用于降低船舶的推进功率需求的装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于降低船舶(特别是船)的推进功率需求的装置，其包括至少一个舵和用于推进器的至少一个容纳空间，所述容纳空间沿船舶的航行方向形成在舵的前方。此外，本发明涉及一种具有这种装置的船舶。


背景技术：

2.用于降低船舶的推进功率需求的不同装置是已知的。例如，沿船舶航行方向位于推进器上游的环形喷嘴可以优化推进器的流入，从而对船舶的能量消耗产生积极影响。此外，从ep 2100088 b1中已知一种在推进器上游的具有内部导向表面的环形喷嘴，其也有助于降低船舶的能量消耗。
3.此外，降低水和船体之间的摩擦损失的主动装置是已知的。这种装置可以通过沿着船体分布的喷嘴产生气泡而减少船体的摩擦，从而实现额外的能源节省。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于降低船舶推进功率需求，即用于降低船舶的耗能的改进装置。
5.根据本发明的一个方面，该目的通过一种用于降低船舶(特别是船)的推进功率需求的装置来实现。该装置可以优选地被设计为节能装置，并且被布置在船体的尾部。
6.该装置包括至少一个舵和，沿船舶的航行方向看时在舵前方的至少一个用于推进器的容纳空间。此外，沿船舶的航行方向看，包括至少一个导向表面的至少一个预喷嘴被布置在推进器的容纳空间的前方，并且至少一个侧翅片布置在舵上。通过这种方式，多个节能装置可以相互联合，这惊人地更进一步地提高推进功率，从而节省燃料。
7.根据设置在船尾的推进器的数量，可以使用多个具有导向表面的预喷嘴和多个具有侧翅片的舵。优选地，为每个推进器分配一个舵和一个预喷嘴。
8.特别地，该装置可用于中型和大型船，例如集装箱船、普通货船、散装货船、渡轮或油轮，以实现节约燃料并因此降低船的运营成本。特别地，船可以具有至少15节、优选至少20节、特别优选至少24节的最大速度。
9.该装置的至少一个舵可以被设计为所谓的全铲形舵，其仅在上部区域旋转安装至船体。该至少一个舵可以通过舵杆附接至船体。此外，该舵可选地包括舵球。
10.更优选地，舵(特别是全铲形舵)可形成为所谓的“扭曲舵”。在这种情况下，相对于下舵叶部分，在舵的前缘区域和/或后缘区域中，上舵叶部分可以相对于推进器流体，即推进器流体方向具有不同的攻角。上舵叶部分和下舵叶部分的攻角可以是恒定的，或者，从各个舵叶部分的高度处看，上舵叶部分和下舵叶部分的攻角可以连续地或不连续地不同。
11.沿船舶航行方向在舵的前方，设置用于容纳至少一个推进器的容纳空间。预喷嘴沿航行方向紧位于推进器的容纳空间之前。因此，舵和预喷嘴以这样的方式彼此间隔开：在两者之间有足够的空间用于设置推进器(容纳空间)。优选地，推进器可以是该装置的部件。
包括至少一个导向表面的预喷嘴可以优化推进器的流入。特别地，通过这种方式，特别是在推进器流入的某些区域中，可以引起推进器流入的速度增加和/或涡流(特别是与推进器涡流相反旋转的涡流)，这对推进器产生的推力具有积极影响。
12.舵布置在推进器的尾流(推进器的喷流轨迹)中。舵将尾流的部分能量转化为浮力，其中的推进分力支持船舶的推进。由于如上所述优化的推进器流入，推进器产生增大的推力，从而产生更具能量的尾流。然而，在以这种方式产生的尾流的某些区域，湍流出人意料地增加了。通过在舵上(特别是在那些出现湍流增加的尾流区域)设置至少一个侧翅片，可以进一步优化推进器的尾流。侧翅片在尾流中产生反向涡流，从而提高推进器的推力。此外，侧翅片产生额外的浮力，从而产生额外的推进力。因此，已经优化的流体推进器的推力可以进一步提高，燃料消耗可以进一步降低，也就是说推进力可以进一步提高。
