偏置式前置预旋导轮及船舶.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020268018.0 (22)申请日 2020.03.06 (73)专利权人 中船重工 （上海） 节能技术发展有 限公司 地址 200011 上海市黄浦区高雄路189号 312、 313室 (72)发明人 陈雷强黄国富黄树权黄振宇 吴赞夏灏超郭峰山严周广 赵璐李鹏程张宁蔡维中 陈罡许金林张栋梁 (74)专利代理机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 31236 代理人 胡晶 (51)Int.Cl. B63H 1/28(2006.01) B63H 5/15(2006.01) 。

2、(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种偏置式前置预旋导轮及船舶 (57)摘要 本实用新型提供一种偏置式前置预旋导轮 及船舶， 包括弧形导管、 连接件和导叶部。 连接件 用于连接弧形导管与船体尾部， 导叶部则连接于 弧形导管和船体尾部。 定义船体在螺旋桨旋向对 应的舷侧为第一舷侧， 另一侧为第二舷侧。 对应 第一舷侧部分的弧形导管的端面设置为高于对 应第二舷侧部分的弧形导管的端面。 第二舷侧的 导叶部呈放射形分布弧形导管的内侧和外侧， 可 有效加强水流的预旋作用， 提高船的推进效率。 通过去除第一舷侧部分弧形导管的不对称设计 方式， 并设置弧形导管纵倾和横倾角度，。

3、 有效减 小第一舷侧处弧形导管引起的阻力， 解决了船体 由于导管阻力导致推进效率低的问题。 同时， 减 小了该处桨叶工作负荷， 降低了脉动力能级。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 212149255 U 2020.12.15 CN 212149255 U 1.一种偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 包括： 弧形导管、 连接件和导叶部； 所述连接件的第一端与所述弧形导管相连， 所述连接件的第二端用于与船体的尾部相 连； 所述导叶部连接于所述弧形导管上， 且所述导叶部的尾端连接于所述船体的尾部； 所述船体在螺旋桨旋向对应的舷侧为第一舷侧， 另一侧为第二舷侧； 所述弧形导管对应所述第一舷。

4、侧的端面的水平高度高于所述弧形导管对应所述第二 舷侧的端面。 2.根据权利要求1所述的偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 所述弧形导管对应所述第 一舷侧的部分为第一导管段， 所述弧形导管对应所述第二舷侧的部分为第二导管段； 所述导叶部包括第一导叶单元和第二导叶单元； 所述第一导叶单元的首端连接于所述 第一导管段的内壁面上， 且所述第一导叶单元的尾端连接于所述船体的尾部； 所述第二导 叶单元的首端穿设并伸出于所述第二导管段， 且所述第二导叶单元的尾端连接于所述船体 的尾部。 3.根据权利要求2所述的偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 所述第一导叶单元为第一 导叶； 所述第二导叶单元包括第二导叶、。

5、 第三导叶和第四导叶； 所述第一导叶的首端连接于所述第一导管段的内壁面上， 且所述第一导叶的尾端连接 于所述船体的尾部； 所述第二导叶、 第三导叶和第四导叶依次周向连接并穿设于所述第二导管段， 且所述 第二导叶、 第三导叶和第四导叶的尾端均连接于所述船体的尾部。 4.根据权利要求1所述的偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 所述弧形导管的纵倾角 为-5 10 ， 所述弧形导管的横倾角为-10 10 。 5.根据权利要求3所述的一种偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 所述第一导叶与所述 船体的中线面的周向角度范围为-80 -10 。 6.根据权利要求3所述的一种偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 。

6、所述第二导叶与所述 船体的中线面的周向角度范围为10 70 。 7.根据权利要求3所述的一种偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 所述第三导叶与所述 船体的中线面的周向角度范围为40 100 。 8.根据权利要求3所述的一种偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 所述第四导叶与所述 船体的中线面的周向角度范围为70 130 。 9.根据权利要求3所述的偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 所述第一导叶与所述船体 的中线面的周向角度范围的绝对值小于所述第四导叶所述船体的中线面的周向角度范围 的绝对值。 10.根据权利要求1所述的偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 所述弧形导管的弦长为 所述螺旋桨直径的0。

