CN103803040A

CN103803040A - 螺旋桨桨毂消涡轮

Info

Publication number: CN103803040A
Application number: CN201410034138.3A
Authority: CN
Inventors: 刘登成; 陈科; 韩用波; 周斌; 蔡昊鹏
Original assignee: 702th Research Institute of CSIC
Current assignee: 702th Research Institute of CSIC
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明涉及一种螺旋桨桨毂消涡轮，包括螺旋桨，所述螺旋桨的后部安装有桨毂消涡轮，所述桨毂消涡轮的结构为：包括锥体，所述锥体安装于螺旋桨的小端处，所述锥体头部延伸有轴，所述轴和锥体的外圆周面上均匀设置有桨毂消涡轮叶片，位于桨毂消涡轮叶片的后端套有导管。本发明在螺旋桨后部安装桨毂消涡轮后，尾涡与消涡轮相互作用，此时桨叶根部的切向速度被减弱，毂涡被打散吸收，工作效率高。

Description

螺旋桨桨毂消涡轮

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其是一种用于安装于螺旋桨桨毂后部的桨毂消涡轮。

背景技术

进入二十一世纪，环境和能源问题形势越来越严峻。船舶运输作为商品物流的主要运输力量，在航运过程中消耗大量不可再生能源并排放大量污染气体和温室气体，针对这种情况，国际海事组织推出了船舶设计能效指数（EEDI），并于2013年强制执行，因此，发展船舶节能技术迫在眉睫。

毂涡是尾涡的表现形式之一，毂涡是由于在叶片根部由螺旋桨诱导产生的切向速度在桨毂后方汇集在一起形成了一股很强的涡流，由于涡核中压力较低，故易形成空泡，称为毂涡空泡。

现有技术中的螺旋桨结构，如图1所示，包括螺旋桨1，螺旋桨1上有螺旋桨叶片2，位于螺旋桨1的后方安装有毂帽3。或者在毂帽3上安装与螺旋桨叶片2叶数相同的鳍片，鳍片的直径远大于毂帽3直径。其实际使用过程中，在螺旋桨1的后部会产生毂涡4，毂涡4的存在增加了主机功率，增加油耗，影响螺旋桨工作效率。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的螺旋桨桨毂消涡轮，从而可以方便的实现回收螺旋桨毂涡能量，与螺旋桨一体式安装，与螺旋桨一起旋转，将毂涡打散，回收尾流能量，提高了螺旋桨工作效率。

本发明所采用的技术方案如下：

一种螺旋桨桨毂消涡轮，包括螺旋桨，所述螺旋桨的后部安装有桨毂消涡轮，所述桨毂消涡轮的结构为：包括锥体，所述锥体安装于螺旋桨的小端处，所述锥体头部延伸有轴，所述轴和锥体的外圆周面上均匀设置有桨毂消涡轮叶片，位于桨毂消涡轮叶片的后端套有导管。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述桨毂消涡轮叶片的叶数Z1与螺旋桨叶片的叶数Z相同；

所述桨毂消涡轮叶片的叶数Z1的计算公式为：Z1=Z±1，其中，Z为螺旋桨叶片的叶数；

所述桨毂消涡轮直径b与螺旋桨小端直径a的比值在0.9～0.97之间；

桨毂消涡轮长度d与桨毂消涡轮直径b的比值在0.9～1.6之间；

桨毂消涡轮长度d与桨毂消涡轮直径b的比值为1.4；

桨毂消涡轮叶片的螺距为变螺距，螺距角在90°～105°之间；

锥体的锥角e在25°～45°之间；

锥体的锥角e为30°；

桨毂消涡轮导管长度c与桨毂消涡轮长度d比值在0.2～0.6之间。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，制作与安装方便，成本低。

本发明所述的桨毂消涡轮为安装在螺旋桨桨毂后部，用于吸收毂涡能量的装置。

本发明是用消涡轮替代现有技术中的毂帽，桨毂消涡轮叶片采用了反螺距角，并与螺旋桨负荷分布相匹配的变螺距形式，更能获得更佳的效率回收。

本发明在螺旋桨后部安装桨毂消涡轮后，尾涡与消涡轮相互作用，此时桨叶根部的切向速度被减弱，毂涡被打散吸收，在消涡轮叶片上产生了扭矩，由于叶片的扭矩朝着螺旋桨的旋转方向，因而使得螺旋桨总扭矩降低。相比于有毂涡的毂帽，由于消除了毂涡，使得消涡轮后方的压力有所升高，消涡轮受到的阻力减小，整个螺旋桨-消涡轮系统的推力增加。这样，螺旋桨-消涡轮系统的推力增加，扭矩减小，从而提高了工作效率。

附图说明

图1为现有技术中螺旋桨的结构示意图。

图2为螺旋桨安装桨毂消涡轮后的结构示意图。

图3为图2的主视图。

图4为本发明的结构示意图（全剖视图）。

其中：1、螺旋桨；2、螺旋桨叶片；3、毂帽；4、毂涡；5、桨毂消涡轮；6、锥体；7、桨毂消涡轮叶片；8、导管；9、轴；a、螺旋桨小端直径；b、桨毂消涡轮直径；c、导管长度；d、桨毂消涡轮长度；e、锥角。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图2、图3和图4所示，本实施例的螺旋桨桨毂消涡轮，包括螺旋桨1，螺旋桨1的后部安装有桨毂消涡轮5，桨毂消涡轮5的结构为：包括锥体6，锥体6安装于螺旋桨1的小端处，锥体6头部延伸有轴9，轴9和锥体6的外圆周面上均匀设置有桨毂消涡轮叶片7，位于桨毂消涡轮叶片7的后端套有导管8。

