專利名稱：排水和半排水船的半潛式螺旋槳推進系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及排水和半排水船的推進系統(tǒng)，此處通過排水船意
指沿垂直于水面的軸線，船僅受到浮力而不受到船在水中運動產(chǎn) 生的升力。通過半排水船意指船所述升力的影響不及所述浮力， 且在設(shè)計速度下，底部傾向于保持浸沒。這樣的船(用于裝運相當 大或者不管多大噸位的貨物)的特征是中低或者低航速。
這種船不同于那些吃7JC差(trim)變4匕的船，即，在底部完全 浮出或僅部分浸沒的情況下，受到水中運動產(chǎn)生的升力，特別是來 自水面(water-planing)的升力的顯著影響。這些船通常表it見出至 少中高航速。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代船舶推進設(shè)想使用螺旋槳、槳輪或噴射系統(tǒng)。
對于在航J亍中具有浸水船體的的船舶而言，絕大多數(shù)系統(tǒng)使用 全浸沒的螺;旋槳，通常設(shè)置在船尾。它們-沒想至少部分浸沒的軸線 從船體伸出來，該船體需要一系列復(fù)雜構(gòu)造和流體動力學(xué)特性以支 撐該驅(qū)動齒4侖，即例如軸和軸支撐件的船體附屬物。這種推進已經(jīng) 在幾十年的船舶技術(shù)中建立起來，具有特別是對于低速船舶而言通 常認為可接受的推進效率。
然而，所述效率并沒有表現(xiàn)出任何顯著的提高，除了在采用不 同的推進系統(tǒng)情況之外。
PCT申請公開號WO-01/47770 ( Fle§ )描述了使用槳輪作為船舶 推進，其具有平4于于船的縱向(即運動方向)的轉(zhuǎn)動軸。
附帶說明，稱作槳輪，其意味著這樣的旋轉(zhuǎn)裝置，即相對于葉 片本身的延伸，其總直徑更多地是被轂和葉片支撐盤的直徑所覆 蓋。相對地，稱作螺旋槳，其意味著這樣的旋轉(zhuǎn)裝置，即其總直徑 基本上是由葉片的延伸所覆蓋，而不是由轂的直徑所覆蓋。
所述PCT申請的裝置是專為中速(40-60節(jié))船舶推進而設(shè)計的， 并且具有浸沒的有限延伸的葉片冠部扇面(blade crown sector )， 乂人 而支撐盤是基本上浮出來的。
這個推進，除了經(jīng)受固有的振動問題以及需要復(fù)雜的調(diào)節(jié)機構(gòu) 之外，并不適于^^于40節(jié)的速度，尤其不適于^L為^f氐速(10-30節(jié)) 的巡航速度。在美國專利No.6，851,991 (Eriksson)中描述了與上面 例子類似的另一個例子，涉及半潛式運行槳輪的〗吏用，該槳輪設(shè)置 在底部并適于竟賽船。
本領(lǐng)域也知曉所謂半潛式，也稱為茅，邊7,面(surface-piercing )， 螺旋槳的4吏用。這樣的螺^:槳運行時，底部大約一半浸沒而頂部一 半基本上浮出。因此，在負壓下的葉片的側(cè)面基本上處于大氣壓下， 其防止穴蝕問題，使得這些螺旋槳特別適于超高轉(zhuǎn)速，典型的吃水 差(trim)變化的船通?；胁⑶姨卣魇歉咚倩虺咚?。此外，這 樣一種操作一莫式允許處于滑行速度的該推進附屬物(軸和支撐件) 保持浮出，即被尾板"遮蔽"。這個類型的螺;蔽槳一直^^人為不可避免地具有〗氐推進效率，所 以總的來說不適于航行在中低速的船。特別地，公知的是可^又通過 處于驅(qū)動速度的未浸沒的附屬物來更好地補償這樣的^f氐推進歲丈率。 所以，這些螺^走槳的應(yīng)用范圍一直一皮限制在游艇和竟賽船舶，或者 在一些偶然的情況中，在貨運或軍事船舶，它們一直是以高或者超 高的運轉(zhuǎn)速度為特征的，通常是滑行的方式。在它們的典型應(yīng)用中， 該半潛式螺旋槳僅當船運動時部分在水面上，反之當船不動時其保 持為完全浸沒。