7、.150.30倍。 11.根据权利要求1所述的偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 所述弧形导管的出口直 径为所述螺旋桨直径的0.400.70倍， 所述弧形导管的入口直径为所述螺旋桨直径的0.45 0.80倍， 且所述出口直径小于所述入口直径。 12.根据权利要求3所述的偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 所述第一导叶与所述弧 形导管连接处的所述第一导叶的弦长小于或等于所述第一导叶与所述弧形导管连接处的 权利要求书 1/2 页 2 CN 212149255 U 2 所述弧形导管的弦长。 13.根据权利要求3所述的偏置式前置预旋导轮， 其特征在于， 所述第二导叶、 第三导叶 和第四导叶的叶梢至所述。

8、螺旋桨的桨轴中心的长度为所述螺旋桨半径的0.71.2倍。 14.一种船舶， 其特征在于， 设置有如权利要求1-13任意一项所述的偏置式前置预旋导 轮。 权利要求书 2/2 页 3 CN 212149255 U 3 一种偏置式前置预旋导轮及船舶 技术领域 0001 本实用新型涉及船舶动力节能领域， 尤其涉及一种偏置式前置预旋导轮及船舶。 背景技术 0002 目前， 船舶的节能减排已成为船舶科研院所、 设计院、 船厂和船东的迫切需求， 在 船舶行业中船舶水动力节能附体装置存在巨大市场。 目前采用的桨前水动力节能装置有前 置预旋半/全导轮、 伴流补偿导管、 整流鳍和前置预旋定子等。 采用导轮形式的节。

9、能装置通 常有一个全导管或半个导管， 内部布置有若干导叶， 部分导叶向外延伸至导管外侧， 导管能 起到对船尾螺旋桨前方来流整流的作用， 导叶起到预旋水流的作用。 但随着船型技术的发 展， 船艉线型越来越瘦削、 船艉部的流动越来越均匀， 普通形式的预旋导轮本身阻力过大、 预旋水流的作用不强， 很难提升船的推进效率。 0003 申请号201310704256.6公开的前置型三角形导管(轮)， 所采用的导管呈扇形， 安 装有三个导叶， 可以降低螺旋桨尾流场因旋转而损失的能量， 并适度减少因尾部流动分离 而附加的形状阻力， 但该型导管的导叶较短， 产生的预旋作用不强， 节能效果有限。 0004 申请号。

10、201310271844.5提供了一种前置半导轮， 它由前置半导管和多个前置导叶 片组成， 与本实用新型相比， 该型导轮的导管开口朝下， 导叶仅分布在导管的内侧， 外形上 存在明显区别， 同时该型导轮对瘦削的艉线型的船型节能效果不佳。 0005 申请号201410032595.9提供了一种预旋扇形导管， 它由弧形导板和四个导叶组 成， 导叶为左右各两个布置。 与本实用新型相比， 该型导轮的导管开口朝下， 导叶仅分布在 导管的内侧， 外形上存在明显区别。 0006 申请号201310271762.0提供了一种光芒型前置导轮， 它由前置导管和多个导叶片 组成， 导叶片分散设置在前置导管的内壁， 与。

11、所述内壁相接处的前置导叶片部分延伸至前 置导管的外部。 与本实用新型相比， 该型导轮的导管无开口或开口朝下， 导管会产生较大阻 力， 导叶布置位置和形式也存在较大差别。 0007 申请号201120513727.1提供了一种内置导叶的节能导管， 它由圆C形导管本体和 三根径向设置的导叶组成， 其结构类似于前置预旋导轮， 但该型导管本体完整无开口， 导叶 未伸出至导管外侧。 实用新型内容 0008 本实用新型要解决的技术问题是提供一种偏置式前置预旋导轮及船舶， 以解决现 有预旋导轮阻力过大， 难以提升船的推进效率。 0009 为了实现上述目的， 本实用新型采用如下的技术方案： 0010 本实用新。

