CN218431705U - 一种带舵球的节能型襟翼舵 - Google Patents

一种带舵球的节能型襟翼舵 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种带舵球的节能型襟翼舵，包括舵叶，所述舵叶上设置有舵球，所述舵球包括旋转外板，所述旋转外板下端设置有侧板，所述侧板与舵叶连接，所述旋转外板上端设置有舵球封头，所述旋转外板一侧设置有放泄塞，所述舵球封头、旋转外板、侧板、放泄塞与舵叶组成密闭箱体，所述箱体内设置有加强筋组件。本实用新型结构简单，维护方便，通过在襟翼舵上增加舵球，减小或消除了螺旋桨桨穀尾涡，回收常规螺旋桨桨榖尾涡的旋转能量，提高了推进效率，并且舵球的存在填补了螺旋桨后方的低压区，使桨后尾流变得顺畅，从而进一步提高了螺旋桨推进效率，进而达到了节能的目的，节约船舶营运成本。

Description

一种带舵球的节能型襟翼舵
技术领域
本实用新型涉及船舶节能技术领域，尤其涉及一种带舵球的节能型襟翼舵。
背景技术
船舶操作性能是船舶的重要航行性能，而操作运动的实现，是需要船用舵来完成。特别是当船体的形状和螺旋桨确定之后，舵就成为保证船舶具有良好操作性能的一个最重要的因素。襟翼舵作为一种特殊舵较之普通舵能提高舵的升力，由于襟翼的存在，转动舵角时相当于增加了舵剖面拱度，因而它具有高舵效，尤其小舵角时舵效更高，利于船舶在停靠码头，灵活控制方向。
在船模试验观察螺旋桨后水流流场时发现，螺旋桨后中心部位水流相当紊乱，出现了一些漩涡，为了减少部分能量损失，最简单的方法是加长螺旋桨毂帽，使桨毂长度超过螺旋桨直径的一半，便可达到十分理想的整流效果。这一措施实际上行不通，因为这样一来，舵远离螺旋桨尾流，舵效大打折扣，给船舶操纵性带来不利影响。为了解决上述矛盾，利用襟翼舵的高舵效来增强船舶操控性，将加长的螺旋桨毂帽移植一段到舵叶，就是在舵叶的导边加装类似桨毂帽的装置——舵球。按照不同的螺旋桨产生的尾流形式，找出节能效果最好的方式。
随着节能减排要求，以及能源供给不平衡，船舶节能不但有经济效益，更有社会意义。利用水动力方式节能最为常见，一般布置在桨前或桨后，在桨后舵叶上安装舵球是一种更加合适的方式。
发明内容
本实用新型目的是解决上述技术问题，提供一种带舵球的节能型襟翼舵。
为了实现上述技术目的，达到上述的技术要求，本实用新型所采用的技术方案是：一种带舵球的节能型襟翼舵，包括舵叶，其特征在于：所述舵叶上设置有舵球，所述舵球包括旋转外板，所述旋转外板下端设置有侧板，所述侧板与舵叶连接，所述旋转外板上端设置有舵球封头，所述旋转外板一侧设置有放泄塞，所述舵球封头、旋转外板、侧板、放泄塞与舵叶组成密闭箱体，所述箱体内设置有加强筋组件，所述加强筋组件包括第一轴向加强筋，所述第一轴向加强筋两侧对称设置有第二轴向加强筋，所述第一轴向加强筋与第二轴向加强筋弯折处设置有第一径向加强筋，所述第一轴向加强筋与第二轴向加强筋中部设置有第二径向加强筋。
优选的：所述第一轴向加强筋设置为U型。
优选的：所述第二轴向加强筋设置为“7”字形。
优选的：所述第一径向加强筋设置为C字形，若干个所述第一径向加强筋位于同一平面上。
优选的：若干个所述第二径向加强筋构成圆环形。
优选的：所述旋转外板设置为分半结构。
与传统结构相比，本实用新型的有益效果：
1、本实用新型结构简单，维护方便，通过在襟翼舵上增加舵球，减小或消除了螺旋桨桨穀尾涡，回收常规螺旋桨桨榖尾涡的旋转能量，提高了推进效率，并且舵球的存在填补了螺旋桨后方的低压区，使桨后尾流变得顺畅，从而进一步提高了螺旋桨推进效率，进而达到了节能的目的，节约船舶营运成本。
2、由于舵球具备排水空间，间接的增加舵叶浮力，减轻舵承承载，减少舵机的扭矩，相当于增加了舵系的使用寿命，在舵上安装舵球后一般可使螺旋桨的敞水效率提高2%~3%。
3、襟翼舵有较高的舵效，舵球的线型是流线型，在低航速下可以保持足够的转舵能力，对船舶的操控比较有利，这样港口停靠可以不借助拖轮。
4、与常规舵相比较，安装高效舵后，推进功率和燃油消耗可节省3%~4%，螺旋桨激振力降低40%，螺旋桨诱导噪声级降低5dB。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型舵球结构示意图；
在图中：1.舵球封头，2.旋转外板，3.侧板，4.加强筋组件，41.第二径向加强筋，42.第二轴向加强筋，43.第一径向加强筋，44.第一轴向加强筋，5.放泄塞，6.舵叶。
具体实施方式
下面对本实用新型作进一步说明。
参照附图，一种带舵球的节能型襟翼舵，包括舵叶，其特征在于：所述舵叶上设置有舵球，所述舵球包括旋转外板2，所述旋转外板2下端设置有侧板3，所述侧板3与舵叶连接，所述旋转外板2上端设置有舵球封头1，所述旋转外板2一侧设置有放泄塞5，所述舵球封头1、旋转外板2、侧板3、放泄塞5与舵叶组成密闭箱体，所述箱体内设置有加强筋组件4，所述加强筋组件4包括第一轴向加强筋44，所述第一轴向加强筋44两侧对称设置有第二轴向加强筋42，所述第一轴向加强筋44与第二轴向加强筋42弯折处设置有第一径向加强筋43，所述第一轴向加强筋44与第二轴向加强筋42中部设置有第二径向加强筋41。
本优选实施例中，所述第一轴向加强筋44设置为U型。
本优选实施例中，所述第二轴向加强筋42设置为“7”字形。
本优选实施例中，所述第一径向加强筋43设置为C字形，若干个所述第一径向加强筋43位于同一平面上。
本优选实施例中，若干个所述第二径向加强筋41构成圆环形。
本优选实施例中，所述旋转外板2设置为分半结构。
