CN113291449A - 适伴流高效轴支架结构 - Google Patents

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高斌
周妍
肖留勇
陈晓晨
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/32—Other parts
    • B63H23/34—Propeller shafts; Paddle-wheel shafts; Attachment of propellers on shafts

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Abstract

本发明公开了一种适伴流高效轴支架结构，其包括两个用于支撑船舶推进轴系的支架臂，船舶推进轴系包括轴包套，支架臂的两端分别固接于轴包套和船体；两个支架臂分别设于船舶尾部流场的伴流最大处的两侧。本发明可以在不增加设备的情况下达到节能减排作用。

Description

适伴流高效轴支架结构
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，特别涉及一种适伴流高效轴支架结构。
背景技术
采用双螺旋桨或多螺旋桨的船舶通常有一段轴系延伸至主船体以外，需要提供额外的支撑。现有技术中，通常采用轴支架将推进轴系与船体连接，以起到支撑作用。但现有轴支架会导致船舶伴流变差，对螺旋桨的推进效率也有不利影响。
节能减排是当今大势所趋，许多船舶都增加了节能装置。
现有的一种节能装置是预旋导叶，预旋导叶就是在螺旋桨前方安装使得水流反螺旋桨方向的旋转。预旋导叶外形轮廓和轴支架有相似之处，但是不具备支撑作用。
现有的另一种节能装置是导轮，在预旋导叶的基础上，在导叶之间增加弧形的翼型进行连接，以此来增加节能效果。
对于现有轴支架而言，在不增加任何附属装置的情况下，还无法实现节能的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种适伴流高效轴支架结构。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种适伴流高效轴支架结构，其包括两个用于支撑船舶推进轴系的支架臂，船舶推进轴系包括轴包套，支架臂的两端分别固接于轴包套和船体；两个支架臂分别设于船舶尾部流场的伴流最大处的两侧；两个支架臂形成的夹角的角平分线与船舶尾部流场的伴流最大处的夹角不大于20°。
支架臂位于船舶尾部流场的伴流最大处和伴流最小处之间。
支架臂和流经支架臂的水流的流向之间的夹角小于12°。
优选方案，支架臂和流经支架臂的水流的流向之间的夹角为3°～6°。
两个支架臂的夹角小于180°。
两个支架臂的夹角小于90°时，两支架臂的交点位于轴包套的轴心的下方。
两个支架臂的夹角越小，两支架臂的交点位置越是在轴心的下方。
船舶推进轴系包括固接有螺旋桨的转轴，轴包套套设于转轴。
支架臂的前端和后端的连线为支架臂的对称中心线，支架臂在对称中心线两侧的侧面均为流线型。
支架臂与轴包套之间、支架臂与船体之间均为焊接连接。
本发明的有益效果在于：本发明的轴支架可以在不增加设备的情况下达到节能减排作用。本发明从伴流特点的分析来确定轴支架的具体布置，将更容易得到减阻提高效率的节能支架，适合不同船型的，在不同船型上均能得到相对较好结果。本发明中确定支架臂和流经支架臂的水流的流向之间的夹角，可以改善轴支架阻力，为提高螺旋桨效率提供了可靠的方案。本发明适伴流高效轴支架结构，降低现有轴支架对伴流的不利影响，在不增加任何附属装置的情况下，提高螺旋桨推进效率，实现节能减排的功能。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的结构示意图。
图2为图1中A-A剖视示意图。
具体实施方式
下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
如图1和图2所示，一种适伴流高效轴支架结构，其包括两个用于支撑船舶推进轴系的支架臂10。船舶推进轴系包括轴包套20和固接有螺旋桨21的转轴22，轴包套20套设于转轴22。支架臂10的两端分别固接于轴包套20和船体30。
支架臂10的前端和后端的连线为支架臂的对称中心线，支架臂在对称中心线两侧的侧面均为流线型。支架臂的前端和后端分别朝向船首和船尾。
支架臂10与轴包套20之间、支架臂10与船体30之间均为焊接连接。
两个支架臂10分别设于船舶尾部流场的伴流最大处51的两侧；两个支架臂10形成的夹角的角平分线50与船舶尾部流场的伴流最大处51的夹角α不大于20°。
两个支架臂的夹角小于180°。两个支架臂的夹角小于90°时，两支架臂的交点位于轴包套的轴心的下方。两个支架臂的夹角越小，两支架臂的交点位置越是在轴心的下方。
支架臂位于船舶尾部流场的伴流最大处和伴流最小处(图上未示出)之间。