13.推进器的容纳空间在航行方向上，即流动方向上，位于具有至少一个侧翅片的舵和预喷嘴之间。优选地，侧翅片附接到舵的侧面。特别地，如果舵包括舵球，侧翅片也可附接到或布置在舵的舵球处。
14.优选地，预喷嘴、侧翅片和/或预喷嘴的导向表面可以是有轮廓的(即包括翼型)，并因此作用于水的流动。
15.如果预喷嘴具有环形喷嘴的形状或具有至少为扇环形喷嘴的形状，其中预喷嘴至少部分周向地限制流道，则布置在容纳空间中的推进器可以获得特别优化的流入。环形喷嘴沿周向关闭，而扇环形喷嘴沿周向打开。环形喷嘴和扇环形喷嘴可以是旋转对称的或旋转不对称的。因此，流道的尾流或流道中的流速增加。由于在预喷嘴处增加了至少一个导向表面，因此在推进器流入中产生了额外的涡流，特别是反向涡流。这些措施可以提高推进器的效率。
16.具有扇环形喷嘴形状的预喷嘴可设计为与具有环形喷嘴形状的预喷嘴的圆周面积相对应的尺寸，例如大于、小于或等于180
°
、90
°
或45
°
的角度范围。扇环形喷嘴可以覆盖或夹钳任何角度范围。通过具有扇环形喷嘴的预喷嘴，可以有针对性和局部集中的方式影响流体。
17.根据另一示例性实施例，预喷嘴的至少一个导向表面被设计成翅片的形式，翅片布置在环形喷嘴或至少一个扇环形喷嘴处。在这种情况下，优选地，翅片可以与环形喷嘴或扇环形喷嘴(特别是环形喷嘴或扇环形喷嘴的壳体表面)基本正交地对齐。根据实施例，可以相对于船舶的航行方向在有或没有攻角的情况下布置至少一个导向表面。
18.至少一个导向表面可以被布置在由预喷嘴形成的流道的内部和/或外部。特别地，如果预喷嘴包括多个导向表面，则导向表面可设置在流道的内部和外部。此外，导向表面可布置成连续地通过喷嘴壳体，从而布置在流道的内部和外部。导向表面可以相对于预喷嘴的旋转轴线基本径向地布置。预喷嘴的旋转轴线可以与推进器的轴线重合。然而，优选地，旋转轴线可以相对于推进器的轴线向上偏移或布置在推进器的轴线上方。预喷嘴的旋转轴线可以平行于或倾斜于推进器的轴线。
19.如果上述至少一个翅片从环形喷嘴或扇环形喷嘴的壳体表面突出，则该至少一个翅片可以作用于流道外部的流体。通过该措施，未被环形喷嘴或扇环形喷嘴加速的流道外部的流体可以通过涡流或反向涡流来引导。也可以使用较小的喷嘴直径，从而减少预喷嘴的总阻力。
20.进一步优选地，在包括多个导向表面的预喷嘴的实施例中，这些导向表面可以不对称地布置在预喷嘴的内部和/或外部。
21.根据另一实施例，上述至少一个导向表面被设计作为预喷嘴的支柱。因此，除了影响流动之外，上述至少一个导向表面还可以完成将预喷嘴附接到船体的任务。以这种方式形成的导向表面优选地布置在预喷嘴的流道内，并且导向表面的一端附接到环形喷嘴或扇环形喷嘴，以及其另一端附接到船体(特别是在艉管的区域中)。
22.因为至少一个导向表面完全或部分地布置在预喷嘴的流道中，所以可以实现流道中的流动的额外的优化。该措施可以使流道中的水流在靠近旋转轴线的区域流入推进器，湍流较少。
23.根据另一示例性实施例，至少一个导向表面从预喷嘴的旋转轴线散射和/或径向地延伸超过环形喷嘴或扇环形喷嘴。该措施可以实现具有导向表面的特别对称的预喷嘴。同时，导向表面用作预喷嘴的紧固元件，并且能够对容纳空间中的推进器的整个流动产生积极影响。特别地，导向表面布置在预喷嘴的流道的内部和外部。更优选地，在该实施例中，导向表面的长度大于至少一个侧翅片的长度。
24.通过包括均匀或不均匀分布的多个导向表面的预喷嘴，可以实现对推进器的流入的进一步控制。特别地，可以特定地影响流向推进器的预定的局部区域的流体，特别是用反向涡流的方式引导。