12、型的一种偏置式前置预旋导轮， 包括： 弧形导管、 连接件和导叶部； 0011 所述连接件的第一端与所述弧形导管相连， 所述连接件的第二端用于与船体的尾 部相连； 0012 所述导叶部连接于所述弧形导管上， 且所述导叶部的尾端连接于所述船体的尾 说明书 1/5 页 4 CN 212149255 U 4 部； 0013 所述船体在螺旋桨旋向对应的舷侧为第一舷侧， 另一侧为第二舷侧； 0014 所述弧形导管对应所述第一舷侧的端面的水平高度高于所述弧形导管对应所述 第二舷侧的端面。 0015 本实用新型的偏置式前置预旋导轮， 所述弧形导管对应所述第一舷侧的部分为第 一导管段， 所述弧形导管对应所述第二。

13、舷侧的部分为第二导管段； 0016 所述导叶部包括第一导叶单元和第二导叶单元； 所述第一导叶单元的首端连接于 所述第一导管段的内壁面上， 且所述第一导叶单元的尾端连接于所述船体的尾部； 所述第 二导叶单元的首端穿设并伸出于所述第二导管段， 且所述第二导叶单元的尾端连接于所述 船体的尾部。 0017 本实用新型的偏置式前置预旋导轮， 所述第一导叶单元为第一导叶； 所述第二导 叶单元包括第二导叶、 第三导叶和第四导叶； 0018 所述第一导叶的首端连接于所述第一导管段的内壁面上， 且所述第一导叶的尾端 连接于所述船体的尾部； 0019 所述第二导叶、 第三导叶和第四导叶依次周向连接并穿设于所述第二。

14、导管段， 且 所述第二导叶、 第三导叶和第四导叶的尾端均连接于所述船体的尾部。 0020 本实用新型的偏置式前置预旋导轮， 所述弧形导管的纵倾角为-5 10 ， 所述弧 形导管的横倾角为-10 10 。 0021 本实用新型的一种偏置式前置预旋导轮， 所述第一导叶与所述船体的中线面的周 向角度范围为-80 -10 。 0022 本实用新型的一种偏置式前置预旋导轮， 所述第二导叶与所述船体的中线面的周 向角度范围为10 70 。 0023 本实用新型的一种偏置式前置预旋导轮， 所述第三导叶与所述船体的中线面的周 向角度范围为40 100 。 0024 本实用新型的一种偏置式前置预旋导轮， 所述第。

15、四导叶与所述船体的中线面的周 向角度范围为70 130 。 0025 本实用新型的偏置式前置预旋导轮， 所述第一导叶与所述船体的中线面的周向角 度范围的绝对值小于所述第四导叶所述船体的中线面的周向角度范围的绝对值。 0026 本实用新型的偏置式前置预旋导轮， 所述弧形导管的弦长为所述螺旋桨直径的 0.150.30倍。 0027 本实用新型的偏置式前置预旋导轮， 所述弧形导管的出口直径为螺旋桨直径的 0.400.70倍， 所述弧形导管的入口直径为螺旋桨直径的0.450.80倍， 且所述出口直径 小于所述入口直径。 0028 本实用新型的偏置式前置预旋导轮， 所述第一导叶与所述弧形导管连接处的所述。

