用于右旋單槳船的預(yù)旋扇形導(dǎo)管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于右旋單槳船的預(yù)旋扇形導(dǎo)管，由第一至第四葉子以及弧形導(dǎo)板組成；從螺旋槳后側(cè)看，螺旋槳槳轂縱向中心線左側(cè)從上到下依次設(shè)有第二葉子以及第一葉子，右側(cè)從上到下依次設(shè)有第三葉子以及第四葉子，第一葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角范圍為70°-80°，第二葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角范圍為25°-30°，第三葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角范圍為35°-45°，第四葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角范圍為70°-80°。與三葉的預(yù)旋三角導(dǎo)管相比，第三個葉片起到支撐和加強(qiáng)預(yù)旋作用的同時，處于空泡敏感區(qū)之外，不會對空泡性能造成負(fù)面影響。
【專利說明】用于右旋單槳船的預(yù)旋扇形導(dǎo)管【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及右旋單槳船的船體節(jié)能設(shè)備技術(shù)，更具體地說，是涉及一種用于右旋單槳船的預(yù)旋扇形導(dǎo)管。
【背景技術(shù)】
[0002]在右旋單槳船的使用過程中，國內(nèi)外的研究已經(jīng)意識到通過改變螺旋槳進(jìn)流方向可以提高螺旋槳的推進(jìn)效率從而達(dá)到節(jié)能的效果。目前采用的節(jié)能裝置有預(yù)旋鰭、預(yù)旋鰭加全導(dǎo)管以及Mewis Duct等，但現(xiàn)有裝置存在螺旋漿推進(jìn)效率低以及伴流不夠均勻等問題。經(jīng)過改進(jìn)，雖然采用了 3個葉子的預(yù)旋三角導(dǎo)管，但仍然存在的強(qiáng)度、疲勞以及振動等方面的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于右旋單槳船的預(yù)旋扇形導(dǎo)管，不僅減少螺旋槳尾流場中因旋轉(zhuǎn)損失的能量，提高螺旋槳推進(jìn)效率，而且還能夠均勻伴流，使螺旋槳工作更平穩(wěn)，降低螺旋槳激振力，降低船體振動風(fēng)險，使得附體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，容易克服強(qiáng)度、疲勞振動等問題。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0005]一種用于右旋單槳船的預(yù)旋扇形導(dǎo)管，設(shè)于船尾的螺旋槳以及船體之間，
[0006]由第一至第四葉子以及弧形導(dǎo)板組成；從螺旋槳后側(cè)看，螺旋槳槳轂縱向中心線左側(cè)從上到下依次設(shè)有第二葉子以及第一葉子，右側(cè)從上到下依次設(shè)有第三葉子以及第四葉子，所述第一葉子、第 二葉子、第三葉子以及第四葉子的長度相等；所述第一葉子的葉根、第二葉子的葉根、第三葉子的葉根以及第四葉子的葉根分別與螺旋槳軸套外側(cè)固定連接；弧形導(dǎo)板的葉背分別與第一葉子的葉梢、第二葉子的葉梢、第三葉子的葉梢以及第四葉子的葉梢固定連接；
[0007]所述第一葉子的剖面、第二葉子的剖面、第三葉子的剖面、第四葉子的剖面以及導(dǎo)板的剖面均為機(jī)翼型剖面；
[0008]所述第一葉子的導(dǎo)邊、第二葉子的導(dǎo)邊、第三葉子的導(dǎo)邊、第四葉子的導(dǎo)邊以及弧形導(dǎo)板的導(dǎo)邊均與船體側(cè)相對；第一葉子的隨邊、第二葉子的隨邊、第三葉子的隨邊、第四葉子的隨邊以及導(dǎo)板的隨邊均與螺旋槳側(cè)相對；
[0009]所述第一葉子的葉面朝下，葉背朝上；
[0010]所述第四葉子的葉面朝上，葉背朝下；
[0011]所述第二葉子的葉面與第一葉子的葉背相對；
[0012]所述第三葉子的葉背與第四葉子的葉面相對；
[0013]所述第一葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角范圍為70° -80°，所述第二葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角范圍為25° -30°，所述第三葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角范圍為35° -45°，所述第四葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角范圍為70。-80。。
[0014]從葉根往葉梢的方向看，所述第一葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉(zhuǎn)，所述第一葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構(gòu)成夾角，該夾角的范圍為
