專利名稱：提高能量效率的船舶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的前噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高能量效率的船舶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的前噴嘴(pre-nozzle)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已有提高驅(qū)動(dòng)功率要求的不同類型的船舶的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。例如，EP 2100 808 Al中公開的基于前噴嘴的用于船舶的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由螺旋槳和直接安裝在螺旋槳上游的前噴嘴組成，前噴嘴包括整合在前噴嘴內(nèi)的鰭或水翼。前噴嘴基本上具有扁平圓錐形切面(cut-out)，其中兩個(gè)開口，即進(jìn) 水口和出水口配置為環(huán)形開口，并且進(jìn)水口的直徑比出水口的直徑大。因此，通過整合在前噴嘴內(nèi)的鰭或水翼，能夠提高螺旋槳流量以及減少由生成的前鏇潤(rùn)(pre-swirl)造成的螺旋槳流上的損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供用于船舶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的前噴嘴，尤其用于慢速、大體積的船舶，用于進(jìn)一步提聞驅(qū)動(dòng)效率。上述目的由具有根據(jù)權(quán)利要求I所述的特征的裝置實(shí)現(xiàn)。因此，這樣配置船舶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的前噴嘴，尤其是前面描述的那種類型的船舶，以便鰭系統(tǒng)設(shè)置在前噴嘴內(nèi)部。在這種情況下，前噴嘴在船舶的行駛方向位于螺旋槳的上游?！霸诖暗男旭偡较颉痹诖颂幰斫獬纱靶旭偟那斑M(jìn)方向。前噴嘴內(nèi)沒有螺旋槳，與比如柯特式導(dǎo)流管(Kort nozzle)內(nèi)一樣。而且，前噴嘴與螺旋槳相差一定距離。位于前噴嘴內(nèi)部的鰭系統(tǒng)包括多個(gè)(比如四個(gè)或五個(gè))鰭，這些鰭與螺旋槳軸成徑向安裝，并且連接到噴嘴體的內(nèi)表面。在這種情況下，各個(gè)鰭優(yōu)選地非對(duì)稱地位于前噴嘴的內(nèi)部。鰭可理解為鰭或水翼。位于前噴嘴內(nèi)的鰭系統(tǒng)因此包括多個(gè)鰭或水翼?！扒皣娮靸?nèi)部”要理解為由在兩個(gè)開口處概念上關(guān)閉的前噴嘴的噴嘴體所封閉的區(qū)域。因此，這樣安裝鰭系統(tǒng)的各個(gè)鰭，以便這些鰭基本上位于前噴嘴內(nèi)部并且優(yōu)選地完全位于前噴嘴內(nèi)部，即不從前噴嘴的一個(gè)或兩個(gè)開口中伸出。與此相反，這樣安裝船舶的螺旋槳，以便其基本上位于前噴嘴的外部，并且優(yōu)選地不在任何點(diǎn)處延伸至前噴嘴內(nèi)，即穿過前噴嘴的兩個(gè)開口中的一個(gè)。鰭系統(tǒng)的各個(gè)鰭在前噴嘴的縱向上的延伸優(yōu)選地比最短點(diǎn)處的前噴嘴的長(zhǎng)度小或短。延伸在此處要理解為沿著前噴嘴的內(nèi)表面的區(qū)域或長(zhǎng)度，鰭在前噴嘴的縱向上在該區(qū)域或長(zhǎng)度上延伸。特別優(yōu)選的是，各個(gè)鰭在前噴嘴的縱向上的延伸小于前噴嘴的最短點(diǎn)處前噴嘴長(zhǎng)度的90 %，極其優(yōu)選地小于80 %，或者甚至小于60 %?？v向?qū)?yīng)于流動(dòng)方向。在這種情況下，各個(gè)鰭可設(shè)為相同或不同的角度。這就表示可不同地選擇和調(diào)整各個(gè)鰭的攻角。攻角對(duì)應(yīng)于沿著前噴嘴的內(nèi)表面的母線和朝向內(nèi)表面的鰭的邊緣的側(cè)邊之間的角。因此，鰭與流動(dòng)方向設(shè)有一個(gè)角，即攻角。而且，鰭最好基本上位于后部區(qū)域內(nèi)，即在朝向螺旋槳的區(qū)域內(nèi)。因此，前噴嘴的入口區(qū)域沒有鰭系統(tǒng)，并且僅僅用于加快水流。位于前噴嘴的后部區(qū)域內(nèi)的鰭系統(tǒng)或位于入口區(qū)域之后的鰭系統(tǒng)用于(額外)產(chǎn)生前漩渦。