具体实施时，带舵球的襟翼舵与常规船舶螺旋桨与舵各自独立不同，它在舵叶的导边、螺旋桨轴线高度处、正对螺旋桨桨毂处安装一个直径约为螺旋桨轴直径1.07~1.2倍的流线型纺锤体状的舵球，且靠近螺旋桨的头部接近半球体，向后延伸部分为锥体，并使球体与舵叶的流线型光顺过渡，且在两者相贯处焊接。舵球使螺旋桨与舵成为一个整体，与常规舵相比较，安装高效舵后，推进功率和燃油消耗可节省3%~4%，螺旋桨激振力降低40%，螺旋桨诱导噪声级降低5dB。推进功率的节省是由于“伴流增益”效应所致。光顺的舵球消除了原先在螺旋桨桨毂后方发生的旋涡，使桨后尾流变得非常顺畅，尾流速度降低，螺旋桨盘面面积增加，从而提高了螺旋桨推进效率，对于高效舵叶单桨船尤其是船身丰满的船舶效果更好。
船模试验证明舵球作用如下：
（1) 舵球填充了螺旋桨毂帽后的低压区空间，对桨后的水流有良好的整流作用，从而减少了漩涡流引起的能量损失。桨后的水流因受到螺旋桨作用而产生轴向、切向及径向诱导速度，其中切向诱导速度能引起尾流旋转，不但不产生推力，反而引起能量损失，而在近桨毂的内半径处径向诱导速度总是比较大，它所引起的尾流能量损失也较大。而在桨毂紧后方设置舵球，桨毂附近的水流将被强迫沿舵球表面流过，由于舵球表面水流的黏性作用使舵球附近的水流无法再作强烈旋转，从而达到整流的目的。
（2) 几何参数经优化的舵球可以消除毂涡，即阻止毂涡形成，减少部分推力损失。
（3) 舵球改善了螺旋桨后水流的流场分布，因而也可以减轻尾流对舵和船尾的激振作用。
舵球于桨的配合形式多样，不可能每种形式都去做水池验证，所以需要利用CFD计算机模拟技术，求解出一些数据，来预报哪种方式节能最佳。
流体运动的控制方程包括有：质量守恒方程、动量守恒方程以及能量守恒方程。由于研究对象为船用推进节能装置，其运动速度相对较低，周围的流体可假定为不可压缩流体，热量交换可以忽略不计，因此可以不考虑能量守恒方程的影响，只考虑到质量以及动量守恒方程。螺旋桨与舵叶模型单独地在静水中进行的试验称为敞水试验，其目的在于测定模型的性能，从而分析预估实际螺旋桨的水动力性能，为桨-舵试验和自航试验提供依据。
螺旋桨的推力主要与螺旋桨的直径
Figure 765972DEST_PATH_IMAGE001
、螺旋桨转速
Figure 620796DEST_PATH_IMAGE002
、进速
Figure 400533DEST_PATH_IMAGE003
、水密度
Figure 795742DEST_PATH_IMAGE004
、水粘性 系数
Figure 547798DEST_PATH_IMAGE005
和重力加速度
Figure 370260DEST_PATH_IMAGE006
有关，即：
Figure 637293DEST_PATH_IMAGE007
，
式中，
Figure 272412DEST_PATH_IMAGE008
为进速系数
Figure 941291DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 872337DEST_PATH_IMAGE010
为雷诺数
Figure 626667DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 363679DEST_PATH_IMAGE012
相当于傅汝德数
Figure 824747DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 254591DEST_PATH_IMAGE013
与 水面的兴波情况有关。
在研究螺旋桨的水动力性能时，通常并不应用推力和扭矩的绝对数量，而是以无因此系数来表达。根据因此分析，螺旋桨的推力及扭矩可用下列无因次系数来表示，即：
Figure 433900DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 709023DEST_PATH_IMAGE015
，
式中，
Figure 352494DEST_PATH_IMAGE016
为推力；
Figure 123879DEST_PATH_IMAGE017
为扭矩；
Figure 852801DEST_PATH_IMAGE018
为水的密度；
Figure 931615DEST_PATH_IMAGE019
为螺旋桨转速；
Figure 367276DEST_PATH_IMAGE020
为螺旋桨直径。
对于螺旋桨的效率
Figure 138923DEST_PATH_IMAGE021
也可用无因次系数
Figure 89561DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 909750DEST_PATH_IMAGE023
以及
Figure 262233DEST_PATH_IMAGE024
来表示：
Figure 142465DEST_PATH_IMAGE025
，
式中，
Figure 580399DEST_PATH_IMAGE026
为进速系数。
Figure 460672DEST_PATH_IMAGE027
hp:螺旋桨进程，即螺旋桨旋转一周，轴向前进的距离。
Va:表示螺旋桨进速（m/s）。
n:表示螺旋桨转速。
D：螺旋桨直径。
桨—舵—舵球组合计算结果实例
Figure 933242DEST_PATH_IMAGE029
船体安装舵球后，由于舵球的存在，完全消除了桨榖尾涡，填补了螺旋桨后方的低压区，并且流经桨盘面的水流在桨后变得非常顺畅，改善了螺旋桨的工作环境。因此，舵球的存在一方面消除了尾涡消耗的主机功率，另一方面通过改善螺旋桨的工作环境提高了螺旋桨的效率，进而达到了节能的目的。舵球装置体积小、维护简易、作用大，且能增加舵叶浮力，通过实船安装使用证明，对于绿色船舶极具性价比优势，产品满足船舶的船级社规范、港口标准、挂旗国要求、防污染公约、SOLAS等。
本实用新型的上述实施例，仅仅是清楚地说明本实用新型所做的举例，但不用来限制本实用新型的保护范围，所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由各项权利要求限定。

