一种船舶桨舵组合消涡节能装置及安装方法与流程

本发明涉及船舶节能技术领域，特别是涉及一种船舶桨舵组合消涡节能装置及安装方法。

背景技术：

船舶节能技术经过历年发展至今已经十分广泛和成熟，但是尚有进一步挖潜和将安装方法简化的空间。

现有船舶节能技术之一，螺旋桨后消涡鳍是一项成熟的节能技术，它的节能机理是一种安装在螺旋桨尾端面用以回收螺旋桨毂涡能量损失的船舶水动力节能装置。是将螺旋桨将军帽增设与螺旋桨片数相同的小叶片，随螺旋桨同轴旋转。当船舶航行前进时，螺旋桨转动时在桨毂附近流场会产生涡流损耗能量，安装在螺旋桨毂后的消涡鳍在同步工作，打散毂涡、矫直尾流，从而降低螺旋桨扭矩并增加推力，使螺旋桨涡流能量损失减少，达到提高效率的目的。根据相关文献及报道，已经被航运业界广泛采用，但是，消涡鳍的特征是在主螺旋桨的后方增加设置一个小的螺旋桨，小桨直径约为主桨的0.2-0.28d，小螺旋桨的制造需要制模、铸造、加工、打磨等诸多加工环节，其制造艺复杂，成本高；综合消涡鳍和舵球的节能原理，开发一种简单适用易安装型的螺旋桨与舵进行组合的消涡节能装置，使其制造成本极低，且安装更方便，从而可以快速、广泛推广使用，经济效益、社会效益很大。

另一种，现有船舶节能技术中的节能舵球，根据国际国内的大量研究和实船验证表明：舵球通常安装在船舶舵叶上正对螺旋桨的中心位置，舵球首为半球型，并分两半向舵叶后方延伸，形成长水滴流线形型体，填充了螺旋桨彀后的低压空间，对桨后水流有良好的整流作用，从而减少了紊流以及水流旋转引起的能量损失。桨后的水流因为螺旋桨作用产生切向和径向的诱导速度，这其中切向诱导速度引起了尾流旋转，不但不产生推力反而会引起能量损失，最终化为热量消散于水中。在桨后设置长水滴型的舵球后，螺旋桨桨彀后方的水流被强迫沿长水滴形舵球流过，水流粘性的作用使其表面水流无法强烈旋转，从而达到整流的效果。

减少尾流收缩，由相关推进器理论可知，螺旋桨效率受螺旋桨尾流横截面影响，增加螺旋桨尾流的截面积可以提高螺旋桨的理想推进效率。螺旋桨后的水流存在往向诱导速度，使螺旋桨后尾流发生收缩现象，安装长水滴形舵球之后，其将尾流向外排挤，从而减少尾流收缩，使螺旋桨推进效率得到提高。

安装长水滴形舵球之后，减轻了舵和船尾激振，可以改变螺旋桨后的流场，从而改善尾流造成的舵和船尾的激振，有关理论研究表明，舵球首端距离桨彀越近越好，但实际上要考虑安全性和操舵（一般为左右35°）要求，设计时均选取间隔一定距离，来避免舵球前端与螺旋桨彀后端及桨叶产生擦碰影响正常操舵或者损坏螺旋桨，达到减震降噪的目的。