12。-17° ;
[0015]從葉根往葉梢的方向看，所述第二葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉(zhuǎn)，所述第二葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構(gòu)成夾角，該夾角范圍為10。-15° ;
[0016]從葉根往葉梢的方向看，所述第三葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉(zhuǎn)，所述第三葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構(gòu)成夾角，該夾角范圍為10。-15° ;
[0017]從葉根往葉梢的方向看，所述第四葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉(zhuǎn)，所述第四葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構(gòu)成夾角，該夾角范圍為14。-18。。
[0018]所述第一葉子的厚度比、第二葉子的厚度比、第三葉子的厚度比以及第四葉子的厚度比相等，所述厚度比的范圍為7-9。
[0019]所述弧形導(dǎo)板的厚度比為7。
[0020]所述第四葉子的長度為螺旋槳半徑的90%_105%。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的一種用于右旋單槳船的預(yù)旋扇形導(dǎo)管具有以下的技術(shù)效果:
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有的預(yù)旋鰭相比:其一，結(jié)構(gòu)上更穩(wěn)固，容易克服強(qiáng)度、疲勞振動等問題；其二，同等情況下，可以使用厚度比更小的剖面，附加阻力更小，預(yù)旋效果更好；其三，增加了上部部分導(dǎo)管的整流作用，對增加螺旋槳盤面的來流有好處，利于達(dá)到更好的節(jié)能效果。與預(yù)旋鰭加全導(dǎo)管相比，避免了對底部良好進(jìn)流場的無畏干擾，減少節(jié)能附體的濕表面積，因為現(xiàn)在的船體線型都經(jīng)過了充分優(yōu)化，伴流不存在明顯的缺陷。與Mewis Duct相t匕，本發(fā)明的預(yù)旋三角導(dǎo)管與螺旋槳軸線同心，有利于加工和定位。與預(yù)旋三角導(dǎo)管相比(三葉)，更穩(wěn)固結(jié)構(gòu)，更均勻的預(yù)旋效果，第三個葉片起到支撐和加強(qiáng)預(yù)旋作用的同時，處于空泡敏感區(qū)之外，不會對空泡性能造成負(fù)面影響；并且，四個葉子對弧形導(dǎo)管有更好的支撐(相對于三葉)，采用四個葉子時還可以減小葉子的厚度比。
[0023]總之，本發(fā)明涉及一種采用槳前預(yù)旋原理和加速螺旋槳上部進(jìn)流，使螺旋槳盤面進(jìn)流更加均勻的船體節(jié)能設(shè)備，重點在于降低螺旋槳尾流場因旋轉(zhuǎn)而損失的能量，提高螺旋槳推進(jìn)效率及減少因尾部流動分離而附加的形狀阻力。通過實驗可知，4葉和3葉節(jié)能效果差別不大，但采用四個葉子在強(qiáng)度、疲勞以及振動等方面的效果更好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明安裝在船體的船尾的安裝示意圖；
[0025]圖2為圖1中從A向看本發(fā)明的用于右旋單槳船的預(yù)旋扇形導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明的葉子與導(dǎo)管的剖面示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明的四片葉子以及弧形導(dǎo)管的機(jī)翼型剖面定義示意圖?！揪唧w實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖以及實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0029]根據(jù)CFD計算的或者船模試驗測量的船體伴流特點和螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向等特征，發(fā)明一種裝于中低速船船尾的槳前完全非對稱布置的預(yù)旋三角導(dǎo)管，以提高推進(jìn)效率，均勻伴流，降低船體振動風(fēng)險。
[0030]如圖1、圖2所示的一種用于右旋單槳船的預(yù)旋扇形導(dǎo)管，設(shè)于船尾的螺旋槳20以及船體21之間，從螺旋槳20后側(cè)看，螺旋槳槳轂縱向中心線左側(cè)的船尾從上到下設(shè)有第二葉子12、第一葉子11，螺旋槳槳轂縱向中心線右側(cè)的船尾從上到下設(shè)有第三葉子13、第四葉子14，第一葉子11、第二葉子12、第三葉子13以及第四葉子14的長度相等；第一葉子11的葉根、第二葉子12的葉根、第三葉子13的葉根以及第四葉子14的葉根分別與螺旋槳軸套22外側(cè)固定連接；弧形導(dǎo)板14的葉背分別與第一葉子11的葉梢、第二葉子12的葉梢、第三葉子13的葉梢以及第四葉子14的葉梢固定連接；
