舵，其特征在于，所述锯齿形舵随边与所述船用舵焊接或一体制造。