舵球这一技术由于制造工艺简易被广泛采用，但是，该节能装置与螺旋桨后的安装间隙客观上存在一段距离空档，使这一距离与螺旋桨消涡鳍过渡不畅，螺旋桨后的涡流实际还有一段未有消减，损失了螺旋桨后舵球的消涡效果。再有：在船舶操舵使舵叶转动大于0°~35°之时，舵球随舵叶转动后与螺旋桨轴系中心线形成了夹角，这时的舵球横档在螺旋桨之后，非但不能够对螺旋桨浆后涡流起到消减的作用，反而会形成阻力和使共浆后尾流更加紊乱。为了达到斤斤计较挖潜船舶节能技术的目的，开发一种高效消除螺旋桨后涡流的浆舵组合节能装置，使螺旋桨后与舵具有良好吻合的浆舵组合消涡节能装置，来提高螺旋桨推进效率，从而实现消涡节能和减阻是一项有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明的主要目的是解决上述背景技术存在的不足，提供一种船舶桨舵组合消涡节能装置及安装方法，此消涡装置是与螺旋桨和尾轴直接连接，不会随舵转动横档在桨后形成阻力，保证在转舵时仍然可以保持良好的消涡功能。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种船舶桨舵组合消涡节能装置，它包括安装在船舶本体尾部的螺旋桨尾轴，所述螺旋桨尾轴上安装有螺旋桨，所述螺旋桨尾轴的尾部安装有用于消涡的消涡装置，所述消涡装置与螺旋桨的螺旋桨毂固定相连，并跟随螺旋桨尾轴一起转动；所述消涡装置的尾部延伸至舵叶内部的凹槽；所述舵叶通过舵叶转轴组件安装在船舶本体的尾部。

所述螺旋桨尾轴包括键槽轴段，所述消涡装置通过平键与键槽轴段构成键传动；所述键槽轴段之后为螺纹轴段和锥形轴段，所述螺旋桨的螺旋桨毂通过键配合安装在锥形轴段上，所述螺纹轴段上并位于螺旋桨的外侧固定安装有螺纹挡圈，所述螺纹挡圈通过第一螺栓组件与螺旋桨固定相连；所述消涡装置通过第二螺栓组件与螺旋桨固定相连，所述锥形轴段与轴承轴段过渡相连，所述轴承轴段通过轴承支撑在轴承座上，所述轴承座通过第三螺栓组件安装在尾轴座上，所述轴承轴段的尾部为密封轴段，所述密封轴段与尾轴座相配合。

所述密封轴段和尾轴座之间设置有密封套，所述密封套通过第四螺栓组件固定安装在尾轴座上，所述密封套和密封轴段之间设置有密封填料，所述尾轴座通过轴座支撑板与船舶本体固定相连。

所述消涡装置包括消涡轴座，所述消涡轴座的中心部位设置有连接轴套，所述连接轴套与螺旋桨尾轴的键槽轴段配合相连，并传递扭矩；所述消涡轴座的外端面固定有圆柱壳体，所述圆柱壳体的尾部过渡有流线型壳体，所述流线型壳体的外端面通过弧形罩密封；所述消涡轴座的另一端设置有连接法兰，所述连接法兰上均布加工有法兰通孔，所述法兰通孔与通过第二螺栓组件与螺旋桨端面配合相连；所述消涡轴座上加工有沿着径向均布的径向螺纹孔。

所述消涡轴座的外部配合安装有封口圈组件，所述封口圈组件采用两半合成，包括上半圆圈和下半圆圈，所述上半圆圈和下半圆圈的中间部位都加工有沿其径向布置的阶梯孔，所述阶梯孔上安装有用于和径向螺纹孔配合的径向螺栓组件，并将整个封口圈组件固定在消涡轴座的外部。

所述流线型壳体和圆柱壳体为一体化结构，由无缝钢管材料采用缩管式热加工工艺制作而成。

船舶桨舵组合消涡节能装置的安装方法，它包括以下步骤：

步骤一，将螺旋桨通过螺纹挡圈定位安装在螺旋桨尾轴的锥形轴段上；

步骤二，将螺纹挡圈通过第一螺栓组件与螺旋桨固定相连；

步骤三，将消涡装置的连接轴套通过平键定位安装在螺旋桨尾轴的键槽轴段上；

步骤四，通过第一螺栓组件将消涡装置的连接法兰与螺旋桨的端面固定相连；

步骤五，将封口圈组件的上半圆圈和下半圆圈通过径向螺栓组件固定安装在消涡轴座的外部，进而对其内部结构进行密封防护；

步骤六，安装时保证消涡装置的流线型壳体延伸到舵叶内部一段长度。

本发明有如下有益效果：

1、通过采用上述结构的消涡节能装置其能够高效的消除螺旋桨后涡流，使螺旋桨后与舵叶具有良好配合，最终达到浆、舵组合式的消涡节能效果，提高了螺旋桨推进效率，从而实现消涡节能和减阻。此外，由于此消涡装置与螺旋桨固定相连，其不会受到舵机转向的影响，即使是舵叶转向时，也能够获得最佳的消能效果。