16、 第一导叶的弦长小于或等于所述第一导叶与所述弧形导管连接处的所述弧形导管的弦长。 0029 本实用新型的一种船舶， 设置有上述任意一项所述的偏置式前置预旋导轮。 0030 本实用新型由于采用以上技术方案， 使其与现有技术相比具有以下的优点和积极 效果： 0031 1、 本实用新型一实施例通过将弧形导管通过连接件连接至船尾， 并在弧形导管与 说明书 2/5 页 5 CN 212149255 U 5 船尾之间连接有导叶部， 使得弧形导管可对进入螺旋桨的水流进行预旋。 同时将对应第一 舷侧的弧形导管的端面设置为高于第二舷侧的弧形导管的端面， 通过去除第一舷侧的部分 弧形导管的不对称设计方式， 并设置。

17、弧形导管纵倾和横倾角度， 有效减小该处弧形导管引 起的阻力， 解决了船体由于导管阻力导致推进效率低的问题。 同时， 减小了该处桨叶工作负 荷， 降低了脉动力能级。 0032 2、 本实用新型一实施例通过设置第一导叶单元和第二导叶单元并分别连接第一 导管段和第二导管段， 在产生与螺旋桨旋转方向相反的旋转水流(尤其是第二导叶单元)， 提高推进效率的同时， 加强了导轮与船体的连接强度。 附图说明 0033 图1为本实用新型提出的一种船用偏置式前置预旋导轮前视示意图； 0034 图2为本实用新型提出的一种船用偏置式前置预旋导轮左视示意图； 0035 图3为本实用新型提出的一种船用偏置式前置预旋导轮右视。

18、示意图； 0036 图4为本实用新型提出的一种船用偏置式前置预旋导轮三维示意图； 0037 图5为本实用新型导管的纵倾角为0 、 横倾角为-5 时的偏置式前置预旋导轮三维 示意图； 0038 图6为本实用新型导管的纵倾角为6 、 横向倾角为-5 时的偏置式前置预旋导轮三 维示意图； 0039 图7为本实用新型第二导叶单元穿设并连接于第二导管段的偏置式前置预旋导轮 三维示意图； 0040 图8为本实用新型第二导叶、 第三导叶和第四导叶弦长大于弧形导管弦长的偏置 式前置预旋导轮三维示意图。 0041 附图标记说明： 01： 弧形导管； 02： 第四导叶； 03： 第三导叶； 04： 第二导叶； 0。

19、5： 第一 导叶； 06： 连接件； 07： 船体； 08： 尾轴出口； 09： 螺旋桨。 具体实施方式 0042 下面结合附图对本实用新型一种偏置式前置预旋导轮及船舶的具体实施方式进 行详细说明， 该实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围， 本领域技 术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 0043 实施例一 0044 船舶在水中航行时， 决定船能耗水平的是船的阻力和推进效率， 水动力节能装置 的主要作用是提高船的推进效率。 通过CFD计算和试验发现， 在螺旋桨09前方产生一个与螺 旋桨09旋转方向相反的旋转水流， 可以提高船的推进效率，。

20、 减少船舶能耗。 基于此原理， 结 合船型尾部特点， 设计了本实施例的偏置式前置预旋导轮。 0045 本实施例以螺旋桨09的旋向为右旋进行举例和说明。 0046 参看图1至图4， 在本实施例中， 一种偏置式前置预旋导轮， 包括弧形导管01、 连接 件06和导叶部。 连接件06用于连接弧形导管01与船体07尾部， 导叶部则连接于弧形导管01 和船体07尾部。 定义船体07在螺旋桨09旋向对应的舷侧为第一舷侧， 另一侧为第二舷侧(即 第一舷侧为右舷， 第二舷侧为左舷)。 对应右舷部分的弧形导管01的端面设置为高于对应左 说明书 3/5 页 6 CN 212149255 U 6 舷部分的弧形导管01。