25.根据另一实施例，具有至少一个导向表面的预喷嘴和至少一个侧翅片与舵以下列方式不对称地相对布置：在不偏转的舵位置中，至少一个侧翅片布置在舵的一侧上，以及具有至少一个导向表面的预喷嘴至少部分地布置在舵的另一侧上，优选地预喷嘴的主要部分布置在舵的另一侧上，特别优选地预喷嘴完全布置在舵的另一侧上。优选地，具有至少一个导向表面的预喷嘴延伸超过舵的第一侧表面，至少一个侧翅片延伸超过舵的第二侧表面。未偏转的舵位置是舵角为零的零位置(例如，当船舶直向前行驶时)。特别地，当从装置或船舶的后视位置观察时，不对称装置使得侧翅片布置在舵的一侧上，并且具有至少一个导向表面的预喷嘴至少部分地布置在舵的另一侧上，优选地预喷嘴的主要部分布置在舵的另一侧上，特别优选地预喷嘴完全布置在舵的另一侧上。优选地，在该装置的该实施例中，正好布置一个预喷嘴和一个或多个侧翅片，其中该一个或多个侧翅片优选地全部布置在舵的同一侧上。特别地，在布置了预喷嘴的主要部分或全部预喷嘴的舵的侧面上不提供侧翅片。特别地，优选预喷嘴的大多数导向表面(优选地所有导向表面)布置在舵的与侧翅片相对的一侧，即舵的另一侧。
26.此外，在具有多个舵的装置中，预喷嘴可以至少部分地布置在一个舵的一侧上，优选地预喷嘴的主要部分、特别优选地预喷嘴完全地布置在该舵的一侧上，以及侧翅片可以布置在另一舵的一侧，即，使预喷嘴和侧翅片布置在两个舵的相对侧的方式被布置。
27.预喷嘴和侧翅片的不对称布置具有特别大的水动力优势，可以进一步降低船舶的推进功率要求。因此，在向右旋转的推进器的情况下，在一些区域中，尤其是在推进器后视图中从大约8点钟到12点钟的范围内，流向推进器的流入流体中经常发生湍流。通过将具有至少一个导向表面的预喷嘴布置在该区域中，也就是说将预喷嘴至少部分地、以主要部分地或完全地布置在舵的一侧，可以在适当的点处在流入流体中产生反向涡流，由此减少了与推进器碰撞时流入流体中的湍流，提高了推进器的效率。在申请人进行的测试和模拟中
已经惊人的显示出，在螺旋桨尾流中设置预喷嘴的情况下，湍流通常发生在舵的相对(另一)侧，因此在舵的上述相对(另一)一侧设置至少一个侧翅片是特别有利的，因为侧翅片在最强的湍流区域对尾流产生积极的影响，特别是通过产生反向涡流来减少湍流。在向右旋转的推进器中，在推进器的后视图中，这些湍流通常发生在从大约2点钟到4点钟的范围内的尾流中，因此在该区域中设置至少一个侧翅片可以是特别有利的。
28.根据另一实施例，具有至少一个导向表面的预喷嘴和至少一个侧翅片相对于舵对称地布置，使得预喷嘴和/或至少一个导向表面既布置在舵的一侧上，也布置在舵另一侧上。因此，优选地，预喷嘴和/或至少一个导向表面延伸超过舵的第一侧表面和第二侧表面。此外，至少一个侧翅片布置在舵的第一侧表面上以及至少一个侧翅片布置在第二侧表面上。在这种装置中，可以使用预喷嘴和侧翅片来优化推进器的总流入量和推进器的流出量。
29.优选地，至少一个侧翅片附接到舵的一个表面(特别是舵和/或舵球的侧表面)。优选地，至少一个侧翅片的另一端形成为自由端。
30.如果至少一个侧翅片基本上与舵的第一侧表面和/或第二侧表面成直角对齐，则至少一个侧翅片可以以特别简单的技术方式设计并附接到舵。
31.在另一实施例中，至少一个侧翅片与舵的第一侧表面和/或第二侧表面成某个角度对齐，该角度小于90
°
，优选小于75
°
，特别优选小于60
°
。
32.特别地，通过减小侧翅片和舵的侧表面之间的角度，可以减小舵的宽度。作为结果，可以降低在船舶操作中损坏侧翅片的风险和/或可以降低装置的阻力。通过调整侧翅片的长度可以实现类似的效果。
