中船集團消息,上船院通過節能裝置的研發,探索產業化發展方向,近期成功開發了多型轂帽鰭。其中,應用于3800車滾裝船的轂帽鰭節能效果得到了水池試驗的驗證:加裝該轂帽鰭后,螺旋槳敞水效率提高約2%。
轂帽鰭是一種應用較廣泛的節能裝置,安裝在螺旋槳后方,可回收螺旋槳流場中耗散的能量,具有結構簡單、使用便捷、造價較低等特點。上船院將通過自行設計、銷售,委托配套廠商生產的模式將其拓展為產業化發展的新產品。
目前,上船院已具備常規螺旋槳、槳前扇形節能導管、槳后轂帽鰭等的設計能力,今后將進一步加強基礎技術研究,通過船、槳、舵的整體設計,提高設計品質,以技術優勢帶動產業化發展。
目前,上船院已具備常規螺旋槳、槳前扇形節能導管、槳后轂帽鰭等的設計能力,今后將進一步加強基礎技術研究,通過船、槳、舵的整體設計,提高設計品質,以技術優勢帶動產業化發展。
拓展知識:
定義轂帽鰭:連接在螺旋槳轂帽上與螺旋槳槳葉數量相同并與螺旋槳一同旋轉的幾個鰭狀葉片。
1986年,日本三井造船開始研究在螺旋槳轂帽上安裝與螺旋槳槳葉數量相同的小鰭片,鰭片的半徑約為槳葉半徑的1/4,以期減弱在螺旋槳后轂帽處形成的渦流,消除轂渦引起的誘導阻力,從而達到提高螺旋槳效率的目的。轂帽鰭在1987年作為一種新型的節能裝置被正式提出,它被定義為連接在螺旋槳轂帽上與螺旋槳槳葉數量相同并與螺旋槳一同旋轉的幾個鰭狀葉片。
定義轂帽鰭:連接在螺旋槳轂帽上與螺旋槳槳葉數量相同并與螺旋槳一同旋轉的幾個鰭狀葉片。
1986年,日本三井造船開始研究在螺旋槳轂帽上安裝與螺旋槳槳葉數量相同的小鰭片,鰭片的半徑約為槳葉半徑的1/4,以期減弱在螺旋槳后轂帽處形成的渦流,消除轂渦引起的誘導阻力,從而達到提高螺旋槳效率的目的。轂帽鰭在1987年作為一種新型的節能裝置被正式提出,它被定義為連接在螺旋槳轂帽上與螺旋槳槳葉數量相同并與螺旋槳一同旋轉的幾個鰭狀葉片。
安裝轂帽鰭前后消渦情況比較圖
船在航行中轂帽表面的水流是沿著螺旋槳的旋轉方向流動的,因而在轂帽后端中心位置形成低壓,產生很強的渦和空泡,這種渦和空泡降低了螺旋槳的效率。對于大型船舶,尤其是螺距比大的船舶這種現象更為突出。針對這種空泡現象,在轂帽上裝有適當角度和形狀的轂帽鰭,使表面水流幾乎沿著鰭直線流出并向轂帽的后方離散,從而不能形成轂渦。由于消除了轂渦,槳轂后部的壓力降減少了,整個槳的阻力減少,使螺旋槳推力增加;另外,轂帽鰭小葉產生了扭力,從而降低了螺旋槳的扭矩并產生推力,提高了螺旋槳的推進效率。同時,轂帽鰭還能有效消除螺旋槳噪音、減小螺旋槳的振動幅度,提高船舶的舒適性。
轂帽鰭加工方便、成本低、長期效益和安全性好。它的直徑為螺旋槳直徑的25%以下,與轂帽沒有相對運動,因此可靠性很高,發生故障的可能性極小。為防止電解腐蝕,其材料宜與螺旋槳材料相同。其節能效果的大小與鰭的大小、安裝角度、傾斜角、鰭的葉數等有關系。
轂帽鰭模型試驗和實船試驗節能效果對比
鰭片的直徑:取值在0.18~0.33倍螺旋槳直徑之間,一般在0.25~0.3效果較好。鰭片的螺距角:與槳葉葉根螺距角相差-20°~+30°。鰭片軸向位置:不同螺旋槳差異較大,使轂帽鰭表面速度最大為佳,一般0.03倍螺旋槳直徑左右。
影響轂帽鰭節能效果的因素有很多,主要包括轂帽鰭自身參數,螺旋槳與轂帽鰭相對位置,以及螺旋槳的負荷形式等。在設計階段一般通過水池試驗來預報轂帽鰭的節能效果,但其與實船試驗結果相比,存在一定的誤差,如表1所示。因此,關于該裝置節能效果的預報需要依靠實船試驗與模型試驗對比,以得出經驗性的結論。
轂帽鰭實船應用及節能效果
從表中可以得出,實船試驗得到的轂帽鰭節能效果要明顯好于模型試驗得到的節能效果。
隨著國際油價的上漲以及企業節能減排意識的增強,近年來,越來越多的船舶開始在螺旋槳槳轂上安裝轂帽鰭,并取得了一定的節能效果。轂帽鰭在船上的應用及產生的節能效果如下圖所示。