而且，本發(fā)明的前噴嘴配置為旋轉(zhuǎn)地非對(duì)稱。因此前噴嘴的旋轉(zhuǎn)軸這樣沿著前噴嘴，所以從橫截面的角度看前噴嘴時(shí)，前噴嘴在中心上垂直和水平對(duì)準(zhǔn)，并且優(yōu)選地穿過出水口的中心。由于前噴嘴的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的配置，因此在關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸以任意角度旋轉(zhuǎn)的過程中，前噴嘴不會(huì)映射到前噴嘴本身上。因此，各個(gè)表面部分，比如出水口區(qū)域內(nèi)的部分，本身具有旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的特性，但是前噴嘴作為整體并非旋轉(zhuǎn)體。而且，旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱與前噴嘴內(nèi)部的鰭系統(tǒng)無關(guān)。因此無論怎樣設(shè)置各個(gè)鰭，前噴嘴均旋轉(zhuǎn)地非對(duì)稱。位于前噴嘴下游的并且與前噴嘴相隔一個(gè)距離的螺旋槳固定，即可旋轉(zhuǎn)，但是不可(水平或垂直地)關(guān)于螺旋槳軸樞轉(zhuǎn)，并且可旋轉(zhuǎn)地安裝在艉軸管內(nèi)。在這種情況下，前噴嘴的位置可使得向上設(shè)置的旋轉(zhuǎn)軸位于螺旋 槳軸的上面。因此前噴嘴的重心位于螺旋槳軸的外面。因此，可這樣安裝前噴嘴，以便其旋轉(zhuǎn)軸與螺旋槳軸平行或者與螺旋槳軸成一個(gè)角度，因此旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于螺旋槳軸傾斜。前噴嘴相對(duì)于螺旋槳軸在水平方向中心對(duì)準(zhǔn)。因此，前噴嘴的旋轉(zhuǎn)軸與螺旋槳軸位于一個(gè)垂直平面內(nèi)?，F(xiàn)有技術(shù)中已知噴嘴，這些噴嘴由大概垂直的平面分割成兩等份，其中這兩等份沿著垂直平面在縱向上彼此偏移。本發(fā)明的前噴嘴不包括兩個(gè)以上在縱向上偏移的等份。因此，出水口區(qū)域優(yōu)選地在僅僅一個(gè)平面上延伸，并且尤其不在彼此偏移的平面上延伸。前噴嘴優(yōu)選地配置為周圍封閉。比如，前噴嘴可配置為一個(gè)整體并且在整個(gè)周長(zhǎng)上封閉。而且，前噴嘴可由兩個(gè)或多個(gè)部分構(gòu)成，其中在裝配的狀態(tài)下，前噴嘴在整個(gè)周長(zhǎng)上封閉。在這種情況下，部分船體(比如艉軸管)也可用于周向上封閉前噴嘴。由于本發(fā)明的前噴嘴，所以能夠進(jìn)一步提高船舶的驅(qū)動(dòng)效率，從而通過前噴嘴的配置提高螺旋槳流動(dòng)，并且設(shè)置在前噴嘴內(nèi)的鰭系統(tǒng)減少由前漩渦的生成所造成的螺旋槳噴嘴內(nèi)的損失。尤其地，由于前噴嘴的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱配置，能夠考慮不利的伴流區(qū)域，因此進(jìn)一步提高螺旋槳流動(dòng)。尤其為大型的滿載的船舶時(shí)，比如油輪、散貨船或拖輪，由于船舶的形狀或船體的配置，船舶后部區(qū)域內(nèi)(即螺旋槳和前噴嘴的區(qū)域內(nèi))的水速不同。比如，前噴嘴和螺旋槳的下區(qū)域的水速能夠比前噴嘴或螺旋槳的上區(qū)域內(nèi)的水速快。這特別是由于噴嘴和螺旋槳的方向的進(jìn)水速度在上區(qū)域內(nèi)比下區(qū)域內(nèi)受到船體更嚴(yán)重地減速或偏轉(zhuǎn)。由于前噴嘴的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱配置，能夠考慮特殊的船舶形狀以及進(jìn)水速度的相關(guān)影響，因此前噴嘴尤其在不利的伴流區(qū)域內(nèi)(比如前噴嘴或螺旋槳的上區(qū)域內(nèi))所加快的進(jìn)水速度比在更有利的伴流區(qū)域內(nèi)(比如前噴嘴或螺旋槳的下區(qū)域內(nèi))所加快的進(jìn)水速度程度上更強(qiáng)。因此，螺旋槳的進(jìn)水速度分布更均勻。因此，本發(fā)明的前噴嘴考慮具有不同伴流的區(qū)域，尤其是相對(duì)于特定的流速在前噴嘴的上、下區(qū)域內(nèi)不同的伴流比。又一優(yōu)勢(shì)在于本發(fā)明的前噴嘴可避免或減少產(chǎn)生漩渦。這就表示船體所偏轉(zhuǎn)的水流在噴嘴體的外表面上未出現(xiàn)或者僅僅出現(xiàn)了小部分，因此未產(chǎn)生或僅僅產(chǎn)生一些水渦流，因此整體上可增加推進(jìn)效率。使用本發(fā)明的前噴嘴，并且尤其由于前噴嘴的設(shè)置，有利地影響了流動(dòng)，從而未產(chǎn)生高阻力或強(qiáng)渦流。結(jié)果，本發(fā)明的設(shè)備以相同的驅(qū)動(dòng)功率或其他功率可增大螺旋槳推力，因此，在不減少螺旋槳推力的同時(shí)，更低的驅(qū)動(dòng)功率可節(jié)省能量。與旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的前噴嘴的環(huán)形開口相比，進(jìn)水口優(yōu)選地向下和/或向上擴(kuò)大。向上和向下的方向在此處與船舶上前噴嘴的內(nèi)置狀態(tài)有關(guān)。根據(jù)不利伴流的區(qū)域或者根據(jù)船體，本發(fā)明的前噴嘴的進(jìn)水口向上或向下擴(kuò)大。前噴嘴的進(jìn)水口也能夠向上和向下擴(kuò)大。由于進(jìn)水口的擴(kuò)大，大量的水可流入前噴嘴的進(jìn)水口，從而減少因船體所偏轉(zhuǎn)的水流造成的損失，在非擴(kuò)大的進(jìn)水口中，這些被偏轉(zhuǎn)的水流到達(dá)噴嘴體的外區(qū)域。由于流入增大，所以提聞了效率。