船舶推进系统艉部节能技术

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1、(1)KAPPEL螺旋桨图1KAPPEL螺旋桨的原理70年代中期，美国国家航空和航天管理局对机翼末端结构进行研究。怀德肯伯和其他学者进行大量计算和模型试验，开发了装在机翼末端的垂直小翼能减少横向绕流，增大叶切面环量，从而提高升力或效率。如果垂直小翼装在机翼或桨叶的压力面一边，其效果就明显降低。丹麦造船科学家Kappel从怀德肯伯论文得到启示，提出了螺旋桨桨叶0.8758以上的梢部向前弯曲呈圆弧形状，这种螺旋桨被称为Kappel螺旋桨。模型试验表明，Kappel螺旋桨的敞水效率比常规桨高3%到6%。（1）前整流翼（Preswirlfins）图3前整流翼试验模型韩国大宇船厂对前整流翼已经研发

2、10年多，他们研发的前整流翼包含3个或4个固定的叶片安装在螺旋桨前的船体上。叶片本身不能节约能量或产生向前的推力，而且产生一定的阻力。尽管增加阻力，静止的叶片引导流体在螺旋桨前形成有利的非对称的进流，从而提高螺旋桨的推进效率。4个叶片的整流翼一般应用在集装箱船上，三片叶片装在左舷，一片桨叶装在右舷。左舷的三个叶片的主要作用是桨叶旋转到左侧时，减少桨叶的滑失损失。右舷的一个叶片的主要作用是增加伴流系数，提高船体效率，同时减少对螺旋桨的空泡的不利影响。（2）推力翼（thrustfin）图4推力翼试验模型韩国现代重工已经研发出推力翼的概念几年了，分别对X型带4片推力翼和只有两片的推力翼进行过研

3、究。推力翼位于螺旋桨的后部，在螺旋桨旋转尾流中，产生向后的推力。弯曲的推力翼叶片的设计需要高度精确的数字模拟和广泛的经验。在模型测试中，推力翼所产生的推力等效为减少推力减额系数，所以产生较高的船体效率和较高的推进效率。（3）后整流翼（Postswirlfins）图5后整流翼试验模型韩国三星重工目前正在研发后整流翼。如图所示，X型的翼状叶片位于螺旋桨的后部，并且与集成的螺旋桨桨毂帽和舵球相结合。这种形式的目的在于减少螺旋桨桨毂的涡流损失和回收螺旋桨尾流中旋转损失的能量，与推力翼的概念相类似。与前整流翼相比，后整流翼尺寸较小（不到螺旋桨直径的80%），对螺旋桨的空泡不产生任何不利的影响。（3

4、）桨毂整流鳍PBCF(propellerbosscapfin)图6桨毂整流鳍1987年首先由日本大阪商船三井船舶株式会社等研制成功PBCF。1988年3月关西造船协会杂志第208号发表了作为新产品的PBCF介绍，5月在日本造船学会春季讲演会上大内一之等发表了“PBCF的研究开发”的论文，1989年又发表了安装毅帽鳍后螺旋桨尾流和实船性能的测试报告，在汽车运输船及集装箱船上分别加装这种装置进行实船试验的结果表明，推进效率提高了约4%。桨毂整流鳍的原理是：在不安装PBCF装置的情况下，当水流通过螺旋桨时，水流速度加快和旋转弯曲。结果导致从桨叶随边流过的尾流形成旋流流过桨毂。从各个桨叶流出的旋

5、流汇聚产生强大的涡流流过桨毂。这种涡流叫作桨毂涡流，并且导致能量损失。PBCF装置整流流过桨叶随边的水流，减小桨毂涡流，从而回收桨毂涡流的能量损失和改善螺旋桨效率，从而提高推进效率。（4）米维斯导管Mewisduct图7米维斯导管米维斯导管安装在螺旋桨的前部，包含一个整流导管和集成的前整流翼系统。米维斯导管调和稳定了水流，使其持续地作用在螺旋桨的桨叶上。米维斯导管所含的前整流翼系统产生了与螺旋桨旋转方向相反的预漩涡，使得螺旋桨的负荷提高进而提高推力。同时，为获得更好的流场，翼的剖面和位置都是不对称的设计。米维斯导管适合高方形系数、航速低于20节的船舶。所以米维斯导管适合于各种类型的油船和

6、散货船，以及多用途散货船、集装箱供应船。3.舵球系统图8舵球系统舵球系统包含安装在旋转的桨毂上的桨毂帽和集成在舵上的球形体。球状体与桨毂帽之间有一定的间隙，而且整体上它们具有流线型的外形。舵球系统的这样的结构减少了桨毂涡流损失，而且改变了桨叶的径向载荷，减轻叶梢的载荷，减轻桨叶压力脉冲，从而减少振动、噪声和空泡。4.艉部节能技术效果和组合形式根据德国MAN的最新研究分析表明，以上这些节能技术可以互相结合，从而进一步的提高节能效果，但有些节能技术会发生相互影响，不能相互组合，具体情况见下表。表1艉部节能技术效果和组合形式方案后整流翼舵球KAPPEL桨桨毂整流米维斯导前整流翼鳍管后整流翼2-

7、3%不能组合可以组合部分情况不能组合不能组合可以组合舵球不能组合2-5%可以组合不能组合部分情况部分情况可以组合可以组合KAPPEL桨可以组合可以组合3-6%可以组合可以组合可以组合桨毂整流部分情况不能组合可以组合2-5%部分情况部分情况鳍可以组合可以组合可以组合米维斯导不能组合部分情况可以组合部分情况3-8%不能组合管可以组合可以组合前整流翼不能组合部分情况可以组合部分情况不能组合3-5%可以组合可以组合