這種類型應(yīng)用的例子可以在意大利專利No.l,184,406 (Levi)、 PCTV^開號W096/40550( Ameson )禾口美國專利No.6，332，818( Duncan 等人)中找到，其中描述一種介于槳輪和岸，邊水面的螺旋槳之間的 混合動力，安裝大直徑的轂和在其中間隔開的短葉片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)問題是提供一種推進系統(tǒng)，克服所提到的與 已知技術(shù)有關(guān)的缺陷，相應(yīng)地克服了該領(lǐng)域發(fā)展過程中形成的偏 見。
這樣的問題是由排水或半排氷船的推進系統(tǒng)來解決的，包括一 個或者多個半潛式螺旋槳，設(shè)置有專門的底部葉片部分浸沒以及頂 部葉片浮出，而不管船的運動狀態(tài)和縱傾，其中所述半潛式螺i走槳 設(shè)置在船尾，該半潛式螺旋槳的直徑或直徑的總和與吃水線處的船 寬的比值大于0.50。
按照本發(fā)明的推進系統(tǒng)的優(yōu)點在于允許更高的總的推進效率。 此外，半潛式螺旋槳的驅(qū)動線路(動力傳動系統(tǒng))完全位于水面之 上，結(jié)構(gòu)明顯簡^化并且由于不存在浸沒的附屬物而具有流體動力學(xué) 方面的好處。


根據(jù)下面的例子和附圖，本發(fā)明將在下文中#4居其優(yōu)選實施方 式連同其一些優(yōu)選的應(yīng)用來描述，這些是作為示例鄉(xiāng)會出的而不是為
了限制性的目的，其中
圖1示出結(jié)合按照本發(fā)明的推進系統(tǒng)的第 一 實施方式的船的立 體示意圖2示出結(jié)合按照本發(fā)明的推進系統(tǒng)的第二實施方式的船的立 體示意圖3示出圖2的船的船尾的立面(elevational)側(cè)4見圖4示出圖l的船的尾寺反的立面示意圖，以-沈明其一些相關(guān)的 量j 和
圖5、 6和7示出說明示例性的推進系統(tǒng)的性能的圖表。
具體實施例方式
參考附圖，部分且示意性地描述了標示為1的4非水或部分排水 船。其結(jié)合設(shè)置在船1的尾板2上的推進系統(tǒng)，在該圖上突出顯示吃 水線3，其位置在船的運動狀態(tài)或速度改變時并沒經(jīng)歷顯著變化。
重要的是，需要指出由于不同的載貨條件而導(dǎo)致的船舶浸沒的 變化以及由此導(dǎo)致的螺旋槳浸沒的變化不會不利于該推進系統(tǒng)的 運行。事實上，為了正確定位螺旋槳，不僅要考慮在最大載重條件 下的浸沒，甚至可以采用流動控制系統(tǒng)。
在尾^反2上，在這個實施方式中，該4偉進系統(tǒng)包4舌一只于半潛式 類型的螺旋槳4，簡稱為半潛式螺旋槳。
在圖1和2中，這對螺旋槳4對轉(zhuǎn)。包含在該尾板2處的船體內(nèi)部 的這對螺旋槳4的驅(qū)動線路(動力傳動系統(tǒng))，完全位于船的水面之 上。所以，不需要為該螺旋槳軸所穿過的孔纟是供深度密封；通常密 封就足夠了 。
參考圖l,這對螺旋槳4直接安裝在該尾板2上，并且每個具有 設(shè)置為基本上恰好高于該吃水線3的轂5。在該尾板2和這些螺旋槳4 之間，可提供控制裝置以用于控制尾浪，即由恰在移動的船的船尾 下游的尾流影響而形成的波浪。
這種波浪會淹沒這對螺旋槳4。出于這個目的，所述控制裝置 具有平衡板6，可選地高度可調(diào)，擠壓恰位于這對螺旋槳處的水中 的波浪，以<更將該吃水線3{呆持在基本上恒定的4立置。
然而，可以理解的是，需要或者不需要安裝這個板取決于這些 螺旋槳4如何固定到該尾^反2。 -假如這些螺"走槳幾乎4矣觸到尾壁，就 可能不需要這種裝置。