而且，兩個(gè)開口區(qū)域、進(jìn)水口區(qū)域或出水口區(qū)域中的至少一個(gè)在垂直方向的長(zhǎng)度最好大于在水平方向的長(zhǎng)度。在所有情況下，前噴嘴開口區(qū)域要理解為由前噴嘴的噴嘴體的前端邊緣封閉的表面。噴嘴體通常由所謂的“噴嘴環(huán)”構(gòu)成。噴嘴體包括所謂的前噴嘴的外殼，其中噴嘴體包括內(nèi)表面和外表面，這兩個(gè)表面通常彼此間隔開。鰭系統(tǒng)并非噴嘴體的一部分，但是在噴嘴體的內(nèi)表面上連接到噴嘴體。 開口區(qū)域在一個(gè)或多個(gè)平面或曲面上形成。沿著其垂直中心線從上往下看時(shí)，在垂直方向上的長(zhǎng)度要理解為開口區(qū)域的長(zhǎng)度。因此，與垂直方向相似，水平方向的最大長(zhǎng)度要理解為最大擴(kuò)大區(qū)域內(nèi)的開口區(qū)域的寬度。比如橢圓形開口區(qū)域在水平方向上在其水平中心線的區(qū)域內(nèi)具有最大的長(zhǎng)度，并且在垂直方向上在其垂直中心線的區(qū)域內(nèi)具有最大的長(zhǎng)度。因此兩個(gè)開口區(qū)域(即進(jìn)口區(qū)域和出口區(qū)域)可形成為彼此平行、部分彼此平行以及彼此不平行。在這種情況下，垂直和水平方向的長(zhǎng)度總是位于開口區(qū)域上，并且因此不需要將噴嘴體的上前側(cè)邊緣和噴嘴體的下邊緣直接連接。如果開口區(qū)域形成在若干個(gè)平面上，那么兩個(gè)長(zhǎng)度中的至少一個(gè)長(zhǎng)度具有彎頭和/或曲線輪廓。前噴嘴的進(jìn)水側(cè)開口區(qū)域優(yōu)選地比具有相同中心半徑的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的前噴嘴的進(jìn)水側(cè)開口區(qū)域大。在前噴嘴的輪廓中心的區(qū)域內(nèi)從橫截面上看前噴嘴時(shí)，中心半徑要理解為上噴嘴體弧的前噴嘴的半徑。因此，中心半徑為上圓弧的半徑，該圓弧在相對(duì)于前噴嘴的長(zhǎng)度在前噴嘴中間的橫截面內(nèi)可見。而且，前噴嘴最好至少在某些區(qū)域內(nèi)圍繞船舶的螺旋槳軸。這樣有利地安裝前噴嘴，以便其旋轉(zhuǎn)軸位于螺旋槳軸的上面，但是依然使用其下噴嘴體部分圍繞螺旋槳軸?；蛘呦聡娮祗w部分也可位于螺旋槳軸的上面。而且，前噴嘴的進(jìn)水口區(qū)域最好不與前噴嘴的出水口區(qū)域平行或者僅僅在某些區(qū)域內(nèi)與其平行。比如，前噴嘴的出水口區(qū)域可(完全地)與前噴嘴的橫截面平行或者與旋轉(zhuǎn)軸的垂線平行，并且進(jìn)水口區(qū)域可相對(duì)于前噴嘴的橫截面區(qū)域或者相對(duì)于前噴嘴的旋轉(zhuǎn)軸的垂線傾斜，或者可具有一個(gè)角度(至少在某些區(qū)域內(nèi))。前噴嘴在上區(qū)域內(nèi)的輪廓長(zhǎng)度(profile length)最好大于下區(qū)域內(nèi)的輪廓長(zhǎng)度。該輪廓長(zhǎng)度沿著前噴嘴的外側(cè)面延伸，因此沿著噴嘴體的母線延伸。因此，從上往下看時(shí)，輪廓長(zhǎng)度不恒定并且減小。輪廓長(zhǎng)度可以階梯狀的方式或突然地、線性地或遵循任何其他的函數(shù)從上往下減小。而且，輪廓長(zhǎng)度最好保持恒定，比如在前噴嘴的上區(qū)域內(nèi)，并且僅僅在下區(qū)域內(nèi)減小。而且，旋轉(zhuǎn)軸區(qū)域內(nèi)的前噴嘴的輪廓長(zhǎng)度最好大于前噴嘴的下區(qū)域內(nèi)的輪廓長(zhǎng)度。因此，從上往下看時(shí)，直流長(zhǎng)度在前噴嘴內(nèi)不恒定，并且在前噴嘴的上區(qū)域內(nèi)比在前噴嘴的下區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)。結(jié)果，并且尤其由于前噴嘴的橫截面變窄以及流動(dòng)方向的設(shè)置，與前噴嘴的下區(qū)域內(nèi)相比，前噴嘴的上區(qū)域內(nèi)的水速加速程度更強(qiáng)或者在更長(zhǎng)的加速距離上進(jìn)行加速。因此，由于前噴嘴，與前噴嘴的下區(qū)域內(nèi)已經(jīng)以更高的速度流入的水相比，在前噴嘴的上進(jìn)口區(qū)域內(nèi)，不利伴流的區(qū)域內(nèi)的水速加速程度更強(qiáng)。因此，出水速度以及螺旋槳流速度在上、下區(qū)域內(nèi)更均衡，或者速度差較小。而且，從上往下看時(shí)，輪廓長(zhǎng)度的減小對(duì)應(yīng)于進(jìn)水口區(qū)域向下的擴(kuò)大，因?yàn)樵谙聟^(qū)域內(nèi)，開口現(xiàn)在因此可獲得更多以前噴嘴的恒定的輪廓長(zhǎng)度從外部部分流入前噴嘴的外殼中的水并且這些水可流入前噴嘴內(nèi)。優(yōu)選地，這樣提供前噴嘴的進(jìn)水口區(qū)域，以便該區(qū)域與前噴嘴的橫截面區(qū)域或者與前噴嘴的旋轉(zhuǎn)軸的垂線具有至少一個(gè)交叉角。此處，交叉角要理解為概念加長(zhǎng)兩個(gè)接口的交叉點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)前噴嘴的進(jìn)水口區(qū)域和橫截面區(qū)域而獲得的角度。