CN111776177A - 一种新型桨后节能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型桨后节能装置，包括安装于螺旋桨桨轴上的桨帽,所述桨帽沿外缘周向设有若干鳍片。本发明采用CFD计算分析和模型试验技术相结合的方式，对鳍片的外形轮廓线、剖面形式、安装角度进行优化设计，以获得具有较佳节能效果，同时又结构简单、易于加工、安装精度容易把控，仅在原有桨帽上增加了部分鳍片，成本增加有限。
Description
技术领域
本发明属于螺旋桨、具体涉及一种新型桨后节能装置。
背景技术
随着EEDI(船舶消耗的能量换算成CO2排量和船舶有效能量换算成CO2排量的比例指数)的提出，各种降低船舶能耗的方法被采用，其中船舶附体节能技术在船舶节能减排方面起到了非常重要的作用。船舶节能附体具有投资少见效快，适应性广的特点，既可以安装在新造船上，又可用于旧船改造中，因而在近些年的修、造船领域都得到了广泛的应用。船舶节能技术也得到了较快的发展。
而应用比较广泛的桨后节能附体形式包括：舵球、舵球鳍、扭曲舵等。这些节能装置通过整流或产生与螺旋桨旋向相反的预旋流的方式对螺旋桨产生作用，从而提高推进效率，达到降低船舶能耗的效果。
然而在实际应用中，也发现这些节能装置的一些局限性。例如舵球需要有足够的空间安装，且对螺旋桨拆卸造成一定的不便，扭曲舵形状复杂，对精度要求较高，效果应船而异，舵球鳍对安装工艺要求比较高，因而安装成本较高且不便于在旧船改造中选用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型桨后节能装置，具有回收螺旋桨毂涡中损失的能量，且结构简单，易于安装、成本低廉。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种新型桨后节能装置，包括安装于螺旋桨桨轴上的桨帽,所述桨帽沿外缘周向设有若干鳍片。
所述鳍片数量与螺旋桨数量相同。
所述鳍片的螺距角不大于螺旋桨根部的螺距角。
所述鳍片的螺距角较螺旋桨根部的螺距角小0-8度。
所述桨帽的直径与螺旋桨的直径比值在0.15～0.35。
所述鳍片弦长C设计为:C＝(L-H)/sinθ,式中，L为桨帽的长度，H为桨帽上留足安装螺母所需的长度，θ为鳍片的螺距角。
所述鳍片的中心线上标有定位标记，以在桨帽装配后与螺旋桨叶片的参考线之间构成所需的相位角，该相位角的确定为保持螺旋桨静止，桨帽按顺时针方向装配转动至桨帽鳍片往螺旋桨方向延长并处于螺旋桨两叶片中间位置时，鳍片的中心线与桨轴组成的平面和螺旋桨参考线与桨轴组成的平面之间所形成的夹角。
所述鳍片剖面为NACA剖面或其变形剖面，展向轮廓为近似矩形或弧形轮廓，所述近似矩形轮廓的梢部呈圆弧角过度。
所述鳍片的展向平面垂直桨帽的外端边沿曲面，鳍片与桨帽的内端边沿留有间隙。
采用本发明的一种新型桨后节能装置，在常规船后螺旋桨桨帽基础上进行改进设计，沿着桨帽圆周方向增加一定数量的小鳍片，采用CFD计算分析和模型试验技术相结合的方式，对鳍片的外形轮廓线、剖面形式、安装角度进行优化设计，以获得具有较佳节能效果，同时又结构简单、易于加工安装，可供推广应用的节能桨帽。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对发明进行详细说明：
图1是本发明的桨后节能装置与螺旋桨的装配示意图；
图2是本发明的桨后节能装置的结构示意图；
图3是本发明的桨后节能装置与螺旋桨的装配局部侧视示意图。
具体实施方式
本发明的新型桨后节能装置如图1-3所示，与现有技术相同的是，同样也包括安装于螺旋桨1桨轴上的桨帽2,起到保护螺旋桨1轴端零部件的作用，不同的是，所述桨帽2沿外缘周向还设有若干鳍片3。该鳍片3的数量根据所配合螺旋桨叶数量变化而不同。该鳍片3具有一定的型值和厚度，保证其结构强度，并以一定的螺距角θ均匀分布在桨帽2边沿。鳍片3稍部有圆弧过渡，从而减少来流的冲击等不利影响。鳍片3设计有合理的角度以回收螺旋桨1毂涡中的部分能量，产生一定的附加推力。设计合理的纵倾角度和侧斜角度，可以使得矩形轮廓向弧形轮廓渐变，以改善螺旋桨1桨前进流，从而提高螺旋桨1推进效率。上述改进是本发明先经过CFD的参数化优化设计，甄选出具有实际应用性的、节能效果较好的若干设计方案，再对这部分设计方案采用模型试验技术进行定量评估，获得最终设计，具体如下：
