CN202593838U - 船舶水动力前置导轮节能装置 - Google Patents

船舶水动力前置导轮节能装置 Download PDF

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马延德
蔡洙一
任怀远
周伟新
黄国富
孙晓楠
李炜伟
王金城
彭贵胜
张志荣
洪方文
马艳
陈京普
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Abstract

本实用新型公开了一种船舶水动力前置导轮节能装置，包括安装于船体尾部、位于螺旋桨近前方锥状的前置导管，以及导管内圈间隔布置的导叶；每一导叶的外侧和内侧端面分别固定于导管的内管圆周面和船体尾部；其中，以螺旋桨直径D为基准，导管前端入口直径为0.7-0.85D，后端出口直径为0.65-0.75D，弦长L为0.3-0.4D；导管剖面的管壁最大厚度为0.075-0.12L；而导叶弦长为0.15-0.25D，导叶在导管内侧呈扇形分布，同时采用不同的攻角设置，可产生与螺旋桨旋转方向相反的预旋流动。本实用新型安装于螺旋桨近前方，可加速船舶尾部流场，减少船尾流场的流动分离，并改善螺旋桨伴流场，显著提高螺旋桨的推进效率而取得明显的节能效果。

Description

船舶水动力前置导轮节能装置
技术领域
本发明涉及一种提高船舶水动力性能的水动力附加节能装置，更具体地说，涉及布置在船舶尾部螺旋桨的前方的节能装置。
背景技术
当今世界能源短缺问题以及温室气体排放问题日益严重，目前节能减排已成为世界各国各研究领域的重要课题。就船舶水动力节能装置领域而言，传统的水动力节能装置都是单一型的，如，布置在螺旋桨前方的前置节能导管、前置导流叶片等，存在节能效果不足的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种改善螺旋桨工作条件，提高船舶快速性，并最终大大降低船舶能耗的组合性辅助节能装置，布置在船舶尾部螺旋桨的近前方，称为前置导轮节能装置，尤其适用于大方形系数、航速较低的排水量型船舶。
为了达到上述目的，本发明提供一种船舶水动力前置导轮节能装置，包括安装于船体上位于螺旋桨位于前方的锥状前置导管，以及所述导管内圈间隔布置的导叶；每一所述导叶的外侧和内侧端面分别固定于所述导管的内管圆周面和船体尾部；其中，以螺旋桨直径D为基准，所述导管前端入口直径为0.7-0.85D，后端出口直径为0.65-0.75D，且前端入口直径大于后端出口直径；所述导管的弦长L为0.3-0.4D，其剖面的最大厚度为0.075-0.12L。此外，所述导叶弦长为0.15-0.25D，各导叶长度均不相同，根据导管与船体结构之间的距离确定；所述导叶的数量一般为5片，所述导叶在所述导管内侧呈扇形分布，且采用不同的攻角设置。
优选方式下，所述导管入口端面的下部是以贴合船体结构的异形端面结构。
最优方式下，所述导管安装纵向倾角为0-8°
本发明船舶前置导轮是一种将船舶前置导管与前置导叶有机结合，综合二者节能功能而形成的节能装置。其节能原理：
（1）对船后部的伴流场进行整流、改善分离流动，恢复船舶尾部船体表面压力；
（2）加速型导管产生附加推力；
（3）改善船舶尾部螺旋桨入流场的均匀性，提高效率，并可适当降低螺旋桨激振力以及船尾的振动；
（4）在螺旋桨前方产生与螺旋桨旋转方向相反的预旋流动，降低螺旋桨尾流中的旋转能量损失。
综上，本发明前置导管安装于螺旋桨前上方，可减少船尾流场的流动分离，并改善螺旋桨伴流场，可提高螺旋桨的推进效率而取得显著的节能效果。而前置导轮安装于螺旋桨与船体尾部之间，其与螺旋桨之间的纵向距离一般根据船尾流场确定。本发明前置节能导管和前置导流叶片有机地组合在一体，达到节能效果更好的目标。组合式节能装置也将逐渐成为船舶节能装置的热点及发展重点。本发明能够降低整个推进装置的旋转能量损失，并提高螺旋桨与船尾相互作用而引起的船身效率和相对旋转效率，从而提高推进效率，同时可以在一定程度上改善船舶振动情况，从而改善船舶舒适性。本发明尤其适用于大方形系数，航速低于20节的船舶，这其中包含了各吨位的油船和散货船，多用途船舶等等，且可获得5%-10%的节能效果。
附图说明
图1是本发明前置导轮的立体结构示意图