因此交叉角對(duì)應(yīng)于進(jìn)水口區(qū)域和前噴嘴軸上的垂線或前噴嘴的旋轉(zhuǎn)軸之間的角度。由于可在若干個(gè)平面上形成進(jìn)水口區(qū)域，所以進(jìn)水口區(qū)域和橫截面區(qū)域因此相對(duì)于彼此可具有多個(gè)(比如兩個(gè))交叉角。優(yōu)選地，交叉角小于或等于90°，特別優(yōu)選地小于60°，并且極其優(yōu)先地小于30°。優(yōu)選地，前噴嘴的進(jìn)水側(cè)開口區(qū)域和橫截面區(qū)域之間的交叉角至少在一個(gè)區(qū)域內(nèi)恒定。從而該區(qū)域相對(duì)于進(jìn)水口區(qū)域內(nèi)前噴嘴的 高度，包括至少1%，優(yōu)選地至少為5%，特別優(yōu)選地為20%。而且，交叉角至少在該區(qū)域內(nèi)大于0°。比如，交叉角在前噴嘴的整個(gè)高度上從上而下恒定。而且，規(guī)定交叉角僅僅在一個(gè)區(qū)域內(nèi)恒定，比如前噴嘴的高度的下半部分，即旋轉(zhuǎn)軸之下。由于前噴嘴的高度必須不恒定，所以使用出水口區(qū)域內(nèi)的前噴嘴的高度作為參考。而且，前噴嘴的開口角比上齒形角(profile angle)最好大兩倍或者比下齒形角最好大兩倍。在這種情況下，前噴嘴的開口角度為前噴嘴的上、下型線(profile line)之間的角度。該型線為沿著前噴嘴體的外表面在前噴嘴的縱向上的母線。在這種情況下，上型線沿著前噴嘴的最高區(qū)域延伸，下型線沿著前噴嘴的最低區(qū)域延伸。因此，上型線的長(zhǎng)度與前噴嘴的最上面的區(qū)域內(nèi)的輪廓長(zhǎng)度相同。下型線對(duì)應(yīng)于前噴嘴的最下面的區(qū)域內(nèi)的輪廓長(zhǎng)度的長(zhǎng)度。上齒形角對(duì)應(yīng)于(概念上延長(zhǎng)的)上型線和前噴嘴的(概念上延長(zhǎng)的)旋轉(zhuǎn)軸之間的角度。因此下齒形角對(duì)應(yīng)于(概念上延長(zhǎng)的)旋轉(zhuǎn)軸和(概念上延長(zhǎng)的)下型線之間的角度。因此，前噴嘴的開口角度對(duì)應(yīng)于上齒形角和下齒形角的總和。開口角優(yōu)選地比上齒形角大兩倍，因此下齒形角大于上齒形角。前噴嘴的開口角也最好對(duì)應(yīng)于兩倍的齒形角與交叉角的總和。因此，下齒形角對(duì)應(yīng)于交叉角與上齒形角的總和。結(jié)果，向下看時(shí)，由交叉角(即橫截面區(qū)域和進(jìn)水口區(qū)域之間的角度)擴(kuò)大前噴嘴的開口。前噴嘴的進(jìn)水口區(qū)域優(yōu)選地彎曲或?yàn)榍€。在這種情況下，從上往下看時(shí)，進(jìn)水口區(qū)域以恒定的曲率半徑可彎曲，或者可具有不同或若干個(gè)曲率半徑。而且，從上往下看時(shí)，進(jìn)水口區(qū)域可具有一個(gè)彎頭或若干個(gè)彎頭。結(jié)果，進(jìn)水口區(qū)域形成在若干個(gè)平面上，這些平面彼此優(yōu)選地構(gòu)成一個(gè)角度。特別優(yōu)選地，進(jìn)水口區(qū)域具有彎頭，因此形成在兩個(gè)平面的上面。在這種情況下，兩個(gè)平面彼此構(gòu)成大于90°并小于180°的角度。而且，前噴嘴的上、下型線之間的前噴嘴的輪廓長(zhǎng)度最好從上往下連續(xù)下降。連續(xù)地在此處應(yīng)理解為不中斷地。這就表示從上往下看時(shí)，輪廓長(zhǎng)度連續(xù)下降。因此，從上往下看時(shí)，輪廓長(zhǎng)度在任何區(qū)域都不增大，而是在一個(gè)區(qū)域內(nèi)保持恒定，并且在下一個(gè)區(qū)域下降，或者從上往下看時(shí)不中斷地下降。在這種情況下，輪廓長(zhǎng)度可線性下降，但是同時(shí)也從上往下遵循不同的函數(shù)。比如，從上往下看時(shí)，輪廓長(zhǎng)度可以弓形輪廓降低。尤其地，輪廓長(zhǎng)度在整個(gè)區(qū)域上(即前噴嘴的上、下型線之間)最好從上往下線性下降，因此交叉角的值恒定。因此，交叉角的值在前噴嘴的上、下型線之間的任何位置均恒定。
在又一個(gè)實(shí)施例中，規(guī)定前噴嘴的輪廓長(zhǎng)度在前噴嘴的每個(gè)區(qū)域內(nèi)恒定。因此，進(jìn)水口區(qū)域和出水口區(qū)域彼此平行設(shè)置。優(yōu)選地，從橫截面上看時(shí)，前噴嘴或前噴嘴的護(hù)套包括直線部分。尤其地，從橫截面上看時(shí)，前噴嘴體在前噴嘴的整個(gè)長(zhǎng)度上包括直線部分。同時(shí)，從橫截面上看，直線部分最好與多個(gè)弓形部分相互連接。比如，從橫截面上看時(shí)，前噴嘴體可包括上、下弓形部分或弧形段，其中兩個(gè)弓形部分由直線部分互相連接。優(yōu)選地，兩個(gè)直線部分設(shè)置在前噴嘴的側(cè)邊緣內(nèi)并且尤其是彼此相對(duì)。結(jié)果，從橫截面上看時(shí)，直線部分位于水平中心線的高度處或在旋轉(zhuǎn)軸的高度處沿著前噴嘴。在這種情況下，弓形部分比如為半圓形。而且，也可為其他的形式，比如橢圓形部分。直線部分優(yōu)選地具有矩形橫截面。