Claims (6)

1.一种带舵球的节能型襟翼舵，包括舵叶（6），其特征在于：所述舵叶（6）上设置有舵球，所述舵球包括旋转外板（2），所述旋转外板（2）下端设置有侧板（3），所述侧板（3）与舵叶（6）连接，所述旋转外板（2）上端设置有舵球封头（1），所述旋转外板（2）一侧设置有放泄塞（5），所述舵球封头（1）、旋转外板（2）、侧板（3）、放泄塞（5）与舵叶组成密闭箱体，所述箱体内设置有加强筋组件（4）；所述加强筋组件（4）包括第一轴向加强筋（44），所述第一轴向加强筋（44）两侧对称设置有第二轴向加强筋（42），所述第一轴向加强筋（44）与第二轴向加强筋（42）弯折处设置有第一径向加强筋（43），所述第一轴向加强筋（44）与第二轴向加强筋（42）中部设置有第二径向加强筋（41）。
2.根据权利要求1所述的一种带舵球的节能型襟翼舵，其特征在于：所述第一轴向加强筋（44）设置为U型。
3.根据权利要求1所述的一种带舵球的节能型襟翼舵，其特征在于：所述第二轴向加强筋（42）设置为“7”字形。
4.根据权利要求1所述的一种带舵球的节能型襟翼舵，其特征在于：所述第一径向加强筋（43）设置为C字形，若干个所述第一径向加强筋（43）位于同一平面上。
5.根据权利要求1所述的一种带舵球的节能型襟翼舵，其特征在于：若干个所述第二径向加强筋（41）构成圆环形。
6.根据权利要求1所述的一种带舵球的节能型襟翼舵，其特征在于：所述旋转外板（2）设置为分半结构。
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