桨毂消涡轮叶片7的叶数Z1与螺旋桨叶片2的叶数Z相同。

桨毂消涡轮叶片7的叶数Z1的计算公式为：Z1=Z±1，其中，Z为螺旋桨叶片2的叶数。

桨毂消涡轮直径b与螺旋桨小端直径a的比值在0.9～0.97之间。

桨毂消涡轮长度d与桨毂消涡轮直径b的比值在0.9～1.6之间。

桨毂消涡轮长度d与桨毂消涡轮直径b的比值为1.4。

桨毂消涡轮叶片7的螺距为变螺距，螺距角在90°～105°之间。

锥体6的锥角e在25°～45°之间。

锥体6的锥角e为30°。

桨毂消涡轮5导管长度c与桨毂消涡轮长度d比值在0.2～0.6之间。

桨毂消涡轮5导管长度c与桨毂消涡轮长度d比值为0.4。

本发明所述的桨毂消涡轮5可以焊接于螺旋桨1后部，也可以通过螺栓等其他紧固件固定于螺旋桨1的后部。安装方便、灵活、可靠。

本发明所述的桨毂消涡轮，用以打散并吸收螺旋桨毂涡，从而使得桨毂后端面流速降低，压力升高，桨毂阻力减小，同时将毂涡能量转化为与螺旋桨桨叶相反方向的扭矩。整体上使得桨-消涡轮系统推力略微增加，扭矩减小，推进效率提高。在螺旋桨1后部安装桨毂消涡轮5后，螺旋桨1的工作效率提高2%～5%，相同航速下，主机功率下降，油耗降低。本发明适用于与新螺旋桨的一体化设计、旧螺旋桨改装匹配设计，对螺距比较大，尤其是根部螺距较大的螺旋桨尤为适用。

实际加工过程中，在完成设计后，经过数值评估，需要通过模型试验进行节能效果验证。模型试验需要进行模型加工，需要加工的模型有螺旋桨、常规毂帽3、桨毂消涡轮以及试验配件，在桨毂消涡轮5的锥体6上开螺纹孔，以便将桨毂消涡轮5安装在螺旋桨1旋转轴上。

实际工作过程中，桨毂消涡轮5和螺旋桨1一起旋转，将毂涡打散，回收尾流能量，从而提高螺旋桨1效率。

本发明通过安装桨毂消涡轮5替代毂帽3，使得桨叶根部脱落的涡沿着桨毂处向后运动时，遇到消涡轮与其相互作用，此时消涡轮后方的切向速度被减弱，不能形成很强的毂涡，从而吸收螺旋桨毂涡能量。因此桨毂消涡轮5的作用机理为：

1）降低扭矩的作用：通过接收带诱导角的桨毂来流，产生了消涡轮叶片的扭矩。叶片的扭矩朝着螺旋桨1的旋转方向，所以螺旋桨1总扭矩降低。

2）增加螺旋桨系统整体推力的作用：消涡轮与原有毂帽3一样自身受到摩擦力，产生负推力，但与原有毂帽3相比，消涡轮产生的负推力小于原有毂帽3产生的负推力，这主要是因为消涡轮叶片除了受到摩擦力之外，还受到了压差力，而压差力在推力方向上分量为正推力，同时由于消除了毂涡，使消涡轮后的压力降减小，从而降低了消涡轮的压差阻力，使整个螺旋桨系统的推力增加。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims

1.一种螺旋桨桨毂消涡轮，包括螺旋桨（1），其特征在于：所述螺旋桨（1）的后部安装有桨毂消涡轮（5），所述桨毂消涡轮（5）的结构为：包括锥体（6），所述锥体（6）安装于螺旋桨（1）的小端处，所述锥体（6）头部延伸有轴（9），所述轴（9）和锥体（6）的外圆周面上均匀设置有桨毂消涡轮叶片（7），位于桨毂消涡轮叶片（7）的后端套有导管（8）。

2.如权利要求1所述的螺旋桨桨毂消涡轮，其特征在于：所述桨毂消涡轮叶片（7）的叶数（Z1）与螺旋桨叶片（2）的叶数（Z）相同。

3.如权利要求1所述的螺旋桨桨毂消涡轮，其特征在于：所述桨毂消涡轮叶片（7）的叶数（Z1）的计算公式为：Z1=Z±1，其中，Z为螺旋桨叶片（2）的叶数。

4.如权利要求1所述的螺旋桨桨毂消涡轮，其特征在于：所述桨毂消涡轮直径（b）与螺旋桨小端直径（a）的比值在0.9～0.97之间。

5.如权利要求1所述的螺旋桨桨毂消涡轮，其特征在于：桨毂消涡轮长度（d）与桨毂消涡轮直径（b）的比值在0.9～1.6之间。

6.如权利要求5所述的螺旋桨桨毂消涡轮，其特征在于：桨毂消涡轮长度（d）与桨毂消涡轮直径（b）的比值为1.4。

7.如权利要求1所述的螺旋桨桨毂消涡轮，其特征在于：桨毂消涡轮叶片（7）的螺距为变螺距，螺距角在90°～105°之间。

8.如权利要求1所述的螺旋桨桨毂消涡轮，其特征在于：锥体（6）的锥角（e）在25°～45°之间。

9.如权利要求8所述的螺旋桨桨毂消涡轮，其特征在于：锥体（6）的锥角（e）为30°。

10.如权利要求1所述的螺旋桨桨毂消涡轮，其特征在于：桨毂消涡轮（5）导管长度（c）与桨毂消涡轮长度（d）比值在0.2～0.6之间。