33.如果存在多个侧翅片，这些侧翅片可仅布置在舵的一个侧表面上或布置在舵的两个侧表面上。
34.如果至少一个侧翅片包括锥形翼板，则可以实现对推进器产生的流体的进一步优化。此外，侧翅片的锥形翼板可以改善漂浮物的滑落，并降低损坏的可能性。
35.根据另一实施例，附接到舵的至少一个侧翅片包括布置在其端部上的帽，或布置在其端部上的小翼。特别地，帽或小翼可以形成或附接到侧翅片的自由端或边缘。该措施可以简化流体从侧翅片的一个边缘的分离，降低侧翅片的水动力阻力。
36.根据本发明的另一方面，提供了一种船舶，其包括上述装置。该装置可以包括所有描述的实施例。船舶可以优选地是包括船体的船，该船体具有布置在船尾的至少一个舵。
37.例如，至少一个舵可以设计为全铲形舵，并因此沿着舵轴线以旋转方式连接到船体。
38.沿船舶的航行方向在舵前方，设置容纳空间和位于容纳空间中的推进器。容纳空间可在平行布置的多个舵上横向于航行方向延伸，并可容纳一个或多个推进器。
39.通过为船舶配备该装置，沿航行方向在推进器前面和推进器后面使用以组合方式起作用的节能装置，以提高推进器和船舶的效率。优选地，包括至少一个导向表面的预喷嘴可以定位在推进器和容纳空间的前方，以促进推进器的流入。
40.如果多个推进器定位在容纳空间中，则可选地也可以使用具有导向表面的多个预喷嘴。
41.沿船舶的航行方向在推进器和容纳空间后方，可以通过附接到舵的至少一个侧翅片来优化推进器的尾流。
42.可以使用每个舵和舵的每个侧面的一个或多个侧翅片。例如，通过侧翅片，推进器产生的推力可以在航行方向上联合，从而推力被放大。
附图说明
43.下面基于附图更详细地解释本发明的多个示例性实施例。附图示出了：
44.图1是具有根据第一实施例的装置的船舶的船尾区域的侧视图；
45.图2是具有根据第二实施例的装置的船舶的船尾区域的俯视图；
46.图3是具有根据第三实施例的装置的船舶的船尾区域的立体图；以及
47.图4是具有根据第三实施例的装置的船舶的船尾区域的另一立体图。
具体实施方式
48.在附图中，相同的构造元件各自具有相同的附图标记。
49.图1示出了根据第一实施例的具有装置20的船舶100的船尾区域10的侧视图。特别地，示出了船舶100的船体110的船尾区域10。
50.装置20用于降低船舶100的推进功率要求。在所示的示例性实施例中，船舶100被设计为船。作为示例，装置20仅包括一个舵21，舵21可沿舵轴线r枢转。
51.在船舶100的航行方向f上，在舵21的前方设置有容纳空间22，在容纳空间22中，例如设置有推进器30。
52.推进器30用于驱动船舶100，并且推进器30是可旋转的且可绕推进器30的旋转轴线p(推进器轴线)驱动。
53.沿船舶100的航行方向f在推进器30的容纳空间22前方，布置有包括多个导向表面24的预喷嘴23。根据所示的示例性实施例，预喷嘴24跨越180
°
的角度范围，从而形成近似半圆形的扇环形喷嘴。
54.此外，装置20具有两个侧翅片25(由于图1的侧视图，仅一个侧翅片被示出；(未示出的)侧翅片与在舵的一侧示出的侧翅片类似地布置)。侧翅片25附接到舵21的每个侧表面26、27。因此，装置20为对称设计。
55.侧翅片25以推进器30的旋转轴线p的高度连接到舵21。在所示的实施例中，侧翅片附接到舵21的舵球211区域中。
56.图2示出了根据第二实施例的具有装置20的船舶100的船尾区域10的俯视图。与第一示例性实施例相比，装置20为不对称设计。在这种情况下，具有多个导向表面24的预喷嘴23在第二侧表面27上横向地突出。特别地，预喷嘴23以其主要部分布置在图中所示的舵21的一侧(舵的左侧(左舷))；只有一小部分突出到舵21的另一侧(右舷)。预喷嘴23的角度范围约为120
