CN104828226A - 一种船舶水动力辅助推进节能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶水动力辅助推进节能装置，节能装置设置于螺旋桨前方且与螺旋桨旋转方向相对的船体外一侧；包括两支臂、第一水翼、第二水翼；两支臂呈水翼型，且一端分别与船体外板固定连接；第一水翼呈半圆环状，且第一水翼的半圆环两端分别与两支臂另一端固定连接，呈一扇形结构；第二水翼一端固定于第一水翼外侧，另一端以螺旋桨轴线为中心，向外侧呈放射状分布，第二水翼与螺旋桨轴线最远距离等于螺旋桨半径。本发明通过第一水翼使得进入螺旋桨小半径范围内的、特别是靠近螺旋桨桨毂的流动均匀化，第二水翼改变进入螺旋桨大半径范围内的流动方向，形成与螺旋桨旋转方向相反的切向流动，以便提高螺旋桨的推进效率。

Description

一种船舶水动力辅助推进节能装置

技术领域

本发明涉及一种节能装置，尤其涉及一种适合于桨前流动的、可提供螺旋桨预旋的一种船舶水动力辅助推进节能装置。

背景技术

随着全世界温室效应的日益加剧，IMO(国际海事组织)对于船舶航行中节能减排提出了更高的要求，主要体现为两个方面的定量限制，一是船舶设计中的减排要求为EEDI(船舶能效指数)指数，二是船舶航行中的减排要求为EEOI(船舶能效营运指数)指数。其中前者要求到2025年新船的EEDI(船舶能效指数)指数降低30％。无疑，如此短的时间内，要达到该减排目标，对船舶设计、水动力性能研究都将是极其严峻的挑战。为此，造船界全面动员，采取各种措施，其中，船舶水动力节能技术就是一种非常重要的、有效的减排措施。

水动力节能技术并非一种全新的技术，过去四十年，世界上已经有大量的此类技术被开发并成功应用于实船。但是，随着船舶型线技术的发展，新的船型使得原有的船舶水动力节能技术的作用逐渐变弱，需要发展适合新船型的水动力技术。同时，由于计算流体动力学技术发展，船舶周围流动信息的细节已经普遍容易获得，在目前条件下，一方面节能技术原理进一步清晰，另一方面流动细节可以指导水动力节能装置的详细的优化。所以，提供一种新型的水动力辅助推进节能装置，成了亟须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种船舶水动力辅助推进节能装置，通过第一水翼使得进入螺旋桨小半径范围内的、特别是靠近螺旋桨桨毂的流动均匀化，第二水翼改变进入螺旋桨大半径范围内的流动方向，形成与螺旋桨旋转方向相反的切向流动，以便提高螺旋桨的推进效率，最终达到在相同航速时所需的主机功率降低的目的。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种船舶水动力辅助推进节能装置，所述节能装置设置于螺旋桨前方且与所述螺旋桨旋转方向相对的船体外一侧；包括两支臂、第一水翼、第二水翼；

所述两支臂呈水翼型，且一端分别与所述船体外板固定连接；

所述第一水翼呈半圆环状，且所述第一水翼的半圆环两端分别与所述两支臂另一端固定连接，呈一扇形结构。

上述的一种船舶水动力辅助推进节能装置，其中，还包括第二水翼，所述第二水翼一端固定于所述第一水翼外侧，另一端以所述螺旋桨轴线为中心，向外侧呈放射状分布。

上述的一种船舶水动力辅助推进节能装置，其中，所述第二水翼与所述螺旋桨轴线最远距离等于螺旋桨半径。

上述的一种船舶水动力辅助推进节能装置，其中，所述第一水翼的半圆环半径与所述第二水翼展长比为3:7～7:3。

上述的一种船舶水动力辅助推进节能装置，其中，所述第二水翼与其前行方向的夹角为-15°～+15°。

上述的一种船舶水动力辅助推进节能装置，其中，所述第二水翼数量为2～4片。

采用以上技术方案，能够达到如下有益效果：

1、第一水翼呈半圆环状，能够使得进入螺旋桨小半径范围内的、特别是靠近螺旋桨桨毂的流动均匀化，从而提高螺旋桨的推进效率，最终达到在相同航速时所需的主机功率降低的目的；

2、第二水翼呈放射状分布，能够改变进入螺旋桨大半径范围内的流动方向，形成与螺旋桨旋转方向相反的切向流动，以便提高螺旋桨的推进效率，最终达到在相同航速时所需的主机功率降低的目的。

附图说明

图1是本发明一种船舶水动力辅助推进节能装置的结构示意图；

图2是本发明与船舶位置关系示意图；

图3是本发明的第一水翼的剖面图；

图4是本发明的第二水翼的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1和图2所示，一种船舶水动力辅助推进节能装置，节能装置设置于螺旋桨与船头之间的船舶尾部，且与螺旋桨旋转方向相对的船体100外一侧；包括两支臂3和第一水翼1；具体的，如图1所示，两支臂3呈水翼型，且一端分别与船体100外表面固定连接；第一水翼1呈半圆环状，且第一水翼1的半圆环两端分别与两支臂3另一端固定连接，呈一扇形结构，其中，第一水翼1的剖面图具体如图3所示(其中，A面为内，B面为外)。