因此，直線部分用于在垂直或水平方向加長(zhǎng)前噴嘴開口區(qū)域。優(yōu)選地，前噴嘴的兩個(gè) 開口區(qū)域在垂直方向由直線部分?jǐn)U大，其中前噴嘴的高度因此比寬度大。另一個(gè)可能替換的實(shí)施例包括形成具有橢圓形橫截面的整個(gè)噴嘴體。而且，至少一個(gè)前噴嘴開口區(qū)域(進(jìn)口區(qū)域或出口區(qū)域)最好在上、下型線之間具有最大的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度與前噴嘴的平均輪廓長(zhǎng)度的比率在I. 5 I和4 I之間。該比率尤其優(yōu)選地在I. 75 I和3 I之間或者在I. 75 I和2. 5 I之間，或者該比率在2 I的范圍內(nèi)。前噴嘴的平均輪廓長(zhǎng)度應(yīng)理解為前噴嘴的平均輪廓長(zhǎng)度。


使用特別優(yōu)選的實(shí)施例為實(shí)例，現(xiàn)在參考附圖解釋本發(fā)明。在圖中圖I為前噴嘴進(jìn)水口的主視圖或平面圖的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的前噴嘴；圖2為根據(jù)圖I的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的前噴嘴的縱向剖視圖；圖3為根據(jù)圖I的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的前噴嘴的立體圖；圖4為前噴嘴進(jìn)水口的主視圖或平面圖的另一旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的前噴嘴；圖5為根據(jù)圖4的前噴嘴的縱向剖視圖，在進(jìn)水口的區(qū)域內(nèi)，從上往下看時(shí)，輪廓長(zhǎng)度線性下降；圖6為根據(jù)圖4的前噴嘴的立體圖，從上往下看時(shí)，輪廓長(zhǎng)度線性下降；圖7為旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的前噴嘴，從上往下看時(shí)，輪廓長(zhǎng)度線性下降，在進(jìn)水口的主視圖或平面圖中輪廓長(zhǎng)度恒定；圖8為根據(jù)圖7的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的前噴嘴的縱向剖視圖，具有恒定的輪廓長(zhǎng)度；以及圖9為根據(jù)圖7的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的前噴嘴的立體圖，具有恒定的輪廓長(zhǎng)度。附圖標(biāo)記說明100船舶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10a，10b，IOc 前噴嘴11噴嘴體12 進(jìn)口13 出口14鰭系統(tǒng)14a, 14b,14c,14d,14e 鰭
15進(jìn)水方向16噴嘴體的內(nèi)側(cè)17噴嘴體的外側(cè)18前噴嘴的旋轉(zhuǎn)軸19進(jìn)水口區(qū)域20出水口區(qū)域
21上輪廓長(zhǎng)度22下輪廓長(zhǎng)度23上型線24下型線25，26 支架27交叉角28上齒形角29下齒形角30 開口角31噴嘴體的前側(cè)邊緣-前32噴嘴體的前側(cè)邊緣-后33中心半徑34橫截面區(qū)域35旋轉(zhuǎn)軸的垂線36進(jìn)水口區(qū)域的平面之間的角度37，38直線部分39，40弓形部分41螺旋槳軸42 彎頭
具體實(shí)施例方式圖I到圖3顯示了具有鰭系統(tǒng)14的前噴嘴10a，該鰭系統(tǒng)設(shè)置在前噴嘴IOa內(nèi)部。鰭系統(tǒng)14此處由五個(gè)單獨(dú)的鰭14a、14b、14c、14d、14e組成，這些鰭徑向位于前噴嘴IOa內(nèi)部以及非對(duì)稱地位于圓周的上面。也能夠使用五個(gè)以上或以下的鰭。出水口 13的區(qū)域內(nèi)的前噴嘴的高度比螺旋槳直徑小。出水口 13的區(qū)域內(nèi)的前噴嘴的高度優(yōu)選地最大為螺旋槳直徑的90%，特別優(yōu)選地最大為80%，或者甚至最大為65%。如圖I中所示，前噴嘴IOa安裝成相對(duì)于船舶的螺旋槳軸41向上移動(dòng)。因此，前噴嘴IOa的旋轉(zhuǎn)軸18和螺旋槳軸41彼此不重合。其優(yōu)點(diǎn)在于，尤其在大型滿載的船舶中，不利的伴流區(qū)域通常位于上螺旋槳流入?yún)^(qū)域內(nèi)，前噴嘴效應(yīng)所增強(qiáng)的進(jìn)水速度在此比下螺旋槳流入?yún)^(qū)域內(nèi)的更大。進(jìn)水方向15表示前噴嘴IOa的方向上的進(jìn)水方向，因此也為與船舶向前行駛相反的方向。圖2和圖3進(jìn)一步顯示前噴嘴IOa的進(jìn)水側(cè)開口 12向下擴(kuò)大。在前噴嘴IOa的上區(qū)域內(nèi)，在前噴嘴IOa的旋轉(zhuǎn)軸18之上，由前側(cè)邊緣31、32所封閉的開口區(qū)域19、20彼此平行。在前噴嘴IOa的下區(qū)域內(nèi)，從上往下看時(shí)，進(jìn)水側(cè)的前噴嘴開口 12傾斜。