CN117622442B - 一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶节能领域，尤其涉及一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构。包括有尾部铸钢件，尾部铸钢件设置于船舶尾部，尾部铸钢件内设置有动力轴，动力轴与船舶内部的动力输出装置连接，尾部铸钢件固定连接有异形导管，异形导管外侧是半径为R2的弧形导管，且异形导管与尾部铸钢件的过渡处是半径为R1的弧形导管，尾部铸钢件以其中心轴线环形阵列有第一鳍板、第二鳍板和第三鳍板，异形导管与第一鳍板、第二鳍板和第三鳍板均固接。本发明通过第一鳍板、第二鳍板和第三鳍板和异形导管配合导流水流，进而形成稳定且集中的预旋水流，进而增强螺旋桨转动所形成的螺旋向后的尾流，减小螺旋桨尾部旋转螺旋桨尾流旋转能量的损失。

Description

一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构

技术领域

本发明涉及船舶节能领域，尤其涉及一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构。

背景技术

随着空气质量的逐步下降，国际海事组织为了减小船舶航运排放的温室气体，要求2020年之后新建船的碳排放要减少至少20%，2050年之后新建船的碳排放要减少至少30%，逐步提升船舶能效设计指数排放要求，使造船行业面临更大的挑战，而造船厂商为响应排放标准，在船体节能技术上通过船型优化、高效螺旋桨、水动力节能装置和气膜减阻等技术来减少碳排放。

而现有的船舶在行驶过程中，螺旋桨在转动过程中会产生尾流，尾流带有一定的能量，尾流随着船舶的运动向船尾扩散，当尾流在螺旋桨后数米处，尾流的流速会达到最大值，同时尾流中水流的压力会减小，这种流速和压力的变化会导致尾流能量的丢失，使得船舶的推进效率下降，增加船舶的燃油消耗速度。

发明内容

为了克服上述背景技术中所提到的缺点，本发明提供了一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构。

本发明的技术实施方案为：一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构，包括有尾部铸钢件，尾部铸钢件设置于船舶尾部，尾部铸钢件固定连接有异形导管，异形导管外侧是半径为R2的弧形导管，且异形导管与尾部铸钢件的过渡处是半径为R1的弧形导管，尾部铸钢件以其中心轴线环形阵列有第一鳍板、第二鳍板和第三鳍板，且第一鳍板与第二鳍板之间偏转角度为α°，第二鳍板与第三鳍板之间偏转角度为α°，第一鳍板与第三鳍板之间偏转角度为2×α°，异形导管与第一鳍板、第二鳍板和第三鳍板均固定连接。

更为优选的是，异形导管、第一鳍板和尾部铸钢件所形成的闭环其进水侧的面积大于出水侧的面积。

更为优选的是，第一鳍板、第二鳍板和第三鳍板内部均设置有隔板，隔板用于分割水流的流动区域。

更为优选的是，异形导管的外侧弧形导管半径R2是异形导管与尾部铸钢件的过渡处弧形导管半径R1的3倍。

更为优选的是，第一鳍板、第二鳍板和第三鳍板之间环形阵列α°的取值范围为30°≤α°≤45°，用于使第一鳍板、第二鳍板和第三鳍板形成连续稳定的预旋水流。

更为优选的是，第一鳍板与第三鳍板之间固定连接有第一加强导管，第二鳍板与第三鳍板之间固定连接有第二加强导管，且第一加强导管和第二加强导管位于异形导管的外侧。

更为优选的是，第一加强导管和第二加强导管的圆心与异形导管外侧的半径为R2的弧形导管圆心相同，用于保持异形导管对水流加速后的速度。

更为优选的是，异形导管与第一加强导管之间距离与第一加强导管与第二加强导管之间距离相等。

更为优选的是，还包括有固定套筒，固定套筒固定连接于船舶内部，固定套筒与动力轴转动连接，固定套筒固定连接有伺服电机，伺服电机的输出轴固定连接有转动齿轮，尾部铸钢件设置有齿条架，转动齿轮与齿条架之间相互啮合，固定套筒固定连接有转动盘，尾部铸钢件与转动盘转动连接，转动盘与动力轴转动连接。

更为优选的是，尾部铸钢件尾部为弧形结构，转动盘的圆心与尾部铸钢件尾部的弧形所在圆的圆心相同，用于尾部铸钢件围绕转动盘的球心旋转。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过第一鳍板、第二鳍板和第三鳍板和异形导管配合导流水流，进而形成稳定且集中的预旋水流，且预旋水流的旋转方向与螺旋桨的转动形成的尾流螺旋方向相同，旋转的水流与水流主流产生横向剪切，降低边界层厚度，进而减少水流的阻力，增强螺旋桨转动所形成的螺旋向后的尾流，减小螺旋桨尾部旋转螺旋桨尾流旋转能量的损失。

