CN114435570A - 具有桨后附加节能装置吊舱推进器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有桨后附加节能装置吊舱推进器，包括尾鳍、舵体、螺旋桨和导流帽，所述舵体位于所述螺旋桨后方，所述舵体设有用于驱动所述螺旋桨转动的动力装置，所述尾鳍与所述舵体连接，所述舵体与所述螺旋桨之间设有由所述螺旋桨的尾流驱动的附加叶轮，所述附加叶轮与所述螺旋桨同轴设置并自由转动，所述附加叶轮包括轮盘和叶片，所述叶片靠近所述轮盘的部分为涡轮叶片，所述涡轮叶片沿所述附加叶轮的径向向外延伸的部分构成螺旋桨叶片。本发明可吸收螺旋桨尾流产生附加推力，提高推进效率，节省能源。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶吊舱推进器，特别是涉及一种具有桨后附加节能装置吊舱推进器。
背景技术
全球经济发展的速度日益提升，船舶运输成为国际贸易不可或缺的一部分，且能源紧缺问题日益严重，船舶节能附体的应用势在必行。而吊舱推进器作为新型推进系统之一，由于其突出的特点和表现，在商用领域取得了巨大的成功。拖式吊舱推进器作为目前市场中比较常见的吊舱推进器种类，其推进形式完全不同于传统的螺旋桨。吊舱的存在一定程度上改变了螺旋桨原本的尾流情况，尾流和吊舱之间的相互作用更是改变了推进器的整体性能。
目前传统拖式吊舱推进器在实际应用中，吊舱体流场和吊舱体结构对整体的推进效果产生影响，螺旋桨产生的流场与吊舱体流场产生影响。首先，吊舱处于螺旋桨下游，尾部舱体表面收拢，横截面缩小，在高速的尾流中会产生低压区；相对的，吊舱体前端、吊舱支架前端，挤压流体体积，形成高压区，两者形成压力阻力，降低推进器的整体推力，从而降低了推进效率。其次，推进器螺旋桨会产生侧向力，影响吊舱周边流场，一般需要在直航时需要将推进器设置少量的偏转角度或频繁操舵才能保证航向，增加了能量消耗。同时吊舱尾流会形成涡流，降低了吊舱推进效率的同时可能造成吊舱两侧的材料使用寿命的差异，不宜保养。船体本身带来的尾流场与吊舱互相影响，降低了吊舱的推进效率，增大了能耗。
发明内容
针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种具有桨后附加节能装置吊舱推进器，改善吊舱推进器的桨后尾流，产生附加推力，提升吊舱推进器的水动力性能。
本发明技术方案如下：一种具有桨后附加节能装置吊舱推进器，包括尾鳍、舵体、螺旋桨和导流帽，所述舵体位于所述螺旋桨后方，所述舵体设有用于驱动所述螺旋桨转动的动力装置，所述尾鳍与所述舵体连接，所述舵体与所述螺旋桨之间设有由所述螺旋桨的尾流驱动的附加叶轮，所述附加叶轮与所述螺旋桨同轴设置并自由转动，所述附加叶轮包括轮盘和叶片，所述叶片靠近所述轮盘的部分为涡轮叶片，所述涡轮叶片沿所述附加叶轮的径向向外延伸的部分构成螺旋桨叶片。
进一步地，所述附加叶轮紧靠所述螺旋桨设置，所述附加叶轮的直径大于所述螺旋桨的直径，所述附加叶轮的所述涡轮叶片的部分的直径小于所述螺旋桨的直径。
进一步地，所述附加叶轮的直径为所述螺旋桨的直径的1.1～1.3倍，所述螺旋桨叶片的径向长度为所述螺旋桨的半径的0.2～0.3倍。
进一步地，所述叶片的稍部轮廓为圆弧形。
进一步地，所述叶片设有6至8片并均匀分布于所述轮盘的周向，相邻的所述叶片间的夹角相同。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明中增加的与螺旋桨同轴的自由转动的附加叶轮，其叶片的涡轮叶片部分形成类似涡轮机作用，由螺旋桨的尾流推动，吸收尾流能量进行转动，并带动螺旋桨叶片部分转动，产生附加推力。同时，涡轮叶片部分也对螺旋桨的尾流产生影响，减少本身因为流场紊乱引起的能量损耗。螺旋桨后增加的自由转动的附加叶轮，使得船体表面脉动力压力值会降低40％至50％，脉动压力的降低减少了船体的振动。与传统的吊舱推进器相比，能够有效改善螺旋桨的尾流，提高了螺旋桨效率，并在整体上提升了吊舱推进器对不同水动力环境的适应能力，增加吊舱稳定性，有效改善吊舱工作中的水动力性能，减少航行成本。
附图说明
图1为实施例的具有桨后附加节能装置吊舱推进器的结构示意图。
图2为实施例的具有桨后附加节能装置的吊舱推进器的正面示意图。
图3为具有桨后附加节能装置的吊舱推进器的原理示意图。
图4为吊舱推进器的表面压力分布图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