因此，在兩個(gè)平面19a、19b上形成由前噴嘴IOa的噴嘴體11的前側(cè)邊緣31所封閉的進(jìn)水口區(qū)域19。這兩個(gè)平面彼此構(gòu)成大于90°并且小于180°的角度36。而且，向下傾斜的進(jìn)水口區(qū)域19在彎頭42的區(qū)域內(nèi)與前噴嘴IOa的橫截面區(qū)域34或者前噴嘴IOa的概念上平行設(shè)置的橫截面區(qū)域34形成交叉角27。而且，前噴嘴IOa因此在下區(qū)域內(nèi)的輪廓長(zhǎng)度22比上區(qū)域內(nèi)的輪廓長(zhǎng)度短。尤其地，從上往下看時(shí)，輪廓長(zhǎng)度21、22恒定，直至彎頭42的區(qū)域。進(jìn)一步地，從上往下看時(shí)，輪廓長(zhǎng)度21、22在彎頭42和下輪廓線24之間線性下降。
尤其從圖2中顯然可以看出，前噴嘴IOa的上、下型線23、24所形成的前噴嘴IOa的開口角度30比兩個(gè)支腿(即上型線23和前噴嘴IOa的旋轉(zhuǎn)軸18)所形成的上齒形角28大兩倍。與上齒形角28相似，下齒形角29由兩個(gè)支腿(即前噴嘴IOa的旋轉(zhuǎn)軸18和下型線24)形成。從圖2中顯然可以看出，下齒形角29對(duì)應(yīng)于交叉角27和上齒形角28的總和，結(jié)果獲得朝著底部放大的開口角30，該開口角對(duì)應(yīng)于兩倍的上齒形角28與交叉角27的總和。因此，與具有彼此平行的環(huán)形開口區(qū)域的前噴嘴的開口相比，前噴嘴開口區(qū)域19被放大，尤其朝著底部放大。進(jìn)水口區(qū)域19的又一特征在于，從前面看時(shí)，由于在下區(qū)域內(nèi)傾斜，開口 12具有橢圓形。而且進(jìn)水側(cè)前噴嘴開口區(qū)域19的長(zhǎng)度在垂直方向上比水平方向上更長(zhǎng)，這是從上型線23往下型線24看。在這種情況下，垂直方向上的長(zhǎng)度在進(jìn)水口區(qū)域19的兩個(gè)平面上或者沿著開口區(qū)域延伸。前噴嘴IOa的上、下型線23、24對(duì)應(yīng)于前噴嘴IOa的最上面或最下面區(qū)域內(nèi)的母線。圖2和圖3進(jìn)一步顯示了兩個(gè)支架25、26，其中支架25位于前噴嘴IOa的上區(qū)域內(nèi)，另一個(gè)支架26位于前噴嘴IOa的下區(qū)域內(nèi)。這兩個(gè)支架25、26用于將前噴嘴IOa安裝或固定到船體中。根據(jù)船舶的類型，支架25、26的數(shù)量可變化。而且，比如在噴嘴體11的側(cè)邊區(qū)域內(nèi)能夠不同地安裝支架25、26。上支架25基本上位于前噴嘴IOa的外部，下支架26基本上位于前噴嘴IOa的內(nèi)部，其中兩個(gè)支架25、26的部分越過前噴嘴IOa朝著前面伸出。由于前噴嘴IOa的下輪廓長(zhǎng)度22比前噴嘴IOa的上輪廓長(zhǎng)度23短，所以前噴嘴IOa和水流的相關(guān)加速的效應(yīng)在上區(qū)域內(nèi)比在下區(qū)域內(nèi)大。因此，前噴嘴IOa內(nèi)部的加速部分在下區(qū)域內(nèi)比在上區(qū)域內(nèi)短。因此，可實(shí)現(xiàn)通過上區(qū)域內(nèi)(即不利的伴流的區(qū)域內(nèi))的水流比在下區(qū)域內(nèi)的水流加速得更強(qiáng)。因此，不僅相對(duì)于船舶的螺旋槳軸41向上設(shè)置的前噴嘴IOa更有利于不利的伴流的區(qū)域或更強(qiáng)地給水流加速，而且由于前噴嘴IOa的輪廓長(zhǎng)度21、22從上而下地降低，從而更好地補(bǔ)償上、下區(qū)域之間的水速。圖4到圖6也顯示了具有擴(kuò)大的進(jìn)水口 10的前噴嘴10b。如根據(jù)圖I到圖3的前噴嘴IOa中一樣，圖4到圖6中所示的前噴嘴IOb在前噴嘴IOb的上區(qū)域內(nèi)的輪廓長(zhǎng)度21也比前噴嘴IOb的下區(qū)域內(nèi)的輪廓長(zhǎng)度長(zhǎng)。為此，從上往下看時(shí)，進(jìn)水口 12傾斜。與前噴嘴IOa相反，進(jìn)水口區(qū)域19僅僅形成在一個(gè)平面上，其中由于傾斜，該平面與前噴嘴IOb的橫截面區(qū)域34或者與前噴嘴IOb的出水口表面20并非完全平行。從上往下看時(shí)，由于輪廓長(zhǎng)度21，22在前噴嘴IOb的整個(gè)高度上線性減小，所以進(jìn)水口區(qū)域19和橫截面區(qū)域34或旋轉(zhuǎn)軸35的垂線之間的交叉角27在整個(gè)區(qū)域內(nèi)恒定，即在前噴嘴IOb的整個(gè)高度上。因此前噴嘴IOb的開口角度30對(duì)應(yīng)于上、下齒形角28、29的總和，其中前噴嘴IOb的兩個(gè)齒形角28、29具有相同的大小。從上往下看時(shí)，由于傾斜，所以從前面看前噴嘴IOb的平面圖，也具有橢圓形的開口形狀。垂直方向的進(jìn)水口區(qū)域19(即從上往下看時(shí)，位于上、下型線23、24之間)的長(zhǎng)度因此也比進(jìn)水口區(qū)域19的水平方向上的寬度或長(zhǎng)度更長(zhǎng)。因此這些長(zhǎng)度均在開口區(qū)域上或沿著開口區(qū)域延伸。圖7到圖9顯示了具有兩個(gè)平行開口區(qū)域19、20的前噴嘴10c。