2、通过上述的消涡装置其很好的替代了现有的舵球消涡方式，而且此消涡装置不会受到舵叶转向的影响。进而尽可能的减低了螺旋桨尾涡的负面影响。

3、通过上述的密封圈组件能够对消涡轴座的内部结构起到很好的密封保护作用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的整体安装结构主视图。

图2为本发明的图1中a-a视图。

图3为本发明的螺旋桨尾轴上部件安装的结构图。

图4为本发明的消涡装置的主视图。

图5为本发明的图4中b向视图。

图6为本发明的消涡装置的剖视图。

图7为本发明的图6中c-c视图。

图8为本发明的封口圈组件主剖视图。

图9为本发明的封口圈组件侧视图。

图中：舵叶1、消涡装置2、螺旋桨3、螺旋桨尾轴4、凹槽5、舵叶转轴组件6、船舶本体7、平键8、螺纹挡圈9、第一螺栓组件10、第二螺栓组件11、封口圈组件12、径向螺栓组件13、轴承座14、轴承15、第三螺栓组件16、第四螺栓组件17、尾轴座18、密封套19、密封填料20、轴座支撑板21；

流线型壳体201、圆柱壳体202、消涡轴座203、连接法兰204、径向螺纹孔205、法兰通孔206、弧形罩207、连接轴套208；

键槽轴段401、螺纹轴段402、锥形轴段403、轴承轴段404、密封轴段405；

上半圆圈1201、阶梯孔1202、下半圆圈1203。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1~9中，一种船舶桨舵组合消涡节能装置，它包括安装在船舶本体7尾部的螺旋桨尾轴4，所述螺旋桨尾轴4上安装有螺旋桨3，所述螺旋桨尾轴4的尾部安装有用于消涡的消涡装置2，所述消涡装置2与螺旋桨3的螺旋桨毂固定相连，并跟随螺旋桨尾轴4一起转动；所述消涡装置2的尾部延伸至舵叶1内部的凹槽5；所述舵叶1通过舵叶转轴组件6安装在船舶本体7的尾部。通过采用上述结构的消涡节能装置其能够高效的消除螺旋桨后涡流，使螺旋桨后与舵叶具有良好配合，最终达到浆、舵组合式的消涡节能效果，提高了螺旋桨推进效率，从而实现消涡节能和减阻。此外，由于此消涡装置2与螺旋桨3固定相连，其不会受到舵机转向的影响，即使是舵叶转向时，也能够获得最佳的消能效果。

进一步的，所述螺旋桨尾轴4包括键槽轴段401，所述消涡装置2通过平键8与键槽轴段401构成键传动；所述键槽轴段401之后为螺纹轴段402和锥形轴段403，所述螺旋桨3的螺旋桨毂通过键配合安装在锥形轴段403上，所述螺纹轴段402上并位于螺旋桨3的外侧固定安装有螺纹挡圈9，所述螺纹挡圈9通过第一螺栓组件10与螺旋桨3固定相连；所述消涡装置2通过第二螺栓组件11与螺旋桨3固定相连，所述锥形轴段403与轴承轴段404过渡相连，所述轴承轴段404通过轴承15支撑在轴承座14上，所述轴承座14通过第三螺栓组件16安装在尾轴座18上，所述轴承轴段404的尾部为密封轴段405，所述密封轴段405与尾轴座18相配合。通过上述结构的螺旋桨尾轴4能够用于安装螺旋桨3和消涡装置2，进而实现两者的可靠相连。

进一步的，所述密封轴段405和尾轴座18之间设置有密封套19，所述密封套19通过第四螺栓组件17固定安装在尾轴座18上，所述密封套19和密封轴段405之间设置有密封填料20，所述尾轴座18通过轴座支撑板21与船舶本体7固定相连。通过上述的结构能够对螺旋桨尾轴4的尾部起到可靠的密封目的。

