TWI377155B - Device for reducing the power demand for the propulsion of a ship - Google Patents

Description

1377155 板，以及一包括六個配置成類似蜂巢狀結構的元件。 【發明内容】 本發明之目的在於創作一裝置，其適用以減少該 船舶所需之功率，更進一步地，改善效率，以及達成 鰭板或水翼與該流動相配合。此外，亦改善該逆螺旋 動。 此目的可被申請專利範圍第1項之裝置的該等特 足。 如上述，根據本發明之該裝置以此一方式設計 置，裝配於離螺旋槳一短距離之船身，包括一前 (fore-nozzle)，其內配置有多數籍板或水翼，其中使該 嘴，在頂端，在一通過該前噴嘴中心線而延伸之水平 軸上向前傾斜，較佳地高至8°。 可藉如此設計之裝置減少船舶推進所需功率。當 旋槳上負載的推力範圍增加，該可能之收益增加。該 特別適合用於慢的、寬組立船舶，如油輪、散裝輪及托 而且也適合任何不是非常快之船舶。該裝置本身固定 身致使其在該船舶螺旋槳的上游，此等所述裝置包括 嘴以及諸鰭板或水翼該兩個功能性元件。 在此配置內該前噴嘴的有效原則包含在主幹流非 的區域增加對向螺旋槳的流動速度，而在主幹流非常 區域減少對向螺旋槳的流動速度，其中該噴嘴本身產 力；同時裝配於前噴嘴內之該等鰭板或水翼的有效原 含產生一預旋渦流，其中兩功能性元件目標在不同的 來源，即該前噴嘴旨在減少該有效推力負載，而該等 推進 該諸 槳流 徵滿 該裝 噴嘴 前噴 橫向 該螺 裝置 丨船， 在船 前噴 常快 慢的 生推 則包 損失 鰭板 -4- 1377155 或水翼旨在減少在該螺旋槳流內的該窩流損失。兩者的作 用導致增加推進系統的效率》 即使在不同負載之情況，仍因該裝置固定在儘可能靠 近該螺旋槳之上游而達成該最佳可能效果。 除了上述外，根據本發明該裝置不僅適合用於寬組立 船舶，其可用在並不是非常快的所有船舶之案例而具同等 效力，例如速度小於等於25節（VS 25)。該裝置也可能用 於非常大之貨櫃船。 更進一步之有利具體實施例形成從屬申請專利範圍之 —部分。 爲了達成該該最佳可能效果，該裝置或該前噴嘴之後 緣固定於該螺旋槳平面上游不超過0.3倍該螺旋槳直徑 處。較佳地，在頂端，該前噴嘴向前傾斜約4°。 根據一進一步之具體實施例，該前噴嘴可在一較佳地 通過該前噴嘴之中心線而延伸的垂直軸上作側向地旋轉， 使得該前噴嘴在該螺旋槳的向上拍打側 （upwards.beating s i d e)向前傾斜。 本發明進一步爲該前噴嘴提供在一較佳地通過該前噴 嘴之中心線而延伸的垂直軸上側向地旋轉高達3°，較佳地 1°，使得該前噴嘴在該螺旋槳的向上拍打側向前旋轉，但 不在其他方向，其中旋轉也可以是0°。 進一步地，本發明爲該前噴嘴剖面提供之厚度小於其 長度之12%。有利地，該前噴嘴剖面之該厚度可以爲其長 度之7.5 %或9 %。 進一步之具體實施例爲該等鰭板或水翼在徑向提供包 1377155 括一可變入射角，其中該等鰭板或水翼被扭轉使得上述在 船舶內側的鰭板或水翼朝向上，而入射角在外側朝向該前 噴嘴遞減。 因此該前噴嘴相對於一向上偏移軸旋轉對稱配置，該 偏移軸較佳地處於該螺旋槳軸線之上方，其中該前噴嘴之 內部直徑最多是該螺旋槳直徑的90%。 較佳地，四片鰭板或水翼徑向地對著該螺旋槳軸線非 對稱地配置於該前噴嘴內，其中該等鰭板或水翼連結該前 # 噴嘴至船身且配置於該前噴嘴之尾端，其中該鰭板或水翼 之該水翼形且凸透鏡狀剖面輪廓的該彎曲側在該螺旋槳的 . 向上拍打側指向上，而在該螺旋槳的向下拍打側指向下。 然而，四片鰭板或水翼在該前噴嘴內部空間的該配置不得 詮釋爲一限制；其也可能提供更少或更多數量之鰭板或水 翼。 