與前噴嘴IOa和IOb相反，前噴嘴IOc具有恒定的輪廓長(zhǎng)度21、22。因此開口角度30對(duì)應(yīng)于下齒形角28和上齒形角29的總和，其中下、上齒形角28、29相同。此處在前噴嘴IOc的進(jìn)水口區(qū)域19和橫截面區(qū)域34之間不形成交叉角27或者該交叉角為0°。前噴嘴IOc的噴嘴體11基本上包括四個(gè)部分，兩個(gè) 弓形部分39、40以及兩個(gè)直線部分37、38。兩個(gè)直線部分37、38在前噴嘴IOc的側(cè)邊區(qū)域內(nèi)彼此相對(duì)。圖7中的前噴嘴IOc的主視圖顯示兩個(gè)直線部分37、38位于前噴嘴IOc的旋轉(zhuǎn)軸18的高度處，因此將下弓形部分和上弓形部分39、40互相連接。如圖7中所示的這兩個(gè)弓形部分39、40為半圓形或半圓弧部分。然而，弓形部分39、40也可具有不同的形狀，比如橢圓配置。與前噴嘴10a、IOb中一樣，前噴嘴IOc內(nèi)也具有進(jìn)水口區(qū)域19，該區(qū)域在垂直方向的高度或長(zhǎng)度比在水平方向的寬度或長(zhǎng)度大。橫截面圖中可識(shí)別的兩個(gè)直線部分37、38在前噴嘴IOc的整個(gè)長(zhǎng)度上恒定，如圖9中所示。然而，沿著前噴嘴IOc也能夠形成楔形的或其他形狀的直線部分37、38，比如從進(jìn)水口 12到出水口 13。因此，直線部分37、38的橫截面為矩形并且在本實(shí)例中恒定，沿著前噴嘴IOc變化。比如，從前往后看時(shí)，矩形橫截面區(qū)域減小。直線部分37、38也能夠逐漸變窄，這就表示前噴嘴IOc的橫截面區(qū)域34在出水口 13的區(qū)域內(nèi)沒有任何直線部分37、38。
權(quán)利要求
1.ー種船舶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的前噴嘴(10a, 10b, 10c)，該前噴嘴(10a, 10b, 10c)包括進(jìn)水ロ(12)和出水ロ(13)，其中該前噴嘴(10a，10b，IOc)的內(nèi)部設(shè)置有鰭系統(tǒng)(14)，該鰭系統(tǒng)(14)未安裝在該前噴嘴(10a，10b，IOc)的入口區(qū)域，且該前噴嘴(10a，10b，IOc)內(nèi)部未設(shè)置螺旋槳，其特征在干，該前噴嘴(10a，10b，IOc)配置成旋轉(zhuǎn)地非対稱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的進(jìn)水口(12)尤其向下和/或向上擴(kuò)大，以便提高進(jìn)水量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的進(jìn)水ロ (12)和出水ロ (13)的開ロ區(qū)域(19，20)均由所述前噴嘴(10a, 10b, IOc)的噴嘴體(11)的前端邊緣(31，32)封閉，其中兩個(gè)封閉的開ロ區(qū)域(19，20)中的至少ー個(gè)在上型線(23)和下型線(24)之間的長(zhǎng)度比在水平方向的長(zhǎng)度長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的進(jìn)水側(cè)開ロ區(qū)域(19)比具有相同中心半徑的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的前噴嘴的進(jìn)水側(cè)開ロ區(qū)域大。
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)至少部分圍繞船舶的螺旋槳軸(41)。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的進(jìn)水口(12)和出水ロ(13)的開ロ區(qū)域(19，20)均由所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的噴嘴體(11)的前端邊緣(31，32)封閉，其中所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的兩個(gè)開ロ區(qū)域(19，20)彼此至少部分不平行。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)具有輪廓長(zhǎng)度(21，22)，其中輪廓長(zhǎng)度不恒定，尤其在前噴嘴(10a，10b，IOc)的上區(qū)域內(nèi)，更優(yōu)選地在旋轉(zhuǎn)軸(18)的區(qū)域內(nèi)，該輪廓長(zhǎng)度比前噴嘴(10a，10b，IOc)的下區(qū)域內(nèi)的輪廓長(zhǎng)度大。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的前噴嘴，其特征在干，從上往下看時(shí)，所述前噴嘴(10a，10b，10c)的輪廓長(zhǎng)度(21，22)在至少ー個(gè)區(qū)域內(nèi)，優(yōu)選地在下區(qū)域內(nèi)連續(xù)地減小。