°
。在这种情况下，预喷嘴23成形为异形的扇环形喷嘴。
57.预喷嘴23至少部分地周向地限制流道40。导向表面24还包括断面，并且导向表面24从预喷嘴的旋转轴线开始径向地突出，该旋转轴线在所示的示例性实施例中与推进器30的旋转轴线p重合，穿过流道40并穿过预喷嘴23。作为示例，提供了三个导向表面24，它们沿着推进器30的旋转轴线p彼此以均匀的角度布置。
58.侧翅片25附接到舵21的第一侧表面26。侧翅片25因此相对于预喷嘴23的大部分布置在舵21的另一侧。在第二侧表面27上没有设置侧翅片。在侧翅片25的自由端28处例如可
设置小翼29。小翼29可设计为与侧翅片25一体或随后连接到侧翅片25。
59.小翼29可以朝向和/或远离船舶100的船体110。
60.图3示出了根据第三实施例的具有装置20的船舶100的船尾区域10的立体图。与图2所示的实施例相比，装置20包括侧翅片25，侧翅片25在与航行方向f相反的方向上包括锥形翼板，并且不包括小翼。除此以外，第三实施例与第二实施例相同。
61.此外，图3示出了，至少一个导向表面50被设计成船舶100的船体110上的预喷嘴23的支柱。
62.在图4中，示出了根据图3的第三实施例的具有装置20的船舶100的船尾区域10的另一立体图。示出了装置20的不对称结构。作为预喷嘴23被设计为扇环形喷嘴的替代方案，预喷嘴23也可成形为环形喷嘴，其覆盖360
°
的角范围并且优选地平行于推进器30定位。
63.附图标记列表
64.100船舶
65.110船体
66.10船尾区域
67.20装置/节能装置
68.21舵
69.211舵球
70.22容纳空间
71.23预喷嘴
72.24导向表面
73.25侧翅片
74.26舵的第一侧表面
75.27舵的第二侧表面
76.28侧翅片的自由端/边缘
77.29小翼
78.30推进器
79.40流道
80.50被设计为支柱的导向表面
81.f航行方向
82.p推进器的旋转轴线
83.r舵轴线

技术特征：
1.一种用于降低船舶(100)的推进功率需求的装置(20)，所述装置(20)特别地用于降低船的推进功率需求，所述装置(20)包括至少一个舵(21)和用于推进器(30)的至少一个容纳空间(22)，其中，沿所述船舶(100)的航行方向(f)在所述舵(21)的前方形成所述容纳空间(22)，其特征在于，沿所述航行方向(f)在所述推进器(30)的容纳空间(22)的前方，布置至少一个预喷嘴(23)，所述预喷嘴(23)包括至少一个导向表面(24)，并在所述舵(21)上布置至少一个侧翅片(25)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预喷嘴(23)具有环形喷嘴的形状或具有至少一个扇环形喷嘴的形状，其中所述预喷嘴(23)至少部分周向地限制流道(40)。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述预喷嘴(23)的至少一个导向表面(24)被设计为翅片的形式，所述翅片布置在所述环形喷嘴或所述至少一个扇环形喷嘴处。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述至少一个被设计为翅片的导向表面(24)从被设计为环形喷嘴或扇环形喷嘴的所述预喷嘴(23)的壳体表面突出。