CN114013617A - 一种无轴轮缘推进器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无轴轮缘推进器，包括：节能导板组、无轴螺旋桨、消涡助推叶片组、筒状外壳、船舶连接件；所述无轴螺旋桨安装于所述筒状外壳内，与筒状外壳同轴；所述节能导板组安装于无轴螺旋桨桨前0.3D至0.4D处的所述筒状外壳上；所述消涡助推叶片组安装于无轴螺旋桨桨后0.1D至0.15D处的所述无轴螺旋桨的轮缘上；所述船舶连接件安装于所述筒状外壳的外壁上；其中，D为所述无轴螺旋桨的直径。本发明的一种配有节能导板组、无轴螺旋桨和消涡助推叶片组的新型无轴轮缘推进器，集成化程度高，可以模块化生产，大大降低了成本。

Description

一种无轴轮缘推进器
技术领域
本发明涉及船舶与海洋工程技术领域，具体涉及一种无轴轮缘推进器。
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。
国内外无轴轮缘推进器的节能附体研究相对较少，本发明中节能导板组对来流进行预旋，减少切向伴流对螺旋桨的影响，机翼型剖面的导板可以整流并加速来流；利用螺旋桨后旋转的水流作用于无轴螺旋桨后同轴转动的消涡助推叶片组产生助推作用，较大地提高了无轴螺旋桨的推进效率。这种新型集成化无轴轮缘推进器能在民用船和军用船上达到预期的节能效果。
发明内容
本发明提供了一种无轴轮缘推进器，以解决现有技术中无轴轮缘推进器推进效率不高的问题。
本发明提供了一种无轴轮缘推进器，包括：节能导板组、无轴螺旋桨、消涡助推叶片组、筒状外壳、船舶连接件；
所述无轴螺旋桨安装于所述筒状外壳内，与筒状外壳同轴；所述节能导板组安装于无轴螺旋桨桨前0.3D至0.4D处的所述筒状外壳上；所述消涡助推叶片组安装于无轴螺旋桨桨后0.1D至0.15D处的所述无轴螺旋桨的轮缘上；所述船舶连接件安装于所述筒状外壳的外壁上；其中，D为所述无轴螺旋桨的直径。
进一步地，所述节能导板组包括数个剖面为机翼形的导板，所述导板一端与所述筒状外壳的内壁固定连接，另一端沿径向向轴心延伸；所述导板的宽度为0.2-0.25R，长度为0.8-0.9R；其中，R为所述无轴螺旋桨的半径。
进一步地，所述导板的攻角范围6.5°～8.5°。
进一步地，所述节能导板组包括四个导板；两个所述导板水平对称设置；另两个所述导板以水平设置的左侧的所述导板为对称轴上下对称设置，与作为对称轴的所述导板的夹角范围为：45°～47°。
进一步地，消涡助推叶片组包括数个消涡助推叶片，所述消涡助推叶片均匀分布在所述无轴螺旋桨的轮缘内壁上，一端与所述无轴螺旋桨的轮缘内壁固定连接，另一端沿径向向轴心延伸；其沿无轴螺旋桨2轴向均匀排列。
进一步地，所述消涡助推叶片剖面为有弧度的机翼形；所述消涡助推叶片的背线包括两个同圆心的弧，弧度分别为：8°至10°以及28°至30°；所述消涡助推叶片的面线包括两个同圆心的弧，弧度分别为：42°至45°以及24.5°至28.5°。
进一步地，所述消涡助推叶片沿轴向弯曲，弯曲度为：7°至10°。
进一步地，所述无轴轮缘推进器还包括：整流导管；所述整流导管设置于所述节能导板组的中心，与所述节能导板组同轴。
进一步地，所述整流导管包括管体、四个整流导板；所述管体为薄壁空心圆柱，所述导板一端与所述管体的外壁固定连接，将所述管体固定于所述节能导板组中心，与所述节能导板组同轴；四个所述整流导板的一端相互拼接，另一端均与所述管体的内壁固定连接，成十字形沿轴向设置于所述管体内。
进一步地，所述管体的直径为0.3R，长为0.55R；所述整流导板的长为0.55R，宽为0.3R；其中R为无轴螺旋桨的半径。
本发明的有益效果：
本发明的一种配有节能导板组、无轴螺旋桨和消涡助推叶片组的新型无轴轮缘推进器，集成化程度高，可以模块化生产，大大降低了成本。
本发明节能导板组类似于扇叶形状的布置，相比于传统螺旋桨桨前规则圆周对称排列的节能导板，可以提高导管的节能效率同时降低导板所带来的阻力并对来流进行预旋，减少切向伴流对无轴螺旋桨的影响。
