导管装置 |
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| 申请号 | CN201480064617.8 | 申请日 | 2014-12-17 | 公开(公告)号 | CN105764791A | 公开(公告)日 | 2016-07-13 |
| 申请人 | 三菱重工业株式会社; | 发明人 | 山田卓庆; 大岛明; 川北千春; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 导管 装置。导管装置(1)具备：导管(2)，在设置于船体的船尾螺旋桨(101)的前方配置于螺旋桨的旋 转轴 外周的至少一部分；及撑杆(3)，连接导管和船体的至少一部分。导管的截面，为 叶片 状，叶片状的叶片弦线和与 旋转轴 平行的线所呈的 角 度及叶片弦线的中心点与旋转轴之间的距离在导管的第1部分及在旋转轴的周向上与第1部分不同的导管的第2部分中不同。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种导管装置，具备： |
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| 说明书全文 | 导管装置技术领域背景技术[0003] 以往技术文献 [0004] 专利文献 [0005] 专利文献1：日本特开2008-137462号公报 [0006] 发明的概要 [0007] 发明要解决的技术课题 [0008] 通过导管装置配置于船体的船尾，船舶得到节能效果。通过对导管装置进行改善，能够期待更高的节能效果。 [0009] 本发明的目的在于提供一种能够得到节能效果的船舶的导管装置。 [0010] 用于解决技术课题的手段 [0011] 本发明的第1方式提供一种导管装置，具备：导管，在设置于船体的船尾的螺旋桨的前方配置于所述螺旋桨的旋转轴外周的至少一部分；及撑杆，连接所述导管和所述船体的至少一部分，所述导管的截面为叶片状，所述叶片状的叶片弦线和与所述旋转轴平行的线所呈的角度及所述叶片弦线的中心点和所述旋转轴的距离在所述导管的第1部分及在所述旋转轴的周向上与所述第1部分不同的所述导管的第2部分中不同。 [0012] 在本发明的导管装置中，所述导管的至少一部分配置于所述旋转轴的上方，所述第1部分包括所述导管的上端部，所述第2部分包括所述导管的侧端部，所述第1部分的所述角度可以大于所述第2部分的所述角度，所述第1部分的所述距离可以小于所述第2部分的距离。 [0013] 在本发明的导管装置中，所述导管具有前端部，决定流入口；和后端部，与所述螺旋桨对置，并决定大小及形状与所述流入口不同的流出口，所述流出口可以小于所述流入口，所述后端部的上端部内表面向所述旋转轴凸出，所述前端部的上端部内表面未向所述旋转轴凸出。 [0014] 在本发明的导管装置中，所述撑杆的截面可以为叶片状。 [0015] 本发明的第2方式提供一种导管装置，具备：导管，在设置于船体的船尾的螺旋桨的前方配置于所述螺旋桨的旋转轴外周的至少一部分；及撑杆，连接所述导管和所述船体的至少一部分，所述撑杆的截面为叶片状。 [0016] 在本发明的导管装置中，所述撑杆可以以所述叶片状的叶片弦线的前缘配置于比后缘更靠上方的方式而倾斜。 [0017] 在本发明的导管装置中，所述撑杆具有：内端部，与所述船体连接；及外端部，在相对于所述螺旋桨的旋转轴的放射方向上配置于所述内端部的外侧，并与所述导管连接，所述叶片状的叶片弦线与水平面所呈的角度可以在所述撑杆的第3部分及在所述放射方向上与所述第3部分不同的所述撑杆的第4部分中不同。 [0018] 在本发明的导管装置中，所述撑杆的所述内端部的所述叶片弦线可以以所述叶片状的前缘配置于比后缘更靠上方的方式而倾斜，所述撑杆的所述外端部的所述叶片弦线可以以所述叶片状的前缘配置于比后缘更靠下方的方式而倾斜。 [0019] 在本发明的导管装置中，所述撑杆包括配置于所述螺旋桨的旋转轴的上方的第1撑杆及第2撑杆，在所述旋转轴的周向上，所述第1撑杆和所述第2撑杆所呈的角度可以小于90度。 [0020] 在本发明的导管装置中，所述导管也可以在所述螺旋桨的旋转轴上方以包围所述旋转轴的一部分的方式而配置。 [0021] 发明效果 [0023] 图1是示意地表示第1实施方式的船舶的导管装置的一例的侧视图。 [0024] 图2是示意地表示第1实施方式的船舶的导管装置的一例的主视图。 [0025] 图3是示意地表示第1实施方式的船舶的导管装置的一例的立体图。 [0026] 图4是表示第1实施方式的导管的一例的剖视图。 [0027] 图5是表示第1实施方式的导管的前端部轮廓及后端部轮廓的一例的图。 [0028] 图6是表示第1实施方式的撑杆的一例的剖视图。 [0029] 图7是示意地表示第2实施方式的船舶的导管装置的一例的图。 [0030] 图8是示意地表示第3实施方式的船舶的导管装置的一例的图。 [0031] 图9是示意地表示第4实施方式的船舶的导管装置的一例的图。 具体实施方式[0032] 以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明，但本发明并非限定于此。针对以下将要进行说明的各实施方式的必要条件能够适当地进行组合。并且，有时不使用一部分的构成要件。 [0033] ＜第1实施方式＞ [0034] 对第1实施方式进行说明。图1是示意地表示本实施方式的船舶的导管装置1的一例的侧视图。图2是示意地表示本实施方式的船舶的导管装置1的一例的主视图，相当于图1的A-A线向视图。图3是示意地表示本实施方式的船舶的导管装置1的一例的立体图。 [0035] 如图1所示，船舶具备：螺旋桨101，设置于船体100的船尾100B；导管装置1，配置于螺旋桨101的前方；及船舵102，配置于螺旋桨101的后方。导管装置1配置于船体100的船尾100B。螺旋桨101经由轴103与搭载于船体100的动力源连接。动力源包括如柴油机那样的引擎及马达中的至少一个。船体100具有船尾管104，轴103以能够旋转的方式支撑于船尾管 104。动力源经由轴103使螺旋桨101旋转。螺旋桨101以旋转轴AX为中心进行旋转。螺旋桨 101进行旋转，由此船舶航行。 [0036] 通过螺旋桨101的旋转，船舶向船首侧前进。在前进的船舶的前进方向上，前方配置有船首，后方配置有船尾100B。在以下说明中，将前进的船舶的前进方向上的前方适当地简称为前方，将前进的船舶的前进方向上的后方适当地简称为后方。并且，将在水平面内与前进方向正交的方向适当地称为宽度方向。 [0037] 并且，在以下说明中，将与旋转轴AX平行的方向适当地称为轴向，将相对于旋转轴AX的放射方向适当地称为径向，将以旋转轴AX为中心的旋转方向适当地称为周向。 [0038] 导管装置1具备：导管2，配置于螺旋桨101的前方；及撑杆3，连接导管2和船体100的至少一部分。导管2在螺旋桨101的前方配置于螺旋桨101的旋转轴AX外周的至少一部分。另外，可以将导管2称为喷嘴2。撑杆3可以称为支柱3，也可以称为连结板3。在本实施方式中，撑杆3连结导管2和船体100的船尾管104。 [0039] 在本实施方式中，导管2的至少一部分配置在螺旋桨101的旋转轴AX上方。在本实施方式中，导管2在螺旋桨101的旋转轴AX上方，以包围旋转轴AX的一部分的方式而配置。即，导管2为半圆筒状(半环状)。在以下说明中，将在螺旋桨101的旋转轴AX外周的至少一部分中面向旋转轴AX的导管2的面适当地称为导管2的内表面，将朝向导管2内表面的相反一侧的导管2的面适当地称为导管2的外表面。 [0040] 导管2具有前端部21和后端部22。前端部21配置于后端部22的前方。前端部21决定流体(海水等)流入的流入口4。后端部22与螺旋桨101对置。后端部22决定流体流出的流出口5。在本实施方式中，流入口4的大小和流出口5的大小为不同。在本实施方式中，流出口5小于流入口4。并且，在本实施方式中，流入口4的形状和流出口5的形状不同。 [0041] 如图2及图3所示，后端部22的上端部中的导管2内表面向旋转轴AX凸出。即，后端部22的上端部中的导管2内表面具有向内侧凸出的凸部22T。另一方面，前端部21的上端部中的导管2内表面未向旋转轴AX凸出。 [0042] 前端部21的轮廓及后端部22的轮廓分别在横向上对称。即，通过旋转轴AX，相对于与铅垂方向平行的基准线(对称轴)SR，前端部21的轮廓及后端部22的轮廓分别线对称。 [0043] 图4是表示本实施方式的导管2的一例的剖视图。图5是表示前端部21的轮廓及后端部22的轮廓的一例的图。