21、的端面， 即弧形导管01的右端的水平高度高于弧形导管01的左端。 0047 通过去除右舷部分弧形导管01的不对称设计方式， 有效减小右舷处弧形导管01引 起的阻力， 加速螺旋桨09上部进流， 解决了船体07由于导管阻力导致推进效率低的问题。 同 时， 减小了该处桨叶工作负荷， 降低了脉动力能级。 0048 下面对弧形导管01的具体结构进行说明： 0049 参看图5和图6， 弧形导管01的形状类似于C形， 布置在尾轴出口08的前上方， 弧形 导管01的缺口开口朝右下方。 弧形导管01可呈一个向前或向后倾斜的角度(即纵倾角)， 但 需与螺旋桨09保持一定的距离。 弧形导管01的纵倾角为-5 10 。

22、(前纵倾为负， 可减小弧形 导管01上的阻力； 后纵倾为正， 可减小船体上弧形导管01引起的阻力)， 弧形导管01向船左 舷或右舷的倾斜角度(即横倾角)为-10 10 (左横倾为负， 可增大左舷进流， 且减小弧形 导管01右半边的阻力； 右横倾为正， 可增大右舷进流， 且减小弧形导管01左半边的阻力)。 0050 弧形导管01的弦长可设计为螺旋桨09直径的0.150.30倍(此时导管结构满足要 求， 阻力性能较好)。 弧形导管01的出口直径小于其入口直径(增大螺旋桨进流)， 出口直径 为螺旋桨09直径的0.400.70倍， 入口直径为螺旋桨09直径的0.450.80倍。 弧形导管01 圆心的高。

23、度可设计为大于等于尾轴出口08中心线的高度， 弧形导管01剖面形式为机翼型或 平板型(阻力性能好， 适合加工)。 当然， 在其他实施例中， 弧形导管01的剖面形式也可为多 种多样的， 在此不作具体限定。 弧形的作用是： (1)右边导管缺口截面高度位置较高， 减小导 管阻力， 同时减小该处桨叶工作负荷， 减小脉动力能级； (2)加速螺旋桨09上部进流， 使桨盘 面进流更加均匀； (3)连接导叶部和船体07， 加强导轮整体结构强度。 0051 下面对导叶部的具体结构进行说明： 0052 参看图1、 图7和图8， 导叶部包括有第一导叶05单元和第二导叶04单元。 以右旋为 例， 弧形导管01对应右舷。

24、的部分为第一导管段， 弧形导管01对应左舷的部分为第二导管段。 则第一导叶05单元的首端连接于第一导管段的内壁面， 尾端连接于船体07尾部； 第二导叶 04单元穿设并连接于第二导管段， 尾端连接于船体07尾部， 在产生与螺旋桨09旋转方向相 反的旋转水流， 提高推进效率的同时， 加强了导轮与船体07的连接强度。 0053 具体地， 第一导叶05单元可为第一导叶05， 第一导叶05的一端连接于第一导管段， 另一端焊接固定于船体07尾部。 第一导叶05与船体07的中线面的周向角度 4范围可为-80 -10 (该角度范围内的第一导叶05和导管01结构满足要求， 导管01的阻力较小， 不对桨的 空泡性。

25、能造成负面影响。 以螺旋桨09轴中心线为旋转轴， 由船尾朝船首看， 逆时针为正， 下 同)。 0054 第一导叶05与弧形导管01连接处的第一导叶05的弦长小于或等于第一导叶05与 弧形导管01连接处的弧形导管01的弦长。 第一导叶05该处所需的预旋作用较小， 故将之设 计为连接在弧形导管01和船体07尾部之间； 该处的弦长小于导管弦长主要是为了保证结构 强度， 以及降低加工的难度。 0055 第二导叶04单元可为第二导叶04、 第三导叶03和第四导叶02， 三个导叶呈放射性 连接于第二导管段和船体07尾部， 且三个导叶均穿设于第二导管段。 即三个导叶的首端均 伸出于第二导管段， 尾端均连接在。