參考圖2和3，第二實施方式提供設(shè)置在每個螺旋槳4上方的保 護罩7，以便引導(dǎo)所形成的尾流。此外，突出顯示了用于控制尾浪 高度的控制裝置，其具有用于調(diào)節(jié)該板6的臂8。
在上面描述的這兩個實施方式中，有可能這些螺4t槳沿垂直軸 轉(zhuǎn)動，例如用于補償推力矢量的橫向分量，該橫向分量有可能甚至 是由該螺旋槳葉片在高速下彈性變形所產(chǎn)生的。
此外，這些螺:旋槳可以進一步沿垂直于運動軸的水平軸轉(zhuǎn)動， 例如用于改變這些葉片在水中的切入角度。
最后，這些螺旋槳的節(jié)距(pitch)是可變的，以使他們適應(yīng)不 同的運行條件。
參考每個螺旋槳4和圖4，可以突出顯示下面參凄丈
Np-半潛式螺;旋槳的凄t量
D-螺;旋槳4的直徑
P-螺》走槳節(jié)距，即，該螺旋槳轉(zhuǎn)動一圈前進的距離 Nb-葉片數(shù)量
Lb-每個葉片從該轂的連接處算起的高度
Ap-螺旋槳面積
Ab-總的葉片面積
Ah-該牽殳5的面積
Ai-在該吃水線3下的、浸沒的螺^走槳的面積 L-該吃水線處的船寬
可以理解的是，螺力定槳的數(shù)量Np可以l到n，只要滿足該船必須 遵守的構(gòu)成要件。
在這個例子中所選擇的數(shù)量允許釆用對轉(zhuǎn)的螺;旋槳4,在該對 轉(zhuǎn)的螺旋槳中，由每個螺旋槳4產(chǎn)生的推力矢量的橫向分量得到了 補償。
然而，可以理解的是這個凄t量可以變〗匕。特別;也，這些螺;旋槳 可以是四個，以4更減少單個螺:旋槳的直徑，相應(yīng)地/f呆持足夠的葉片 表面浸沒，這點就單個螺旋槳的成本而言是有利的，且可選擇利用 尾滑道在船尾裝運貨物。如果這樣的話，這四個螺旋漿將設(shè)置在該 滑道下面。
才艮據(jù)另一個變化，在一個單軸上，可以安裝一對對轉(zhuǎn)的螺旋槳。
本舉例中描述了5葉螺旋槳，然而，葉片的數(shù)量Nb可以根據(jù)所 需構(gòu)造自由選擇。然而，葉片數(shù)量Nb大于或者等于4允許更容易獲 得更大的由葉片面積Ab覆蓋的螺旋槳面積Ap。
單個葉片的形狀并不是本發(fā)明的目的，并且其應(yīng)當根據(jù)設(shè)計需 要而選擇。
Ai與Ap的比值在0.30到0.55的范圍，以確保該半潛式螺旋槳4 的正確運4于。事實上，該螺"走槳的浸沒部分4&動在水的自由面下面 的一定數(shù)量的空氣，允許該浸沒的葉片的處于負壓下的側(cè)面在大氣 壓力下運津爭，防止穴々蟲問題。
理想地，每個螺^走槳4的毅5將設(shè)置為'除在該吃水線3上方。優(yōu) 選i也，Ai與Ap的比U^l夸在0.35到0.45的范圍。
Ah與Ap的比值低于0.30，以具有相對該螺旋槳4的總尺寸充分 延伸的葉片長度。優(yōu)選地，所述比值可以在0.10到0.20的范圍。
Ab與Ap的比值大于0.60 ，以具有足以排開滿足4侓進所需水量的 葉片表面。優(yōu)選地，所述比值可以在0.60的0.80范圍。
該半潛式螺》走槳的直徑D或直徑總和NpxD與該吃水線處船寬 的比值大于0.50，從而總的來說，這些螺^走槳可以4非開相對該船寬 足夠?qū)挼牧?。有利地，所述比值可以?.70到0.95的范圍。
量^NpxLb與L的比值優(yōu)選地總是大于或等于0.50，以確保足夠 寬的推力流。優(yōu)選地，所述比值可以在0.70到0.85的范圍。
D與P的比值在0.80到1.20的范圍，以使得為討論中的該推進系 統(tǒng)提供的速度獲得最佳的運行狀況。優(yōu)選地，所述比值將在0.9到1.1 的范圍。
示例
在拖曳水池中測試排水船的比例才莫型，其安裝有一對對轉(zhuǎn)的以 及半潛式螺旋槳，該吃水線基本上與該轂的底部邊緣相切。
運行條件如下
Np=2
Nb=5
Ai/Ap=0.40