进一步的，所述消涡装置2包括消涡轴座203，所述消涡轴座203的中心部位设置有连接轴套208，所述连接轴套208与螺旋桨尾轴4的键槽轴段401配合相连，并传递扭矩；所述消涡轴座203的外端面固定有圆柱壳体202，所述圆柱壳体202的尾部过渡有流线型壳体201，所述流线型壳体201的外端面通过弧形罩207密封；所述消涡轴座203的另一端设置有连接法兰204，所述连接法兰204上均布加工有法兰通孔206，所述法兰通孔206与通过第二螺栓组件11与螺旋桨3端面配合相连；所述消涡轴座203上加工有沿着径向均布的径向螺纹孔205。通过上述的消涡装置2其很好的替代了现有的舵球消涡方式，而且此消涡装置不会受到舵叶转向的影响。进而尽可能的减低了螺旋桨尾涡的负面影响。

进一步的，所述消涡轴座203的外部配合安装有封口圈组件12，所述封口圈组件12采用两半合成，包括上半圆圈1201和下半圆圈1203，所述上半圆圈1201和下半圆圈1203的中间部位都加工有沿其径向布置的阶梯孔1202，所述阶梯孔1202上安装有用于和径向螺纹孔205配合的径向螺栓组件13，并将整个封口圈组件12固定在消涡轴座203的外部。通过上述的密封圈组件12能够对消涡轴座203的内部结构起到很好的密封保护作用。

而且其采用剖分式结构简化了其安装过程，增强了其使用的便捷性。

进一步的，所述流线型壳体201和圆柱壳体202为一体化结构，由无缝钢管材料采用缩管式热加工工艺制作而成。通过上述的成型工艺简化了其制作过程，降低了其制作成本。

实施例2：

船舶桨舵组合消涡节能装置的安装方法，它包括以下步骤：

步骤一，将螺旋桨3通过螺纹挡圈9定位安装在螺旋桨尾轴4的锥形轴段403上；

步骤二，将螺纹挡圈9通过第一螺栓组件10与螺旋桨3固定相连；

步骤三，将消涡装置2的连接轴套208通过平键定位安装在螺旋桨尾轴4的键槽轴段401上；

步骤四，通过第一螺栓组件10将消涡装置2的连接法兰204与螺旋桨3的端面固定相连；

步骤五，将封口圈组件12的上半圆圈1201和下半圆圈1203通过径向螺栓组件13固定安装在消涡轴座203的外部，进而对其内部结构进行密封防护；

步骤六，安装时保证消涡装置2的流线型壳体201延伸到舵叶1内部一段长度。

实施例3：

消涡装置2的具体结构尺寸是以船舶螺旋桨直径和螺旋桨轴直径为基准，其中，螺旋桨直径——d为已知，螺旋桨轴直径——d为已知。

具体进行消涡装置2的尺寸设计时，按照下式计算确定相关参数：

螺旋桨毂直径d1=0.18~0.20dmm；

螺旋桨毂长度l=0.18~0.20dmm；

消涡装置长度l1=2~2.5lmm；

消涡装置前端直径d2=d1mm；

消涡装置后端直径d3=消涡装置伸入舵叶处的舵叶厚度tmm；

消涡装置内毂直径d4=0.5d；

消涡装置内毂长度l2=0.25~0.28d；

消涡装置连接法兰厚度t2=0.05d；

连接法兰螺栓数量h=6~8；

连接消涡装置专用螺孔/数量16~20/6。

本发明工作原理为：

将舵叶前缘按照消涡装置形状尺寸设计成一个凹槽，将安装在螺旋桨尾轴及螺旋桨上的消涡装置直接延伸至舵叶内，并留出合适的间隙，这样，当螺旋桨转动时，消涡装置可以稳定长时间的起到消减螺旋桨形成的尾涡，航叶上凹槽使消涡装置伸入到舵叶中；当船舶正向航行不转舵时，消涡装置与舵叶连接形成一体，相比较单独的舵球需要与螺旋桨留一段距离的布置，就安全地消除了舵球与螺旋桨之间的间隙形成的不利影响；当船舶转舵时，消涡装置是与螺旋桨和螺旋桨尾轴直接连接而不会随舵转动横档在桨后形成阻力，仍然可以保持良好的消涡功能。

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