整流导管整理船尾乱流，使平稳的水流快速均匀的通过无轴螺旋桨中心的孔洞，降低乱流对无轴螺旋桨叶梢的阻滞作用，达到提高无轴螺旋桨效率的目的。
0.2-0.25R宽度的导板，在考虑到节能导板组所产生的阻力的同时，合理的增加了导板与水流的接触面积，提高了节能导板组对水流的预旋效果，同时也最大程度减少了切向伴流对无轴螺旋桨的影响。
消涡助推叶片组3周向均匀的布置在导管内，捕捉并利用螺旋桨的旋转水流，使螺旋桨的总扭矩降低，节省了能源，提高了螺旋桨的效率。
当水流通过无轴螺旋桨盘面后，会产生同螺旋桨旋转方向的旋转水流，旋转水流在无轴螺旋桨的作用下具有扩散效果，由于筒状外壳的存在，使得流场在工作状态中产生了较大的转矩，同时在这种强荷载下螺旋桨对流体的旋流作用增强，出现了重荷载下的尾流涡旋现象，消涡助推叶片组的轴向中心距离无轴螺旋桨轴向中心0.1-0.15D处，此处尾流涡旋现象达到极点，从而消涡助推叶片组能吸收利用的能量最大。
水流沿着无轴螺旋桨轴向的分速度流经消涡助推叶片组时，消涡助推叶片组的剖面为有弧度的机翼形，凸边水流的速度快，则叶片凸边的压力小；凹边的水流速度小，则叶片凹边的压力大，这样叶片两端则会产生压力差，推动叶片旋转，因与无轴螺旋桨共用轮缘，从而推动无轴螺旋桨旋转，降低了无轴螺旋桨的扭矩，提高了其推进效率。
当进速系数为0.2-0.6时，无轴螺旋桨的效率提高了7.25％。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明具体实施例的主视图；
图2为本发明具体实施例的根据图一剖视线的剖视图；
图3为本发明具体实施例的后视图；
图4为本发明具体实施例中的消涡助推叶片组的叶片；
图5为本发明具体实施例中的消涡助推叶片组叶片的切面的背线；
图6为本发明具体实施例中的消涡助推叶片组叶片的切面的面线；
图7为本发明具体实施例中的前轴向侧视图；
图8为本发明具体实施例中的后轴向侧视图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域技术人员在没有作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，船尾会产生位于螺旋桨盘面的上方或小半径范围内的高伴流区，螺旋桨的推进效率会受到不良的影响，同时高伴流区还会加剧螺旋桨空泡性能恶化。为达到对高伴流区削弱的目的，本专利在无轴螺旋桨2桨前加装节能导板组1，节能导板组可以在减小高伴流区域的同时，对桨盘净流量予以提升。预旋可以通过加装节能导板组来实现，从而有效减小推进器受到其附近周向伴流的影响，进而改善螺旋桨的整体性能。
本实施例，如图1-8所示，一种无轴轮缘推进器，包括：节能导板组1、无轴螺旋桨2、消涡助推叶片组3、筒状外壳4、船舶连接件5、整流导管；
无轴螺旋桨2安装于筒状外壳4内，与筒状外壳4同轴；节能导板组1安装于无轴螺旋桨2桨前0.3D至0.4D处的筒状外壳上；消涡助推叶片组3安装于无轴螺旋桨2桨后0.1D至0.15D处的无轴螺旋桨2的轮缘上；船舶连接件5安装于筒状外壳4的外壁上；其中，D为无轴螺旋桨2的直径；整流导管设置于节能导板组1的中心，与节能导板组1同轴。
节能导板组1包括四个剖面为机翼形的导板，分别为导板1.1、导板1.2、导板1.3、导板1.4，导板一端与筒状外壳4的内壁固定连接，另一端沿径向向轴心延伸；导板的宽度为0.2-0.25R，长度为0.8-0.9R；其中，R为无轴螺旋桨2的半径，导板的攻角β范围6.5°～8.5°；导板1.2与导板1.4水平对称设置；导板1.1与导板1.3以水平设置的左侧的导板1.2为对称轴上下对称设置，与作为对称轴的导板的夹角范围α为：45°～47°。