9.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的進(jìn)水口(12)和出水ロ(13)的開ロ區(qū)域(19，20)均由所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的噴嘴體(11)的前端邊緣(31，32)封閉，其中前噴嘴(10a, 10b, IOc)的進(jìn)水側(cè)開ロ區(qū)域(19)與前噴嘴(10a，10b，IOc)的橫截面區(qū)域(34)具有至少ー個(gè)交叉角(27)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的前噴嘴，其特征在于，所述交叉角(27)恒定，并且在至少ー個(gè)區(qū)域內(nèi)大于0°。
11.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)在前噴嘴(10a，10b，IOc)的上型線(23)和旋轉(zhuǎn)軸(18)之間具有上齒形角(28)和/或前噴嘴(10a, 10b, IOc)在前噴嘴(10a, 10b, IOc)的旋轉(zhuǎn)軸(18)和下型線(24)之間具有下齒形角(29)，其中前噴嘴(10a, 10b, IOc)的上、下型線(23，24)之間的前噴嘴(10a, 10b, IOc)的開口角(30)比上齒形角(28)大兩倍或者比下齒形角(29)大兩倍。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的上、下型線(23，24)之間的前噴嘴(10a，10b，IOc)的開口角(30)對(duì)應(yīng)于兩倍的上齒形角(28)與交叉角(27)的總和或者對(duì)應(yīng)于兩倍的下齒形角(29)與交叉角(27)的總和。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的前噴嘴，其特征在于，所述下齒形角(29)大于上齒形角(28)。
14.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的進(jìn)水側(cè)開ロ區(qū)域(19)彎曲或?yàn)榍€，尤其形成在至少兩個(gè)平面上，這兩個(gè)平面彼此構(gòu)成ー個(gè)角度(36)，其中該角度(36)大于90°并且小于180°。
15.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的上、下型線(23，24)之間的前噴嘴(10a，10b，IOc)的輪廓長(zhǎng)度(21，22)從上往下連續(xù)減小。
16.根據(jù)權(quán)利要求9-15中任一項(xiàng)所述的前噴嘴，其特征在于，所述交叉角(27)的值恒定。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(IOc)具有恒定的輪廓長(zhǎng)度(21，22)，所以輪廓長(zhǎng)度(21，22)在前噴嘴(IOc)的整個(gè)區(qū)域內(nèi)相同。
18.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的前噴嘴，其特征在干，從橫截面的角度來看，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的護(hù)套包括尤其兩個(gè)直線部分(37，38)，尤其在所述前噴嘴(10a，10b, 10c)的整個(gè)長(zhǎng)度上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的前噴嘴，其特征在干，從橫截面的角度來看，所述直線部分(37，38)與多個(gè)、尤其是兩個(gè)弓形部分(39，40)互相連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的前噴嘴，其特征在于，所述直線部分(37，38)設(shè)置在前噴嘴(10)的側(cè)邊區(qū)域，尤其是彼此相対。
21.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的前噴嘴，其特征在于，所述前噴嘴(10a，10b，IOc)的至少ー個(gè)開ロ區(qū)域(19，20)在垂直方向上的最大長(zhǎng)度與所述前噴嘴(10)的平均輪廓長(zhǎng)度的比率在I. 5 I和4 I之間，優(yōu)選地在I. 75 I和3 I之間，特別優(yōu)選地在I. 75 I和2. 5 I之間。
全文摘要
本發(fā)明公開一種提高能量效率的船舶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的前噴嘴(10a，10b，10c)，為了進(jìn)一步提高驅(qū)動(dòng)效率，提出旋轉(zhuǎn)地非對(duì)稱地配置前噴嘴(10a，10b，10c)，該前噴嘴(10a，10b，10c)具有進(jìn)水口(12)和出水口(13)，并在內(nèi)部設(shè)置有鰭系統(tǒng)(14)，且該鰭系統(tǒng)(14)未設(shè)置在前噴嘴的入口區(qū)域。
文檔編號(hào)B63H5/14GK102673760SQ201210047950
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者弗里德里希·密維斯, 德克·萊曼 申請(qǐng)人:貝克船舶系統(tǒng)有限及兩合公司