1、所述的鳍片3数量与所配螺旋桨1叶数对应，一般与螺旋桨1叶数相同，这样使得各鳍片3与桨的相互影响能够更佳均衡，通过试验对比也发现叶片数目相同时节能效果更好。
2、β是螺旋桨1的根部螺距角，θ角是桨帽2鳍片3的螺距角，通过论计算分析和模型试验发现，鳍片3的螺距角θ与所配合的螺旋桨1的根部螺距角β有密切关联，该角度θ过大使得扭矩增加，过小也会吸收螺旋桨1毂涡能量不足，因此，所述鳍片3的螺距角不大于螺旋桨1根部的螺距角，较佳的，所述鳍片3的螺距角θ较螺旋桨1根部的螺距角β小0-8度。
3、桨帽2的直径D是以桨帽2圆心为圆心，到鳍片3顶端为半径的圆所在的直径，这是一个重要的设计参数，它与所配螺旋桨1的直径Dp有一定的比例关系，直径过小会使得吸收螺旋桨1毂涡能量不足，而直径过大，会产生额外的扭矩降低节能效果。通过论计算分析和模型试验设计，该桨帽2的直径与螺旋桨1直径比值D/Dp在0.15-0.35，其节能效果较好。
4、鳍片3弦长C是设计时考虑的重要参数之一，鳍片3过长会产生额外阻力，过短影响毂涡能量的吸收。通过论计算分析和模型试验设计，该所述鳍片3弦长C设计为:C＝(L-H)/sinθ,式中，L为桨帽2的长度，H为桨帽2上留足安装螺母所需的长度，θ为鳍片3的螺距角。
所述鳍片3中心线L1是重要的定位基准，它与螺旋桨1叶片的参考线L2一起作为装配时的定位标记线(预先做好标识)，这两者之间成一定的相位角。该角度由以下方式确定：将桨帽2装配到螺旋桨1上，保持螺旋桨1不动，按顺时针方向转动桨帽2，使得桨帽2的鳍片3往螺旋桨1方向延长，处于螺旋桨1两叶片中间位置，记下此时鳍片3的中心线与桨轴组成的平面和螺旋桨1的参考线与桨轴组成的平面之间形成的夹角φ，即为相位角。用此方法确定的相位角，对于毂涡能量的吸收最为有利，偏大或偏小都会影响节能效果。
所述鳍片3剖面S采用NACA剖面或其变形剖面，展向轮廓为近似矩形或弧形轮廓，当采用近似矩形轮廓时，则其梢部呈圆弧角过度。所述鳍片3的展向平面垂直桨帽2的外端边沿曲面，鳍片3与桨帽2的内端边沿留有间隙h。如此设计，既可以改善来流的冲击，同时也有利于机械布置设计。
但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (9)
1.一种新型桨后节能装置，包括安装于螺旋桨桨轴上的桨帽,其特征在于：所述桨帽沿外缘周向设有若干鳍片。
2.根据权利要求1所述的一种新型桨后节能装置，其特征在于：所述鳍片数量与螺旋桨数量相同。
3.根据权利要求1所述的一种新型桨后节能装置，其特征在于：所述鳍片的螺距角不大于螺旋桨根部的螺距角。
4.根据权利要求3所述的一种新型桨后节能装置，其特征在于：所述鳍片的螺距角较螺旋桨根部的螺距角小0-8度。
5.根据权利要求1所述的一种新型桨后节能装置，其特征在于：所述桨帽的直径与螺旋桨的直径比值在0.15-0.35。
6.根据权利要求1所述的一种新型桨后节能装置，其特征在于：所述鳍片弦长C设计为:C＝(L-H)/sinθ,式中，L为桨帽的长度，H为桨帽上留足安装螺母所需的长度，θ为鳍片的螺距角。
7.根据权利要求1所述的一种新型桨后节能装置，其特征在于：所述鳍片的中心线及螺旋桨叶片的参考线上均标设有定位标记，以在桨帽装配后与螺旋桨叶片的参考线之间构成所需的相位角，该相位角的确定为保持螺旋桨静止，桨帽按顺时针方向装配转动至桨帽鳍片往螺旋桨方向延长并处于螺旋桨两叶片中间位置时，鳍片的中心线与桨轴组成的平面和螺旋桨参考线与桨轴组成的平面之间所形成的夹角。
8.根据权利要求1所述的一种新型桨后节能装置，其特征在于：所述鳍片剖面为NACA剖面或其变形剖面，展向轮廓为近似矩形或弧形轮廓，所属近似矩形轮廓的梢部呈圆弧角过度。
9.根据权利要求8所述的一种新型桨后节能装置，其特征在于：所述鳍片的展向平面垂直桨帽的外端边沿曲面，鳍片与桨帽的内端边沿留有间隙。
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