本发明实施例中，节能装置设置于螺旋桨前方且与螺旋桨旋转方向相对的船体100外一侧，通常是一种不对称结构，对右旋螺旋桨，安装在桨前左舷，对左旋螺旋桨，安装在桨前右舷；第一水翼1呈半圆环状，主要是为了使得进入螺旋桨小半径范围内的、特别是靠近螺旋桨桨毂的流动均匀化，以便提高螺旋桨的推进效率，最终达到在相同航速时所需的主机功率降低的目的。

本发明在上述基础上，还具备以下实施方式：

如图1和图2所示，第二水翼2一端固定于第一水翼1外侧，另一端以螺旋桨轴线为中心，向外侧呈放射状分布，其中，第二水翼的剖面图具体如图4所示(a面为翼背，b面为翼面)；第二水翼2与螺旋桨轴线最远距离等于螺旋桨半径。

本发明较佳的实施例中，第二水翼2一端固定于第一水翼1外侧，另一端以螺旋桨轴线为中心，向外侧呈放射状分布，且第二水翼2与螺旋桨轴线最远距离等于螺旋桨半径，数量为2～4片，主要作用是改变进入螺旋桨大半径范围内的流动方向，形成与螺旋桨旋转方向相反的切向流动，以便提高螺旋桨的推进效率，最终达到在相同航速时所需的主机功率降低的目的。

本发明较佳的实施例中，第一水翼1的半圆环半径与第二水翼2展长比为3:7～7:3，第二水翼2与其前行方向的夹角(即相当于安装角度，导缘朝下、尾缘朝上为正)为-15°～+15°，以便更好地适应不同类型的螺旋桨以及水流环境。

本发明具体设计如下：

第一，根据桨前船尾的几何外形和流动特点，首先，确定节能装置与螺旋桨盘面的轴向距离；第二，确定第一水翼1与第二水翼2在螺旋桨半径方向的尺寸比例，第一水翼1的半圆环半径与第二水翼展长之比通常在3:7～7:3的范围内；第三，确定第二水翼2相对螺旋桨的周向布置的角度位置和对流动的俯仰角度(相当于安装角度，导缘朝下、尾缘朝上为正)，俯仰角度通常在-15°～+15°范围内；第四，根据船体可安装的条件，确定第一水翼1周向的尺寸，即第一水翼1的半圆环的两端位置，由此，确定两根支臂3的周向位置。

上述过程，通常根据目标船型的流动数值计算的结果进行设计，设计方案最后的节能效果通常需要经过水池模型试验验证。有时，根据水池试验结果与数值计算结果之间的差异，对节能装置方案进行优化、调整，最终由模型试验验证的、达到或超过预期节能效果的方案提供实船实施。

以下是应用本专利技术设计的新型水动力辅助推进节能装置应用于一型液货船的案例。

首先，根据市场调研和船东需求，确定一型目标船，主要尺度和技术指标如下：

总长：227m

型宽：36.6m

设计吃水：11.4m

排水量：67700t

航速16.8kn

螺旋桨直径：7.5m

螺旋桨设计转速：90r/min

然后，确定水动力节能装置最佳实施方案如下：

节能装置尾缘到桨盘面的纵向距离为1.369m；

第一水翼1展向形状采用圆形，沿着展向弦长不变，为1.3m；

第一水翼1圆环半径与第二水翼2展长之比为1：1；

第二水翼2采用3根，其中，一根在螺旋桨轴线所在水平面内布置，另

外2根分别布置成与已定的一根朝上45°和朝下60°角；

第一水翼1展向为105°的圆弧；

上下2根支臂3的长度分别为2.9m和2.39m。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种船舶水动力辅助推进节能装置，其特征在于：所述节能装置设置于螺旋桨与船头之间的船舶尾部，且与所述螺旋桨旋转方向相对的船体外一侧；所述节能装置包括两支臂和第一水翼；

所述两支臂呈水翼型，且一端分别与所述船体外表面固定连接；

所述第一水翼呈半圆环状，且所述第一水翼的半圆环两端分别与所述两支臂另一端固定连接，呈一扇形结构。

2.根据权利要求1所述的一种船舶水动力辅助推进节能装置，其特征在于：还包括第二水翼，所述第二水翼一端固定于所述第一水翼外侧，另一端以所述螺旋桨轴线为中心，向外侧呈放射状分布。

3.根据权利要求2所述的一种船舶水动力辅助推进节能装置，其特征在于：所述第二水翼与所述螺旋桨轴线最远距离等于螺旋桨半径。

4.根据权利要求2所述的一种船舶水动力辅助推进节能装置，其特征在于：所述第一水翼的半圆环半径与所述第二水翼展长比为3:7～7:3。

5.根据权利要求2所述的一种船舶水动力辅助推进节能装置，其特征在于：所述第二水翼与其前行方向的夹角为-15°～+15°。

6.根据权利要求2所述的一种船舶水动力辅助推进节能装置，其特征在于：所述第二水翼数量为2～4片。