2、通过第一鳍板、第二鳍板和第三鳍板的阵列角度位于30°≤α°≤45°，此时形成的预旋水流的速度相对更稳定，稳定的水流，进一步降低三个鳍板之间在导流形成预旋水流时产生涡流的可能性。

3、通过在异形导管加速螺旋桨的上部进流，使的螺旋桨进流更均匀，同时异形导管加速三个鳍板所形成的预旋水流，进一步减小螺旋桨尾流旋转能量的损失。

4、通过异形导管、第一加强导管和第二加强导管配合逐步将三个鳍板形成的预旋水流加速并整合，将三个鳍板所形成的预旋水流整合成流态稳定的水流，降低涡流的产生，减小螺旋桨驱动船舶运动时尾流的能量丢失。

5、通过转动齿轮与齿条架配合带动尾部铸钢件以转动盘球心向水流方向转动一定角度，减小异形导管和三个鳍板的导流方向与水流方向的角度，增加经过异形导管和三个鳍板导流水流的初始速度，增加螺旋桨转动形成的对船舶的反推力。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明弧形导管、第一鳍板、第二鳍板和第三鳍板的分布立体结构示意图。

图3为本发明第一鳍板、第二鳍板和第三鳍板的分布立体结构示意图。

图4为本发明伺服电机、转动齿轮和尾部铸钢件的分布立体结构示意图。

图5为本发明转动盘和尾部铸钢件的分布立体结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：11、尾部铸钢件，12、动力轴，2、异形导管，31、第一鳍板，32、第二鳍板，33、第三鳍板，41、第一加强导管，42、第二加强导管，51、伺服电机，52、转动齿轮，53、齿条架，54、固定套筒，55、转动盘。

具体实施方式

首先要指出，在不同描述的实施方式中，相同部件设有相同的附图标记或者说相同的构件名称，其中，在整个说明书中包含的公开内容能够按意义转用到具有相同的附图标记或者说相同的构件名称的相同部件上。在说明书中所选择的位置说明、例如上、下、侧向等等也参考直接描述的以及示出的附图并且在位置改变时按意义转用到新的位置上。

实施例1：一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构，如图1-图3所示，包括有尾部铸钢件11，尾部铸钢件11为圆台结构，且内部为中空结构，尾部铸钢件11设置于船舶尾部，动力轴12贯穿尾部铸钢件11内的中空结构，动力轴12与船舶内部的动力输出装置传动连接，尾部铸钢件11固定连接有异形导管2，通过在异形导管2加速螺旋桨的上部进流，使螺旋桨进流更均匀，异形导管2外侧是半径为R2的弧形导管，且异形导管2与尾部铸钢件11的过渡处是半径为R1的弧形导管，尾部铸钢件11以其中心轴线环形阵列有第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33，第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33相对尾部铸钢件11均为倾斜设置，通过第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33导流水流，进而形成稳定且集中的预旋水流，增强螺旋桨转动所形成的螺旋向后的尾流，减小螺旋桨尾部旋转能量的损失，异形导管2、第一鳍板31和尾部铸钢件11所形成的闭环其进水侧的面积大于出水侧的面积，用于加速水流，且第一鳍板31与第二鳍板32之间偏转角度为α°，第二鳍板32与第三鳍板33之间偏转角度为α°，第一鳍板31与第三鳍板33之间偏转角度为2×α°，异形导管2与第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33均固定连接，确保异形导管2加速三个鳍板所形成的预旋回流，使三个鳍板所形成的预旋回流稳定且集中，进一步减轻螺旋桨尾流能量的丢失，第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33内部均设置有鳍板内结构隔板（图中未展示），隔板用于分割水流的流动区域，进而影响水流的方向和速度，增强螺旋桨的节能效果，异形导管2的外侧弧形导管半径R2是异形导管2与尾部铸钢件11的过渡处弧形导管半径R1的3倍，使异形导管2至圆形半径为R2的过渡处呈圆形弧面，便于分散水流阻力，且使异形导管2的过渡处为连续的弧面，避免异形导管2对水流的加速出现间断，第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33之间环形阵列α°的取值范围为30°≤α°≤45°，用于使第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33形成连续稳定的预旋水流，此时三个鳍板形成的预旋水流的速度相对更稳定，稳定的水流降低三个鳍板之间在导流形成预旋水流时产生涡流的可能性，第一鳍板31与第三鳍板33之间固定连接有第一加强导管41，第二鳍板32与第三鳍板33之间固定连接有第二加强导管42，且第一加强导管41和第二加强导管42位于异形导管2的外侧，第一加强导管41和第二加强导管42的圆心与异形导管2外侧的半径为R2的弧形导管圆心相同，用于保持异形导管2对水流加速后的速度，异形导管2与第一加强导管41之间距离与第一加强导管41与第二加强导管42之间距离相等，通过第一加强导管41和第二加强导管42配合，结合三个鳍板所形成的预旋水流，进而形成流态稳定的水流，减小螺旋桨驱动船舶运动时尾流的能量丢失。