Ah/Ap=0.1786,在280mm螺旋槳直徑和50mm轂直徑的情況下
Ab/Ap=0.70
2xNpxLb/L=0.75
NpxD/L=0.913
利用這個模型執(zhí)行測試，其結(jié)果在圖5到7的圖表中描述。
在圖5的圖表中，依照運轉(zhuǎn)速度，該速度用節(jié)表示(l節(jié) =0.514m/s)，對傾向于在全浸沒下運^于的傳統(tǒng)螺^走槳的凈效率(虛 線)，與測試中所用的螺旋槳的效率(實線)進行了比較。顯然， 傳統(tǒng)螺旋槳的性能，大體上，優(yōu)于利用半潛式螺旋槳所獲得的性能。 在這個例子中，該傳統(tǒng)螺旋槳是在適于同樣;溪型的螺旋槳的基礎(chǔ)上 選擇的。
參考用來繪制圖5的圖表的相同的傳統(tǒng)螺旋槳，進行模擬以獲 得在給定速度下驅(qū)動該船所需要的功率。
從圖6的圖表顯而易見的，對于大于15節(jié)的速度，該半潛式螺 旋槳提供更有利的性能(獲得某個速度需要更低的功率)，但是這 個圖(plotting)考慮了功率的原始值，其受到用于支撐這對半潛式 螺旋槳的復(fù)雜的支撐件的影響。
當重新繪制先前的圖表時可以獲得更現(xiàn)實的模擬，消除了所述 支撐件的影響，因為這個推進系統(tǒng)的使用意味著新的船尾設(shè)計不含 有支撐件。
這樣的模擬產(chǎn)生圖7的圖表，其中，明顯地，該半潛式螺旋槳 的推力效率相對于甚至低于10節(jié)速度的傳統(tǒng)螺旋槳有提高。
這樣的結(jié)果證實了使用上述推進系統(tǒng)的好處。在所述模擬的基 礎(chǔ)上，有可能計算節(jié)約的燃料，例如，在中或者高噸位集裝箱船上， 這樣的節(jié)約在10%左右。
對于上面描述的推進系統(tǒng)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員，為了滿足進一 步和可能的需求，可以實現(xiàn)多個進一步的l多改和變化，然而全部包 括在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種排水或半排水船的推進系統(tǒng)，包括一個或多個半潛式類型的螺旋槳，設(shè)置有專門的底部葉片部分浸沒以及頂部葉片浮出，而不管船的運動狀態(tài)和縱傾，其中所述半潛式螺旋槳設(shè)置在船尾，該半潛式螺旋槳的直徑(D)或直徑的總和(Np×D)與吃水線(3)處的船寬(L)的比值大于0.50。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進系統(tǒng)，使用 一對對轉(zhuǎn)的半潛式螺旋 槳(4)。
3. 才艮據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的推進系統(tǒng)，其中該半潛式螺旋槳 具有的葉片數(shù)量(Nb)大于或等于四。
4. 4艮據(jù)前述任一4又利要求所述的推進系統(tǒng)，其中4氐于該吃水線(3)的螺旋槳浸沒的面積(Ai)與螺力走槳面積(Ap)的比值 在0.30到0.55的范圍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的推進系統(tǒng)，其中每個螺旋槳(4)的轂(5)設(shè)置為恰好在該吃水線(3)上方。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的推進系統(tǒng)，其中低于該吃水線(3 ) 的螺力走槳浸沒的面積(Ai)與螺旋槳面積(Ap )的比值在0.35 到0.45的范圍。
7. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的推進系統(tǒng)，其中轂面積(Ah) 與螺;旋槳面積(Ap)的比4直小于0.30。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的推進系統(tǒng)，其中轂面積(Ah)與螺旋 槳面積、(Ap)的比4直在0.10到0.20的范圍。
9. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的推進系統(tǒng)，其中總的葉片面積(Ab)與螺:旋槳面積(Ap)的比值大于0.60。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的推進系統(tǒng)，其中總的葉片面積(Ab) 和螺旋槳面積(Ap)之間的比值在0.60到0.80的范圍。
11. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的推進系統(tǒng)，其中量2xNpxLb的 比值大于或等于0.50，其中Np是該半潛式螺旋槳(4)的數(shù) 量，Lb是每個葉片從與該轂(5)的連接處計算的高度，以及 L是吃水線(3)處的船寬。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的推進系統(tǒng)，其中量2xNpxLb的比值在 0.70到0.85的范圍，其中Np是該半潛式螺;旋槳(4)的凄丈量 以及Lb是每個葉片從與該轂(5)的連接處計算的高度，和L 是吃水線(3)處的船寬。
13. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的推進系統(tǒng)，其中螺旋槳直徑(D) 與螺旋槳節(jié)-巨(P)的比值在0.80到1.20的范圍。
14. 才艮據(jù)權(quán)利要求14所述的推進系統(tǒng)，其中該螺;旋槳直徑(D) 與螺旋槳節(jié)距(P)的比值在1.00到1.10的范圍。
15. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的推進系統(tǒng)，其中該半潛式螺旋槳 的直徑(D)或直^圣的總和(NpxD)與p乞 K線(3)處的船寬(L )的比<直在0.70到0.95的范圍。
16. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的推進系統(tǒng)，其包括用于控制尾浪 高度的控制裝置。
17. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的推進系統(tǒng)，其中該用于控制尾浪高度的裝置包括平銜二板(6),其設(shè)置在該半潛式螺旋槳(4) 和船尾壁之間。
18. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的推進系統(tǒng)，其中每個半潛式螺旋 槳(4)被保護罩(7)從上面包住。
全文摘要
一種排水或半排水船的推進系統(tǒng)，包括一個或多個半潛式類型的螺旋槳，設(shè)置為專門的底部葉片部分浸沒以及頂部葉片浮出，而不管船的運動狀態(tài)和縱傾，從而在使用相等功率的情況下，允許更高的推進效率，并且允許這些螺旋槳的動力傳動系統(tǒng)完全保持在水面之上，其中所述半潛式螺旋槳設(shè)置在船尾，該半潛式螺旋槳的直徑(D)或直徑的總和(Np×D)與吃水線(3)處船寬(L)的比值大于0.50。
文檔編號B63H1/14GK101389529SQ200680053494
公開日2009年3月18日 申請日期2006年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者布魯內(nèi)洛·阿坎波拉, 雷納托·萊維 申請人:弗萊克希泰博有限公司