CN115416832A - 船用螺旋式导流管节能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船用螺旋式导流管节能装置，包括支撑肘板（1）、导流管（2）、第一导流鳍（3）、第二导流鳍（4）和第三导流鳍（5），所述导流管（2）为螺旋状结构，通过支撑肘板（1）与船体艉柱连接，导流管（2）的一端固定在艉轮毂上，另一端与第一导流鳍（3）连接，所述第一导流鳍（3）、第二导流鳍（4）和第三导流鳍（5）底部分别固定在艉轮毂上，顶部支撑在导流管（2）上。本发明船用螺旋式导流管节能装置，结构形式新颖、布置合理、外观优美、强度高、刚性和稳定性好，满足使用功能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种船用螺旋式导流管节能装置。
背景技术
目前，为了保护环境，减少大气污染，节能减排、绿色低碳是船舶技术发展的方向，船舶航行时减少能源消耗、提高能源利用率，以实现营运经济效益最大化是船务公司追求的最大目标，实现节约能源，提高船舶营运效益的方法有多种，如选取先进的主机和高效的推进系统等，但采用在螺旋桨前安装导流管节能装置以提高螺旋桨的推进效率是性价比最高的方式，根据导流管节能装置的形式和安装位置不同的，对提高螺旋桨推进效率的影响是不一样的，故对能源消耗值也是不同的，以一艘5万吨载重量的原油船为例，其满载时完成一次远洋航程，主机工作所需的重燃油量为1500吨左右，安装此导流管节能装置后可以提高螺旋桨推进效率为3%，也就相当于节省重燃油1500x3%=45吨；按每吨重燃油市场价4000元估算，也就是4000x45=18万元；按1年10次营运计算，也就是18x10=180万元，可见节约营运成本效果非常明显，达到了一次投资终身受益的目标。
根据船舶航速、螺旋桨的尺寸和推进效率、船体艉部外板线型的特点，以及船东对节能效果的要求，确定导流管节能装置的形式、外形尺寸和安装位置，船舶在航行时，涌动的水流对导流管节能装置产生强大的冲击载荷，以及螺旋桨和主机工作时引起艉部船体的剧烈振动，对导流管节能装置的强度、刚性和稳定性的要求非常高，故采用合理的结构形式和规格尺寸就显得非常重要,以保证导流管结构强度满足水流和振动产生的动态载荷，并将这些载荷有效地传递到船体结构，避免对其造成疲劳强度破坏，同时结合艉轮毂和艉柱结构的线型特点，对导流管节能装置尺寸和形式进行优化，以提高其刚性和稳定性，采用螺旋式外形与流线型相结合的新方式，更有效地减小船舶航行时水的阻力，达到节能减排、降本增效的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构形式新颖、布置合理、外观优美、强度高、刚性和稳定性好，满足使用功能要求的船用螺旋式导流管节能装置。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种船用螺旋式导流管节能装置，包括支撑肘板（1）、导流管（2）、第一导流鳍（3）、第二导流鳍（4）和第三导流鳍（5），所述导流管（2）为螺旋状结构，通过支撑肘板（1）与船体艉柱连接，导流管（2）的一端固定在艉轮毂上，另一端与第一导流鳍（3）连接，所述第一导流鳍（3）、第二导流鳍（4）和第三导流鳍（5）底部分别固定在艉轮毂上，顶部支撑在导流管（2）上。
所述导流管（2）包括导流管内侧板（201）、导流管外侧板（202）、导流管横隔板（203）、导流管垫板（204）和导流管纵隔板（205），所述导流管内侧板（201）与导流管横隔板（203）、导流管垫板（204）、导流管纵隔板（205）相互组立后安装导流管外侧板（202）。
所述导流管内侧板（201）呈喇叭口结构，并具有流水线型，有利于加速水流和减小水的阻力。
所述第一导流鳍（3）、第二导流鳍（4）和第三导流鳍（5）包括导流鳍内侧板（301）、导流鳍外侧板（302）、导流鳍横隔板（303）、导流鳍垫板（304）和导流鳍纵隔板（305），所述导流鳍内侧板（301）与导流鳍横隔板（303）、导流鳍垫板（304）、导流鳍纵隔板（305）相互组立后安装导流鳍外侧板（302）。
所述导流鳍内侧板（301）呈喇叭口结构，并具有流水线型，有利于加速水流和减小水的阻力。
所述第一导流鳍（3）、第二导流鳍（4）和第三导流鳍（5）分别与艉轮毂的艉轴中心线的夹角为a1、a2和a3。