【實施方式】 如第1圖，根據本發明在該裝置10內，一剖面爲柱形 ® 或其他形狀之前噴嘴20提供於船身1〇〇之該螺旋槳（未顯 示於該圖）之正上游，該前噴嘴20固定於該船身。在該前 噴嘴20之該內部空間20a，配置多數鰭板或水翼30»該前 噴嘴20配置於該船身以便對其向上偏移之軸21對稱旋轉。 在第2圖中顯示之具體實施例範例中，具有不同鰭板 長度或水翼長度之四片鰭板或水翼30a、30b、30c、30d配 置於該前噴嘴20之該內部空間20a，此等四片鰭板或水翼 非對稱地配置於該前噴嘴內且徑向地對向該螺旋槳軸線 PA。在此配置中該等鰭板或水翼30a、30b、30c、30d連結 1377155 該前噴嘴20至船身100,且被配置在該前噴嘴20的後端， 該後端面對該螺旋槳，其中該等鰭板或水翼30、30a、30b、 3 0c、30d之該水翼形或凸透鏡狀剖面輪廓31的該彎曲側壁 32在該船舶的左舷或在該螺旋槳的該向上拍打側指向上， 而在該船舶的右舷或在該螺旋槳的該向下拍打側指向下。 進一步地，該等鰭板或水翼30a、30b、30c、30d在左舷側 的前端指向上，在右舷側的前端指向下（第2與3圖）。該 螺旋槳的旋轉方向在箭頭X的方向（第1圖）。配置在該前 噴嘴20內部空間20a之該等鰭板或水翼30、30a、30b、30c、 3 0d的該等角度位置係可調整，而且其等設定之角度位置係 可鎖定。 根據一該螺旋槳旋轉向上至右舷之具體實施例範例， 該等鰭板或水翼30a、30b、30c、30d採用下列較佳之該等 徑向角度位置與初始角度位置： 鰭板角 入射角 左舷(BB) 底籍板(30a) 247.5° 14° 左舷(BB) 中間臟(30b) 292.5° 12。 左舷⑽ 頂部 Iti5(30c) 337.5° 8° 右舷(SB) 臟(30d) 90.0° 10° 即在一鰭板角定義方面，從後方視之，12點鐘方向爲 〇°順時針增加，其中該等鰭板角及該等入射角可以偏離上 述數値》 根據顯示於第1、3與6圖之具體實施例，該等鰭板或 水翼包括具有一彎曲側壁32之凸透鏡狀剖面輪廓31與一 平底區域3 3。在此設置中該兩片鰭板30相對於該螺旋槳軸 1377155 線PA之該配置及該位置，例如，使得該上方鰭板之平 域33之延伸線與該螺旋槳軸線PA近乎平行；然而該 鰭板採用一位置，在該處其平底區域33之延伸線相對 螺旋槳軸線PA成至少5°之角α，較佳地10。。該等鰭 可能有其他之角度位置》大體上，該等鰭板30a、30b、 3 0d較佳地處於顯示於第2圖之位置。 根據第1與6圖該前噴嘴20包括一具有剖面輪, 之定形體25，剖面輪廓26具有一位於外側之壁剖面 且其延伸線相對於該螺旋槳軸線PA傾斜一角度，而一 內側之壁剖面26b延伸在一直線上，且該線平行於該 槳軸線PA，該壁剖面26b在面向離開該螺旋槳的區域 一彎曲壁剖面26c，其構成一過渡至外側壁剖面26a， 於外側之壁剖面26a也可以是彎曲的。該螺旋槳側在 圖中標示於PS。 如第7圖所示，該裝置10固定於離該螺旋槳101 段距離之船身100，在此配置該裝置10被儘可能靠近 旋槳101地配置於其上游。在此配置中，該前噴嘴20 設在一較佳地延伸通過該前噴嘴中心線之側向水平軸 佳地在頂端向前旋轉高達8°»在第7圖中該前噴嘴20 端向上傾斜達4°»在此配置中，該前噴嘴20之該後緣 於該螺旋槳平面上游不超過0.3倍該螺旋槳直徑處。 更進一步地，該前噴嘴20係可於一較佳地延伸通 前噴嘴中心線之垂直軸側向地旋轉，例如高達3 °，如 致該前噴嘴在該螺旋槳101的向上拍打側向前旋轉， 配置旋轉達1°顯示最理想。旋轉（Γ也可應用，但不在 底區 下方 於該 板亦 30c、 郭2 6 26a 位於 螺旋 包括 該位 第6 —小 該螺 被配 ，較 的頂 固定 過該 此以 在此 其他 1377155 方向。 該前噴嘴20之該輪廓厚度小於其長度之12%，較佳 地’該前噴嘴20之該輪廓厚度爲其長度之7·5%或9%。 