CN115071932B - 一种节能定子构件以及船 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及船舶技术领域,尤其涉及一种节能定子构件以及船。节能定子构件设置于螺旋桨与船体的尾部之间;节能定子构件包括多个叶片,以螺旋桨的旋转轴为轴线,多个叶片绕轴线间隔排布;以船体的宽度方向为X轴,以船体的高度方向为Y轴构成平面直角坐标系;至少一个叶片的投影位于第一象限和/或第四象限且至少另一个叶片的投影位于第二象限和/或第三象限。本申请能够保证当以Y轴为基准时,Y轴的两侧均具有叶片,改变了前流场的整体流场,使螺旋桨前面的水流产生更有效的偏转和旋转,对螺旋桨产生更加有利的水流,即使得螺旋桨产生更大的推力,提高了螺旋桨的推进效率。
Description
技术领域
本申请涉及船舶技术领域,尤其是涉及一种节能定子构件以及船。
背景技术
在船运行业中,通常在船体尾部与螺旋桨之间安装节能定子,通过节能定子以提高船桨的推进效率,达到节能减排的目的。
然而,现有的节能定子仅考虑定子在螺旋桨前流场的左上方或左侧,仅改变局部流场,仍然达不到提升推进效率的问题。
因此,亟需一种节能定子构件以及船,在一定程度上以解决现有技术中存在的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种节能定子构件以及船,以在一定程度上解决现有节能定子推进效率低的技术问题。
本申请提供了一种节能定子构件,设置于螺旋桨与船体尾部之间;所述节能定子构件包括多个叶片,以所述螺旋桨的旋转轴为轴线,多个所述叶片绕所述轴线间隔排布;
以所述船体的宽度方向为X轴,以所述船体的高度方向为Y轴构成平面直角坐标系;
至少一个所述叶片的投影位于第一象限和/或第四象限且至少另一个所述叶片的投影位于第二象限和/或第三象限。
在上述技术方案中,进一步地,所述节能定子构件包括三个叶片,分别为第一叶片、第二叶片以及第三叶片;
所述第一叶片和所述第二叶片的投影位于所述第一象限,所述第三叶片的投影位于所述第三象限。
在上述技术方案中,进一步地,所述第一叶片的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角设置在25°-35°之间;所述第二叶片的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角设置在55°-65°之间;所述第三叶片的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角设置在120°-130°之间。
在上述技术方案中,进一步地,设所述叶片的长度为R,设所述螺旋桨的直径为D,则所述叶片的长度与所述螺旋桨的直径满足如下关系式:
R=0.384×D。
在上述技术方案中,进一步地,对于不同船型,以所述船体停泊靠岸为起始位置,所述第一叶片能够绕自身轴线旋转第一预设角度和/或所述第二叶片能够绕自身轴线旋转第二预设角度和/或所述第三叶片能够绕自身轴线旋转第三预设角度;
所述第一预设角度设置在20°-25°之间;所述第二预设角度设置在23°-28°之间;所述第三预设角度设置在13°-18°之间。
在上述技术方案中,进一步地,所述叶片靠近所述螺旋桨的端面距离所述螺旋桨沿船体高度方向的轴线的距离为L,所述L与所述D满足如下关系式:
L=0.15×D。
在上述技术方案中,进一步地,所述叶片远离所述旋转轴的端部长度与所述叶片靠近所述旋转轴的端部长度的比值设置在0.35-1.55之间。
在上述技术方案中,进一步地,所述第一叶片的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角为30°;所述第二叶的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角为60°;所述第三叶片的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角为125°。
在上述技术方案中,进一步地,所述第一预设角度为22.5°;所述第二预设角度为25°;所述第三预设角度为15°。
之间;所述第三叶片绕自身轴线旋转角度设置在15°之间。
本申请还提供一种船,包括船体、螺旋桨和上述的节能定子构件,所述节能定子构件设置于所述螺旋桨与船体的尾部之间。
与现有技术相比,本申请的有益效果为:
本申请提供的一种节能定子构件,设置于螺旋桨与船体的尾部之间;所述节能定子构件包括多个叶片,以所述螺旋桨的旋转轴为轴线,多个所述叶片绕所述轴线间隔排布;
以所述船体的宽度方向为X轴,以所述船体的高度方向为Y轴构成平面直角坐标系;
至少一个所述叶片的投影位于第一象限和/或第四象限且至少另一个所述叶片的投影位于第二象限和/或第三象限。
综上,不管是哪种布置方式,均能够保证当以Y轴为基准时,Y轴的两侧均具有叶片,相比于现有技术中叶片仅是在前流场的左上方或左侧(即当以Y轴为基准时,仅是Y轴一侧具有叶片),仅改变局部流场而言,本申请改变了前流场的整体流场,使螺旋桨前面的水流产生更有效的偏转和旋转,对螺旋桨产生更加有利的水流,即使得螺旋桨产生更大的推力,提高了螺旋桨的推进效率。