所述a1为75°-85°，a2为45°-50°，a3为30°-35°。
所述导流管（2）、第一导流鳍（3）、第二导流鳍（4）和第三导流鳍（5）上均开设有透气孔（12）。
本发明一种船用螺旋式导流管节能装置，在保证导流管结构强度满足水流的冲击载荷和螺旋桨及主机工作时产生的振动载荷情况下，将这些载荷有效地传递到船体结构，避免对其造成疲劳强度破坏，同时结合艉轮毂和艉柱结构的线型特点，对导流管节能装置尺寸和形式进行优化，以提高其刚性和稳定性，采用螺旋式外形与流线型相结合的新方式，更有效地减小船舶航行时水的阻力，达到节能减排、降本增效的目的。
附图说明
图1是本发明一种船用螺旋式导流管节能装置的外形轮廓示意图。
图2是本发明一种船用螺旋式导流管节能装置的主视图。
图3是本发明一种船用螺旋式导流管节能装置的侧视图。
图4是本发明一种船用螺旋式导流管节能装置的导流管剖面图。
图5是本发明一种船用螺旋式导流管节能装置的导流鳍剖面图。
图6是本发明一种船用螺旋式导流管节能装置的导流管展开视图。
图7是本发明一种船用螺旋式导流管节能装置的导流鳍侧视图。
图8是本发明一种船用螺旋式导流管节能装置的塞焊孔示意图。
图9是图8的剖视图。
图中：1、支撑肘板；2、导流管； 3、第一导流鳍； 4、第二导流鳍；5、第三导流鳍； 6、艉轮毂； 7、船体艉柱； 8、艉轴中心线；9、螺旋桨； 10、圆钢； 11、铸钢件；12、透气孔；13、塞焊孔；14、焊肉；15、铁水泥；201、导流管内侧板；202、导流管外侧板；203、导流管横隔板；204、导流管垫板；205、导流管纵隔板；301、导流鳍内侧板；302、导流鳍外侧板；303、导流鳍横隔板；304、导流鳍垫板；305、导流鳍纵隔板。
具体实施方式
如图1至图9所示，船用螺旋式导流管节能装置，包括支撑肘板1、导流管2、第一导流鳍3、第二导流鳍4和第三导流鳍5，导流管2为螺旋状结构，通过支撑肘板1与船体艉柱7连接，导流管2的一端固定在艉轮毂上，另一端与第一导流鳍3连接，第一导流鳍3、第二导流鳍4和第三导流鳍5底部分别固定在艉轮毂6上，顶部支撑在导流管2上，导流管2包括导流管内侧板201、导流管外侧板202、导流管横隔板203、导流管垫板204和导流管纵隔板205，导流管内侧板201与导流管横隔板203、导流管垫板204、导流管纵隔板205相互组立后安装导流管外侧板202，形成完整的具有螺旋状的流线型导流管结构，第一导流鳍3、第二导流鳍4和第三导流鳍5包括导流鳍内侧板301、导流鳍外侧板302、导流鳍横隔板303、导流鳍垫板304和导流鳍纵隔板305，导流鳍内侧板301与导流鳍横隔板303、导流鳍垫板304、导流鳍纵隔板305相互组立后安装导流鳍外侧板302，形成完整的流线型导流鳍结构，导流管内侧板201和导流鳍内侧板301呈喇叭口结构，并具有流水线型，有利于加速水流和减小水的阻力，第一导流鳍3、第二导流鳍4和第三导流鳍5分别与艉轮毂的艉轴中心线的夹角为a1、a2和a3，a1为75°-85°，a2为45°-50°，a3为30°-35°，如图1所示，为了设计出导流管2的外形轮廓，分别将导流管2的外形轮廓分成三段圆弧R1、R2和R3，并设定不同的圆弧值R1=1370mm、R2=1753mm和R3=2779mm，导流管2、第一导流鳍3、第二导流鳍4和第三导流鳍5组装成整体后，需保证内部封闭，以防止进水后造成结构腐蚀，为了检验其密闭性，需往内部注入空气进行气压试验，在导流管横隔板203、导流管纵隔板205、导流鳍横隔板303和导流鳍纵隔板305上开设透气孔12，以便于内部空气自由流通，得出准确的实验结果，导流鳍纵隔板305与导流鳍的定位值，按螺旋桨9的半径值R的倍数设置，以艉轮毂6的圆心为原点，分别取0.3R和0.6R为半径设置。
本发明的船用螺旋式导流管节能装置安装时，首先，根据船舶航速、螺旋桨的尺寸、推进效率以及船东对节能效果的要求，初步设计导流管结构的螺旋式外形和尺寸；再根据船体艉轮毂的尺寸和艉部外板线型的特点，初步设计导流鳍结构的尺寸，导流管与导流鳍的内侧呈喇叭口形式，有利于水流加速流向螺旋桨9，提高螺旋桨的推力，为了减小水流的阻力，将导流管内侧板201与导流鳍内侧板301设计为流水线型，以及导流管和导流鳍的前端和尾端分别设有圆钢10和流水线型的铸钢件11，并用于导流管内、外侧板和导流鳍内、外侧板的连接过渡，尤其是导流管和导流鳍尾部的铸钢件消除了水流的回涡现象，避免了对螺旋桨的推进