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述至少一个导向表面(24)被设计为所述预喷嘴(23)的支柱(50)。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述至少一个导向表面(24)布置在所述预喷嘴(23)的流道(40)中。7.根据权利要求2至6中任一项所述的装置，其中，所述至少一个导向表面(24)从所述预喷嘴(23)的旋转轴线(ra)径向延伸超过所述环形喷嘴或所述扇环形喷嘴。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述预喷嘴(23)包括多个均匀或不均匀分布的导向表面(24、50)。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述具有至少一个导向表面(24)的预喷嘴(23)和所述至少一个侧翅片(25)与所述舵(21)以下列方式不对称地相对设置：在不偏转的舵位置中，所述至少一个侧翅片(27)布置在所述舵(21)的一侧上，以及所述具有至少一个导向表面(24)的预喷嘴(23)至少部分地、优选以主要部分、特别优选完全地布置在所述舵(21)的另一侧上。10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述具有至少一个导向表面(24)的预喷嘴(23)和至少一个侧翅片(25)与所述舵(21)以下列方式对称地相对设置：所述预喷嘴(23)和/或所述至少一个导向表面(24)都布置在所述舵的一侧以及所述舵的另一侧，其中至少一个侧翅片(25)布置在所述舵(21)的第一侧表面(26)和第二侧表面(27)上。11.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中，所述至少一个侧翅片(25)基本上与所述舵(21)的所述第一侧表面(26)和/或所述第二侧表面(27)成直角对齐。12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述至少一个侧翅片(25)与所述舵(21)的所述第一侧表面(26)和/或所述第二侧表面(27)成一定角度对齐，所述角度小于90
°
，优选地所述角度小于75
°
，特别优选地所述角度小于60
°
。13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述至少一个侧翅片(25)包括锥形翼板。14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，附接到所述舵(21)的所述至少一个侧翅片(25)包括布置在侧翅片(25)端部的帽，或布置在侧翅片(25)的端部的小翼(29)。15.一种船舶(100)，特别是船，包括根据前述权利要求中任一项所述的装置(20)。

技术总结
为了提供用于推进器(30)的具有至少一个容纳空间(22)和至少一个舵(21)的装置(20)，其中，沿船舶的航行方向(F)在舵(21)前方形成方容纳空间(22)，并且通过这样的装置(20)以降低船舶(100)的推进功率需求，提出沿航行方向(F)在推进器(30)的容纳空间(22)前方，布置至少一个包括至少一个导向表面(24)的预喷嘴(23)，以及在舵(21)上布置至少一个侧翅片(25)。及在舵(21)上布置至少一个侧翅片(25)。及在舵(21)上布置至少一个侧翅片(25)。


技术研发人员：H
受保护的技术使用者：贝克船舶系统有限公司
技术研发日：2021.05.28
技术公布日：2023/6/29