当携带本装置的船舶在江河湖海中行驶时，如果船舶行驶位置处的水较为静止或者船舶的运行方向与水流的方向平行时，此时船舶开启动力装置，动力装置通过动力轴12带动螺旋桨转动，螺旋桨转动将水流转化为螺旋状态并向后运动，即螺旋桨转动产生的尾流，此时螺旋桨带动水向后走，根据牛顿第三定律，作用力与反作用力相等，方向相反，此时水流对船舶自身施加方向相反的推力，进而使船舶向前运动，在船舶向前运动时，船舶在行过程中与水流方向为对向移动，此时水流经过尾部铸钢件11上环形阵列的第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33，水流与第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33接触，然后水流沿三个鳍板与尾部铸钢件11的倾斜处流动，进而形成稳定且集中的预旋水流，旋转的水流与水流主流产生横向剪切，降低边界层厚度，进而减少水流的阻力，同时第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33引导水流在三个鳍板之间形成稳定的流线，进一步改善水流的流动状态，进而增强螺旋桨转动所形成的螺旋向后的尾流，减小螺旋桨尾部旋转螺旋桨尾流旋转能量的损失，增加螺旋桨转动所形成的螺旋向后的水流对船舶的推动力。

水流由进水侧接触第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33，然后水流经第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33的斜面导流转向，进而形成预旋水流，水流在形成预旋水流时，由于第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33之间取值范围为30°≤α°≤45，此时第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33之间水流速度相对更稳定，且稳定的水流，进一步降低三个鳍板之间在导流形成预旋水流时产生涡流的可能性，同时增加船舶的操控性，降低侧滑概率，进而降低船舶行驶阻力，降低螺旋桨推动船舶行驶时的燃料损耗。

在船舶运动过程中，水在经过螺旋桨转动时会产生旋转效用，而在螺旋桨转动过程中，下部水流的旋转效应会残留在螺旋桨下部，进而形成动态液差，这种液差会驱动上部水流沿螺旋桨下部向上流动，使螺旋桨上部的水流速度缓慢和减小，异形导管2位于尾部铸钢件11的上方，且与第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33相互连接，在异形导管2与对向的水流接触时，水流沿异形导管2的导向斜面运动，异形导管2对加速螺旋桨的上部进流，使的螺旋桨进流更均匀，提高螺旋桨的推进效率，且同时由于第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33的环形阵列的中心轴线过异形导管2的所在半径为R2圆的圆心，此时异形导管2在于第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33的连接处进一步加速三个鳍板所形成的预旋水流，进一步减小螺旋桨尾流旋转能量的损失，同时减少螺旋桨尾流的流动分离，减少螺旋桨尾部旋转能量的损失，到达节能的效果。

水流在经过异形导管2的加速后与第一鳍板31接触形成的预旋水流，此时水流与第二鳍板32接触，同时经第一加强导管41加速，将第二鳍板32所形成的预旋水流与第一鳍板31的预旋水流整合，避免水流在第一鳍板31与第二鳍板32之间形成涡流，导致水流阻力增加，然后第三鳍板33与水流接触，同时经第二加强导管42加速，将第三鳍板33形成的预旋水流与第一鳍板31和第二鳍板32所形成的预旋水流整合，通过第一加强导管41和第二加强导管42的逐级加速，使三个鳍板形成的预旋水流结合，形成流态稳定的水流，减小螺旋桨驱动船舶运动时尾流的能量丢失，同时节约螺旋桨的能耗。

实施例2：在实施例1的基础之上，如图4和图5所示，还包括有固定套筒54，固定套筒54固定连接于船舶内部，固定套筒54套设于动力轴12的外部，且固定套筒54与动力轴12为转动连接，固定套筒54于尾部铸钢件11的内部固定连接有伺服电机51，伺服电机51的输出轴固定连接有转动齿轮52，尾部铸钢件11内部的弧形面设置有齿条架53，齿条架53为环形结构，转动齿轮52与齿条架53之间相互啮合，固定套筒54固定连接有转动盘55，转动盘55与尾部铸钢件11转动连接，转动盘55与动力轴12转动连接，伺服电机51位于尾部铸钢件11的内中部，且伺服电机51与尾部铸钢件11内壁之间留有足够间隙，用于尾部铸钢件11的偏转，尾部铸钢件11尾部为弧形结构，尾部铸钢件11内部设置有齿条架53的弧形面的圆心与尾部铸钢件11尾部的弧形所在圆的圆心相同，转动盘55的圆心与尾部铸钢件11尾部的弧形所在圆的圆心相同，用于尾部铸钢件11围绕转动盘55的球心旋转，通过转动齿轮52与齿条架53配合，使尾部铸钢件11以转动盘55的圆心为转动圆心，向水流方向转动一定角度，减小异形导管2和三个鳍板的导流方向与水流方向的角度，进而增加螺旋桨转动形成的对船舶的反推力。

