[发明专利]船舶用桨后尾涡回收装置

说明书

本发明公开了一种船舶用桨后尾涡回收装置，其设于船体尾部，船体尾部设有螺旋桨和挂舵臂，挂舵臂位于螺旋桨后方；挂舵臂上设有可在螺旋桨旋转时被动旋转的自由叶轮，自由叶轮位于挂舵臂和螺旋桨之间；自由叶轮包括自由叶轮毂部和固设于自由叶轮毂部的自由叶轮叶片；自由叶轮毂部和螺旋桨桨毂不接触；自由叶轮毂部的旋转轴线和螺旋桨桨毂的旋转轴线重合；自由叶轮的直径不小于螺旋桨的直径。本发明在挂舵臂上设置自由叶轮，该自由叶轮无需动力装置进行驱动，仅靠桨盘面内部分回收螺旋桨尾流驱动，实现了更好的节能效果。

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，特别涉及一种船舶用桨后尾涡回收装置。

背景技术

现有所有民用运营船舶中，螺旋桨是应用最广泛的推进形式。常规的螺旋桨推进系统如图1所示，船体90尾部设有螺旋桨91和挂舵臂92。螺旋桨91旋转推动船舶前进时，螺旋桨运作导致的旋转尾流状况如图1所示。图1中螺旋桨后的螺旋线93表示由于螺旋桨运作导致的旋转尾流，边界线94表示旋转尾流的边界。从螺旋桨推动船体前进的原理讲，水平向后推动的水流是螺旋桨有效做功的部分，而尾流的旋转则是浪费能量的部分。

现有技术中，对于螺旋桨尾涡旋转能量回收的装置中，主要分为两种附体形式。

第一种附体为毂帽鳍，该节能附体固定于螺旋桨轴末端，随螺旋桨进行旋转，通过其上叶片对水流进行扰动来实现节能的目的。其动力来源于轴的带动，即是说需要船舶主机提供功率来进行驱动，同时其重量和受力都通过刚体连接的形式传导至螺旋桨主轴。由于其特有的安装位置，该附体所受重力虽然有限，但力臂很长，其存在对桨轴、轴承及其他相关联结结构的强度及受力特点都是显著的限制因素。同时根据试验测量结果，该节能附体的节能效果通常为2％左右，并不可观。

第二种是附着在舵上的附体结构，如舵球、舵附推力鳍、扭曲舵等。该类结构为固定结构物，不需要旋转，因此也就不需要动力驱动，其节能的主要原理在于使附体在螺旋桨尾流中旋转时受到的附加推力大于因其存在而引起的阻力，或因其本身存在而使舵受到的阻力减小，但究其根本是通过增加附体或改变形状来适应螺旋桨的旋转尾流。然而此类附体通常为避免造成过多的阻力增加而局限于某一局部区域，绝大部分螺旋桨旋转尾流中的能量并没有进行回收，因此其节能效果也就有限。据统计，其节能效果通常在0.5％-1.5％的水平。此外，由于其结构为内部骨架外部蒙皮的特征及其与舵的刚性连接形式，使得兼顾强度的结构设计形式也成为其限制因素之一。

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，提供一种船舶用桨后尾涡回收装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种船舶用桨后尾涡回收装置，其设于船体尾部，船体尾部设有螺旋桨和挂舵臂，挂舵臂位于螺旋桨后方；挂舵臂上设有可在螺旋桨旋转时被动旋转的自由叶轮，自由叶轮位于挂舵臂和螺旋桨之间；自由叶轮包括自由叶轮毂部和固设于自由叶轮毂部的自由叶轮叶片；自由叶轮毂部和螺旋桨桨毂不接触；自由叶轮毂部的旋转轴线和螺旋桨桨毂的旋转轴线重合；自由叶轮的直径不小于螺旋桨的直径。

挂舵臂上设有轴系系统，自由叶轮毂部轴接于轴系系统。

自由叶轮毂部和轴系系统为水密连接。

轴系系统的前端部为圆形，自由叶轮毂部后端部的直径不小于轴系系统前端部的直径。

自由叶轮毂部前端部的直径不大于螺旋桨桨毂后端的直径。

挂舵臂前端与自由叶轮叶片的距离不小于10mm。

自由叶轮的直径为螺旋桨的直径的1.1～1.7倍。

自由叶轮叶片的数量为3～13片。

螺旋桨桨叶的数量为3～7片。

挂舵臂的底部位于螺旋桨桨毂的旋转轴线的下方。