效率的不利影响，为了设计出导流管的外形轮廓，分别取不同的的圆弧设定值R1、R2和R3，连续光顺过渡形成螺旋式结构形式，并对导流管内侧板201进行双曲面线型放样，给出内侧板201的外形线型值，同时对导流鳍内侧板,301进行单曲面线型放样，给出内侧板301的流水线型值，为了增加导流管和导流鳍的结构强度和刚性，同时避免出现水流的回涡现象而增大水流的阻力，将这两者的内、外侧板设计为光滑的封闭的扁平结构形式，在导流管横隔板203、导流管纵隔板205、导流鳍横隔板303和导流鳍纵隔板305上开设透气孔12，便于内部空气自由流通，导流管和导流鳍组装成整体后向其内部注入空气做封闭气压试验，以检验其密闭性，防止进水后造成内部结构腐蚀，由于导流管和导流鳍的内部是封闭的狭小空间，导流管外侧板202和导流鳍外侧板302只能最后组立，并开设塞焊孔13，通过塞焊13将导流管外侧板202、导流鳍外侧板302分别与导流管垫板204、导流鳍垫板304焊接固定，并将塞焊孔13中焊肉14之外的空间用铁水泥15抹平，以避免产生涡流而增大水流的阻力，其次，根据船舶航行时水流的冲击载荷和螺旋桨9及主机工作时产生的振动载荷，确定导流管和导流鳍的结构规格和外形尺寸，三个导流鳍结构选取不同的设计角度分别安装在艉轮毂上，用于支撑导流管结构，并通过支撑肘板1与船体艉柱强结构对位安装，有利于将导流管节能装置的载荷传递到船体结构，避免对其造成疲劳强度破坏，将导流鳍和导流管组装成整体后进行结构强度校核，确保螺旋式导流管节能装置的强度和刚性满足水流和振动产生的动态载荷；最后，对导流管节能装置所在区域的船体艉部结构进行强度校核，以保证该区域的结构总强度满足规范的相关要求，根据螺旋式导流管节能装置最终的船模水池试验和仿真计算结果，对其结构形式和尺寸规格进行优化改进，以达到该节能装置形式新颖、布置合理、外观优美、稳定性好、刚性和强度高、满足船东的节能减排、降本增效的要求。
Claims (8)
1.一种船用螺旋式导流管节能装置，其特征在于：包括支撑肘板（1）、导流管（2）、第一导流鳍（3）、第二导流鳍（4）和第三导流鳍（5），所述导流管（2）为螺旋状结构，通过支撑肘板（1）与船体艉柱连接，导流管（2）的一端固定在艉轮毂上，另一端与第一导流鳍（3）连接，所述第一导流鳍（3）、第二导流鳍（4）和第三导流鳍（5）底部分别固定在艉轮毂上，顶部支撑在导流管（2）上。
2.根据权利要求1所述的一种船用螺旋式导流管节能装置，其特征在于：所述导流管（2）包括导流管内侧板（201）、导流管外侧板（202）、导流管横隔板（203）、导流管垫板（204）和导流管纵隔板（205），所述导流管内侧板（201）与导流管横隔板（203）、导流管垫板（204）、导流管纵隔板（205）相互组立后安装导流管外侧板（202）。
3.根据权利要求1所述的一种船用螺旋式导流管节能装置，其特征在于：所述导流管内侧板（201）呈喇叭口结构，并具有流水线型，有利于加速水流和减小水的阻力。
4.根据权利要求1所述的一种船用螺旋式导流管节能装置，其特征在于：所述第一导流鳍（3）、第二导流鳍（4）和第三导流鳍（5）包括导流鳍内侧板（301）、导流鳍外侧板（302）、导流鳍横隔板（303）、导流鳍垫板（304）和导流鳍纵隔板（305），所述导流鳍内侧板（301）与导流鳍横隔板（303）、导流鳍垫板（304）、导流鳍纵隔板（305）相互组立后安装导流鳍外侧板（302）。
5.根据权利要求1所述的一种船用螺旋式导流管节能装置，其特征在于：所述导流鳍内侧板（301）呈喇叭口结构，并具有流水线型，有利于加速水流和减小水的阻力。
6.根据权利要求4所述的一种船用螺旋式导流管节能装置，其特征在于：所述第一导流鳍（3）、第二导流鳍（4）和第三导流鳍（5）分别与艉轮毂的艉轴中心线的夹角为a1、a2和a3。
7.根据权利要求6所述的一种船用螺旋式导流管节能装置，其特征在于：所述a1为75°-85°，a2为45°-50°，a3为30°-35°。
8.根据权利要求6所述的一种船用螺旋式导流管节能装置，其特征在于：所述导流管（2）、第一导流鳍（3）、第二导流鳍（4）和第三导流鳍（5）上均开设有透气孔（12）。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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