26、船体07尾部上。 将这三个导叶的展长设计的较大， 使得导 叶对进入螺旋桨09的水流预旋作用腔， 进一步提升推进效率。 0056 第二导叶04与船体07的中线面的周向角度 3范围可为10 70 (布置保持导叶间 说明书 4/5 页 7 CN 212149255 U 7 隔需要， 未阻塞流场， 逆时针)。 第三导叶03与船体07的中线面的周向角度 2范围为40 100 (布置保持导叶间隔需要， 未阻塞流场)。 第四导叶02与船体07的中线面的周向角度 1 范围为70 130 (布置保持导叶间隔需要， 未阻塞流场， 导叶预旋水流作用较好)。 0057 同时， 将第一导叶05与船体07的中线面的周向角。

27、度 4范围的绝对值小于第四导叶 02船体07的中线面的周向角度 1范围的绝对值(第四导叶02预旋水流作用较好， 同时满足 保持导叶间隔需要； 第一导叶05结构满足要求， 同时不对桨的空泡性能造成负面影响)。 0058 参看图8， 优选地， 可将第二导叶04单元的三个导叶在与第二导管段连接处的弦长 设计为大于该处第二导管段的弦长。 将导叶的弦长增大后， 增大了导叶对水流的预旋作用； 同时， 因为该处导管的弦长小于该处导叶的弦长， 该处导管引起的阻力也会降低， 达到进一 步提升推进效率的目的。 0059 第一导叶05、 第二导叶04、 第三导叶03和第四导叶02的剖面形式均可设计为机翼 型(升阻比。

28、较大)。 当然在其他实施例中， 导叶的设计形式可以是多种多样的， 在此不作具体 限定。 0060 四个导叶互成不同的安装角度， 具体角度根据CFD计算的尾流而定。 0061 四个导叶的作用是： (1)调整螺旋桨09前方来流方向， 产生与螺旋桨09旋转方向相 反的旋转水流， 提高推进效率； (2)缓和桨盘面上船体07伴流峰， 减小桨叶工作负荷， 降低空 化程度； (3)连接船体07， 加强导轮结构强度。 0062 本实施例的偏置式前置预旋导轮的工作原理在于： 弧形导管01右边导管缺口截面 高度位置较高， 可有效减小导管引起的阻力， 加速螺旋桨09上部进流， 减小该处桨叶工作负 荷， 同时连接四个。

29、导叶和船体07增强结构强度。 四个导叶均用于调整螺旋桨09前方来流方 向， 产生与螺旋桨09旋转方向相反的旋转水流， 以提高推进效率。 弧形导管01可纵倾和横 倾， 与多个导叶之间也有多种形式的连接方式， 通过弧形导管01和多个导叶的组合可得到 阻力较小、 预旋明显、 空泡性能好、 节能效果和结构强度好的导轮。 0063 实施例二 0064 参看图1至图4， 一种船舶， 设置有上述实施例一中的偏置式前置预旋导轮。 0065 偏置式前置预旋导轮布置在尾轴出口08的前上方， 但需与螺旋桨09保持一定的距 离。 通过设置该种去除了右舷部分弧形导管01的预旋导轮， 有效减小了预选导轮在右舷处 的弧形导。

30、管01引起的阻力， 加速螺旋桨09上部进流， 解决了船体07由于导管阻力导致推进 效率低的问题。 同时， 减小了该处桨叶工作负荷， 降低了脉动力能级， 提升了船的推进效率。 0066 以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式， 但是， 本实用新型并不限 于上述实施方式中的具体细节， 在本实用新型的技术构思范围内， 可以对本实用新型的技 术方案进行多种简单变型， 这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。 说明书 5/5 页 8 CN 212149255 U 8 图1 图2 说明书附图 1/4 页 9 CN 212149255 U 9 图3 图4 说明书附图 2/4 页 10 CN 212149255 U 10 图5 图6 说明书附图 3/4 页 11 CN 212149255 U 11 图7 图8 说明书附图 4/4 页 12 CN 212149255 U 12 。