該等鰭板或水翼30、30a、30b、30c、30d在徑向包括 一可變入射角，其中該等鰭板或水翼被扭轉使得上述在船 舶內側的諸鰭板或水翼指朝向上，而入射角在外側朝向該 前噴嘴20遞減（第8圖）。 該前噴嘴20之該輪廓厚度之設計，以及據此該等鰭板 或水翼30、30a、3 0b、30c、30d在徑向之設計包括一可變 入射角，對非常寬組立之船舶係必需的；其等也可用於快 速船舶。 從第9圖之該線圖明顯看出，根據本發明該裝置10之 設計導致顯著之功率節省，其顯示使用該裝置10於三艘船 舶之功率節省，其中兩艘船舶有不同之吃水（X軸爲設計 速度）。 根據第10圖之線圖顯示載重量1 1 8,000載重噸（DWT) 之該散裝貨輪用與不用該裝置10之該功率需求。 特別地高收益可歸因於在一可控制螺距螺旋槳的厚螺 槳轂（thick hub)之情況，例如在12,000載重噸之船舶方面， 藉該裝置10其損失減少。 在非常大的慢速船舶的情況下，該負載推力範圍特別 大，第11圖之線圖顯示使用該裝置10在不同CTh値可能 之功率節省，第11圖之下方提供船舶類型之配置。 根據本發明該裝置之特徵陳述於該描述中之特色與該 等申請專利範圍，以及顯示於第1至11圖中之該等具體實 1377155 施例圖形。 以該裝置ίο已經開發一用於改善寬組立慢速船舶推 進的新裝置，藉此節省了燃料或可使船舶更快速。該裝置 係由兩個固定安置於該船舶上的元件組成：一直接在該螺 參 旋槳前方之噴嘴及整合其中之鰭板系統。該噴嘴改善該螺 旋槳在不利尾流區域之流入而本身產生推力：該鰭板系統 減少在該螺旋槳噴口內以及該螺旋槳內由於預旋產生的轂 旋渦（boss swirl)損失，以致對相同驅動功率該螺旋槳推力 • 增加；該等效果係互補的。 藉該裝置可達成之該等功率節省本質上取決於該螺旋 槳負載，其等從用於小型多功能船舶之3 %到用於大型油輪 與散裝船之9%。該等功率節省幾乎與該船舶的吃水及速度 ，該裝置方便用於新船舶及其後的設備。 【圖式簡單說明】 該圖顯示船舶其螺旋槳配以根據本發明之該裝置之示 0 範具體實施例，該位於頂端之螺旋槳旋轉向右舷，如下： 第1圖爲根據本發明該裝置之右舷側視圖，該裝置包 括：一前噴嘴，在所述裝置其內部空間配置多數鰭板或水 翼； 第2圖爲該裝置之後視圖，其中該等鰭板或水翼無顯 示入射角； 第3圖爲一鰭板或水翼輪廓之放大剖面； 第4圖爲船尾輪廓線之側視圖： 第5圖爲艉部之橫剖面線圖； 第6圖爲根據第1圖帶有多數鰭板或水翼之前噴嘴， -10- 1377155 在其內部空間有位置配置該等鰭板： 第7圖爲該裝置之側視圖，在頂端帶有該前噴嘴向前 傾斜4° ; 第8圖爲於船舶內帶有該等鰭板之該前噴嘴之視圖， 其指向上而扭轉； 第9圖顯不使用根據本發明之該裝置之功率節雀 IH.1 · 圖， 第10圖顯示有與沒有根據本發明之該裝置之功率需 求線圖；以及 第11圖顯示各種類型船舶使用根據本發明之該裝置 之功率節省線圖。 【主要元件符號說明】 10 裝置 20 前噴嘴 20a 內部空間 21 該前噴嘴之軸線 25 定形體 26、31 剖面輪廓 26a 、 26b ' 26c 壁剖面 30' 30a ' 30b、 30c、 30d 鰭板/水翼 32 彎曲側壁 33 平底區域 100 船身 101 螺旋槳 BB 左舷 -11 - 1377155 SB 右舷 PA 螺旋槳軸線 PS 螺旋槳側 X 該螺旋槳旋轉方向 a 角度

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Claims (1)