请结合图1至图3所示，本实施例的具有桨后附加节能装置吊舱推进器大部分结构与现有技术相同，其包括尾鳍1、舵体2、螺旋桨3和导流帽4，舵体2上固定安装有尾鳍1，并通过尾鳍1与船体连接，由尾鳍1的转动带动舵体2转动。舵体2内安装动力装置以驱动螺旋桨3的转动，螺旋桨3位于舵体2的前方，动力装置的转轴从舵体2前端伸出后连接螺旋桨3。在螺旋桨3的轴端前方设置导流帽4，导流帽4起到保护螺旋桨3轴端零部件的作用。本发明中的桨后附加节能装置为一个附加叶轮5，该附加叶轮5位于螺旋桨3与舵体2之间，其紧靠于螺旋桨3的后侧。在动力装置的转轴外套设支撑轴套，附加叶轮5通过滚动轴承连接支撑轴套与螺旋桨3形成同轴布置，并可自由转动，由滚动轴承承受附加叶轮5重力和推力。应当指出的是，上述构造并非附加叶轮5的唯一设置方式，其满足在螺旋桨3后方与螺旋桨3同轴布置且自由转动即可。
附加叶轮5的结构是这样的，包括轮盘51和叶片52，其中轮盘52连接在支撑轴套上，叶片52则设置在轮盘51的周向。叶片52的数量根据所配合螺旋桨3的叶数的不同可以随之调整，一般为六到八片，叶片52具有一定的型值和厚度，保证其结构强度，并以一定的螺距角均匀分布在轮盘51的一圈。任意相邻两个叶片52之间的夹角相等，呈对称性分布，这样使得各叶片52与螺旋桨3的相互影响能够更加均衡。附加叶轮5的直径为螺旋桨3的直径的1.1～1.3倍，叶片52的稍部轮廓为圆弧形，从而减少来流的冲击等不利影响。叶片52部分按对水流的作用分为两部分，一部分为涡轮叶片52a，涡轮叶片52a为靠近轮盘51的部分，该涡轮叶片52a部分的直径略小于螺旋桨3的直径，这部分充当涡轮机的作用，吸收螺旋桨3旋转产生的尾流能量，从而驱动整个附加叶轮5转动，改善螺旋桨3后的尾流；叶片52的另一部分为螺旋桨叶片52b，螺旋桨叶片52b位于涡轮叶片52a的端部，由涡轮叶片52a沿附加叶轮5的径向向外延伸的部分构成。螺旋桨叶片52b的径向长度为螺旋桨3的半径的0.2～0.3倍，当附加叶轮5转动时，通过螺旋桨叶片52b产生一定的附加推力。
在前述附加叶轮5的叶片52设计过程中，通过计算流体力学方法得到吊舱推进器在其设计工况下吊舱周围流场的信息以及吊舱尾部的压力分布与吊舱螺旋桨后的流场的压力分布，如图4所示。据此分析选定合适的叶片52数量及形态结构，采用模型实验技术进行定量评估，获得最终设计得到附加叶轮5合理的纵倾角度和倾斜角度等参数，达到对螺旋桨4的后部流场合理的导流，并提高附加叶轮5自身的旋转效率，加强吊舱推进器整体的效率。
以下普通的吊舱推进器以及本发明中具有桨后附加节能装置吊舱推进器的性能比较，两者的螺旋桨都为5个螺旋桨桨叶，具有桨后附加节能装置吊舱推进器的附加叶轮的叶片为8个。螺旋桨及附加叶轮参数表1、表2所示
表1螺旋桨的主尺度参数
表2附加叶轮的主尺度参数
吊舱推进器的其余参数如下
仅具有螺旋桨的普通的吊舱推进器性能计算结果如下
本实施例的具有桨后附加节能装置吊舱推进器的性能计算结果如下
Claims (5)
1.一种具有桨后附加节能装置吊舱推进器，包括尾鳍、舵体、螺旋桨和导流帽，所述舵体位于所述螺旋桨后方，所述舵体设有用于驱动所述螺旋桨转动的动力装置，所述尾鳍与所述舵体连接，其特征在于，所述舵体与所述螺旋桨之间设有由所述螺旋桨的尾流驱动的附加叶轮，所述附加叶轮与所述螺旋桨同轴设置并自由转动，所述附加叶轮包括轮盘和叶片，所述叶片靠近所述轮盘的部分为涡轮叶片，所述涡轮叶片沿所述附加叶轮的径向向外延伸的部分构成螺旋桨叶片。
2.根据权利要求1所述的具有桨后附加节能装置吊舱推进器，其特征在于，所述附加叶轮紧靠所述螺旋桨设置，所述附加叶轮的直径大于所述螺旋桨的直径，所述附加叶轮的所述涡轮叶片的部分的直径小于所述螺旋桨的直径。
3.根据权利要求2所述的具有桨后附加节能装置吊舱推进器，其特征在于，所述附加叶轮的直径为所述螺旋桨的直径的1.1～1.3倍，所述螺旋桨叶片的径向长度为所述螺旋桨的半径的0.2～0.3倍。
4.根据权利要求1所述的具有桨后附加节能装置吊舱推进器，其特征在于，所述叶片的稍部轮廓为圆弧形。
5.根据权利要求1所述的具有桨后附加节能装置吊舱推进器，其特征在于，所述叶片设有6至8片并均匀分布于所述轮盘的周向，相邻的所述叶片间的夹角相同。
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