支架臂和流经支架臂的水流的流向之间的夹角小于12°。优选方案，支架臂和流经支架臂的水流的流向之间的夹角为3°～6°。
对于船舶而言，船舶尾部流场的伴流最大处和伴流最小处是确定的。在船舶模型的水池试验中，可以通过仪器(比如五孔毕托管)测定船舶尾部螺旋桨处的伴流值，形成船舶尾部伴流分布图。根据船舶尾部伴流分布图，就可以确定船舶尾部流场的伴流最大处和伴流最小处。
在船舶模型的水池试验中，通过计算流体力学(CFD)软件进行计算，可以得到流经支架臂的水流的流向。
因此，对于具体的某艘船舶而言，其船舶尾部流场的伴流最大处和伴流最小处是确定的，流经支架臂的水流的流向也是确定的。
在提高螺旋桨效率方面，具体实施措施是，找到伴流最大处的位置，以此位置为中心，在两侧布置支架臂，这两个支架臂的布置位置就处于伴流非最大也非最小的区域。两个支架臂的中心位置和伴流过大位置要接近，但不要求完全一样。
依本专利的方式布置的轴支架，对于伴流不均衡比较严重的船舶，可以起到平衡伴流效果，可以从伴流好的区域适度引流到伴流不好区域，通过平衡伴流来改善推进性能。
对于伴流比较均衡的船舶，通过轴支架向规定方向偏转达到预旋作用来提高效率，以改善推进性能。
当轴支架不以伴流分布来布置时，如果支架臂直接设置在伴流最大位置附近，那么该支架臂周围找不到伴流小的地方，就达不到平衡伴流效果，节能效果就差。
如果支架臂设置在伴流非常小的区域，就无法把伴流小区域的水流引流到伴流大的区域，无法起到平衡伴流效果，螺旋桨的受力依然不均衡，会引发效率降低等不好的结果。
因此，适伴流的轴支架布置和伴流的相对位置以及角度等设置有一定的取值范围和较固定的安装位置。
但是，每条船，由于线型不一样，伴流的峰值区域不一样，所以适伴流的轴支架布置和船体的相对位置，以及角度等设置会根据船型有一定的变化。而传统的轴支架布置都不考虑伴流的作用和伴流的变化。而唯有根据不同船型的不同伴流来设置的适伴流轴支架设置才能有更好的效果。
在支架臂和轴包套连接处，在两支架臂的夹角小于90度的情况下，应保证两者间距不因支架厚度问题而导致的在轴包套连接处的间距过小。间距过小很可能会引起该处流态出现问题，从而在阻力效率、空泡等方面引起问题。通过改善间距，来改善轴包套附近的流态，一定程度上对推进方面的整体性能起一定作用。为此，在两支架臂的夹角小于90度的情况下，两支架臂的交点位于轴心下方。角度越小，交点位置越是在轴心的下方。
在阻力改善方面，依据流水方向，实际流体对支架臂的夹角不应该过大，也不应该太小。支架臂和流经支架臂的水流的流向之间的夹角小于12，优选在3-6度之间。过小的角度不利于改善流场，提高效率。
本发明的优点在于可以在不增加设备的情况下达到节能减排作用，也对轴支架设置提供了理论依据。
本发明从伴流特点的分析来确定轴支架的具体布置，将更容易得到减阻提高效率的节能支架，适合不同船型的，在不同船型上均能得到相对较好结果。
本发明中确定支架臂和流经支架臂的水流的流向之间的夹角，可以改善轴支架阻力，为提高螺旋桨效率提供了可靠的方案。
本发明中支架臂和轴包套的连接方式，可以改善螺旋桨根部的伴流，减少可能引起的问题，增加节能效果。
本发明适伴流高效轴支架结构，降低现有轴支架对伴流的不利影响，在不增加任何附属装置的情况下，提高螺旋桨推进效率，实现节能减排的功能。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适伴流高效轴支架结构，其包括两个用于支撑船舶推进轴系的支架臂，船舶推进轴系包括轴包套，支架臂的两端分别固接于轴包套和船体；其特征在于，两个支架臂分别设于船舶尾部流场的伴流最大处的两侧；两个支架臂形成的夹角的角平分线与船舶尾部流场的伴流最大处的夹角不大于20°。
2.如权利要求1所述的适伴流高效轴支架结构，其特征在于，支架臂位于船舶尾部流场的伴流最大处和伴流最小处之间。
3.如权利要求1所述的适伴流高效轴支架结构，其特征在于，支架臂和流经支架臂的水流的流向之间的夹角小于12°。
4.如权利要求3所述的适伴流高效轴支架结构，其特征在于，支架臂和流经支架臂的水流的流向之间的夹角为3°～6°。
5.如权利要求1所述的适伴流高效轴支架结构，其特征在于，两个支架臂的夹角小于180°。
6.如权利要求5所述的适伴流高效轴支架结构，其特征在于，两个支架臂的夹角小于90°时，两支架臂的交点位于轴包套的轴心的下方。
7.如权利要求6所述的适伴流高效轴支架结构，其特征在于，两个支架臂的夹角越小，两支架臂的交点位置越是在轴心的下方。
8.如权利要求1所述的适伴流高效轴支架结构，其特征在于，船舶推进轴系包括固接有螺旋桨的转轴，轴包套套设于转轴。
9.如权利要求8所述的适伴流高效轴支架结构，其特征在于，支架臂的前端和后端的连线为支架臂的对称中心线，支架臂在对称中心线两侧的侧面均为流线型。
10.如权利要求1所述的适伴流高效轴支架结构，其特征在于，支架臂与轴包套之间、支架臂与船体之间均为焊接连接。
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