当船舶行驶方向与水流方向呈钝角时，此时工作人员开启伺服电机51，伺服电机51的输出轴带动转动齿轮52转动，转动齿轮52转动通过齿条架53带动尾部铸钢件11以转动盘55圆心向水流方向转动一定角度，同时尾部铸钢件11带动其上零件同步转动，减小异形导管2、第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33的导流方向与水流方向的角度，进而增加经过异形导管2、第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33导流水流的初始速度，进一步增加异形导管2、第一鳍板31、第二鳍板32和第三鳍板33导流形成的预旋水流的速度，增加螺旋桨转动形成的对船舶的反推力，同时减小螺旋桨的能量损耗。

当水流方向与船舶行驶方向呈锐角时，此时水流会推动船舶朝行驶方向运动，此时螺旋桨转动对船舶速度的提升相对明显，此时螺旋桨受到的推力较大，能够帮助船舶克服水阻力，并更快地前进，此时螺旋桨的能量损失很小，极大的减少螺旋桨的能量损失。

尽管已经仅相对于有限数量的实施方式描述了本公开，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设计各种其他实施方式。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求限制。

Claims (7)

1.一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构，其特征是，包括有尾部铸钢件（11），尾部铸钢件（11）设置于船舶尾部，尾部铸钢件（11）固定连接有异形导管（2），异形导管（2）外侧是半径为R2的弧形导管，且异形导管（2）与尾部铸钢件（11）的过渡处是半径为R1的弧形导管，尾部铸钢件（11）以其中心轴线环形阵列有第一鳍板（31）、第二鳍板（32）和第三鳍板（33），且第一鳍板（31）与第二鳍板（32）之间偏转角度为α°，第二鳍板（32）与第三鳍板（33）之间偏转角度为α°，第一鳍板（31）与第三鳍板（33）之间偏转角度为2×α°，异形导管（2）与第一鳍板（31）、第二鳍板（32）和第三鳍板（33）均固定连接；第一鳍板（31）、第二鳍板（32）和第三鳍板（33）之间环形阵列α°的取值范围为30°≤α°≤45°，用于使第一鳍板（31）、第二鳍板（32）和第三鳍板（33）形成连续稳定的预旋水流；第一鳍板（31）与第三鳍板（33）之间固定连接有第一加强导管（41），第二鳍板（32）与第三鳍板（33）之间固定连接有第二加强导管（42），且第一加强导管（41）和第二加强导管（42）位于异形导管（2）的外侧；还包括有固定套筒（54），固定套筒（54）固定连接于船舶内部，固定套筒（54）与动力轴（12）转动连接，固定套筒（54）固定连接有伺服电机（51），伺服电机（51）的输出轴固定连接有转动齿轮（52），尾部铸钢件（11）设置有齿条架（53），转动齿轮（52）与齿条架（53）之间相互啮合，固定套筒（54）固定连接有转动盘（55），尾部铸钢件（11）与转动盘（55）转动连接，转动盘（55）与动力轴（12）转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构，其特征是，异形导管（2）、第一鳍板（31）和尾部铸钢件（11）所形成的闭环其进水侧的面积大于出水侧的面积。

3.根据权利要求1所述的一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构，其特征是，第一鳍板（31）、第二鳍板（32）和第三鳍板（33）内部均设置有隔板，隔板用于分割水流的流动区域。

4.根据权利要求1所述的一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构，其特征是，异形导管（2）的外侧弧形导管半径R2是异形导管（2）与尾部铸钢件（11）的过渡处弧形导管半径R1的3倍。

5.根据权利要求1所述的一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构，其特征是，第一加强导管（41）和第二加强导管（42）的圆心与异形导管（2）外侧的半径为R2的弧形导管圆心相同，用于保持异形导管（2）对水流加速后的速度。

6.根据权利要求1所述的一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构，其特征是，异形导管（2）与第一加强导管（41）之间距离与第一加强导管（41）与第二加强导管（42）之间距离相等。

7.根据权利要求1所述的一种螺旋桨前水动力节能扭曲鳍结构，其特征是，尾部铸钢件（11）尾部为弧形结构，转动盘（55）的圆心与尾部铸钢件（11）尾部的弧形所在圆的圆心相同，用于尾部铸钢件（11）围绕转动盘（55）的球心旋转。