本申请一种船,包括船体、螺旋桨和上述的节能定子构件,所述节能定子构件设置于所述螺旋桨与船体的尾部之间。基于对上述节能定子构件的有益效果的阐述,该实施例中提供的船具备上述节能定子构件的所有有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的节能定子构件的叶片的结构示意图;
图2为本申请提供的节能定子构件的正视图;
图3为本申请提供的节能定子构件的立体结构示意图;
图4为本申请提供的叶片投影位于直角坐标系上的结构图。
附图标记:
100-螺旋桨;102-船体;103-叶片;104-第一象限;105-第二象限;106-第三象限;107-第四象限;108-第一叶片;109-第二叶片;110-第三叶片;112-船体的高度方向;113-船体的宽度方向;114-固定部;115-延伸部。
具体实施方式
提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而,在理解本申请的公开内容之后,这里所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改及等同物将是显而易见的。例如,这里所描述的操作的顺序仅仅是示例,其并不限于这里所阐述的顺序,而是除了必须以特定顺序发生的操作之外,可做出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。此外,为了提高清楚性和简洁性,可省略本领域中已知的特征的描述。
这里所描述的特征可以以不同的形式实施,并且不应被解释为局限于这里所描述的示例。更确切地说,已经提供了这里所描述的示例仅用于示出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的实现这里描述的方法、设备和/或系统的诸多可行方式中的一些方式。
在整个说明书中,当元件(诸如,层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件时,其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件,或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下,当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件、“直接结合到”另一元件、“直接在”另一元件“之上”或“直接覆盖”另一元件时,可不存在介于它们之间的其他元件。
如在此所使用的,术语“和/或”包括所列出的相关项中的任何一项和任何两项或更多项的任何组合。
尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各个构件、组件、区域、层或部分,但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语所限制。更确切地说,这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分相区分。因此,在不脱离示例的教导的情况下,这里所描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分也可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
为了易于描述,在这里可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”的空间关系术语,以描述如附图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间关系术语意图除了包含在附图中所描绘的方位之外,还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的装置被翻转,则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上部”的元件随后将相对于另一元件位于“之下”或“下部”。
因此,术语“在……之上”根据装置的空间方位而包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。所述装置还可以以其他方式定位(例如,旋转90度或处于其他方位),并将对在这里使用的空间关系术语做出相应的解释。
在此使用的术语仅用于描述各种示例,并非用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指明,否则单数的形式也意图包括复数的形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在的所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合,但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