[0031]第一葉子的剖面、第二葉子的剖面、第三葉子的剖面、第四葉子的剖面以及導(dǎo)板的剖面均為機(jī)翼型剖面；
[0032]第一葉子的導(dǎo)邊、第二葉子的導(dǎo)邊、第三葉子的導(dǎo)邊、第四葉子的導(dǎo)邊以及弧形導(dǎo)板的導(dǎo)邊均與船體側(cè)相對；第一葉子的隨邊、第二葉子的隨邊、第三葉子的隨邊、第四葉子的隨邊以及導(dǎo)板的隨邊均與螺旋槳側(cè)相對；
[0033]第一葉子的葉面朝下，葉背朝上；
[0034]第四葉子的葉面朝上，葉背朝下；
[0035]第二葉子的葉面與第一葉子的葉背相對；
[0036]第三葉子的葉背與第四葉子的葉面相對；
[0037]其中，第一葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角BI范圍為70° -80° (圖1中采用較佳的角度72° )，第二葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角B2范圍為25° -30° (圖1中采用較佳的角度28° )，第三葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角B3范圍為35° -45°(圖1中采用較佳的角度42° )，第四葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角B4范圍為70° -80° (圖1中采用較佳的角度72° )，這樣可以加速螺旋槳上部進(jìn)流，使螺旋槳盤面進(jìn)流更加均勻，提高螺旋槳推進(jìn)效率。
[0038]從葉根往葉梢的方向看，所述第一葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線的夾角al為第一葉子的葉面沿軸線逆時針旋轉(zhuǎn)12° -17° (圖1中采用較佳的角度17° );所述第二葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線的夾角a2為第二葉子的葉面沿軸線逆時針旋轉(zhuǎn)10° -15° (圖1中采用較佳的角度15° );所述第三葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線的夾角a3為第三葉子的頁面沿軸線逆時針旋轉(zhuǎn)10° -15° (圖1中采用較佳的角度15° )，所述第四葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線的夾角a3為第四葉子的頁面沿軸線逆時針旋轉(zhuǎn)14° -18°(圖1中采用較佳的角度18° )，采用槳前預(yù)旋原理，重點在于降低螺旋槳尾流場因旋轉(zhuǎn)而損失的能量，提高螺旋槳推進(jìn)效率。
[0039]再請參見圖3所示，第一葉子11的厚度比、第二葉子12的厚度比、第三葉子13的厚度比以及第四葉子14的厚度比相等，厚度比的范圍在7-9之間，弧形導(dǎo)板15的厚度比為
7。需要說明的是，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的情況下，厚度比越小越好，可以減小摩擦阻力，上面所定的厚度比是通過有限元軟件進(jìn)行計算的得到的。
[0040]本發(fā)明由4片完全非對稱布置的葉子和弧形導(dǎo)板組成，葉子的剖面形狀和導(dǎo)板的剖面形狀選取NACA翼形中阻升比小的系列，其強(qiáng)度需要根據(jù)葉子和導(dǎo)板所受動載荷進(jìn)行核算。預(yù)旋扇形導(dǎo)管的布置見圖1，其基本布置原則是針對常規(guī)的右旋單槳船左側(cè)2片葉子，右側(cè)2片葉子。
[0041]根據(jù)我們的研究，葉子的長度也要在一定的范圍內(nèi)才能保證良好的節(jié)能效果，葉子的外梢端要在90%R-105%R的范圍內(nèi)，其中R為螺旋槳半徑。
[0042]該設(shè)備加裝于螺旋槳前的船體上，通過改變流場方向來產(chǎn)生槳前的預(yù)旋轉(zhuǎn)流場，從而達(dá)到減少能量損失，提高螺旋槳推進(jìn)效率的目的。在針對船舶尾流場特點進(jìn)行詳細(xì)的葉子布置和旋轉(zhuǎn)角度優(yōu)化以后，可以達(dá)到可觀的節(jié)能效果。同時，要結(jié)合尾部的水動力載荷和船體運動來確定葉子和三角導(dǎo)管上的動載荷，進(jìn)而校核強(qiáng)度。
[0043]例如:本發(fā)明的預(yù)旋扇形導(dǎo)管應(yīng)用CFD軟件進(jìn)行葉子布置和角度優(yōu)化后，安裝于38800dwt散貨船上，在HSVA進(jìn)行船模試驗，預(yù)報結(jié)果:在14節(jié)，減少功率消耗2%。