当水流通过无轴螺旋桨2盘面后，会产生同无轴螺旋桨2旋转方向的旋转水流，旋转水流在无轴螺旋桨2的作用下具有扩散效果，由于筒状外壳4的存在，使得流场在工作状态中产生了较大的转矩，同时在这种强荷载下无轴螺旋桨2对流体的旋流作用增强，出现了重荷载下的尾流涡旋现象，消涡助推叶片组3能够吸收在无轴螺旋桨2作用下产生的旋转水流，且其有弧度的机翼形切面所产生的压力差，也会提供其同无轴螺旋桨2旋转方向的力，从而作用在轮缘6上，带动了无轴螺旋桨2转动，达到了消除尾流涡旋和降低螺旋桨总扭矩的目的。
消涡助推叶片组包括数个消涡助推叶片3，消涡助推叶片3一端均匀分布在无轴螺旋桨轮缘6的内壁上，另一端沿径向向轴心延伸；其沿无轴螺旋桨2轴向均匀排列；如图4-6所示，消涡助推叶片3剖面为有弧度的机翼形；消涡助推叶片3的背线包括两个同圆心的弧，弧度Φ、μ分别为：8°至10°以及28°至30°；消涡助推叶片的面线包括两个同圆心的弧，弧度φ、ζ分别为：42°至45°以及24.5°至28.5°；消涡助推叶片3沿轴向弯曲，弯曲度ω为：7°至10°。
整流导管包括管体1.5、四个整流导板1.6；管体1.5为薄壁空心圆柱，导板一端与管体的外壁固定连接，将管体固定于节能导板组中心，与节能导板组同轴；四个整流导板的一端相互拼接，另一端均与管体的内壁固定连接，成十字形沿轴向设置于管体内；管体1.5的直径为0.3R，长为0.55R；整流导板的长为0.55R，宽为0.3R；其中R为无轴螺旋桨的半径。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种无轴轮缘推进器，其特征在于，包括：节能导板组、无轴螺旋桨、消涡助推叶片组、筒状外壳、船舶连接件；
所述无轴螺旋桨安装于所述筒状外壳内，与筒状外壳同轴；所述节能导板组安装于无轴螺旋桨桨前0.3D至0.4D处的所述筒状外壳上；所述消涡助推叶片组安装于无轴螺旋桨桨后0.1D至0.15D处的所述无轴螺旋桨的轮缘上；所述船舶连接件安装于所述筒状外壳的外壁上；其中，D为所述无轴螺旋桨的直径。
2.如权利要求1所述的无轴轮缘推进器，其特征在于，所述节能导板组包括数个剖面为机翼形的导板，所述导板一端与所述筒状外壳的内壁固定连接，另一端沿径向向轴心延伸；所述导板的宽度为0.2-0.25R，长度为0.8-0.9R；其中，R为所述无轴螺旋桨的半径。
3.如权利要求2所述的无轴轮缘推进器，其特征在于，所述导板的攻角范围6.5°～8.5°。
4.如权利要求2或3所述的无轴轮缘推进器，其特征在于，所述节能导板组包括四个导板；两个所述导板水平对称设置；另两个所述导板以水平设置的左侧的所述导板为对称轴上下对称设置，与作为对称轴的所述导板的夹角范围为：45°～47°。
5.如权利要求1所述的无轴轮缘推进器，其特征在于，消涡助推叶片组包括数个消涡助推叶片，所述消涡助推叶片均匀分布在所述无轴螺旋桨的轮缘内壁上，一端与所述无轴螺旋桨的轮缘内壁固定连接，另一端沿径向向轴心延伸；其沿无轴螺旋桨2轴向均匀排列。
6.如权利要求5所述的无轴轮缘推进器，其特征在于，所述消涡助推叶片剖面为有弧度的机翼形；所述消涡助推叶片的背线包括两个同圆心的弧，弧度分别为：8°至10°以及28°至30°；所述消涡助推叶片的面线包括两个同圆心的弧，弧度分别为：42°至45°以及24.5°至28.5°。
7.如权利要求5或6所述的无轴轮缘推进器，其特征在于，所述消涡助推叶片沿轴向弯曲，弯曲度为：7°至10°。
8.如权利要求1所述的无轴轮缘推进器，其特征在于，还包括：整流导管；所述整流导管设置于所述节能导板组的中心，与所述节能导板组同轴。
9.如权利要求8所述的无轴轮缘推进器，其特征在于，所述整流导管包括管体、四个整流导板；所述管体为薄壁空心圆柱，所述导板一端与所述管体的外壁固定连接，将所述管体固定于所述节能导板组中心，与所述节能导板组同轴；四个所述整流导板的一端相互拼接，另一端均与所述管体的内壁固定连接，成十字形沿轴向设置于所述管体内。
10.如权利要求9所述的无轴轮缘推进器，其特征在于，所述管体的直径为0.3R，长为0.55R；所述整流导板的长为0.55R，宽为0.3R；其中R为无轴螺旋桨的半径。
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