由于制造技术和/或公差,可出现附图中所示的形状的变化。因此,这里所描述的示例不限于附图中所示的特定形状,而是包括在制造期间出现的形状上的改变。
这里所描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的各种方式进行组合。此外,尽管这里所描述的示例具有各种各样的构造,但是如在理解本申请的公开内容之后将显而易见的,其他构造是可能的。
实施例一
结合图3所示,本申请提供了一种节能定子构件,设置于螺旋桨100与船体102尾部之间的船体102外壳上,此位置可以理解为螺旋桨100的前流场,所述节能定子构件包括多个叶片103,在图1中示出了叶片103的结构示意图,结合图1所示,叶片103的根部与船体102外壳连接,每个叶片103由特殊剖面形式拉伸而成,也可根据不同船型采用各类翼型。
具体地,以所述螺旋桨100的旋转轴为轴线,多个所述叶片103绕所述轴线间隔排布;以船体的宽度方向113为X轴,以所述船体的高度方向112为Y轴构成平面直角坐标系;叶片103的布局存在以下几种方式:
结合图4所示,第一种方式:第一象限104和第三象限106内设置有叶片103;
第二种方式:第一象限104、第三象限106、第二象限105内设置有叶片103;
第三种方式:第一象限104、第二象限105内设置有叶片103;
第四种方式:第二象限105、第四象限107内设置有叶片103;
第五种方式:第三象限106以及第四象限107内设置有叶片103;
第六种方式:第二象限105、第四象限107以及第三象限106内设置有叶片103;
第七种方式:第二象限105、第四象限107以及第一象限104内设置有叶片103;
第八种方式:第一象限104、第四象限107以及第三象限106内设置有叶片103;
第九种方式:第二象限105、第四象限107、第一象限104以及第三象限106内设置有叶片103。
值得注意的是:(1)在设置叶片103位置时,根据船型的不同,结合CFD模拟与优化算法确定叶片103的投影位于哪个象限内;(2)上述象限内的叶片103的个数不做具体限定,对于不同船型,每个象限内叶片103的投影个数不同,同样通过CFD模拟与优化算法确定叶片103的个数。
综上,不管是哪种布置方式,均能够保证当以Y轴为基准时,Y轴的两侧均具有叶片103,相比于现有技术中叶片103仅是在前流场的左上方或左侧(即当以Y轴为基准时,仅是Y轴一侧具有叶片103),仅改变局部流场而言,本申请改变了前流场的整体流场,使螺旋桨100前面的水流产生更有效的偏转和旋转,对螺旋桨100产生更加有利的水流,即使得螺旋桨100产生更大的推力,提高了螺旋桨100的推进效率。
在该实施例中,结合图4所示以所述节能定子构件包括三个叶片103进行详细阐述,叶片103分别为第一叶片108、第二叶片109以及第三叶片110;其中,所述第一叶片108和所述第二叶片109的投影位于所述第一象限104内,所述第三叶片110的投影位于所述第三象限106内;如此设置保证了当以Y轴为分界线时,Y轴的两侧均布置有叶片103;从船艉向船艏看,假设螺旋桨100采用顺时针转动,那么Y轴右侧的第一象限104的第一叶片108和第二叶片109可使水流产生向左的偏转(与螺旋桨100旋转方向相反的水流),Y轴左侧第三象限106的第三叶片110使水流产生向下偏转(与螺旋桨100旋转方向相反的水流),从而作用于螺旋桨100时,螺旋桨100产生更大的推力;从而在所需的推力下,能够降低螺旋桨100转速,降低船舶能耗。
具体地,对于不同的船型,结合CFD模拟与优化算法,结合图4所述,所述第一叶片108的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角A1设置在25°-35°之间;所述第二叶的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角A2设置在55°-65°之间;所述第三叶片110的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角A3设置在120°-130°之间。
值得注意的是:此时的延伸方向为叶片靠近旋转轴的端部的延伸方向,而非叶片沿船体的高度方向。
优选地,所述第一叶片108的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角为30°;所述第二叶的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角为60°;所述第三叶片110的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角为125°。
具体地,设所述叶片103的长度为R,设所述螺旋桨100的直径为D,对于不同的船型,结合CFD模拟与优化算法,则所述叶片103的长度与所述螺旋桨100的直径满足如下关系式:
R=0.384×D。
其中,D的可变范围为0.15-0.5D。
具体地,对于不同的船型,结合CFD模拟与优化算法,对于不同船型,以所述船体停泊靠岸为起始位置,所述第一叶片能够绕自身轴线旋转第一预设角度和/或所述第二叶片能够绕自身轴线旋转第二预设角度和/或所述第三叶片能够绕自身轴线旋转第三预设角度;所述第一预设角度设置在20°-25°之间;所述第二预设角度设置在23°-28°之间;所述第三预设角度设置在13°-18°之间。
优选地,所述第一预设角度为22.5°;所述第二预设角度为25°;所述第三预设角度为15°。
结合图2所示,具体地,对于不同的船型,结合CFD模拟与优化算法,所述叶片103靠近所述螺旋桨100的端面距离所述螺旋桨100沿船体的高度方向112的轴线的距离为L,所述L与所述D满足如下关系式:
L=0.15×D;
其中,D的可变范围为0.1-0.4D。
结合图3所示,具体地,所述叶片103具有固定部114(上述的根部)和延伸部115,其中固定部114设置在壳体上,延伸部115延垂直于旋转轴的方向向外延伸;所述叶片103远离所述旋转轴的端部(延伸部115)的长度与所述叶片103靠近所述旋转轴的端部(固定部114)的长度的比值设置在0.35-1.55之间。
综上,第一象限104和第三象限106设置一定形式的翼型叶片103,根据不同的桨前流场,设计剖面翼型,叶片103的长度,宽度,厚度,端部收缩大小等;通过计算流体力学,寻找最佳的参数组合;使螺旋桨100前水流产生偏转和旋转,对螺旋桨100产生更加有利的水流。
实施例二
本申请一种船,包括船体102、螺旋桨100和上述的节能定子构件,所述节能定子构件设置于所述螺旋桨100与船体102的尾部之间。基于对上述节能定子构件的有益效果的阐述,该实施例中提供的船具备上述节能定子构件的所有有益效果。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种节能定子构件,设置于螺旋桨与船体的尾部之间;其特征在于,所述节能定子构件包括多个叶片,以所述螺旋桨的旋转轴为轴线,多个所述叶片绕所述轴线间隔排布;
以所述船体的宽度方向为X轴,以所述船体的高度方向为Y轴构成平面直角坐标系;
至少一个所述叶片的投影位于第一象限和/或第四象限且至少另一个所述叶片的投影位于第二象限和/或第三象限;
所述节能定子构件包括三个叶片,分别为第一叶片、第二叶片以及第三叶片;
所述第一叶片和所述第二叶片的投影位于所述第一象限,所述第三叶片的投影位于所述第三象限;
所述第一叶片的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角设置在25°-35°之间;所述第二叶片的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角设置在55°-65°之间;所述第三叶片的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角设置在120°-130°之间;
设所述叶片的长度为R,设所述螺旋桨的直径为D,则所述叶片的长度与所述螺旋桨的直径满足如下关系式:
;
对于不同船型,以所述船体停泊靠岸为起始位置,所述第一叶片能够绕自身轴线旋转第一预设角度和/或所述第二叶片能够绕自身轴线旋转第二预设角度和/或所述第三叶片能够绕自身轴线旋转第三预设角度;
所述第一预设角度设置在20°-25°之间;所述第二预设角度设置在23°-28°之间;所述第三预设角度设置在13°-18°之间;
所述叶片靠近所述螺旋桨的端面距离所述螺旋桨沿船体高度方向的轴线的距离为L,所述L与所述D满足如下关系式:
;
所述叶片远离所述旋转轴的端部长度与所述叶片靠近所述旋转轴的端部长度的比值设置在0.35-1.55之间。
2.根据权利要求1所述的节能定子构件,其特征在于,所述第一叶片的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角为30°;所述第二叶的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角为60°;所述第三叶片的延伸方向与所述旋转轴之间的夹角为125°。
3.根据权利要求1所述的节能定子构件,其特征在于,所述第一预设角度为22.5°;所述第二预设角度为25°;所述第三预设角度为15°。
4.一种船,其特征在于,包括船体、螺旋桨和权利要求1-3中任意一项所述的节能定子构件,所述节能定子构件设置于所述螺旋桨与船体的尾部之间。
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CN115071932A (zh) | 2022-09-20 |
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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