图2是本发明前置导轮使用状态下的安装位置示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明由前置节能导管1及前置导叶2a-2e组成，如图1所示。前置导管采用高效加速型导管，能够光顺船尾流动，适当提高伴流分数效率；减轻或避免船尾的流动分离，恢复船尾表面压力，并产生一定的推力，从而降低因螺旋桨抽吸而导致的推力减额分数；还可改善螺旋桨进流场的均匀性，提高螺旋桨相对旋转效率；而导叶则能够对螺旋桨进流提供与螺旋桨旋转方向相反的预旋流动，从而降低螺旋桨尾流中的旋转能量损失。该导轮一般适用于大方形系数，航速低于20节的船舶，这其中包含了各吨位的油船和散货船，多用途船舶等等，且可获得5%-10%的节能效果。
具体说，前置导管的直径小于螺旋桨直径，且入口直径大于出口直径。以螺旋桨直径D为基准，导管入口直径一般取为0.7-0.85D，而出口直径取为0.65-0.75D，导管收缩角不大于12°。导管弦长L一般取为0.3-0.4D，剖面最大厚度则为0.075-0.12L左右。同时导管安装纵向倾角为0-8°。
前置导叶安装于前置导管内侧，其两端分别与导管内侧、船体相固连，图1中端面M与船体连接。前置导叶可使螺旋桨进流产生预旋，从而降低螺旋桨旋转能量损失。一般而言，前置导叶弦长要小于导管弦长，为0.15-0.25D，而各导叶长度均不相同，根据导管与船体之间距离确定。
前置导叶在导管内侧呈扇形分布，且各叶片采用不同攻角设计，其分布以及攻角一般根据螺旋桨及船体确定。
按照这个原理，为大型油船开发出了水动力前置节能导轮。经过模型试验的验证，得到其节能效果为7％，即在主机功率不变的情况下，可提高航速将近0.4节。
如图2所示，本发明船舶水动力前置导轮节能装置，可采用钢结构或强度合适的材料制备，安装于船舶螺旋桨3前方的船体5上（标号4为船体尾框），前置导管的下部与船体相接，同时导叶位于导管的内侧，导叶两端分别与导管和船体相固连。图2中，前置导管1是一种入口直径大、出口直径小的的锥形导管，导管切面为机翼型；前置导叶2共有5片，分别为2a，2b，2c，2d，2e，均采用机翼型剖面，各导叶与来流成一定的攻角，导叶弦长一般要小于导管长度；导管直径、长度以及导叶弦长、攻角等参数和导轮安装位置及角度根据船型、螺旋桨直径大小及尾部流场来选定。
本发明节能导轮装置是由一只锥形导管及内置导叶（左舷3叶加右舷2叶）2a-2e构成的。前置节能导轮安装于船尾、螺旋桨的近前方，具有显著的节能效果，其节能机理如下：1）采用高效加速型导管，在螺旋桨抽吸作用下产生推力，可降低推力减额从而提高船身效率；2）导管调整船尾流场，使螺旋桨桨盘面处内半径的入流趋于均匀化，从而可提高相对旋转效率；另一方面还可降低导管所在区域及外部的水流速度，从而增加伴流分数，提高伴流效率；3）导管可消减船尾伴流峰，使尾流场趋于均匀性，有助于改善螺旋桨的空泡性能和降低螺旋桨的激振力；4）内置导叶叶片依据周向安放位置的不同设计不同的安装角度，使之能在桨前产生一定的预旋流动，进而降低螺旋桨尾流的旋转能量损失，进一步提高螺旋桨推进效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种船舶水动力前置导轮节能装置，其特征在于，包括安装于船体上、螺旋桨近前方锥状的前置导管(1)，以及所述导管(1)内圈间隔布置的导叶；每一所述导叶的外侧和内侧端面分别固定于所述导管(1)的内管圆周面和船体尾部；
其中，以螺旋桨直径D为基准，所述导管(1)前端入口直径为0.7-0.85D，后端出口直径为0.65-0.75D；且前端入口直径大于后端出口直径；所述导管(1)的收缩角小于等于12°；所述导管(1)的弦长L为0.3-0.4D，其剖面的最大厚度为0.075-0.12L；
所述导叶弦长为0.15-0.25D；所述导叶为5片，在所述导管(1)内侧呈扇形分布。
2.根据权利要求1所述船舶水动力前置导轮节能装置，其特征在于，所述导管(1)入口端面的下部是以贴合船体结构的异形端面结构。
3.根据权利要求1所述船舶水动力前置导轮节能装置，其特征在于，所述导管安装纵向倾角为0-8°。
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