1377155 101. ^28-- 年月日修(更)正替換頁 修正本 第981075 32號「用於減少船舶推進所需功率的裝置」專利案 (2012年3月28日修正） 七、申請專利範圍： 1. 一種用於減少單螺旋槳或多螺旋槳船舶推進所需功率的 裝置，特別是用於寬組立（broad-binlt)或非寬組立不是非 常快之船舶，其特徵爲該裝置（10)係在距離該螺旋槳 (101)—短距離且於船舶驅動方向中在該螺旋槳（101)前 方固定於船舶之船身（100)，該裝置（10)包括一前噴嘴 (20)，該前噴嘴內配置有多數鰭板或水翼（30; 30a、30b、 3 0c、3 0d)，其中該前噴嘴在頂端係繞一延伸通過該前噴 嘴之中心之橫向水平軸上向前傾斜最高至8°。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該裝置或該前噴嘴 (20)之後緣固定於該螺旋槳平面上游不超過0.3倍該螺 旋槳直徑處。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中該前噴嘴（20) 在頂端係向前傾斜約4°。 4. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中該前噴嘴（20) 剖面之厚度小於其長度之1 2%。 5. 如申請專利範圍第4之裝置，其中該前噴嘴剖面之該厚 度爲其長度之7.5%或9%。 6. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中該等鰭板或 水翼（30; 30a、30b、30c、30d)在徑向包括一可變入射角 (angle of incidence)，其中該等鰭板或水翼被扭轉使得上 述在船舶內側的諸鰭板或水翼朝向上，而入射角在外側 朝向該前噴嘴（20)遞減。 1377155 li0V 12昌修义)正替換頁 修正本 7. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中該前噴嘴（20) 相對於一向上偏移軸（2 1)旋轉對稱配置，該偏移軸係處 於該螺旋槳軸線（PA)之上方，其中該前噴嘴之內部直徑 少於該螺旋槳直徑之90%。 8. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中四片鰭板或 水翼（30; 30a、30b、3 0c、30d)徑向地對著該螺旋槳軸線 (PA)，不對稱地配置於該前噴嘴（20)之內部空間（20a)， 其中該等鰭板或水翼連結該前噴嘴（20)至該船身且配置 於該前噴嘴（20)之尾端，其中該鰭板或水翼（30: 30a、 30b、30c、30d)之凸透鏡狀剖面輪廓（31)的彎曲側（32)在 該螺旋槳的向上拍打側朝上，而在該螺旋槳的向下拍打 側朝下。 9. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中該等鰭板或 水翼（30 : 30a、30b、30c、30d)採用下列徑向角度位置與 初始角度位置： 鰭板角 入射角 左舷(BB) 底鰭板(30a) 247.5° 140 左舷(BB) 中間鰭板(30b) 292.5° 12。 左舷(BB) 頂部鰭板(30c) 337.5° 8° 右舷(SB) 鰭板(30d) 90.0° 10〇 10.如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中配置於該前 噴嘴（20)之內部空間（20a)之該等鰭板或水翼（30)之該等 角度位置係可改變或可調整。 1 1 . 一種如申請專利範圍第1至第1 〇項中任一項之用於減少 船舶推進所需功率之裝置（100)的用途，將該裝置（100)用 1377155 ^年、21修(更)正替換頁 ____J 修正本 於慢速、寬組立或非寬組立之船舶，例如油輪、散裝運 輸輪及拖船，而且也用於不是非常快之任何類型船舶， 以及用於改進該對向螺旋槳的流動，也用於產生預旋渦 流。