图5表示相对于对称轴SR的一方的轮廓。 [0044] 如图4所示，导管2的截面为叶片状。导管2的叶片状具有通过与流体的相互作用而有效地得到升力的外形。导管2的叶片状(截面形状)是从前缘部向后缘部逐渐变细的形状。在本实施方式中，导管2的叶片状的外表面呈直线状、或凸度比内表面小的凸状、或凹状。导管2的叶片状的内表面呈向内侧(旋转轴AX侧)凸出的曲面状。在导管2的叶片状中，对叶片状的最前端的前缘23、叶片状的最后端的后缘24、连结前缘23与后缘24的叶片弦线25、及依次连结叶片状的上表面与下表面的中心点而得到的中心线26进行决定。前端部21包括叶片状前缘23。后端部22包括叶片状后缘24。 [0045] 在本实施方式中，导管2以在径向上旋转轴AX与前缘23之间的距离大于旋转轴AX与后缘24之间的距离的方式而配置。 [0046] 船舶在水上(海上)前进时，水的至少一部分经由导管2的前缘23而沿着导管2的内表面流动。根据伯努利定理，前端部21的导管2内表面成为负压，并产生升力。通过升力的轴向分量(导管2所产生的推力)而产生推力。并且，由于通过导管2所产生的推力而使螺旋桨101转动的动力源的输出被抑制，因此能够得到节能效果。 [0047] 在本实施方式中，将导管2的叶片状的叶片弦线25和与螺旋桨101的旋转轴AX平行的线所呈的角度φ适当地称为配置角φ。 [0048] 并且，在本实施方式中，将在相对于螺旋桨101的旋转轴AX的放射方向上，叶片弦线25的中心点25M与螺旋桨101的旋转轴AX之间的距离R适当地称为半径位置R。 [0049] 在本实施方式中，叶片状的叶片弦线25和与螺旋桨101的旋转轴AX平行的线所呈的角度(配置角)φ及叶片弦线25的中心点25M与螺旋桨101的旋转轴AX之间的距离(半径位置)R在导管2的第1部分及在旋转轴AX的周向上与第1部分不同的导管2的第2部分中不同。即，在本实施方式中，配置角φ及半径位置R在旋转轴AX的周向上的导管2的多个部分分别不同。 [0050] 在本实施方式中，配置于旋转轴AX正上方的导管2上端部的配置角φ大于配置于旋转轴AX正侧面的导管2侧端部的配置角φ。在本实施方式中，导管2的形状被设定为，在周向上配置角φ从导管2的上端部(设为0deg)向侧端部(设为90deg)逐渐变小。 [0051] 并且，在本实施方式中，配置于旋转轴AX正上方的导管2上端部的半径位置R小于配置于旋转轴AX正侧面的导管2侧端部的半径位置R。在本实施方式中，导管2的形状被设定为，在周向上半径位置R从导管2的上端部(设为0deg)向侧端部(设为90deg)逐渐变大。 [0052] 更具体而言，在周向上，在0deg至10deg中半径位置R呈最小值，在10deg至90deg中半径位置R逐渐变大。另外，将螺旋桨101的直径(外径)设为Rp时，半径位置R的最小值可以为0.7Rp以下。半径位置R的最大值设定为Rp以下。可以将半径位置R的最小值与最大值之差设定为0.5Rp以下。 [0053] 在周向上，在0deg至10deg中配置角φ呈最大值，在10deg至90deg中配置角φ逐渐变小。将配置角φ的最小值设定为0度以上。 [0054] 由此，如图2及图3所示，在导管2的后端部22内表面具有凸部22T，在横向上可得到较长的半环状导管2。 [0055] 船尾100B(螺旋桨101的前方)的流体(海水)的流动速度分量不仅存在于轴向还存在于周向及径向。经由流入口4流入导管2的流体的流场不均匀。因此，导管2的配置角φ及半径位置R影响到导管2所产生的推力。根据本发明人的研究结果明确可知若在周向上导管2的配置角φ及半径位置R恒定，则无法充分地得到导管2的推力。 [0056] 于是，在本实施方式中，将导管2的形状设定为配置角φ及半径位置R在旋转轴AX的周向上的导管2的多个部分分别不同。由此，能够使导管2所产生的推力最大化，能够得到更大的节能效果。 [0057] 例如，在肥大型船中具有以下倾向，周向上在0deg的位置(上端部的位置)流向角较大，在90deg的位置(侧端部的位置)流向角较小。并且，具有以下倾向，周向上在0deg的位置半径位置R越小流速越大，在90deg的位置半径位置R越大流速越大的倾向。 [0058] 因此，通过使导管2的上端部的配置角φ大于导管2的侧端部的配置角φ，使导管2的上端部的半径位置R小于导管2的侧端部的半径位置R，而能够增大利用以下的式(1)、式(2)、及式(3)中评价的导管2的推力。 [0059] L＝1/2·Cl(α)·ρ·S·V2……(1) [0060] D＝1/2·Cd(α)·ρ·S·V2……(2) [0061] F＝L·sinθ-D·cosθ……(3) [0062] L：升力 [0063] D：阻力 [0064] F：推力(合力的前方分量) [0065] Cl：升力系数(基于叶片性能。取决于攻角α) [0066] Cd：阻力系数(基于叶片性能。取决于攻角α) [0067] ρ：流体比重 [0068] S：导管表面积(基于半径方向位置) [0069] V：流速(轴向和半径方向的合成流速) [0070] θ：流向角(轴向流速和半径方向流速所呈的角度) [0071] 接着，对撑杆3进行说明。如图1、图2、及图3等所示，撑杆3具有前端部31及后端部32。前端部31配置于后端部32的前方。后端部32与螺旋桨101对置。 [0072] 撑杆3连接导管2和船体100的船尾管104。撑杆3具有：内端部38，与船尾管104的外表面连接；及外端部39，与导管2的内表面连接。外端部39在相对于螺旋桨101的旋转轴AX的放射方向上配置于内端部38的外侧。 [0073] 导管装置1具有一对撑杆3。在以下说明中，将其中一个撑杆3适当地称为第1撑杆301，将另一个撑杆3适当地称为第2撑杆302。第1撑杆301在横向上配置于旋转轴AX的一侧。 第2撑杆302在横向上配置于旋转轴AX的另一侧。在本实施方式中，第1撑杆301及第2撑杆 302实际上以与水平面平行的方式而配置。 [0074] 图6示出本实施方式的撑杆3的剖视图。如图6所示，撑杆3的截面为叶片状。撑杆3的叶片状具有通过与流体的相互作用而有效地得到升力的外形。撑杆3的叶片状(截面形状)是从前缘部向后缘部逐渐变细的形状。在本实施方式中，撑杆3的叶片状的上表面呈直线状、或凸度小于内表面的凸状、或凹状。撑杆3的叶片状的下表面呈向下侧凸出的曲面状。在撑杆3的叶片状中，对叶片状的最前端的前缘33、叶片状的最后端的后缘34、连结前缘33和后缘34的叶片弦线35、及依次连结叶片状的上表面和下表面的中心点而得到的中心线36进行设定。前端部31包括叶片状的前缘33。后端部32包括叶片状后缘34。 [0075] 在本实施方式中，撑杆3以叶片状的叶片弦线35倾斜的方式而配置。在本实施方式中，撑杆3以叶片状的叶片弦线35的前缘33配置于比后缘34更靠上方的方式而倾斜。 [0076] 撑杆3可以以叶片弦线35相对于水平面倾斜的方式而配置。撑杆3也可以以叶片弦线35相对于吃水线倾斜的方式而配置。吃水线包括计划吃水线及设计吃水线的至少1种。撑杆3可以以在包括旋转轴AX的决定面，前缘33比后缘34更远离决定面而配置的方式而倾斜。包括旋转轴AX的决定面有时为水平面，有时为相对于水平面倾斜的倾斜面。 [0077] 在本实施方式中，前缘33配置于后缘34的上方，撑杆3以水平面与叶片弦线35所呈的角度γ成为0度以上且10度以下的方式而配置。 [0078] 船舶在水上(海上)前进时，水的至少一部分经由撑杆3的前缘33而沿着撑杆3的内表面流动。根据伯努利定理，前端部31的撑杆3的下表面成为负压，并产生升力。通过升力的轴向分量(撑杆3所产生的推力)及螺旋桨101的推力，而产生较大的推力。并且，由于通过撑杆3所产生的推力而使螺旋桨101转动的动力源的输出被抑制，因此能够得到节能效果。 [0079] 如以上说明，根据本实施方式，由于导管2以配置角φ及半径位置R在周向上的多个部分为不同的方式而形成，因此能够得到节能效果。 [0080] 并且，在本实施方式中，由于撑杆3的截面为叶片状，因此不仅导管2，撑杆3也产生推力。由此，能够得到更高的节能效果。 [0081] 并且，在本实施方式中，撑杆3的外端部39与半环状的导管2连接。由此，能够抑制叶片端部受损。撑杆3的外端部39与导管2为连接时，在撑杆3的端部及导管2的端部中的至少一个产生涡流，其结果，有可能无法充分发挥节能效果。在本实施方式中，由于撑杆3和导管2连接，因此涡流的产生得到抑制。由此，能够得到较高的节能效果。 [0082] ＜第2实施方式＞ [0083] 对第2实施方式进行说明。在以下说明中，对与上述实施方式相同或相等的构成部分附加相同的符号，并简略或省略其说明。 [0084] 图7表示本实施方式的导管装置1B的撑杆3B的一例。撑杆3B的截面为叶片状。在本实施方式中，撑杆3B为叶片状的上表面形状与下表面形状相对称的对称叶片。另外，撑杆3B也可以为叶片状的上表面形状与下表面形状为非对称的非对称叶片。 [0085] 撑杆3B具有：内端部38，与船体100连接；及外端部39，在相对于螺旋桨100的旋转轴AX的放射方向上配置于内端部38的外侧，并与导管2连接。 [0086] 在本实施方式中，撑杆3B的叶片状的叶片弦线35与水平面所呈的角度γ在放射方向上的撑杆3B的多个部分分别不同。在本实施方式中，内端部38的撑杆3B的叶片状的叶片弦线35的角度γ和外端部39的撑杆3B的叶片状的叶片弦线35的角度γ不同。撑杆3B以其角度γ从内端部38向外端部39逐渐发生变化的方式而扭转。 [0087] 在本实施方式中，撑杆3B的内端部38的叶片弦线35以叶片状的前缘33配置于比后缘34更靠上方的方式而倾斜，撑杆3B的外端部39的叶片弦线39以叶片状的前缘33配置于比后缘34更靠下方的方式而倾斜。 [0088] 导管2及撑杆3B外周的流体的流场在相对于螺旋桨101的旋转轴AX的放射方向上不同。例如，在放射方向上的内侧，流体(海水)有可能朝下流动，在放射方向上的外侧，流体(海水)有可能朝下流动。因此，撑杆3B的倾斜角度γ影响撑杆3B所产生的推力。根据本发明人的研究结果明确可知在放射方向上使撑杆3B的叶片弦线35的角度(撑杆3B的倾斜角度)γ在放射方向上发生变化，由此能够进一步提高撑杆3B的推力。 [0089] 于是，在本实施方式中，将撑杆3B的形状设定为倾斜角度γ在相对于旋转轴AX的放射方向上的撑杆3B的多个部分分别不同。由此，能够使撑杆3B所产生的推力最大化，并能够得到更大的节能效果。 [0090] 因此，通过调整撑杆3B的倾斜角度γ，能够增大利用以下的式(4)、式(5)、及式(6)评价的撑杆3B的推力。 [0091] L＝1/2·Cl(α)·ρ·S·V2……(4) [0092] D＝1/2·Cd(α)·ρ·S·V2……(5) [0093] F＝L·sinθ-D·cosθ……(6) [0094] L：升力 [0095] D：阻力 [0096] F：推力(合力的前方分量) [0097] Cl：升力系数(基于叶片性能。取决于攻角α) [0098] Cd：阻力系数(基于叶片性能。取决于攻角α) [0099] ρ：流体比重 [0100] S：撑杆表面积 [0101] V：流速(横切撑杆的方向和主流方向的合成流速) [0102] θ：流向角(横切撑杆的方向流速和主流方向流速所呈的角度) [0103] ＜第3实施方式＞ [0104] 对第3实施方式进行说明。在以下说明中，与上述实施方式相同或相等的构成部分附加相同的符号，且简略或省略其说明。 [0105] 图8表示本实施方式的导管装置1C的一例。在图8中，撑杆3包括配置于螺旋桨101的旋转轴AX的上方的第1撑杆301及第2撑杆302。在旋转轴AX的周向上，第1撑杆301与第2撑杆302所呈的角度小于90度。在本实施方式中，与导管2连接的外端部39配置于与船体100连接的内端部38的上方。在本实施方式中，也能够得到节能效果。 [0106] ＜第4实施方式＞ [0107] 对第4实施方式进行说明。在以下说明中，与上述实施方式相同或相等的构成部分附加相同的符号，且简略或省略其说明。 [0108] 图9表示本实施方式的导管装置1D的一例。如图9所示，导管装置1D具有导管2D及连接导管2D与船体100的至少一部分的撑杆3D。导管2D和撑杆3D的连接部表面包括曲面。即，在本实施方式中，在导管2D与撑杆3D的连接部中未设有角部。 [0109] 根据本实施方式，能够大大减少叶片端面受损。在本实施方式中撑杆3D所产生的推力也辅助导管2D所产生的推力。 [0110] 符号说明 [0111] 1-导管装置，2-导管，3-撑杆，4-流入口，5-流出口，21-前端部，22-后端部，22T-凸部，23-前缘，24-后缘，25-叶片弦线，31-前端部，32-后端部，33-前缘，34-后缘，35-叶片弦线，38-内端部，39-外端部，100-船体，101-螺旋桨，AX-旋转轴。 |
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