[0044]需要說明的是，所述四片葉子以及弧形導(dǎo)板的剖面均為機(jī)翼型剖面，機(jī)翼型剖面的定義如圖4所示，其中，81為機(jī)翼型剖面的葉面、82為機(jī)翼型剖面的葉背、83為機(jī)翼型剖面的導(dǎo)邊、84為機(jī)翼型剖面的隨邊。
[0045]本【技術(shù)領(lǐng)域】中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明的目的，而并非用作對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于右旋單槳船的預(yù)旋扇形導(dǎo)管，設(shè)于船尾的螺旋槳以及船體之間，其特征在于: 由第一至第四葉子以及弧形導(dǎo)板組成；從螺旋槳后側(cè)看，螺旋槳槳轂縱向中心線左側(cè)從上到下依次設(shè)有第二葉子以及第一葉子，右側(cè)從上到下依次設(shè)有第三葉子以及第四葉子，所述第一葉子、第二葉子、第三葉子以及第四葉子的長度相等；所述第一葉子的葉根、第二葉子的葉根、第三葉子的葉根以及第四葉子的葉根分別與螺旋槳軸套外側(cè)固定連接；弧形導(dǎo)板的葉背分別與第一葉子的葉梢、第二葉子的葉梢、第三葉子的葉梢以及第四葉子的葉梢固定連接； 所述第一葉子的剖面、第二葉子的剖面、第三葉子的剖面、第四葉子的剖面以及導(dǎo)板的剖面均為機(jī)翼型剖面； 所述第一葉子的導(dǎo)邊、第二葉子的導(dǎo)邊、第三葉子的導(dǎo)邊、第四葉子的導(dǎo)邊以及弧形導(dǎo)板的導(dǎo)邊均與船體側(cè)相對；第一葉子的隨邊、第二葉子的隨邊、第三葉子的隨邊、第四葉子的隨邊以及導(dǎo)板的隨邊均與螺旋槳側(cè)相對； 所述第一葉子的葉面朝下，葉背朝上； 所述第四葉子的葉面朝上，葉背朝下； 所述第二葉子的葉面與第一葉子的葉背相對； 所述第三葉子的葉背與第四葉子的葉面相對； 所述第一葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角范圍為70° -80°，所述第二葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角范圍為25° -30°，所述第三葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角范圍為35° -45°，所述第四葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角范圍為70° -80°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)旋扇形導(dǎo)管，其特征在于: 從葉根往葉梢的方向看，所述第一葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉(zhuǎn)，所述第一葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構(gòu)成夾角，該夾角的范圍為12° -17° ；從葉根往葉梢的方向看，所述第二葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉(zhuǎn)，所述第二葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構(gòu)成夾角，該夾角范圍為10° -15° ；從葉根往葉梢的方向看，所述第三葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉(zhuǎn)，所述第三葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構(gòu)成夾角，該夾角范圍為10° -15° ；從葉根往葉梢的方向看，所述第四葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉(zhuǎn)，所述第四葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構(gòu)成夾角，該夾角范圍為14° -18°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)旋扇形導(dǎo)管，其特征在于: 所述第一葉子的厚度比、第二葉子的厚度比、第三葉子的厚度比以及第四葉子的厚度比相等，所述厚度比的范圍為7-9。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)旋扇形導(dǎo)管，其特征在于: 所述弧形導(dǎo)板的厚度比為7。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)旋扇形導(dǎo)管，其特征在于: 所述第四葉子的長度為螺旋槳半徑的90%-105%。
【文檔編號】B63H1/28GK103770919SQ201410032595
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】周志勇, 王剛毅, 程宣愷, 陸琛亮 申請人:上海船舶研究設(shè)計院